雙塊式軌枕擋肩裂紋成因分析與控制

劉 軍

(中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧 大連 116000)

雙塊式軌枕擋肩裂紋成因分析與控制

劉 軍

(中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧 大連 116000)

雙塊式軌枕作為無砟軌道的重要組成部分，承受列車荷載并將荷載傳遞給道床板，目前雙塊式軌枕的表面裂紋主要存在于軌枕的擋肩部位，擋肩裂紋主要有以下三種形式，擋肩徹底斷裂、擋肩明顯裂紋和擋肩隱形裂紋，針對新建云桂鐵路田陽軌枕廠在軌枕生產(chǎn)過程中遇到的表面裂紋實例、從脫模機構(gòu)、脫模操作方法、脫模劑的噴涂及養(yǎng)護(hù)制度修改與完善等多個方面著手，成功解決了雙塊式軌枕表面裂紋的問題，為以后雙塊式軌枕的質(zhì)量控制提供了參考和借鑒.

雙塊式軌枕；表面裂紋；脫模工藝；養(yǎng)護(hù)制度

1 前 言

中鐵十九局集團第五工程有限公司新建云桂鐵路(廣西段)田陽軌枕廠位于廣西壯族自治區(qū)百色市田陽縣火車站既有鐵路線右側(cè)，占地50畝、軌枕廠設(shè)軌枕生產(chǎn)線1條，生產(chǎn)班次為每天1班(白班)，擁有雙塊式軌枕生產(chǎn)模具180套、蒸汽養(yǎng)護(hù)窯4個、脫模平臺一套，主要承建云桂鐵路20.83萬根無砟軌道SK-2型雙塊式軌枕預(yù)制任務(wù)，軌枕生產(chǎn)的擋肩裂紋現(xiàn)象是雙塊式軌枕預(yù)制的一項嚴(yán)重質(zhì)量問題，將直接導(dǎo)致軌枕報廢，若不及時解決，降給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟損失.

2 軌枕擋肩裂紋的幾種形式

在軌枕生產(chǎn)檢查過程中，檢查發(fā)現(xiàn)，無砟軌道雙塊式軌枕擋肩裂紋主要有以下幾種形式：

(1)軌枕擋肩及以下部位裂紋斷裂

圖1 軌枕擋肩及以下部位裂紋斷裂

(2)軌枕擋肩部位明顯裂紋，肉眼可見

圖2 軌枕擋肩部位明顯裂紋

(3)軌枕擋肩部位隱形裂紋，肉眼不可見，需在軌枕脫模時，在擋肩部位涂刷酒精，方可看見

圖3 軌枕擋肩部位隱性裂紋

3 軌枕擋肩裂紋成因分析

針對軌枕擋肩及其以下部位的斷裂裂紋，經(jīng)過認(rèn)真挖掘、分析，找出如下可能原因；

3.1 脫模機構(gòu)原因

(1)氣囊放氣不同步.

圖4 軌枕脫模機構(gòu)示意圖

軌枕脫模模具送至脫模機構(gòu)后，采用氣動方式進(jìn)行脫模，脫模機構(gòu)氣囊降模具頂起，并迅速排氣，使模具快速下落撞擊，軌枕靠自重下落脫模，脫模機由四個氣囊實現(xiàn)對模具的頂升，氣囊由氣囊進(jìn)氣，排氣控制，氣囊經(jīng)長期使用其內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易受損，兩端氣閥性能不一致造成兩端脫模不同步.

(2)脫模平臺不水平.

軌枕利用模具與脫模臺的撞擊靠自重從模具中脫出，模具平臺不平導(dǎo)致模具四腳受力不均，從而模具與平臺直接撞擊的一端軌枕先脫出，模具與平臺之間存在縫隙的一端后脫出后脫出的一端軌枕擋肩受拉導(dǎo)致軌枕擋肩裂紋.

(3)脫模機基礎(chǔ)不均勻沉降.

脫模機基礎(chǔ)經(jīng)長期脫模沖擊產(chǎn)生空洞和不均勻沉降，軌枕脫模時模具和脫模平臺撞擊導(dǎo)致模具出現(xiàn)反彈嚴(yán)重，增加脫模次數(shù)，而每一次增加脫模次數(shù)，沖擊力對軌枕的造成的損傷就增加一下，軌枕就越容易出現(xiàn)擋肩裂紋.

圖5 軌枕脫模平臺及基礎(chǔ) 圖6 軌枕脫模平臺及基礎(chǔ)

3.2 脫模操作方法欠缺

軌枕模具內(nèi)有四根軌枕，在脫模過程中遇(3)中的脫?，F(xiàn)象時，此時脫模操作手并沒有設(shè)置手動，或者將模具里已脫出的軌枕先移除，然后對難脫出的單根軌枕進(jìn)行單獨脫模處理，而是持續(xù)不斷地進(jìn)行沖擊直至模具里的四根軌枕全部脫出才停止，而這樣，不僅僅容易導(dǎo)致難脫出的軌枕因沒有受到最佳的脫模次數(shù)而斷裂，同時原本完好的其它三根軌枕也容易也受擊過猛產(chǎn)生斷裂和明顯裂紋.

3.3 脫模劑噴涂不均勻

軌枕專用脫模劑采用空氣壓力噴槍以霧化狀噴出，模具兩端噴涂不均勻會導(dǎo)致軌枕與模具之間的摩擦力不同，軌枕脫模時兩端不能同時脫出出現(xiàn)擋肩裂紋.

3.4 蒸養(yǎng)方案不合理

圖7 11.5 h養(yǎng)護(hù)方案圖

雙塊式軌枕蒸汽養(yǎng)護(hù)時，分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段，混凝土澆筑結(jié)束后在5～30 ℃的環(huán)境中靜置2～3 h方可升溫，升溫速度不應(yīng)大于15 ℃/h，恒溫時軌枕溫度應(yīng)不大于55 ℃，降溫速度不應(yīng)大于15 ℃，軌枕廠現(xiàn)行的蒸汽養(yǎng)護(hù)制度是試通過試驗校核法確定的，利用混凝土試件在試驗室恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱模擬蒸養(yǎng)的環(huán)境，先利用已有初始混凝土強度、最佳靜停期、升溫時間、恒溫時間、降溫速度、降溫時間等有關(guān)試驗數(shù)據(jù)及曲線擬定的一個養(yǎng)護(hù)工藝.若升溫不能找到最佳的降溫時間和恒溫最佳溫度，容易導(dǎo)致軌枕環(huán)境溫度和表面溫度，芯部溫度和表面溫度超差，若超出規(guī)范要求的不大于15 ℃，則比較容易形成擋肩隱形裂紋.

4 解決方案

從以上分析原因可以看出造成軌枕擋肩裂紋主要有以下幾方面原因(1)氣囊放氣不同步；(2)脫模平臺不水平；(3)脫模機基礎(chǔ)不均勻沉降；(4)脫模操作方法欠缺；(5)脫模劑噴涂不均勻；(6)養(yǎng)護(hù)方案不合理.

針對這些原因，主要采取以下幾種方案：

(1)對脫模機基礎(chǔ)進(jìn)行加固.針對脫模機基礎(chǔ)空洞及不均勻沉降這一問題，采用C50灌漿料(脫模機基礎(chǔ)混凝土的強度等級為C30)對基礎(chǔ)空洞處進(jìn)行處理，是基礎(chǔ)密實、平整，并將脫模機四腿與預(yù)埋鋼板焊接牢固，增加軌枕脫模時的撞擊效果，采取措施后，軌枕模具反彈現(xiàn)象得到了有效的控制，軌枕脫模次數(shù)由原來的5～7次減少到現(xiàn)在的3～4次，大大降低軌枕脫模受損的機率.

(2)解決脫模平臺四角不平的問題.①安排技術(shù)人員采用支墊方式對脫模平臺四角進(jìn)行調(diào)平，保證脫模時模具四角同時接觸脫模平臺，使模具受力均勻，軌枕同步脫出.②對脫模平臺四角水平情況定期進(jìn)行復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)異常時及時整改.

表1 脫模平臺平整度偏差檢查

(3)從氣囊、氣閥、壓縮空氣著手，保證氣囊同步舉升.①重新購置氣囊，對破舊損壞的氣囊進(jìn)行更換，保證四個氣囊工作性能一致，②對脫模機兩端氣閥定期進(jìn)行檢查，保證兩端氣閥進(jìn)氣、放氣同步，使模具兩端頂升同步，發(fā)現(xiàn)問題及時更換、維修.

(4)對脫模劑噴涂不均勻的情況，安排專人，定期對脫模噴頭進(jìn)行進(jìn)行維修、保養(yǎng)、更換，避免噴頭損壞、堵塞、噴涂不均現(xiàn)象的發(fā)生.

(5)對脫模操作方法欠缺的情況，①采取對脫模班組進(jìn)行技術(shù)交底，對模板班工人的理論知識和操作技能進(jìn)行進(jìn)行，培訓(xùn)后進(jìn)行考核，需考核合格后才允許上崗，②加強責(zé)任心教育，制度相關(guān)獎罰措施，避免違規(guī)施工、野蠻施工，遇此類情況發(fā)生時嚴(yán)格按獎罰措施文件執(zhí)行.

措施采取后，工人的自覺性和執(zhí)行力得到較大提高，遇難脫模軌枕時，工人自覺將其余三根先移除，對單根單獨采取手動作業(yè)，此舉極大減少因受擊次數(shù)過多導(dǎo)致?lián)跫缌鸭y的發(fā)生.

圖8 脫模噴涂設(shè)備定期維修保養(yǎng) 圖9 培訓(xùn)交底后自覺進(jìn)行單根脫模

(6)對蒸養(yǎng)方案不合理的情況，重新制定新的養(yǎng)護(hù)方案，確定最佳升溫時間、降溫時間、恒溫最佳溫度，制定新的養(yǎng)護(hù)方案；對養(yǎng)護(hù)溫度、軌枕表面溫度、芯部溫度布置測試點進(jìn)行監(jiān)控測量，并統(tǒng)計溫差.

圖10 軌枕芯部溫度測試點布置圖

軌枕表面溫差裂紋最容易出現(xiàn)在升溫和降溫兩個階段，在蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)升溫階段，對升溫過程進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)測，統(tǒng)計環(huán)表溫差，每隔0.5 h一次：

表2 溫差統(tǒng)計表(升溫)

從溫度監(jiān)測情況可以看出，隨蒸汽溫度不斷升高和升溫時間的不斷延長，表面和環(huán)境溫差有增加趨勢，其中0-5 ℃為超差低風(fēng)險、6-10 ℃為中風(fēng)險、10-15 ℃為高風(fēng)險，經(jīng)試驗確定，選擇軌枕恒溫溫度為42±2 ℃，升溫時間1.5 h.

表3 溫差統(tǒng)計表(降溫)

降溫統(tǒng)計結(jié)果表明，在恒溫剛結(jié)束，降溫剛開始時，由于經(jīng)過6 h的恒溫不間斷輔熱作用，加之高溫促進(jìn)混凝土自身的水化熱的不斷進(jìn)行，混凝土表面溫度，不同于升溫過程與環(huán)境溫度的差距，此時，二者之間的溫差已縮小，且軌枕表面溫度略高于環(huán)境溫度，但是隨著降溫的開始，環(huán)境溫度在最初的1.5 h內(nèi)，降低幅度較大，也是降溫速度最快的階段，隨后的2 h、2.5 h小時內(nèi)環(huán)境溫度逐漸趨于穩(wěn)定，直至最后接近常溫，而軌枕自身由于混凝土的水化熱尚可以維持自身的溫度，表面溫度降低緩慢，直至?xí)r間延長，最終和常溫持平，因此確定降溫時間為2.5 h.

結(jié)合溫度監(jiān)測得出的升溫1.5 h，降溫2.5 h，最佳恒溫溫度42±2 ℃，重新制定了新的養(yǎng)護(hù)方案，進(jìn)行執(zhí)行，此舉極大地減少了軌枕擋肩明顯裂紋和隱形裂紋的發(fā)生.

圖11 堆碼整齊的軌枕 圖12 調(diào)整后12h養(yǎng)護(hù)方案圖

5 結(jié) 語

通過采取以上措施，田陽軌枕廠軌枕擋肩裂紋得到了有效的控制并處于穩(wěn)定狀態(tài)，擋肩出現(xiàn)裂紋的不合格率由原來的7.2‰降至3.0‰，為工程節(jié)約成本約23億元，經(jīng)濟效益顯著，且為雙塊式軌枕生產(chǎn)積累了豐富寶貴經(jīng)驗.

[1]褚衛(wèi)松.干旱風(fēng)沙地區(qū)高速鐵路雙塊式軌枕設(shè)計研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，第58卷

[2]科技基[2008]74號.客運專線鐵路雙塊式無砟軌道雙塊式混凝土軌枕暫行技術(shù)條件

The Cause Analysis and Control of Cracks on the Double Block Sleepers

LIUJun

(The Fifth Engineering Co.,LTD,China Railway 19th Bureau Group,Dalian,Liaoning 116000,China)

Double block sleepers play an important part in the ballast-less track,which can take on the load of trains and transfer the load to the slabs.So far,the surface cracks of double block sleepers mainly exist on the shoulder of the sleepers,which are mainly in the following three forms: complete block shoulder fracture,obvious block shoulder cracks and invisible block shoulder cracks.Based on the practical examples of the surface cracks during the process of sleepers production by Tian Yang Sleeper Factory,which are used in the New Yunnan-Guilin Railway,such aspects as demoulding mechanism,operation method,mold-release agent spraying and curing system modification and improvement are discussed,which successfully solved the double block sleeper surface crack problems,providing reference for the quality control of double block sleepers in the future.

double block sleeper;surface crack;demoulding process;curing system

2016-12-20

劉軍(1982-)，男，工程師.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.01.009

U 213

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