基于檢測(cè)結(jié)果的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕質(zhì)量分析

宋瑞 趙柯 楊全亮 張忠凱 王丹 于兆華

1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081；2.中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京 100081；3.中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司科技和信息化部，北京 100844

混凝土軌枕［1］具有節(jié)約木材、使用壽命長(zhǎng)、鋪設(shè)軌道質(zhì)量好、維修工作量少、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。在高速鐵路、重載鐵路［2-3］等線路上應(yīng)用時(shí)，其性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)木枕，同時(shí)其產(chǎn)品特性也決定了在某些方面存在質(zhì)量瑕疵的可能。混凝土軌枕按配筋方式分為預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕和非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕，按軌道線路形式分為有砟軌道用混凝土軌枕和無(wú)砟軌道用混凝土軌枕，按軌道線路上使用部位分為常規(guī)軌枕、橋枕、岔枕［4］、過(guò)渡段軌枕、電容枕［1，5］等。軌枕鋪設(shè)在道床上，其作用是：①承受由鋼軌傳來(lái)的荷重、橫向力和縱向力，將其均勻地傳布在道床上；②固定兩根鋼軌位置，保證軌距；③固定鋼軌方向，使鋼軌不因受力的作用而產(chǎn)生縱向及橫向位移。軌枕存在質(zhì)量問(wèn)題會(huì)影響整個(gè)線路的運(yùn)營(yíng)，更換起來(lái)會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力，給線路造成嚴(yán)重影響，因此軌枕產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)鐵路安全十分重要。通過(guò)加強(qiáng)各環(huán)節(jié)軌枕的質(zhì)量檢測(cè)力度，督促企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于提高線路的使用年限，降低運(yùn)營(yíng)成本十分必要。本文依據(jù)委托檢測(cè)［6-8］、認(rèn)證檢測(cè)、監(jiān)督抽查檢測(cè)結(jié)果對(duì)軌枕質(zhì)量問(wèn)題予以分析。

1 委托檢測(cè)情況

1.1 生產(chǎn)企業(yè)委托送樣檢測(cè)

生產(chǎn)企業(yè)因內(nèi)部質(zhì)量控制、產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新等需要，委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)。通過(guò)對(duì)2016—2021 年中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司承擔(dān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不合格的檢測(cè)項(xiàng)目以靜載抗裂強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度居多，外形尺寸不合格較少。2016—2021年的生產(chǎn)企業(yè)委托送樣檢測(cè)廠項(xiàng)、不合格廠項(xiàng)數(shù)量和合格率見(jiàn)表1，各型號(hào)不合格數(shù)量見(jiàn)表2。

表1 生產(chǎn)企業(yè)委托送樣檢測(cè)廠項(xiàng)、不合格廠項(xiàng)數(shù)量和合格率

表2 各型號(hào)不合格產(chǎn)品數(shù)量

從表1可見(jiàn)，2018年軌枕檢測(cè)合格率僅為91.3%，為6 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最低值，原因不排除與2017 年9 月1 日軌枕生產(chǎn)許可證由國(guó)家質(zhì)檢總局審批發(fā)證下放至省級(jí)質(zhì)監(jiān)部門(mén)審批發(fā)證有關(guān)。2019 年用戶單位有針對(duì)性地轉(zhuǎn)換了軌枕的質(zhì)量管控要求，從而提升了產(chǎn)品質(zhì)量合格率。從2020年開(kāi)始，用戶單位將軌枕納入批檢驗(yàn)收管理，進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管控。

從表2 可見(jiàn)，新Ⅱ型軌枕出現(xiàn)不合格的概率較高，由于新Ⅱ型軌枕設(shè)計(jì)富裕量偏小，所以在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼絲位置或軌枕的斷面高度偏差、預(yù)應(yīng)力鋼絲材質(zhì)問(wèn)題等，均有可能導(dǎo)致軌枕靜載抗裂強(qiáng)度不合格。

1.2 用戶委托抽樣檢測(cè)

用戶因內(nèi)部質(zhì)量控制需要，委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品隨機(jī)抽樣檢測(cè)，目的是了解庫(kù)存產(chǎn)品質(zhì)量總體情況。2018—2021 年，CRCC 完成受用戶委托抽樣檢測(cè)的23 廠項(xiàng)，用戶委托抽樣檢測(cè)的廠家數(shù)量、不合格廠項(xiàng)數(shù)量和合格率見(jiàn)表3。可見(jiàn)，2020 年軌枕合格率較低，僅為33.3%。檢測(cè)暴露出來(lái)的問(wèn)題主要是標(biāo)識(shí)遺漏，疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，上排預(yù)應(yīng)力鋼絲距軌頂面距離、各斷面高度和最上與最下兩排預(yù)應(yīng)力鋼絲之間距離不合格。

表3 用戶委托抽樣檢測(cè)的廠項(xiàng)、不合格廠項(xiàng)和合格率

1.3 用戶委托按批抽樣檢測(cè)

用戶因質(zhì)量驗(yàn)收需要，委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品按批次抽樣檢測(cè)，目的是了解生產(chǎn)企業(yè)供貨的產(chǎn)品質(zhì)量是否達(dá)到入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)要求。2020年和2021年，CRCC共完成軌枕按批抽檢366批次，涉及建設(shè)項(xiàng)目共計(jì)67 個(gè)，生產(chǎn)企業(yè)34 家，常規(guī)軌枕和岔枕不合格率見(jiàn)表4。常規(guī)軌枕疲勞、常規(guī)軌枕靜載和岔枕箍筋數(shù)量的合格率見(jiàn)表5。可知，各常見(jiàn)不合格檢測(cè)項(xiàng)目的不合格發(fā)現(xiàn)率顯著降低。逐批抽檢驗(yàn)收對(duì)成品質(zhì)量的提高效果顯著。

表4 常規(guī)軌枕和岔枕不合格率

表5 用戶委托按批抽樣檢測(cè)的各檢測(cè)項(xiàng)目合格率

2 企業(yè)自愿性產(chǎn)品認(rèn)證檢測(cè)情況

以認(rèn)證為目的而進(jìn)行的檢測(cè)，是由認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)一個(gè)或多個(gè)代表性產(chǎn)品，通過(guò)一系列檢測(cè)來(lái)證明其與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的符合性。2018 至2019 年6 月，CRCC 完成企業(yè)自愿性產(chǎn)品認(rèn)證檢測(cè)46 廠項(xiàng)，均未發(fā)現(xiàn)不合格，軌枕認(rèn)證檢測(cè)的合格率一直穩(wěn)定在較高的水平，說(shuō)明各生產(chǎn)廠家完全有能力生產(chǎn)出合格的軌枕。未發(fā)現(xiàn)認(rèn)證檢測(cè)不合格，原因不排除樣品是生產(chǎn)企業(yè)為提高檢測(cè)合格率而特別生產(chǎn)的小批量產(chǎn)品。但是在檢測(cè)過(guò)程中存在部分預(yù)應(yīng)力鋼絲位置、保護(hù)層厚度和斷面高度接近于極限偏差的有10 廠次，有3 個(gè)廠次在靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)裂紋，說(shuō)明仍存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。認(rèn)證檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目和存在風(fēng)險(xiǎn)廠項(xiàng)數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)率見(jiàn)表6。

表6 認(rèn)證檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目及存在風(fēng)險(xiǎn)廠項(xiàng)數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)率

3 政府監(jiān)督抽查結(jié)果通報(bào)情況

產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查是國(guó)家產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)及地方產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)按照產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督計(jì)劃，定期在流通領(lǐng)域抽取樣品進(jìn)行監(jiān)督檢查，了解被抽查企業(yè)及其產(chǎn)品的質(zhì)量狀況，并按期發(fā)布產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查公報(bào)，對(duì)抽查的樣品不合格的企業(yè)采取相應(yīng)處理措施的一種國(guó)家監(jiān)督活動(dòng)。

國(guó)家鐵路局2019—2020 年公布了11 廠項(xiàng)的軌枕產(chǎn)品監(jiān)督抽查結(jié)果，其中9廠項(xiàng)合格，2廠項(xiàng)不合格，合格率82%，監(jiān)督抽查覆蓋Ⅲc型、ⅢaD 型、Ⅲqc型軌枕和岔枕產(chǎn)品，不合格項(xiàng)目為Ⅲc型、ⅢaD 型軌枕的靜載抗裂強(qiáng)度。

國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局2019 年公布了19 個(gè)省（區(qū)、市）30 家企業(yè)生產(chǎn)的30 批次軌枕產(chǎn)品抽查結(jié)果，其中13 批次產(chǎn)品不合格，合格率為57%。這次專項(xiàng)抽查重點(diǎn)對(duì)軌枕產(chǎn)品的疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、兩承軌槽外側(cè)底腳間距、同一承軌槽底腳間距等4 個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)，不合格項(xiàng)目涉及疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，不合格率見(jiàn)表7。

表7 專項(xiàng)抽查中不合格率

4 軌枕不合格原因分析

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)品認(rèn)證檢測(cè)合格率100%，說(shuō)明生產(chǎn)企業(yè)具備生產(chǎn)合格產(chǎn)品的能力；監(jiān)督抽查和用戶委托抽樣檢測(cè)合格率在不同年度有上下波動(dòng)，體現(xiàn)批量生產(chǎn)后產(chǎn)品質(zhì)量存在波動(dòng)；用戶委托按批抽檢合格率逐年提升，說(shuō)明批檢對(duì)企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量的督促作用明顯；用戶委托送樣檢測(cè)合格率在95%上下波動(dòng)，說(shuō)明企業(yè)在研發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)時(shí)會(huì)開(kāi)展委托送樣檢測(cè)，同時(shí)產(chǎn)品提升過(guò)程中可能存在檢測(cè)不合格的情況。軌枕產(chǎn)品的監(jiān)督管理制度變化包括從執(zhí)行國(guó)家生產(chǎn)許可證管理，到下放到省級(jí)市場(chǎng)監(jiān)督部門(mén)審批發(fā)證，再到2019 年取消生產(chǎn)許可證管理；從2018 年開(kāi)始自愿性產(chǎn)品認(rèn)證檢測(cè)到2019 年暫停。目前僅靠政府監(jiān)督抽查及用戶委托隨機(jī)抽樣檢測(cè)和按批抽樣檢測(cè)來(lái)控制產(chǎn)品質(zhì)量，所以軌枕產(chǎn)品在2018 年和2020 年出現(xiàn)短期質(zhì)量波動(dòng)。綜合以上信息，對(duì)軌枕不合格的原因進(jìn)行基本推斷。

4.1 軌枕產(chǎn)品標(biāo)識(shí)不合格的原因

生產(chǎn)廠家在年份更替時(shí)未及時(shí)更換年牌號(hào)，在生產(chǎn)過(guò)程中軌枕標(biāo)牌脫落未及時(shí)安裝，導(dǎo)致軌枕標(biāo)識(shí)不正確或無(wú)標(biāo)識(shí)。

4.2 靜載抗裂強(qiáng)度檢測(cè)項(xiàng)目不合格的原因

靜載抗裂強(qiáng)度是一個(gè)綜合性指標(biāo)，其不合格涉及因素比較多，包括混凝土強(qiáng)度不夠、有效張拉應(yīng)力不足、預(yù)應(yīng)力筋位置不準(zhǔn)確。影響混凝土強(qiáng)度的因素有：①混凝土原材料發(fā)生變化；②振搗過(guò)度；③養(yǎng)護(hù)溫度過(guò)高。影響張拉力有效性的因素包括：①?gòu)埨O(shè)備未及時(shí)校驗(yàn)，力值失準(zhǔn)；②在張拉時(shí)未及時(shí)鎖緊張拉螺母。預(yù)應(yīng)力筋位置不準(zhǔn)確的影響因素包括：①初始張拉力過(guò)大造成錨固板安裝不到位；②鋼模板變形造成預(yù)設(shè)拱度不準(zhǔn)確。

4.3 疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度不合格的原因

混凝土強(qiáng)度不足、超張拉和預(yù)應(yīng)力鋼絲缺陷是造成軌枕疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度不合格的主要原因。軌枕生產(chǎn)時(shí)，企業(yè)為了保證靜載抗裂強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求存在故意超張拉的行為，也存在張拉設(shè)備不準(zhǔn)確造成超張拉現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力鋼絲抗拉性能通常能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但預(yù)應(yīng)力鋼絲的局部缺陷在鋼絲進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)不容易被發(fā)現(xiàn)，造成軌枕在承受200 萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)的過(guò)程中斷裂。

4.4 箍筋數(shù)量不足的原因

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)岔枕存在箍筋數(shù)量不足的問(wèn)題，常規(guī)軌枕未發(fā)現(xiàn)。主要原因是常規(guī)軌枕箍筋數(shù)量明確，而岔枕箍筋數(shù)量需要生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)每根岔枕長(zhǎng)度和箍筋間距計(jì)算箍筋數(shù)量，當(dāng)計(jì)算結(jié)果為非整數(shù)時(shí)取舍不正確，造成箍筋安裝數(shù)量不足；Ⅰ、Ⅱ型箍筋安裝數(shù)量不正確是造成岔枕箍筋數(shù)量不足的另一個(gè)主要原因；也存在生產(chǎn)企業(yè)故意少安裝箍筋的可能。

4.5 鋼絲位置不合格的原因

軌枕在生產(chǎn)過(guò)程中鋼模端頭的錨固板在張拉前未安裝到位鋼模預(yù)設(shè)拱度不準(zhǔn)確等因素導(dǎo)致軌枕上排鋼絲距軌枕頂面的距離不合格。錨固板和分絲板孔位不準(zhǔn)確，使用周期過(guò)長(zhǎng)孔徑擴(kuò)大，是造成鋼絲間距不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的主要原因。

4.6 各斷面高度不合格的原因

在軌枕生產(chǎn)過(guò)程中加壓蓋板有其重量和尺寸，在加壓震動(dòng)過(guò)程中加壓蓋板可能會(huì)將模型內(nèi)的混凝土擠出，各模型內(nèi)混凝土布料體積等因素可能導(dǎo)致軌枕斷面高度不合格。

5 結(jié)論與建議

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)指標(biāo)一般是模擬產(chǎn)品最嚴(yán)苛的使用情況或預(yù)留有一定的安全余量，所以檢測(cè)不合格不代表產(chǎn)品在實(shí)際使用中一定會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)際使用中一般不會(huì)達(dá)到最嚴(yán)苛的條件。當(dāng)然產(chǎn)品檢測(cè)合格率越高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用越有益處，為了能使軌枕產(chǎn)品的質(zhì)量始終處于較高的水平，建議如下：

1）軌枕產(chǎn)品質(zhì)量控制的主體是生產(chǎn)企業(yè)，只有通過(guò)良性競(jìng)爭(zhēng)，激勵(lì)生產(chǎn)企業(yè)建立自我約束機(jī)制并不斷追求提高質(zhì)量管理水平，在生產(chǎn)階段管理好“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等關(guān)鍵要素，才能為產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提升打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2）加快加大力度開(kāi)展軌枕產(chǎn)品的逐批抽檢驗(yàn)收工作，促使生產(chǎn)企業(yè)按需對(duì)工裝模具予以更新，讓不能持續(xù)生產(chǎn)合格產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)被市場(chǎng)和用戶淘汰，給軌枕市場(chǎng)營(yíng)造良好的市場(chǎng)環(huán)境。

3）增加用戶抽樣檢測(cè)的頻次，通過(guò)終端市場(chǎng)的抽樣檢測(cè)控制產(chǎn)品質(zhì)量，避免生產(chǎn)企業(yè)惡意低價(jià)中標(biāo)后不能持續(xù)提供合格產(chǎn)品，避免“劣幣驅(qū)逐良幣”的現(xiàn)象，引導(dǎo)產(chǎn)品價(jià)格和質(zhì)量達(dá)到平衡。

4）引導(dǎo)啟動(dòng)軌枕產(chǎn)品認(rèn)證工作，提高軌枕生產(chǎn)企業(yè)工裝設(shè)備配置水平，引導(dǎo)企業(yè)用科技手段控制產(chǎn)品質(zhì)量，使生產(chǎn)企業(yè)具有能持續(xù)保證生產(chǎn)合格產(chǎn)品的能力。

5）對(duì)于新建線路或老舊線路改造，建設(shè)單位應(yīng)嚴(yán)格按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，在施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取一定數(shù)量的軌枕進(jìn)行檢測(cè)，將問(wèn)題產(chǎn)品排除在安裝使用前，保證線路運(yùn)營(yíng)使用的軌枕產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制，避免在線路開(kāi)通后出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。