關于混凝土枕蒸汽養(yǎng)護工藝的探討

摘 要：本文結合中鐵株橋蘭州分公司綜合生產線為實例，對蒸汽養(yǎng)護原理、蒸汽養(yǎng)護規(guī)定、養(yǎng)護設備配備，以及蒸汽養(yǎng)護四階段進行了探討，確定最佳的蒸汽養(yǎng)護方案，從而達到提升軌枕質量，提升企業(yè)效益的目的。

關鍵詞：混凝土枕；蒸汽養(yǎng)護；芯部溫度

1 前言

在我國，混凝土枕養(yǎng)護主要分為蒸汽養(yǎng)護和自然養(yǎng)護。為了與生產線產能相匹配，縮短生產周期，提高軌枕的生產效率，國內大部分軌枕生產企業(yè)采取蒸汽養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護它不僅僅影響著軌枕生產效率，它還對軌枕強度的形成、裂紋的產生均有著較大的影響，因此本文對軌枕蒸汽養(yǎng)護工藝進行了探討和研究。

2 蒸汽養(yǎng)護原理

影響混凝土強度的因素很多，主要影響因素有水泥強度、水灰比和骨料質量。混凝土的強度主要來自水泥石與骨料之間的粘結強度。水泥與水發(fā)生水化反應產生水泥石，在水泥與水發(fā)生水化反應的過程中，混凝土的強度逐漸形成。水泥的水化速度與溫度有關，溫度越高，水化反應速度越快，混凝土的強度形成越快，故采用蒸汽養(yǎng)護能夠提高生產效率。

3 軌枕蒸汽養(yǎng)護標準規(guī)定

根據TB/T 2190—2013的規(guī)定，軌枕采用蒸汽養(yǎng)護時，應使用自動養(yǎng)護設備，監(jiān)測養(yǎng)護全過程。在溫度5℃～35℃的環(huán)境中靜停時間不小于3h；混凝土升溫速度不大于15℃/h，降溫速度不大于15℃/h；養(yǎng)護結束時軌枕表面與外部環(huán)境溫差不大于15℃。

枕芯混凝土溫度滿足下表要求：

[水泥中SO3含量（%） 枕芯允許最高溫度（℃） <2 60 2≤SO3≤3 線性插值求得 3 55 ]

4 養(yǎng)護系統(tǒng)要求

為滿足標準規(guī)范要求，嚴格控制養(yǎng)護各階段的溫度，應采用自動養(yǎng)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)應該具備以下幾點功能：

（1）應具有編輯功能，能夠設置養(yǎng)護相關參數；

（2）能夠自動采集、自動控制溫度，并儲存溫度數據；

（3）配備引風、噴水系統(tǒng)，實現(xiàn)養(yǎng)護池內溫度的降低；

（4）能夠檢測軌枕芯部溫度。

以株橋蘭州分公司綜合車間養(yǎng)護系統(tǒng)為例。株橋蘭州分公司使用的是由株洲科星電子有限公司開發(fā)的KXW-H型軌枕蒸汽養(yǎng)護溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)組成：

（1）KXW-H型軌枕蒸汽養(yǎng)護溫度控制主機一臺

（2）軌枕蒸養(yǎng)專用控制軟件

（3）變頻控制柜（含變頻器）

（4）混凝土蒸養(yǎng)操作臺

（5）引風系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)

（6）電動蒸汽閥和蒸汽給汽系統(tǒng)

溫度控制主機和蒸養(yǎng)專用控制軟件是整個蒸養(yǎng)系統(tǒng)的大腦和控制中心，將采集的實時溫度數據與設定的溫度參數進行對比，判斷溫度是否處在設定范圍內，并通過啟閉給汽系統(tǒng)、引風系統(tǒng)和噴水系統(tǒng)實現(xiàn)對溫度的控制。

為保證采集數據的準確性，需充分考慮溫度探頭布置的位置、數量，以及定期對養(yǎng)護系統(tǒng)進行標定。

5 軌枕蒸汽養(yǎng)護

按照要求，可以將軌枕蒸汽養(yǎng)護分為靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段。

5.1 靜停階段

混凝土成型后至蒸汽養(yǎng)護前，需要有一段靜停放置時間。軌枕靜停的主要作用在于提高混凝土在蒸汽養(yǎng)護之前的水化程度，使混凝土達到必要的初始結構強度，以減少混凝土因升溫過快造成內部結構的破壞。理論上，混凝土軌枕升溫養(yǎng)護前的初始強度越大，軌枕內部的損傷就越小。

因此標準規(guī)范要求，混凝土枕在溫度5℃～35℃的環(huán)境中靜停養(yǎng)護時間不少于3h。

為保證靜停時養(yǎng)護溫度滿足5℃～35℃要求，現(xiàn)常采用的措施：當養(yǎng)護系統(tǒng)檢測到養(yǎng)護池溫度低于5℃時，系統(tǒng)將發(fā)出指令，蒸汽管道上的電磁閥將打開，給養(yǎng)護池適當的供應蒸汽，確保靜停溫度不低于5℃；養(yǎng)護系統(tǒng)檢測到池溫高于35℃時，系統(tǒng)將指令通風、引風裝置啟動，同時啟動噴水裝置。通風、引風裝置增加空氣的流動，通過空氣流動帶走養(yǎng)護池內的熱量。噴水裝置即可以降低養(yǎng)護池內的溫度，又可以增加養(yǎng)護池內的濕度，彌補了因養(yǎng)護池通風造成的濕度降低，可以減少混凝土的干縮裂紋。

為保證軌枕生產質量，同時顧及生產效率，軌枕生產廠家通常將靜停時間設置為3～4小時，靜停溫度設置在10℃～30℃之間。

5.2 升溫階段

軌枕養(yǎng)護溫度由初始靜停溫度上升到恒溫溫度的那段時間稱之為升溫階段。混凝土結構破壞主要發(fā)生在升溫階段，在升溫的過程中，混凝土內部水分及氣體體積膨脹，使混凝土內粗孔體積增大，甚至產生細微裂縫。

升溫速度越快，對混凝土的破壞作用越大。故TB/T 2190—2013《混凝土枕》中規(guī)定，升溫速度不大于15℃/h。

株橋蘭州分公司采用控制升溫時間的方式來控制升溫速率。根據恒溫溫度與靜停溫度之間的差值，結合升溫速率不大于15℃/h來設置升溫時間。通常各生產廠將升溫時間設置在2h～3h。

5.3 恒溫階段

恒溫期是混凝土強度主要的增長期。一般情況下，恒溫溫度越高，恒溫養(yǎng)護時間越長，混凝土枕的脫模強度越高。

5.3.1 恒溫溫度

恒溫溫度并非越高越好，由于混凝土中氣、水、水泥、砂石等不同材料熱膨脹系數不同，而混凝土初期結構強度很低，當養(yǎng)護溫度過高時，高溫將使氣、水大大膨脹，造成混凝土內部缺陷。

標準規(guī)范對枕芯的溫度進行了要求，但由于枕芯溫度不便于控制，軌枕生產廠家通常采用枕芯溫度試驗，尋找恒溫溫度與枕芯溫度之間的關系，找到兩者關系后，通過控制恒溫溫度的方式來保證枕芯溫度。

根據多次枕芯試驗可以看出，軌枕芯部溫度隨著養(yǎng)護溫度的節(jié)奏升降。升溫階段，因為混凝土為熱的不良導體，芯部溫度通常低于實時的養(yǎng)護溫度。在恒溫階段，因混凝土溫度已逐漸上升，軌枕內部水化反應劇烈，產生大量的水化熱，芯部溫度逐漸超過養(yǎng)護溫度，最高高于恒溫溫度10℃左右。故生產廠家通常將恒溫溫度設置在45℃左右。

因軌枕芯部溫度隨季節(jié)氣溫的變化會有所波動，采用通過控制養(yǎng)護溫度的方式來控制枕芯溫度時，軌枕生產廠家每月須做一次軌枕的芯部溫度試驗，并根據試驗及時調整養(yǎng)護制度。

5.3.2 恒溫時間

從提高模具周轉率、節(jié)約能源的角度來說，恒溫養(yǎng)護時間在滿足脫模強度的前提下越短越好。經過多次試驗，恒溫時間通常設置在8h左右。

5.4 降溫階段

由于軌枕恒溫養(yǎng)護溫度遠高于養(yǎng)護池外環(huán)境溫度，若將模型直接吊出養(yǎng)護池進行脫模，軌枕表面溫度驟降，然而軌枕內部溫度下降相對較慢，這樣將在軌枕表面產生較大的收縮應力，容易導致軌枕龜裂。因此在軌枕脫模前需將軌枕溫度緩慢降下來。TB/T 2190—2013規(guī)定，養(yǎng)護結束時軌枕表面與外部環(huán)境溫差不大于15℃，降溫速率不大于15℃/h。

降溫可采用自然降溫、通風與噴水相結合的方式降溫。自然降溫的方式降溫速度慢，嚴重影響模具周轉率及生產效率，適用于模具及養(yǎng)護池較多，生產效率要求不高的情況。目前大多數生產廠家采用通風與噴水相結合的方式降溫，降溫速度相對自然降溫快。

2013年12月14日中鐵株橋蘭州分公司進行了軌枕芯部溫度試驗，采用的養(yǎng)護制度為：靜停溫度20～30℃，靜停時間3h，升溫時間2h，恒溫溫度46℃，恒溫時間9小時，降溫速率14℃/h，養(yǎng)護結束時養(yǎng)護池溫度與外部環(huán)境溫度差14℃。形成的養(yǎng)護溫度曲線如下圖。

通過試驗，以上養(yǎng)護制度能滿足標準規(guī)范要求。

6 結束語

通過探討表明，蒸汽養(yǎng)護是軌枕生產過程中一道關鍵工序，只有我們掌握了蒸汽養(yǎng)護原理，采取合理的措施，并嚴格按照溫控參數進行控制，軌枕質量才能得到有效保障，同時還能提升企業(yè)效益。

參考文獻：

[1] TB/T 2190—2013.混凝土枕[S].

[2] 肖元平.高速鐵路雙塊式軌枕蒸汽養(yǎng)護工藝探討[J].應用能源技術，2016（6）：4～6.

作者簡介：

張敏潔（1985- ），男，工程師，2008年畢業(yè)于湖南科技大學工程力學專業(yè)，工學學士。