CRTSⅢ型先張法預應力軌道板水養施工工藝及作用機理研究

王安會 ，孫昆鵬 （中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力軌道板暫行技術條件規定》：軌道板脫模后，先封錨再進行水中養護。水養作為CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力軌道板（以下簡稱CRTSⅢ型板）的重要工序，對CRTSⅢ型板后期強度增長具有不可替代的作用，因此如何控制軌道板水養質量及水養溫度控制是軌道板施工的一個重點。采用科學的水養池溫控技術，合理地利用水養池溫度變化規律利用可以節約能源，提高工效，減小水溫的波動的作用。

1 工程概況

中鐵四局集團第一工程有限公司承德軌道板場位于承德縣六溝鎮中六溝村，軌道板場右側靠近京沈京冀鐵路客運專線（對應線路中心里程約為DK215+800）,軌道板場左側靠近G101國道，場區占地約16hm2。主要承擔京沈京冀客專Ⅰ～Ⅵ標DK147+996.28～DK283+961里程段 135.994km范圍內47618塊 (其中P5600型41884塊、P4925型3974塊、P4856型 1654塊、P4925B型 48塊、P3710型60塊)CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板的預制和運輸任務。場內2個區域，分別設置5個獨立的水養池，單個獨立的水養池大小為6.2m×15.2m，在水養池旁邊設置有調節池，目的在于保持池內水溫的均勻性，防止直接補水導致局部水溫發生驟變給軌道板帶來負面影響，同時還能節能減排。單個水養池設置有蒸養管道，以保證冬季水養時，水溫不低于10℃。

承德軌道板場計劃開工時間為2015年3月1日，竣工日期為2018年3月31日（含軌道板場場建、制板、供板），總工期37個月，1126個日歷天。

2 水養施工工藝

以混凝土水化理論為基礎，根據CRTSIII型預制軌道板必須進行水養的技術要求，分析了水養對軌道板質量控制的重要以及水養的控制要點，以及新型的水養池調節觀點。通過溫度調節技術對軌道板水養控制過程中的優越性，使京沈客專承德軌道板場工程實際運用取得了良好的技術效果和經濟效益。

2.1 水養施工技術準備

①養護用水符合TB/T3275-2011的規定。

②軌道板封錨材料填壓完畢至軌道板水養的時間間隔不小于2h。

③軌道板脫模后，先封錨再進行水中養護，脫模至水養的時間間隔不大于8h，并保持軌道板濕潤。

④軌道板在水養池中養護不少于3d，且保溫、保濕總時間不少于10d。

機械設備配置 表1

⑤養護期間、養護水溫不低于10℃；入水養池及濕養時，軌道板表面溫度與養護水溫之差不大于10℃。

⑥養護完成且表面干燥后，軌道板表面溫度與室外環境溫差不大于15℃時，方可室外存放，嚴寒地區冬季宜覆蓋養護至28d。

2.2 機械設備及人員配置

為確保軌道板養護工序的施工質量，所需機械設備、養護作業人員的配置，分別見表1、表2。

養護作業人員配置表（單個班組） 表2

2.3 水養施工步驟

軌道板養護施工流程包括：封錨區覆蓋灑水→水池養護→緩存區灑水養護→存板區灑水養護，具體流程及要求見圖1。

圖1 軌道板養護流程

軌道板在封錨區，入池養護前采用覆蓋土工布，噴壺灑水的方式使軌道板保持濕潤。軌道板入水前清理預埋套管內雜物，安裝預埋套管蓋、接地端子保護裝置，軌道板吊入水池養護。

圖2 封錨區覆蓋灑水

3 水養系統組成

3.1 自動溫控水養池

水養系統主要由水養池、40t無塔供水器、供水管道、蒸汽管道、溫控柜、電磁閥、開關閥等組成。水養池內安裝溫度傳感器，連接至自動溫控系統，溫度過低時，通過池底蒸汽管道對池內養護用水升溫。水養池設置在21m車間東西兩側，共2個水養池，單個水養池尺寸為：39.3m×14m，1個單個水養池又分6個獨立的小水養池。2個水養池各設有1臺溫控柜，用于監測、控制、顯示其6個小水養池的水溫。

3.2 蒸養系統

蒸汽加熱主要由3部分組成，主管道位于27m車間與水養池之間，采用φ65無縫鋼管。支管道主要位于水養池內，主要由φ40、φ25無縫鋼管組成，具體設計情況見圖3。

圖3 水養池蒸汽管道布置圖

3.3 水養系統操作

具體操作流程見圖4～圖8。

圖4 軌道板起吊

圖5 軌道板入水

圖6 注水管道進行注水

圖7 蒸汽管道及壓力閥

圖8 蒸汽鍋爐

3.4 溫度控制

自動溫控系統水養池，通過溫度傳感器對水養池中水溫進行檢測，通過蒸汽和注水，將水溫控制在恒溫，從而確保了軌道板的表面溫度，確保了軌道板的質量。

圖9 溫度控制柜

獨立水池間通過隔墻上具有高差的溢水口進行水源聯通。

3.5 軌道板水養控制要點

3.5.1 水養池水位控制

軌道板水養在水養池中進行，其關鍵是養護水位的控制，水養完成的軌道板的出池與未水養軌道板進入都會影響水水養池水位，而水養目的則是為了混凝土的水化過程正常進行，保證軌道板水養質量是每個軌道板預制場的控制要點。

圖10 水養池

軌道板預制場的水養池多為固定深度，一般控制水位高于軌道板，確保軌道板始終沒入水中5～10cm，軌道板出池入池均會對水位產生不同影響，這就要求水養池可以及時補水和放水。為避免水源浪費，各個軌道板間設連通泄水道，軌道板入水時相鄰獨立水養池中用水可通過泄水道排至空余水池中，而水位不足時，則需及時補水。

常見混凝土表面裂紋主要包括干縮裂紋和溫度應力裂紋，深度較淺，干縮裂紋多由養護不到位造成，混凝土的水養可解決混凝土由缺水引起的干縮裂紋。

3.5.2 水養池溫度控制

《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力軌道板暫行技術條件規定》要求入水養池及濕養時，軌道板表面溫度與養護水溫之差不大于10℃。軌道板的溫度應力裂縫主要與混凝土水化強度增長期內溫度變化有直接關系，水養池內的溫度均勻性對軌道板質量有直接的影響：一方面是軌道板免受不利溫度驟然變化引起的冷縮和干縮；另一方面使混凝土水化作用順利進行，以期達到設計的強度和抗裂能力。

3.6 軌道板水養技術

目前常規的水養技術存在的水量浪費、溫度驟變、溫度分布不均勻、排放不達標等實際問題，軌道板場在原有的技術上進行改造，增加了溫度監控系統和蒸養自動化系統來控制蒸養水溫，利用水養池單獨隔離互通控制池內水位。

3.6.1 水溫調節

軌道板經蒸養后后出模溫度在35℃左右，板芯溫度在45℃上下。經封錨工序后板溫度根據季節變化也會有微小的變化，水養池水溫也需根據不同的軌道板溫度進行調整。水養池溫度影響因素主要有4個方面：①環境溫度，冬夏季影響尤其明顯，水蒸發也會降低水溫；②軌道板自身溫度，軌道板入水后會繼續水化散熱；③蒸汽管道加熱，主要在冬季，通過人工干預加熱；④通過補充新的冷水降溫。因此需要建立養護水溫監測體制，隨時采集水養池溫度數據，根據需要及時采取調整措施。

3.6.2 水養池溫度變化規律及應對

經檢測，軌道板入池后8h之內，池內水溫受軌道板水化熱和散熱影響會持續升高，8～16h內水養池水溫會趨于穩定；16h后水溫會逐漸下降至正常環境溫度。在正常生產時，軌道板需不斷入池和出池，因而需要根據其水溫規律制定相應的應對措施。

經統計軌道板出池工序（含出池、裝車、運輸、卸車、返回）需 10～12min，板入池（含起吊、入池）需5min，因而根據統籌學原理，在每塊板出池過程中在可同時安排板入池，平行作業，也提高了功效。

為防止水溫波動較大，對軌道板入池順序也需合理安排，先出模軌道板應先入池，軌道板經封錨工序長時間時間暴露在環境中，板表面溫度相對較低，而水養池中溫度經長時間放置水溫亦相對較低，可避免溫差較大，帶來負面影響；后出模的軌道板后入池，此時水溫受先入池的軌道板散熱作用，水溫已有所提高，水溫與軌道板表面溫差也相對較小，有助于板的水養過程。

3.6.3 水養技術要求

養護用水符合應TB/T3275-2011的規定。

①嚴格控制養護水的PH值為9～11范圍，PH值偏小時加生石灰進行調節，PH值偏大時可采用池底排水并沖入養護水進行調節。

②軌道板脫模后8h內必須進行入池水養護，起吊時有專人指揮，不得碰撞產生破損，在行車配合和專人輔助下將軌道板放入水池中，采用軌道板承軌槽相向水養，用木板將承軌槽保護，并用專用卡具采用串聯方式將相鄰軌道板固定，注意防止傾覆。

③軌道板封錨材料填壓完畢至軌道板水養的時間間隔，不小于2h。

④軌道板脫模后，先封錨再進行水中養護，脫模至水養的時間間隔不大于8h，并保持軌道板濕潤。

⑤軌道板在水養池中養護不少于3d，且保溫、保濕總時間不少于10d。

⑥養護期間、養護水溫不低于10℃；一般不高于40℃，入水養池及濕養時，軌道板表面溫度與養護水溫之差不大于10℃。

⑦養護完成且表面干燥后，軌道板表面溫度與室外環境溫差不大于15℃時，方可室外存放，嚴寒地區冬季宜覆蓋養護至28d。

3.6.4 質量控制要點

①溫控柜、電磁閥、截止閥、壓力表除按周期檢驗外，每班必須檢查一次。

②水養池水質不滿足養護要求時需及時更換，養護水需漫過軌道板。

③軌道板入水前采用紅外測溫儀對軌道板表面和養護水溫進行測溫，保證板表溫度與水養水溫溫差不大于10℃。

④檢查供汽系統的各個部位，是否處于良好狀態，包括鍋爐、管道、閥門等設施，泄盡冷凝水，升火暖管已熱，關閉泄水管，方可開爐供汽。

⑤存板條基礎設置防傾倒裝置。

⑥存放時，所有扣件絕緣套管、起吊套管和接地端子均安裝防護蓋。

4 水養對提高混凝土耐久性的作用機理研究

4.1 不同養護條件對比試驗

根據場內實際統計，軌道板脫模后強度一般處于48～49MPa之間，為設計強度的80%，其剩余20%強度會在水養池及存板區繼續增長，因而，后期養護是軌道板達到設計強度的關鍵。

混凝土強度對比 表3

為測試水養對軌道板強度影響，我們對進行同時間同批次9塊水養的軌道板和9塊灑水養護軌道板進行了對比試驗，將軌道板蒸養脫模后，采用水中養護和灑水養護的2種方法進行后期養護，每塊板制作6組強度試件，共108組試件，混凝土強度試件和軌道板同條件養護，對18塊板的3d、7d、28d強度進行比較。

對比試驗數據可以看出：兩種養護條件下軌道板均能達到設計強度，水養護軌道板相比于灑水養護軌道板條件，混凝土強度增長更快，在出水養池后7d達到設計強度（60MPa）后，仍能穩步增長至70MPa以上。而灑水養護軌道板在7d內強度達到設計值（60MPa）后便幾乎不再增長。因而，在軌道板蒸養脫模后及時進行水中養護具有重要的作用。

4.2 軌道板外觀對比檢測

根據《高速鐵路CRIII型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板暫行技術條件》外形外觀檢測要求，我們對試驗的18塊軌道板進行檢測，檢測方式采用交互檢查方式，即同時間同批次軌道板不同人員相互檢測，檢測結果如下表所示。

軌道板外觀對比檢測結果 表4

對比數據數據發現，兩種養護軌道板條件下的軌道板雖然均能滿足要求，經水養的軌道板在外觀缺陷方面要均優于灑水養護軌道板，水養可有效減少軌道板表面的缺陷，軌道板外觀質量明顯提高。

4.3 水養提高混凝土性能的機理分析

在混凝土強度后期增長過程中，濕度對混凝土的水化作用正常進行具有重要的意義：軌道板在高濕度環境中，混凝土的水化反應能充分進行，強度增長也比較充分。混凝土的水化反應可增加其凝膠體積，從而減小毛細管空體積，混凝土密度更加均勻，強度也相應增長；若濕度不足，混凝土表面蒸發脫水，水化反應不正常，混凝土內部收縮，毛細孔道未填充受拉開裂，形成干縮裂縫，從而影響軌道板質量和使用壽命。

軌道板的入水養護，是提高軌道板強度增長速度、提升軌道板強度和確保軌道板質量的關鍵工序，也是行之有效、經濟合理的使用技術。

5 結論

本水養工藝在承德軌道板場成功應用，圓滿完成京沈京冀客專Ⅰ～Ⅵ標DK147+996.28～DK283+961里程段135.994km范圍內47618塊的預制任務，并一次性通過國家鐵路產品質量監督檢驗中心認證，且水中養護軌道板還可杜絕軌道板混凝土表面因缺水引起的干縮裂縫，充分說明本水養工藝的對軌道板的作用，本文介紹的水養工藝也可為類似工程施工提供借鑒意義。