混凝土軌枕養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀分析與技術(shù)改造實(shí)施方案

孫旭亮

(樂(lè)昌市安捷鐵路軌枕有限公司,廣東樂(lè)昌 512200)

混凝土軌枕養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀分析與技術(shù)改造實(shí)施方案

孫旭亮

(樂(lè)昌市安捷鐵路軌枕有限公司,廣東樂(lè)昌 512200)

依據(jù)高速鐵路混凝土軌枕技術(shù)條件中規(guī)定的養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn),淺析混凝土養(yǎng)護(hù)的重要性;結(jié)合執(zhí)行低溫蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)遇到的問(wèn)題,分析原有養(yǎng)護(hù)池難以達(dá)到技術(shù)要求的原因,對(duì)養(yǎng)護(hù)池進(jìn)行改造;通過(guò)養(yǎng)護(hù)池改造前軌枕靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)、養(yǎng)護(hù)池內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)、軌枕出池后保濕養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,制定出合理的養(yǎng)護(hù)制度,提出了軌枕養(yǎng)護(hù)的新方法。

混凝土軌枕;養(yǎng)護(hù);耐久性;工藝改進(jìn)

我國(guó)混凝土軌枕的鋪設(shè)量及年生產(chǎn)能力在世界上名列前茅,截止到目前,線路上鋪設(shè)的各類混凝土軌枕數(shù)量已超過(guò)2億根,全國(guó)有生產(chǎn)能力的軌枕企業(yè)近50家,但在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、管理理念等方面與世界先進(jìn)國(guó)家相比,還有一定的差距。我國(guó)軌枕制造業(yè)經(jīng)過(guò)了4次較大的行業(yè)性技術(shù)改造,但基本上都是以提高生產(chǎn)效率為主[1]。隨著混凝土耐久性研究的深入,特別是高速鐵路混凝土軌枕技術(shù)條件的即將頒布執(zhí)行,軌枕行業(yè)某些工藝工裝已無(wú)法滿足要求。結(jié)合即將頒布執(zhí)行的高速鐵路有砟軌道混凝土軌枕技術(shù)條件[2],對(duì)目前軌枕養(yǎng)護(hù)工藝和設(shè)備的適應(yīng)性進(jìn)行了分析,并通過(guò)近幾年的試驗(yàn)研究,提出了軌枕工藝工裝技術(shù)改造的實(shí)施方案。

1 養(yǎng)護(hù)是保證軌枕內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵工序

混凝土的養(yǎng)護(hù)是混凝土制品生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié),其對(duì)后期混凝土強(qiáng)度和內(nèi)在質(zhì)量的影響越來(lái)越被人們所重視。對(duì)一般混凝土來(lái)說(shuō),養(yǎng)護(hù)的主要目的有:保證混凝土在一定時(shí)間內(nèi)保持潮濕,以滿足水泥水化的用水需要,降低混凝土的滲透性;保持養(yǎng)護(hù)過(guò)程中各個(gè)階段適宜的養(yǎng)護(hù)溫度,使混凝土有良好的硬化條件[3]。

對(duì)軌枕養(yǎng)護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深的較長(zhǎng)過(guò)程,經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)也是深刻的。由于對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)重要性認(rèn)識(shí)不足,當(dāng)軌枕需求量大、供貨時(shí)間緊時(shí),為加快水化反應(yīng),迅速提高混凝土的早期強(qiáng)度,加快鋼模的周轉(zhuǎn),不少工廠采用高溫養(yǎng)護(hù),缺少靜停時(shí)間,養(yǎng)護(hù)的升溫、降溫速度快,恒溫溫度有時(shí)竟高達(dá)80℃。不合理的養(yǎng)護(hù)制度造成部分軌枕出廠時(shí)就有隱性微裂紋,大大縮短了軌枕的使用壽命。鐵道部曾多次組織設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)等單位對(duì)軌枕使用情況調(diào)研,調(diào)查顯示軌枕的縱裂、龜裂、釘孔裂等裂紋的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常使用的受力裂紋的數(shù)量。軌枕內(nèi)部的隱性裂紋上道后,受到列車荷載以及干濕、凍融循環(huán)等作用,發(fā)展的速度很快,少則幾年,多則十幾年,這些軌枕就因?yàn)榱鸭y的寬度和長(zhǎng)度無(wú)法再滿足運(yùn)營(yíng)的要求而下道[4]。

2 混凝土軌枕養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀分析

2.1 高速鐵路混凝土軌枕的養(yǎng)護(hù)要求

高速鐵路有砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕[1]技術(shù)條件中規(guī)定了混凝土的養(yǎng)護(hù)要求:軌枕采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),在溫度5～35℃的環(huán)境中靜停時(shí)間不小于3h;混凝土升溫速度不大于15℃/h;停汽降溫時(shí),降溫速度不大于15℃/h;養(yǎng)護(hù)結(jié)束時(shí)軌枕表面與外部環(huán)境溫差不大于15℃;依據(jù)水泥中的三氧化硫含量確定枕芯混凝土的最高養(yǎng)護(hù)溫度。該技術(shù)條件與原有的標(biāo)準(zhǔn) TB/ T2190《預(yù)應(yīng)力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》[5]相比有了4點(diǎn)改進(jìn):(1)規(guī)定了開(kāi)始養(yǎng)護(hù)的環(huán)境溫度;(2)依據(jù)我國(guó)常用水泥中三氧化硫含量,確定的枕芯混凝土的最高養(yǎng)護(hù)溫度不超過(guò)55℃;(3)明確了混凝土溫度的測(cè)量應(yīng)在枕芯位置;(4)將升溫、降溫速度由20℃/h降為15℃/h。

2.2 混凝土軌枕養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀

我國(guó)軌枕的養(yǎng)護(hù)一般采用常壓飽和蒸汽養(yǎng)護(hù),以坑池式養(yǎng)護(hù)為主。由于早期過(guò)分強(qiáng)調(diào)保溫節(jié)能、節(jié)約場(chǎng)地,所以養(yǎng)護(hù)池建造的不但保溫效果好,而且池與池相連,常常一個(gè)池內(nèi)的軌枕養(yǎng)護(hù)完成后,池內(nèi)溫度很難降下來(lái)。樂(lè)昌安捷鐵路軌枕有限公司地處廣東樂(lè)昌,夏季養(yǎng)護(hù)的難度要大于冬季。夏季氣溫較高,養(yǎng)護(hù)池內(nèi)的溫度更高,一般可達(dá)40℃左右,軌枕靜停過(guò)程中由于混凝土中水泥的水化熱的釋放,使得養(yǎng)護(hù)池內(nèi)的溫度進(jìn)一步升高。此外,為了控制混凝土芯部的溫度不超過(guò)55℃,常常會(huì)減少飽和蒸汽的供給,池內(nèi)濕度下降,池內(nèi)的軌枕處于高溫低濕的環(huán)境,這些不利的養(yǎng)護(hù)條件,造成混凝土的強(qiáng)度早期增長(zhǎng)快,后期增長(zhǎng)慢。圖1為2010年5月和12月的客運(yùn)專線軌枕靜載抗裂試驗(yàn)數(shù)據(jù),試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明夏季施工的軌枕強(qiáng)度反而低于冬季施工的軌枕強(qiáng)度。表1為養(yǎng)護(hù)池改造前池內(nèi)溫差的情況,軌枕養(yǎng)護(hù)完畢出池時(shí),池的上部溫度很快接近室溫,而養(yǎng)護(hù)池下部的溫度要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才接近室溫。為了滿足高速鐵路軌枕技術(shù)條件的要求,必須對(duì)養(yǎng)護(hù)池進(jìn)行改造。

圖1 2010年5月～12月客專軌枕強(qiáng)度試驗(yàn)值

表1 養(yǎng)護(hù)池改造前池內(nèi)溫差情況

3 養(yǎng)護(hù)池改造和養(yǎng)護(hù)工藝改進(jìn)

3.1 養(yǎng)護(hù)池改造

對(duì)比試驗(yàn)了通冷風(fēng)降溫、設(shè)置天窗緩慢降溫和噴水降溫等方案,經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)分析,決定采用風(fēng)冷與水冷相結(jié)合的改造方案。先將養(yǎng)護(hù)空間內(nèi)的高溫蒸汽排出,再使用霧狀的水汽吸收養(yǎng)護(hù)空間的熱量,達(dá)到降溫目的。風(fēng)冷與水冷相結(jié)合的改造方案不但減少了降溫階段的時(shí)間,還保證了下一生產(chǎn)循環(huán)時(shí)池內(nèi)軌枕靜停階段的低溫控制,得到了較好的效果,改造后的養(yǎng)護(hù)池基本可以達(dá)到各個(gè)養(yǎng)護(hù)時(shí)段的養(yǎng)護(hù)溫度要求。

3.2 養(yǎng)護(hù)工藝改進(jìn)的試驗(yàn)研究

3.2.1 高速鐵路軌枕養(yǎng)護(hù)技術(shù)要求的解析

軌枕養(yǎng)護(hù)分靜停、升溫、恒溫、降溫4個(gè)階段,技術(shù)條件對(duì)這4個(gè)階段的養(yǎng)護(hù)均作了具體的規(guī)定。對(duì)各個(gè)階段的解析:軌枕從開(kāi)始攪拌、澆筑成型到靜停完成一般需要4～5 h,此時(shí)水泥水化剛剛開(kāi)始,混凝土處于半流動(dòng)狀態(tài)和塑性狀態(tài),控制混凝土的入模溫度,就可以控制靜停期混凝土的芯部溫度不會(huì)過(guò)高,保證混凝土中水泥進(jìn)行一定程度的水化,使軌枕達(dá)到一定的強(qiáng)度,防止升溫期混凝土體積膨脹對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞;控制升溫速率可以避免升溫過(guò)程中混凝土溫度應(yīng)力超過(guò)其硬化強(qiáng)度造成混凝土開(kāi)裂;過(guò)高的恒溫溫度和過(guò)長(zhǎng)的蒸養(yǎng)時(shí)間會(huì)造成軌枕后期強(qiáng)度的損失,所以恒溫階段要控制恒溫溫度和恒溫時(shí)間;控制降溫速度和軌枕出池時(shí)表面與環(huán)境的溫度差,可以防止混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大或溫度梯度驟變而產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力,可以避免軌枕表面裂縫的產(chǎn)生,提高軌枕的耐久性[6]。

3.2.2 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況制定養(yǎng)護(hù)制度

實(shí)際生產(chǎn)中由于靜停、升溫、恒溫、降溫4個(gè)階段的養(yǎng)護(hù)時(shí)間受許多因素影響,所以要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)、調(diào)整,要根據(jù)水泥品種、生產(chǎn)季節(jié)的不同制定不同的養(yǎng)護(hù)制度[7]。在充分試生產(chǎn)后,確定的養(yǎng)護(hù)制度如下:混凝土成型后,在5～30℃的環(huán)境中靜停3 h;然后向養(yǎng)護(hù)池內(nèi)緩慢注入飽和蒸汽,升溫速度15℃/h,升溫的時(shí)間根據(jù)夏冬季的室溫高低設(shè)置,當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度達(dá)到45℃時(shí),轉(zhuǎn)為恒溫;恒溫時(shí)需要控制蒸汽注入的速率以及排放量,恒溫時(shí)間為6 h;之后以不大于15℃/h速度降溫,需要啟用強(qiáng)制降溫系統(tǒng),達(dá)到降溫的目,根據(jù)夏冬季室溫確定降溫所需時(shí)間,軌枕出池時(shí)表面的溫度與室內(nèi)環(huán)境溫差不大于15℃。圖2為試驗(yàn)分析后得到的養(yǎng)護(hù)溫控曲線。

圖2 軌枕施工養(yǎng)護(hù)控溫曲線

3.2.3 池內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)

自然養(yǎng)護(hù)的周期長(zhǎng)、效率低,但可以降低制造成本。利用養(yǎng)護(hù)池的保溫效果好,混凝土自身水化熱就可以使池內(nèi)溫度逐漸上升到理想恒溫的特點(diǎn),進(jìn)行了池內(nèi)自然養(yǎng)生的試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度18℃左右,軌枕靜停后,池內(nèi)溫度逐漸上升到35℃,經(jīng)過(guò)20 h的保溫保濕養(yǎng)護(hù),脫模強(qiáng)度達(dá)到48 MPa,養(yǎng)護(hù)過(guò)程中,枕芯的最高溫度未超過(guò)40℃,見(jiàn)圖3。養(yǎng)護(hù)池改造后,自然養(yǎng)護(hù)的效果較為理想,隨同軌枕出池的標(biāo)準(zhǔn)試件經(jīng)過(guò)28 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度達(dá)到63 MPa;軌枕軌下靜載抗裂強(qiáng)度平均值為285 kN,枕中靜載抗裂強(qiáng)度平均值為200 kN,均滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 自然養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)溫控曲線

3.2.4 軌枕脫模后的保濕養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)

混凝土軌枕脫模后,保濕養(yǎng)護(hù)是不可忽視的重要環(huán)節(jié),對(duì)截面變化大的軌枕,脫模后的養(yǎng)護(hù)尤為重要。電容枕是一種可以安裝軌道電路用電容器的軌枕,為了安裝電容器,軌枕中部的截面被削弱,被削弱部位雖然是在中性軸附近(圖4),對(duì)靜載抗裂強(qiáng)度影響不大,但由于局部的劇烈變化,靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)值十分不穩(wěn)定。為此,對(duì)電容枕脫模后繼續(xù)水池浸泡養(yǎng)護(hù)3 d、繼續(xù)3 d灑水養(yǎng)護(hù)和不再養(yǎng)護(hù)的對(duì)比試驗(yàn)。48 h的靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明,繼續(xù)水養(yǎng)的電容枕的靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)值比不再養(yǎng)護(hù)的提高了15%左右,繼續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)的電容枕的靜載抗裂強(qiáng)度值比不再養(yǎng)護(hù)的提高了8%左右,繼續(xù)水養(yǎng)的效果最佳。

圖4 電容枕中部被削弱

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)養(yǎng)護(hù)池改造和養(yǎng)護(hù)工藝改進(jìn)試驗(yàn),獲取到了較好的養(yǎng)護(hù)制度,并取得了較好的效果,這些再次證實(shí)了養(yǎng)護(hù)是獲得高品質(zhì)混凝土的關(guān)鍵工序。值得一提的是,在蒸汽養(yǎng)護(hù)中要特別注意養(yǎng)護(hù)用水的水溫和循環(huán)使用;在自然養(yǎng)生時(shí)更要關(guān)注保水措施的有效實(shí)施。

[1] 沈榕.致力工藝改進(jìn)提高混凝土軌枕的耐久性[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2005(8):13 -14.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.高速鐵路有砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕(報(bào)批稿)[S].北京:中華人民共和國(guó)鐵道部,2011.

[3] 吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國(guó)鐵道出版社, 1999.

[4] 侯德杰.關(guān)于我國(guó)混凝土枕的使用現(xiàn)狀及對(duì)其發(fā)展的建議[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),1994(11):7 -8.

[5] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 2190—2002 預(yù)應(yīng)力混凝土枕 Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2002.

[6] 富文權(quán),韓素芳.混凝土工程裂縫分析與控制[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2002.

[7] 馮乃謙.新實(shí)用混凝土大全[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

Analyses on Concrete Sleeper-Curing Status Quo and Technical Reconstruction Im plementation Scheme

SUN Xu-liang
(Lechang Anjie Railway Sleeper Co.,Ltd.,Lechang 512200,China)

According to the standards of track concrete sleeper-curing specified in high-speed railway technical conditions,this paper briefly analyzes the importance of concrete curing.The paper,in combination with the problems of low temperature steam curing,also analyzes the reason why the existing curing pool is difficult to meet the technical requirements so as to renovate the existing curing pool. Finally,through sleeper static-load crack strength test,natural curing test and moisture curing test after sleepers being taken out from the pool before pool reconstruction and by way of test data analysis,this paper works out the reasonable curing system and puts forward the new method of sleeper curing.

concrete sleeper;curing;durability;process improvement

U213.1+4

A

1004 -2954(2012)10 -0011 -03

2012 -03 -07

孫旭亮(1965—),男,工程師。