混凝土軌枕養護現狀分析與技術改造實施方案

孫旭亮

(樂昌市安捷鐵路軌枕有限公司,廣東樂昌 512200)

混凝土軌枕養護現狀分析與技術改造實施方案

孫旭亮

(樂昌市安捷鐵路軌枕有限公司,廣東樂昌 512200)

依據高速鐵路混凝土軌枕技術條件中規定的養護標準,淺析混凝土養護的重要性;結合執行低溫蒸汽養護時遇到的問題,分析原有養護池難以達到技術要求的原因,對養護池進行改造;通過養護池改造前軌枕靜載抗裂強度試驗、養護池內自然養護試驗、軌枕出池后保濕養護試驗和試驗數據分析,制定出合理的養護制度,提出了軌枕養護的新方法。

混凝土軌枕;養護;耐久性;工藝改進

我國混凝土軌枕的鋪設量及年生產能力在世界上名列前茅,截止到目前,線路上鋪設的各類混凝土軌枕數量已超過2億根,全國有生產能力的軌枕企業近50家,但在生產工藝、生產設備、管理理念等方面與世界先進國家相比,還有一定的差距。我國軌枕制造業經過了4次較大的行業性技術改造,但基本上都是以提高生產效率為主[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條件的即將頒布執行,軌枕行業某些工藝工裝已無法滿足要求。結合即將頒布執行的高速鐵路有砟軌道混凝土軌枕技術條件[2],對目前軌枕養護工藝和設備的適應性進行了分析,并通過近幾年的試驗研究,提出了軌枕工藝工裝技術改造的實施方案。

1 養護是保證軌枕內在質量的關鍵工序

混凝土的養護是混凝土制品生產過程中非常重要的環節,其對后期混凝土強度和內在質量的影響越來越被人們所重視。對一般混凝土來說,養護的主要目的有:保證混凝土在一定時間內保持潮濕,以滿足水泥水化的用水需要,降低混凝土的滲透性;保持養護過程中各個階段適宜的養護溫度,使混凝土有良好的硬化條件[3]。

對軌枕養護重要性的認識經歷了一個由淺入深的較長過程,經驗教訓也是深刻的。由于對混凝土養護重要性認識不足,當軌枕需求量大、供貨時間緊時,為加快水化反應,迅速提高混凝土的早期強度,加快鋼模的周轉,不少工廠采用高溫養護,缺少靜停時間,養護的升溫、降溫速度快,恒溫溫度有時竟高達80℃。不合理的養護制度造成部分軌枕出廠時就有隱性微裂紋,大大縮短了軌枕的使用壽命。鐵道部曾多次組織設計、制造、維護等單位對軌枕使用情況調研,調查顯示軌枕的縱裂、龜裂、釘孔裂等裂紋的數量遠遠超過正常使用的受力裂紋的數量。軌枕內部的隱性裂紋上道后,受到列車荷載以及干濕、凍融循環等作用,發展的速度很快,少則幾年,多則十幾年,這些軌枕就因為裂紋的寬度和長度無法再滿足運營的要求而下道[4]。

2 混凝土軌枕養護現狀分析

2.1 高速鐵路混凝土軌枕的養護要求

高速鐵路有砟軌道預應力混凝土軌枕[1]技術條件中規定了混凝土的養護要求:軌枕采用蒸汽養護時,在溫度5～35℃的環境中靜停時間不小于3h;混凝土升溫速度不大于15℃/h;停汽降溫時,降溫速度不大于15℃/h;養護結束時軌枕表面與外部環境溫差不大于15℃;依據水泥中的三氧化硫含量確定枕芯混凝土的最高養護溫度。該技術條件與原有的標準 TB/ T2190《預應力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》[5]相比有了4點改進:(1)規定了開始養護的環境溫度;(2)依據我國常用水泥中三氧化硫含量,確定的枕芯混凝土的最高養護溫度不超過55℃;(3)明確了混凝土溫度的測量應在枕芯位置;(4)將升溫、降溫速度由20℃/h降為15℃/h。

2.2 混凝土軌枕養護現狀

我國軌枕的養護一般采用常壓飽和蒸汽養護,以坑池式養護為主。由于早期過分強調保溫節能、節約場地,所以養護池建造的不但保溫效果好,而且池與池相連,常常一個池內的軌枕養護完成后,池內溫度很難降下來。樂昌安捷鐵路軌枕有限公司地處廣東樂昌,夏季養護的難度要大于冬季。夏季氣溫較高,養護池內的溫度更高,一般可達40℃左右,軌枕靜停過程中由于混凝土中水泥的水化熱的釋放,使得養護池內的溫度進一步升高。此外,為了控制混凝土芯部的溫度不超過55℃,常常會減少飽和蒸汽的供給,池內濕度下降,池內的軌枕處于高溫低濕的環境,這些不利的養護條件,造成混凝土的強度早期增長快,后期增長慢。圖1為2010年5月和12月的客運專線軌枕靜載抗裂試驗數據,試驗數據表明夏季施工的軌枕強度反而低于冬季施工的軌枕強度。表1為養護池改造前池內溫差的情況,軌枕養護完畢出池時,池的上部溫度很快接近室溫,而養護池下部的溫度要經過很長時間才接近室溫。為了滿足高速鐵路軌枕技術條件的要求,必須對養護池進行改造。

圖1 2010年5月～12月客專軌枕強度試驗值

表1 養護池改造前池內溫差情況

3 養護池改造和養護工藝改進

3.1 養護池改造

對比試驗了通冷風降溫、設置天窗緩慢降溫和噴水降溫等方案,經過大量的測試數據分析,決定采用風冷與水冷相結合的改造方案。先將養護空間內的高溫蒸汽排出,再使用霧狀的水汽吸收養護空間的熱量,達到降溫目的。風冷與水冷相結合的改造方案不但減少了降溫階段的時間,還保證了下一生產循環時池內軌枕靜停階段的低溫控制,得到了較好的效果,改造后的養護池基本可以達到各個養護時段的養護溫度要求。

3.2 養護工藝改進的試驗研究

3.2.1 高速鐵路軌枕養護技術要求的解析

軌枕養護分靜停、升溫、恒溫、降溫4個階段,技術條件對這4個階段的養護均作了具體的規定。對各個階段的解析:軌枕從開始攪拌、澆筑成型到靜停完成一般需要4～5 h,此時水泥水化剛剛開始,混凝土處于半流動狀態和塑性狀態,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過高,保證混凝土中水泥進行一定程度的水化,使軌枕達到一定的強度,防止升溫期混凝土體積膨脹對結構產生破壞;控制升溫速率可以避免升溫過程中混凝土溫度應力超過其硬化強度造成混凝土開裂;過高的恒溫溫度和過長的蒸養時間會造成軌枕后期強度的損失,所以恒溫階段要控制恒溫溫度和恒溫時間;控制降溫速度和軌枕出池時表面與環境的溫度差,可以防止混凝土內外溫差過大或溫度梯度驟變而產生較大的溫度應力,可以避免軌枕表面裂縫的產生,提高軌枕的耐久性[6]。

3.2.2 根據實際生產情況制定養護制度

實際生產中由于靜停、升溫、恒溫、降溫4個階段的養護時間受許多因素影響,所以要根據生產實際情況進行試驗、調整,要根據水泥品種、生產季節的不同制定不同的養護制度[7]。在充分試生產后,確定的養護制度如下:混凝土成型后,在5～30℃的環境中靜停3 h;然后向養護池內緩慢注入飽和蒸汽,升溫速度15℃/h,升溫的時間根據夏冬季的室溫高低設置,當養護溫度達到45℃時,轉為恒溫;恒溫時需要控制蒸汽注入的速率以及排放量,恒溫時間為6 h;之后以不大于15℃/h速度降溫,需要啟用強制降溫系統,達到降溫的目,根據夏冬季室溫確定降溫所需時間,軌枕出池時表面的溫度與室內環境溫差不大于15℃。圖2為試驗分析后得到的養護溫控曲線。

圖2 軌枕施工養護控溫曲線

3.2.3 池內自然養護的試驗

自然養護的周期長、效率低,但可以降低制造成本。利用養護池的保溫效果好,混凝土自身水化熱就可以使池內溫度逐漸上升到理想恒溫的特點,進行了池內自然養生的試驗。試驗時的環境溫度18℃左右,軌枕靜停后,池內溫度逐漸上升到35℃,經過20 h的保溫保濕養護,脫模強度達到48 MPa,養護過程中,枕芯的最高溫度未超過40℃,見圖3。養護池改造后,自然養護的效果較為理想,隨同軌枕出池的標準試件經過28 d的標準養護,強度達到63 MPa;軌枕軌下靜載抗裂強度平均值為285 kN,枕中靜載抗裂強度平均值為200 kN,均滿足技術標準要求。

圖3 自然養護試驗溫控曲線

3.2.4 軌枕脫模后的保濕養護試驗

混凝土軌枕脫模后,保濕養護是不可忽視的重要環節,對截面變化大的軌枕,脫模后的養護尤為重要。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),對靜載抗裂強度影響不大,但由于局部的劇烈變化,靜載抗裂強度試驗值十分不穩定。為此,對電容枕脫模后繼續水池浸泡養護3 d、繼續3 d灑水養護和不再養護的對比試驗。48 h的靜載抗裂強度試驗結果表明,繼續水養的電容枕的靜載抗裂強度試驗值比不再養護的提高了15%左右,繼續灑水養護的電容枕的靜載抗裂強度值比不再養護的提高了8%左右,繼續水養的效果最佳。

圖4 電容枕中部被削弱

4 結語

通過養護池改造和養護工藝改進試驗,獲取到了較好的養護制度,并取得了較好的效果,這些再次證實了養護是獲得高品質混凝土的關鍵工序。值得一提的是,在蒸汽養護中要特別注意養護用水的水溫和循環使用;在自然養生時更要關注保水措施的有效實施。

[1] 沈榕.致力工藝改進提高混凝土軌枕的耐久性[J].鐵道標準設計,2005(8):13 -14.

[2] 中華人民共和國鐵道部.高速鐵路有砟軌道預應力混凝土軌枕(報批稿)[S].北京:中華人民共和國鐵道部,2011.

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

[4] 侯德杰.關于我國混凝土枕的使用現狀及對其發展的建議[J].鐵道標準設計,1994(11):7 -8.

[5] 中華人民共和國鐵道部.TB/T 2190—2002 預應力混凝土枕 Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型[S].北京:中國鐵道出版社,2002.

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

[7] 馮乃謙.新實用混凝土大全[M].北京:科學出版社,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。