預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕靜載試驗影響因素分析與控制

張文花

1 引言

本廠XⅡ型預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕以下簡稱混凝土枕采用先張流水機組法工藝生產(chǎn)，其工藝流程為：鋼絲組入模→安裝配件→鋼絲張拉→安裝螺旋筋→混凝土灌注→振動成型→二次振動→卸配件及清邊→蒸汽養(yǎng)護→預(yù)應(yīng)力放張→脫模。

2 原材料

影響靜載試驗最主要的原材是鋼絲，采購合格的鋼絲是前提條件，本廠混凝土軌枕采用φ6.25低松弛螺旋肋鋼絲。鋼絲質(zhì)量滿足GB/T5223-2014中的要求，公稱直徑6.25mm，公稱抗拉強度≥1570MPa，最大力總伸長率≥3.5%，彎曲次數(shù)≥4次，1000h應(yīng)力松弛率≤2.5%，彈性模量（205±10）GPa，墩頭強度≥母材公稱抗拉強度的95%，鋼絲內(nèi)不得有夾雜，表面不得有裂紋、拉痕、機械損傷。其次是碎石，碎石在混凝土中的占比接近一半，因此碎石的質(zhì)量很大程度上影響混凝土的質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中，碎石的產(chǎn)地和來源不同，碎石的質(zhì)量波動大，因此要嚴(yán)格把控。尤其是碎石的級配，粒徑、含泥量、泥塊含量、緊密密度。這些指標(biāo)波動較大，對軌枕的質(zhì)量影響也大。

3 脫模強度

混凝土枕靜載試驗的時間是軌枕脫模后24～48h之內(nèi)，因此混凝土脫模強度越高軌枕靜載合格率就越高。混凝土枕采用C60混凝土，脫模強度≥45MPa，軌枕采用干硬性混凝土，增實因數(shù)控制在1.24～1.42，即保證混凝土脫模強度又保證軌枕外觀質(zhì)量。混凝土越密實，混凝土脫模強度越高。砂石級配越好，越穩(wěn)定，混凝土的填充越密實，脫模強度越高[1]。

影響混凝土脫模強度的除原材料的質(zhì)量還有混凝土的密實性，混凝土的填充越密實，混凝土脫模強度越高。混凝土是一種復(fù)合材料，由碎石、砂子、水泥、粉煤灰、水、減水劑和其之間的空隙組成。碎石起骨架作用，小碎石填充大碎石，砂子填充大碎石與小碎石之間的空隙，水泥、粉煤灰填充砂子和碎石之間的空隙，使整個混凝土的空隙更小。混凝土在振動時會排出多余的氣泡，使整個混凝土更密實。表1數(shù)據(jù)顯示了脫模強度和靜載情況。

表1 脫模強度（單位：MPa）和靜載情況

4 張拉

混凝土枕采用先張法施工，本廠采用自動張拉機進行張拉，張拉控制應(yīng)力（348±5）kN，張拉過程：0→（50～100）kN→348kN（持荷 1min）→鎖緊螺母。在預(yù)張拉（50～100kN）力值時，操作人員應(yīng)先檢查鋼絲絲位，并用深度尺測量保護層，待確認(rèn)正確后，再進行張拉。若保護層偏大，說明鋼絲沒有到底，需要用小錘敲擊掛筋板，使鋼絲到底。鋼模要定期進行檢測，變形嚴(yán)重的鋼模不得進入生產(chǎn)線，保證絲位的工卡具必須按要求上到位，保證軌枕主筋位置的準(zhǔn)確，即絲位位置準(zhǔn)確。若鋼絲保護層過大，上排鋼絲距軌枕頂面距離偏大，靜載時軌中受拉區(qū)抵抗破壞的彎矩變小，抵抗力主要是鋼絲承擔(dān)，混凝土抗拉力底，因此軌中容易產(chǎn)生裂紋。因此絲位必須保證正確。在持荷1min過程中，要持續(xù)的鎖緊螺母，一般是羊角螺母，要用錘敲擊羊角螺母進行鎖緊。防止因沒有鎖緊螺母導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。

鋼絲墩頭要求墩頭直徑φ：8.8mm≤φ≤11mm；墩頭厚度h：5.5mm≤h≤7.5mm。墩頭時應(yīng)將鋼絲放在夾片的中心并抵緊墩頭模，不得歪斜，墩頭時壓力35～40MPa，不允許二次墩頭。不允許使用歪斜的墩頭。預(yù)應(yīng)力筋要靠鋼絲墩頭來鎖緊，因此墩頭質(zhì)量影響張拉的質(zhì)量，墩頭歪斜會造成鋼絲內(nèi)縮，預(yù)應(yīng)力損失，嚴(yán)重會造成爆絲。預(yù)應(yīng)力鋼絲下料、編組及張拉時應(yīng)保證應(yīng)力筋受力均勻。鋼絲下料長度10400mm，鋼絲下料長度偏差≤鋼絲長度的1.5/10000。即同組鋼絲長度極限偏差≤1.56mm。不同定長剪切機調(diào)出的鋼絲不能混用，確保同一根軌枕內(nèi)一組鋼絲長度極限偏差≤規(guī)定值。

5 放張

放張采用自動放張設(shè)備進行整體放張或具有顯示功能的扭矩扳手，放張控制應(yīng)力是張拉控制應(yīng)力的90%。放張時左右對稱剪切鋼絲，防止應(yīng)力集中使端部軌枕開裂。嚴(yán)禁帶應(yīng)力切割鋼絲，以防止預(yù)應(yīng)力損失。

6 蒸汽養(yǎng)護

蒸汽養(yǎng)護采用自動養(yǎng)護控制系統(tǒng)，分為靜停-升溫-恒溫-降溫4個階段。軌枕清邊完成以后，將軌枕和鋼模一起吊入養(yǎng)護坑進行養(yǎng)護。靜停時間≥3h，升溫時速度≤15℃/h，恒溫時混凝土的芯部溫度依據(jù)水泥中三氧化硫的含量不同而不同，水泥中三氧化硫含量＜2.0%時，枕芯混凝土的最高養(yǎng)護溫度≤60℃，三氧化硫含量為3.0%時，枕芯混凝土的最高養(yǎng)護溫度≤55℃，當(dāng)三氧化硫含量在2.0～3.0%之間時，枕芯最高養(yǎng)護溫度通過線性內(nèi)插求得。降溫速度≤15℃/h。軌枕在脫模時，熱模時鋼模膨脹，這時比較容易脫模，所以一些廠家在軌枕出坑前沒有進行降溫，或降溫措施不到位，軌枕脫模后空鋼模都是熱模。鋼模與空氣之間的溫差一般＞15℃，夏季溫差較小，冬季比較大，鋼絲的溫度是空氣的溫度，會導(dǎo)致張拉臺座上的鋼模與預(yù)應(yīng)力鋼絲之間存在一定溫差。當(dāng)混凝土灌注，振動完畢，溫差逐漸降低，接近0℃。此時鋼模收縮，預(yù)應(yīng)力筋也收縮，從而發(fā)生溫度損失。因溫差導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失。因此要確保降溫階段真正有效實施。確保脫模時混凝土表面與環(huán)境溫差＜15℃，鋼模與環(huán)境溫差也＜15℃[2]。

7 墊板選擇

軌枕承載面有1：40的坡度，軌枕靜載時，軌枕與靜載機之間要放置墊板，墊板也要有1：40的坡度。墊板制作不標(biāo)準(zhǔn)，或則使用不當(dāng)，尤其是軌中截面，會造成偏壓，支距變大，導(dǎo)致軌中實際彎矩比設(shè)計值大，造成軌中開裂。有時也會中心線內(nèi)移，支距變小。實際彎矩比設(shè)計值小，實驗不準(zhǔn)確。墊板可選擇剛墊板，木質(zhì)墊板，硬橡膠墊板。選擇鋼墊板時，鋼墊板下面宜放置15mm厚的硬橡膠墊。選擇木質(zhì)墊板時，宜選擇質(zhì)地較軟的杉木，并且坡度要準(zhǔn)確。不管選擇哪類墊板，都需要保證墊板與軌枕之間完全密貼，否則靜載結(jié)果不準(zhǔn)確。圖1以木質(zhì)墊板為例說明支距變大的情況。

8 結(jié)束語

圖1 木質(zhì)墊板為例支距變大

綜上所述，影響軌枕靜載試驗合格的因素有很多，原材料、混凝土強度、張拉、放張、養(yǎng)護等都會涉及到整個生產(chǎn)工藝，各個因素之間也相互影響，因此在生產(chǎn)過程中，尤其注意各個工序的控制。才能保證軌枕質(zhì)量合格，軌枕靜載合格。以上是在日常生產(chǎn)過程中的總結(jié)和提煉，供大家參考。