高速鐵路雙塊式軌枕外觀質(zhì)量?jī)?yōu)化技術(shù)

王明慧， 王 劍， 張 橋， 李開(kāi)蘭， 孟慶斌, 劉偉幫

(1.渝萬(wàn)鐵路有限責(zé)任公司，重慶 400014；2.中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司，上海 200436)

雙塊式軌枕在我國(guó)高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用廣泛，其外觀質(zhì)量不僅影響高鐵鐵路軌道結(jié)構(gòu)美觀和平順性，還會(huì)導(dǎo)致雨水等滲入內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)軌枕的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此對(duì)高速鐵路軌枕外觀質(zhì)量的優(yōu)化技術(shù)研究十分必要。當(dāng)前有關(guān)混凝土軌枕實(shí)體質(zhì)量問(wèn)題的研究均取得良好的效果[1-4]，但對(duì)其外觀質(zhì)量的研究少見(jiàn)報(bào)道，本文以鄭萬(wàn)鐵路重慶段軌枕廠預(yù)制軌枕為研究對(duì)象，針對(duì)軌枕存在的外觀問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)分析和試驗(yàn)研究，有助于提升混凝土軌枕的外觀質(zhì)量。

1 混凝土軌枕存在的外觀質(zhì)量問(wèn)題

1.1 麻面和粘皮

粘皮是指在軌枕生產(chǎn)的常溫養(yǎng)護(hù)作業(yè)中,軌枕外表面混凝土與模具內(nèi)壁粘結(jié), 脫模時(shí)軌枕外表局部混凝土從軌枕實(shí)體脫落而呈現(xiàn)出凹凸不平的結(jié)構(gòu)層現(xiàn)象。麻面是指軌枕脫模后軌枕外表面混凝土呈現(xiàn)密集的細(xì)小孔洞,孔徑一般較小,同時(shí)麻面處的混凝土色澤與周?chē)炷劣胁町惽覠o(wú)強(qiáng)度?；炷淋壵硗庥^的粘皮和麻面現(xiàn)象如圖1所示，粘皮和麻面的存在使混凝土軌枕外表面變得更加粗糙。

圖1 混凝土軌枕外觀質(zhì)量問(wèn)題

1.2 氣孔和蜂窩

軌枕的氣孔與蜂窩是指軌枕在預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程中受振搗工藝、澆筑厚度、養(yǎng)護(hù)條件、外加劑與水泥匹配特性等因素影響混凝土軌枕表面存在較深的半封閉的小孔腔或局部密集小孔群的現(xiàn)象?；炷淋壵硗庥^的氣孔和蜂窩現(xiàn)象如圖1所示。

2 外觀質(zhì)量缺陷成因分析

2.1 粘皮和麻面

(1)模具清理不干凈，噴涂的脫模劑不能作用到鋼模上，脫模時(shí)混凝土?xí)辰Y(jié)在模腔內(nèi)形成粘皮。

(2)軌枕澆筑完成進(jìn)入蒸汽養(yǎng)護(hù)池內(nèi)靜停期間，小坍落度(≤80 mm)的C60級(jí)高性能軌枕混凝土在澆筑后水分蒸發(fā)過(guò)快，在構(gòu)件表面形成脫水現(xiàn)象，會(huì)使已形成膠凝體的水泥不能充分水化，不能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的膠凝結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致其沒(méi)有足夠的粘結(jié)力，從而在混凝土表面形成片狀或粉狀的脫落。

2.2 氣孔和蜂窩

(1)原材料品質(zhì)對(duì)氣孔和蜂窩現(xiàn)象的形成有很重要的影響，膠凝材料和外加劑成分的影響更加明顯。水泥比表面積越大，混凝土的用水量就越大，進(jìn)而混凝土中自由水會(huì)增多，容易形成氣孔。粉煤灰細(xì)度越細(xì)，粉煤灰中的活性成分越容易與水泥中的Ca(OH)2結(jié)合，使混凝土的粘聚性、流動(dòng)性及保水性越好。外加劑對(duì)氣泡產(chǎn)生直接影響因素是含氣量和減水率，減水劑的減水率與含氣量大致成正相關(guān)的關(guān)系，即隨含氣量的升高，減水劑的減水率也會(huì)提高。在混凝土中引氣還可增加混凝土的內(nèi)聚性和物料間的潤(rùn)滑作用，改善混凝土的離析和泌水，提高新拌混凝土的和易性；但含氣量太大，會(huì)導(dǎo)致混凝土的孔洞太多，使混凝土不夠密實(shí)，強(qiáng)度降低。

(2)在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，砂率、外加劑和原材料性能等都與氣孔的產(chǎn)生密不可分。砂率的變動(dòng)會(huì)使骨料的總表面積有顯著的變化，從而對(duì)混凝土的和易性有顯著影響。

(3)混凝土生產(chǎn)和澆筑工藝對(duì)氣孔產(chǎn)生也有直接影響，混凝土是否拌和均勻，澆筑時(shí)布料順序、振動(dòng)頻率、振幅、振動(dòng)時(shí)間與混凝性能匹配程度都與氣孔的狀態(tài)密不可分。

3 軌枕外觀質(zhì)量?jī)?yōu)化技術(shù)

3.1 粘皮和麻面

3.1.1 模具表面優(yōu)化

模具表面清理不到位直接影響軌枕混凝土的外觀，采用砂輪機(jī)打磨清理時(shí)易造成模具表面存在打磨痕跡，反映到軌枕混凝土外觀上則為粗糙面。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工裝情況，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用高壓風(fēng)刀吹洗后對(duì)局部污點(diǎn)采用刮刀清理、再用高壓風(fēng)刀吹洗效果最佳。

3.1.2 養(yǎng)護(hù)優(yōu)化

軌枕澆筑完成在養(yǎng)護(hù)池內(nèi)靜停期間，為防止軌枕混凝土中的水分快速蒸發(fā)，需對(duì)入窯后靜停階段的軌枕混凝土進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)處理，通過(guò)對(duì)比在養(yǎng)護(hù)池內(nèi)噴水霧與鋼模頂面、側(cè)面覆蓋經(jīng)浸泡濕潤(rùn)的土工布方式的潤(rùn)濕效果，得出采用濕潤(rùn)土工布效果較好。

3.2 氣泡和蜂窩

3.2.1 膠凝材料優(yōu)選

混凝土膠凝材料中水泥的比表面積越大，混凝土的用水就會(huì)增加，混凝土中自由水會(huì)增多，水分蒸發(fā)后容易形成氣孔。水泥選用P.O52.5普通硅酸鹽水泥，比表面積控制在300～350 m2/kg之間，單摻礦物摻合料，水膠比不應(yīng)大于0.35。

3.2.2 外加劑優(yōu)選

外加劑對(duì)氣泡有直接影響的是含氣量和減水率指標(biāo)，采用聚羧酸高性能減水劑，控制含氣量為2.5%、減水率為30%為宜。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)綜合對(duì)比觀察分析，混凝土含氣量在2.0%～3.0%時(shí)效果良好。不同混凝土含氣量下的軌枕外觀情況如圖2所示。

圖2 不同含氣量下的軌枕外觀情況

3.2.3 混凝土性能參數(shù)優(yōu)化

保持工藝參數(shù)不變的情況下，對(duì)混凝土不同含氣量和不同增實(shí)因數(shù)的外觀質(zhì)量進(jìn)行觀察對(duì)比，觀察記錄結(jié)果如表1所示。

表1 不同含氣量、增實(shí)因數(shù)軌枕外觀質(zhì)量記錄

通過(guò)試驗(yàn)觀察得出混凝土增實(shí)因數(shù)在1.06～1.07、混凝土含氣量在2.1%～2.5%時(shí)，軌枕表面基本無(wú)氣泡。

3.2.4 施工工藝優(yōu)化

(1)振動(dòng)時(shí)間的控制。振動(dòng)方式采用高頻激振器振動(dòng)臺(tái)?；炷翝仓笮枰獓?yán)格監(jiān)控振搗過(guò)程,如振搗時(shí)間不夠,混凝土內(nèi)部還存在很多孔隙和氣泡,質(zhì)量及外觀難以保證；如振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng),容易造成局部混凝土離析出現(xiàn)水波紋現(xiàn)象。試驗(yàn)對(duì)比得出最終振動(dòng)時(shí)間控制在160 s外觀情況較好。

(2)布料方式優(yōu)化。軌枕支撐塊平均厚度在150 cm左右，屬于較薄的預(yù)制構(gòu)件，通過(guò)分三次布料、兩次布料、一次布料的對(duì)比試驗(yàn)，得出采用一次完全布料、振動(dòng)頻率控制在50 Hz、振動(dòng)時(shí)間為160 s，脫模后軌枕表面質(zhì)量最佳，色澤白凈，基本無(wú)氣泡、無(wú)泌水現(xiàn)象。

(3)最佳脫模劑的選擇。脫模劑對(duì)混凝土最終的外觀質(zhì)量有很大影響，脫模劑有兩大類(lèi)：一類(lèi)是親油性，例如機(jī)油、液壓油等；另一類(lèi)是親水性，如水性脫模劑。通過(guò)對(duì)二者進(jìn)行取樣，分別進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)柴油、機(jī)油(1∶1)、色拉油、水性脫模劑三種脫模材料的試驗(yàn)驗(yàn)證：柴油、機(jī)油混合油性脫模劑涂刷后涂層較厚，混凝土內(nèi)氣泡難排出，因此，混凝土凝結(jié)硬化后會(huì)將其吸附到毛細(xì)孔中形成大量孔洞,且顏色灰暗；色拉油的流動(dòng)性受溫度影響較大，使用過(guò)程中模具表面宜形成流動(dòng)印記，混凝土外觀發(fā)黃；水性脫模劑是一種表面活性劑，與水有良好的相容性,使得氣泡在振搗中容易破裂,減少混凝土表面的氣孔，水性脫模劑調(diào)配按兌水比例1∶2時(shí)最優(yōu)，脫模后軌枕外觀色澤白凈密實(shí)。使用不同性質(zhì)脫模劑的軌枕外觀情況如圖3所示。

圖3 使用不同性質(zhì)脫模劑的軌枕外觀情況

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比分析試驗(yàn)得出保證混凝土軌枕外觀質(zhì)量的關(guān)鍵優(yōu)化參數(shù)及工藝如下：

(1)膠凝材料采用P.O52.5普通硅酸鹽水泥，比表面積控制在300～350 m2/kg，單摻礦物材料，水膠比不應(yīng)大于0.35。

(2)采用聚羧酸高性能減水劑，含氣量為2.5%、減水率為30%；混凝土增實(shí)因數(shù)控制在1.06～1.07，混凝土含氣量控制在2.1%～2.5%。

(3)澆筑時(shí)采用一次布料的方式，振動(dòng)頻率為50 Hz、振動(dòng)時(shí)間為160 s；脫模劑采用水性脫模劑。