軌枕靜載抗裂強度質(zhì)量控制

江傳濤

摘 要：本文結(jié)合軌枕生產(chǎn)工藝，介紹了軌枕靜載抗裂強度不足的主要影響因素和在生產(chǎn)過程中的相應(yīng)控制措施。

關(guān)鍵詞：軌枕；靜載抗裂強度

近年來，隨著軌枕產(chǎn)品型號的不斷增加和新老型號的交替，新標準對軌枕質(zhì)量提出的要求也越來越高，但就其總體結(jié)構(gòu)來說，沒有太大的變化，生產(chǎn)工藝也基本相近，因而在生產(chǎn)過程中，不同型號的軌枕的一部分質(zhì)量問題是基本相同的。本文就這些常見問題中的靜載抗裂強度不足這個易發(fā)問題來進行分析。

1 概況

靜載抗裂強度不足是一個綜合因素很多的質(zhì)量問題。其中碎石硬度、張拉質(zhì)量、混凝土均勻性、相關(guān)設(shè)備的標定以及混凝土的養(yǎng)護等是幾個影響較大的因素。

2 碎石硬度影響

在內(nèi)蒙某枕廠使用兩種不同材質(zhì)的碎石進行了靜載抗裂強度試驗，一種是石灰?guī)r質(zhì)的碎石，壓碎指標在要求的極限狀態(tài)；另一種是玄武巖類碎石，壓碎指標較好，從靜載情況看，前一種碎石生產(chǎn)的軌枕靜載抗裂值比后者約低30～40KN，由此可見碎石自身材質(zhì)對靜載抗裂值的影響是很大的，因此在料源考察時一定要做好選擇，盡量選擇壓碎指標好的碎石。

3 混凝土拌合

在拌制混凝土的過程中，要控制好的幾個方面的問題。

3.1 計量設(shè)備的檢定和投料誤差控制

準確的計量是混凝土實際配合比的保證，因此，計量器具的檢定一定要按規(guī)定的周期進行。除此之外，在計量部分經(jīng)過維修后，或發(fā)生其他對計量準確性有懷疑時一定要及時進行檢驗標定。平時可以準備一些砝碼或用一些已知重量的物體進行檢查。

拌合站的配料誤差主要取決于設(shè)備自身性能，相對計量的不準確來說，生產(chǎn)過程中容易直觀的發(fā)現(xiàn)，配料誤差過大不能保證配比的準確性。

3.2 混凝土拌制均勻性的控制

3.2.1 混凝土拌制不勻在軌枕實體上的表現(xiàn)

混凝土拌制不均勻，各種原材料不能充分混合，混凝土強度離散性大，反映在軌枕實體上，就是經(jīng)常會出現(xiàn)一模軌枕中相鄰兩根軌枕的兩個相鄰點一個能達到靜載強度要求，另一個不能達到要求。

3.2.2 攪拌時間控制

按現(xiàn)行TB/T3275-2011《鐵路混凝土》的規(guī)定，最短攪拌時間不宜少于2min。

3.2.3 減水劑均勻投入

使用粉劑型萘系高效減水劑時，粉劑在倒入容器進行稀釋時會有部分包裝袋的碎屑一起進入容器中，生產(chǎn)時，配料完成向拌合機打入的過程中，難免會帶入部分包裝袋的碎屑，一段時間后會造成拌合機內(nèi)的部分噴孔堵塞，按常規(guī)攪拌時間就有可能造成減水劑不能均勻分布在混凝土中，故使用粉劑型減水劑時，除注意減水劑稀釋時攪拌均勻防止沉淀外，還應(yīng)該注意定期檢查拌合機內(nèi)噴管情況。

如用聚羧酸系水劑型減水劑，通常一盤配料只有3～5kg/m3的樣子，這樣會在很短時間就噴入拌合機內(nèi)，而拌合機轉(zhuǎn)速較慢，也可能造成減水劑不能均勻的分布在混凝土中。雖然現(xiàn)在大部分拌合機都是在配料計量完成后，水和減水劑一起下到一個中間容器后再打入拌合機，然而還有部分拌合機的水和減水劑是分開獨立的管路，因此在投產(chǎn)前要注意一下拌合機的工作流程，盡量使減水劑和水配料完成后進行混合，再一起打入拌合機。

4 張拉

鋼絲的有效應(yīng)力是影響軌枕靜載抗裂強度的重要要素。近年來，自動張拉的普及減少了人為因素的干擾，同時由于直接使用傳感器讀取力值，較以前用油壓表讀數(shù)張拉，需考慮油頂摩阻的情況有了很大進步，但由于目前國內(nèi)軌枕需求市場有限，導致專用自動張拉設(shè)備需求也有限，使其研發(fā)有一定局限性，設(shè)備的穩(wěn)定性還有待進一步提高，特別是電子系統(tǒng)故障造成的虛假力值等問題可能給軌枕質(zhì)量造成重大影響。

4.1 設(shè)備的檢定

自動張拉設(shè)備的顯示儀表和傳感器是張拉設(shè)備的主要計量器具，其準確性直接影響鋼絲的預應(yīng)力。對于傳感器要和自動張拉設(shè)備顯示儀表的檢定必須配套進行，使用過程中尤其注意不得隨意左、右調(diào)換；同時一經(jīng)標定，不能隨意調(diào)整儀表中的標定系數(shù)。

4.2 同組鋼絲的長度相對誤差的控制

4.2.1 鋼絲長度的相對誤差造成的應(yīng)力影響

每組鋼絲長度的相對誤差造成的應(yīng)力影響可根據(jù)虎克定律來推算：

由△L=NL/EA=σL/E可得σ=△LE/L=εE

以Ⅲc枕為例，鋼絲彈模E=205000MPa

鋼絲下料長度L=10800mm

10根鋼絲共計面積：384.8mm2

總張拉力：415KN

鋼絲拉應(yīng)力：

σ0=N/A=415*1000/384.8=1078.5Mpa

如按1.5/10000的誤差，則相對應(yīng)力差值：

△σ=σ1—σ2=ε1E—ε2E

=△LE/L=205000*1.5/10000=30.8 Mpa

相對應(yīng)力誤差△δ=30.8/1078.5=2.85%；

如保持長度10800mm不變，則經(jīng)過計算，鋼絲相對誤差的增加對相對應(yīng)力誤差的影響如下表：

相對誤差（mm） 2 3 4

相對應(yīng)力差值 （Mpa） 38.0 56.9 75.9

相對應(yīng)力誤差 3.52% 5.28% 7.04%

由上表可見，相對應(yīng)力誤差隨著鋼絲有效長度的誤差增加而增加是很明顯的。

4.2.2 鋼絲相對誤差的控制

要真正意義上保證每組鋼絲的受力均勻性，須測量鐓頭后的鋼絲相對誤差。由于每組鋼絲的其中一端是在穿完筋位板后鐓頭，這時鋼絲無法保持直線，是做不到準確測量的。以現(xiàn)有的情況，可以先保證鐓頭前的鋼絲相對誤差（即定長下料時的誤差），然后在鐓頭時采用同規(guī)格的鐓頭機，以相同方式及相等的壓力進行鐓頭，這樣基本上可以將鐓頭后的鋼絲有效長度誤差控制在最小范圍內(nèi)。

4.3 張拉過程控制

自動張拉機除在顯示儀表上可以直接讀取力值（單位：KN）外，還可以同時讀取油壓值（單位：MPa，要根據(jù)油頂面積設(shè)定油壓傳感器系數(shù)），油泵上也配有高、低壓油壓表，根據(jù)所需張拉力和油頂活塞面積，我們可以大致可以得到相應(yīng)油表讀數(shù)，當張拉到總張拉力值時，可以對比顯示儀表上的油壓值和油泵上的油表讀數(shù)，以防控制系統(tǒng)故障而出現(xiàn)虛假力值，這樣三者對比，保險系數(shù)大大增加。

4.4 鋼絲整體偏移控制

4.4.1 鋼絲整體偏移的影響

《新Ⅱ型預應(yīng)力混凝土枕研制報告》中指出，“……截面高度、上保護層厚度（即上排鋼絲至枕頂面距離）和鋼絲間距等允許偏差的減少有利于降低軌枕抗裂強度和承載力的離散性。”在截面高度不變的情況下，鋼絲整體偏移+3mm，對軌下和軌中截面抗裂強度的影響分別為：+4.1%和-5.0%；而鋼絲整體偏移為-3mm時，對軌下和軌中截面抗裂強度的影響分別為：-4.1%和+5.0%。

4.4.2 鋼絲整體偏移的控制

由于現(xiàn)行生產(chǎn)工藝中鋼絲間距通過筋位板的加工精度來控制，基本上都能夠達到規(guī)定要求，而鋼絲整體偏移相對來說是一個不易控制的項目，主要原因一是由于鋼模中拼板使用一段時間后會產(chǎn)生變形甚至脫落，二是脫模后鋼模內(nèi)附著的混凝土清理不徹底，導致筋位板不能落到到設(shè)計位置或形成歪斜狀態(tài)，出現(xiàn)筋位整體偏移。針對以上原因，在實際生產(chǎn)過程中一是要對要注意對鋼模的檢查，保證鋼模自身尺寸的正確，另一方面在每次脫模后，要對附著混凝土要進行徹底清理從而來保證鋼絲位置的正確。

5 混凝土成型

振動成型時，振動時間的長短和隔板提取的方式會影響到混凝土的密實度從而影響抗裂強度。

5.1 振動時間控制

當混凝土的坍落度和振動力控制在范圍內(nèi)以后，振動時間基本是一定的，此時要盡量采用時間繼電器來自動控制振動時間，減少人為因素的影響。

5.2 隔板的提取

提取隔板時，由于筋位板與隔板之間存在一定的摩擦力，會使隔板帶動筋位板從而帶動鋼絲，此時，混凝土不具備強度，很容易使鋼絲周圍的混凝土松動，從而影響鋼絲的錨固長度。因此，提取隔板要注意不能使隔板對筋位板產(chǎn)生突然沖擊，另一方面可對隔板進行改造，如做成凸輪式等。

6 混凝土養(yǎng)護

養(yǎng)護是混凝土強度保證的重要環(huán)節(jié)，也是軌枕生產(chǎn)的一個關(guān)鍵工序。

6.1 蒸汽養(yǎng)護

目前國內(nèi)為提高生產(chǎn)效率，軌枕一般都采用蒸汽養(yǎng)護，蒸汽養(yǎng)護可以加速混凝土強度發(fā)展。但是在我國南方如谷城地區(qū)，夏季環(huán)境溫度長期較高，一般都30℃以上，池內(nèi)溫度就更高；加之各養(yǎng)護池處于不同的養(yǎng)護階段，處于恒溫階段的養(yǎng)護池對相鄰養(yǎng)護池的溫度也會有所影響，如此溫度一疊加，處于靜停階段的養(yǎng)護池內(nèi)的溫度一般可達45～50℃ ，有時甚至可達55℃ 。靜停完成后，由于混凝土中水泥的水化熱釋放使得養(yǎng)護池內(nèi)的溫度進一步升高。按原《技術(shù)條件》的要求，恒溫溫度必須設(shè)置在60℃以下，一般都是設(shè)置58℃±2℃，此時對于自動養(yǎng)護設(shè)備來說，由于設(shè)置的目標溫度和池內(nèi)溫度溫差極小，稍一給汽，池內(nèi)溫度就達到目標值，此時自動養(yǎng)護設(shè)備就會停止供汽，造成補充的飽和蒸汽量很少，養(yǎng)護池內(nèi)濕度跟不上，混凝土在水化反應(yīng)過程中缺水，使混凝土的強度增長緩慢。針對這個現(xiàn)象，如提高養(yǎng)護時恒溫溫度，不能滿足規(guī)范的要求，那么只有在夏季生產(chǎn)時降低靜停階段養(yǎng)護池內(nèi)的溫度，從而和自動養(yǎng)護設(shè)備設(shè)置的目標溫度形成一定的溫差，能夠給予池內(nèi)足夠的飽和蒸汽形成較高濕度。目前2013版各類軌枕產(chǎn)品標準已對靜停階段的溫度有了不高于35℃的明確規(guī)定。實際操作時可在揭窯后對池壁噴灑低溫水來降低一部分池溫，同時在靜停過程中通過噴淋系統(tǒng)噴灑低溫水霧或冰水水霧降低靜停溫度。

6.2 后期灑水養(yǎng)護

軌枕出池時混凝土強度一般只能達到設(shè)計強度75%～80%，而混凝土的強度增長是一個持續(xù)緩慢的過程，需要相應(yīng)的溫度和濕度，軌枕脫模后一般都是露天存放，很難達到理想的濕度，特別對于北方很多地區(qū)，環(huán)境濕度只有30%左右，軌枕脫模存放一段時間后靜載抗裂強度也隨之下降，我們曾在內(nèi)蒙地區(qū)都出現(xiàn)過經(jīng)試壓合格的軌枕，存放10～15d后再試壓，結(jié)果不合格的情況，因此后期的灑水養(yǎng)護就顯得很有必要。新的規(guī)范TB/T3300-2013《高速鐵路有砟軌道預應(yīng)力混凝土軌枕》中明確規(guī)定：“軌枕脫模后，應(yīng)繼續(xù)濕潤養(yǎng)護3d以上。當環(huán)境溫度低于5℃時，應(yīng)在室內(nèi)保溫保濕3d以上，確保軌枕表面溫度不低于5℃。”

7 結(jié)語

由于軌枕屬先張的小型混凝土構(gòu)件，生產(chǎn)工序較少，工藝相對簡單，故本文不對生產(chǎn)工藝進行論述。又因一般軌枕生產(chǎn)班產(chǎn)較大，操作人員對簡單重復勞動易產(chǎn)生疲勞感，技術(shù)人員也不可能每模進行檢查，因而本文圍繞幾個常見影響軌枕靜載抗裂強度的因素，結(jié)合現(xiàn)場實踐，對生產(chǎn)過程中需要注意的事項進行總結(jié)，旨在為技術(shù)人員進行現(xiàn)場控制時提供一點參考。

參考文獻

[1]《新Ⅱ型預應(yīng)力混凝土枕研制報告》

[2] TB/T2190-2013《混凝土枕》

[3] TB/T3300-2013《高速鐵路有砟軌道預應(yīng)力混凝土軌枕》