CRTSⅠ型轨道板张拉与水养顺序问题的探讨

赵国堂，李昌宁，钟海江

(1.京沪高速铁路股份有限公司，北京 100038;2.中铁一局集团有限公司，西安 710054)

CRTSⅠ型轨道板采用后张法预制。轨道板脱模时的混凝土应达到40 MPa以上。脱模后，应在水中养生3 d以上，养生的水温不应低于5℃;混凝土强度和弹性模量达到设计值的80%，方可施加预应力。轨道板原设计要求脱模后，先进行水中养护再进行张拉、封锚;新的设计要求是先张拉、封锚，后进行水中养护。发生这种改变的原因之一是轨道板未张拉封锚前放入水中养护，水会渗入到预应力孔道中，引起预应力钢筋的锈蚀。由于这种改变对生产流程产生一定的影响，论文对先水养、后张拉和先张拉、后水养问题进行了分析并开展了试验研究。

1 张拉与养生顺序的影响

CRTSⅠ型轨道板生产流程如图1所示，模具内混凝土浇筑成型后需要进行蒸汽养护。蒸汽养护分为静置、升温、恒温和降温4个阶段。混凝土浇筑后在5℃～30℃的环境中静置3 h以上方可升温，升温和降温速度不大于15℃/h;恒温时温度不宜超过45℃，混凝土芯部温度不应超过55℃(在混凝土内埋设的温度测试器数据显示混凝土芯部温度一般比蒸汽最高温度高8℃ ～10℃)，最高温度持续时间控制在6 h以内;脱模时，轨道板表面与环境温差不应大于15℃，脱模要在同条件养护试块抗压强度达到40 MPa后进行，一般情况下脱模时间约为混凝土浇筑后13～15 h。

图1 轨道板生产流程

混凝土强度和弹性模量达到设计值的80%时，方可施加预应力。张拉顺序如图2所示。张拉时间需要1.5 h，封锚需要1.0 h，砂浆初凝需要3.0 h。

图2 轨道板张拉顺序

可以看出，采用先张拉、后水养顺序会产生两个问题，一是如果脱模时混凝土强度为40 MPa，CRTSⅠ型预应力轨道板混凝土强度等级为C60，张拉时强度应不低于48 MPa，即脱模时强度达不到48 MPa，还需要在模具外进行养护，这在实际生产中是无法操作的，而且影响生产效率，因此，在CRTSⅠ 型轨道板生产中，需要采用特殊的掺合料，这种掺合料一般以硅灰或研磨更细的矿渣粉为主要成分，早期水化很快，以提高早期强度，混凝土收缩较大[1]，掺合料价格在2 000元/t左右，比普通的矿粉和粉煤灰要高6倍以上，从而增加了轨道板生产成本。二是轨道板从张拉到入水前需要5.5 h，而轨道板脱模后混凝土还处于水化活跃期，强度还在增长，张拉时没有任何覆盖养护，水分散失过快，会导致混凝土收缩，严重者将产生裂纹和内部伤损[2]，影响轨道板使用寿命。

如果采取先水养、后张拉的顺序，即轨道板脱模后，直接放入水中养护，能及时保证混凝土养护，强度提高更快。水养3 d后，混凝土强度一般能达到53～60 MPa以上，此时施加预应力对混凝土质量没有任何影响。

从上面分析可知，采用先水养、后张拉安排生产较顺畅，混凝土质量容易保证，采用普通掺合料能够生产，具有明显的技术经济优势。存有质疑的是进行水养如果水渗到预应力孔道，会对预应力筋产生影响。

2 渗水试验

CRTSⅠ型轨道板养生方式如图3所示，即将轨道板立放在温度不低于5℃的水中养护。

图3 轨道板水中养生方式

试验按先水养、后张拉和先张拉、后水养两种方式进行。

选一块未张拉过的CRTSⅠ 型轨道板立放，将抗渗仪安装在轨道板顶面的一个横向锚穴孔上(跟轨道板在水养池中立放水养时顶部锚穴孔形成一致水压状态)，抗渗仪底部基座四周用基灌浆料密封严实，确保不渗水;待基灌浆料凝固后，将抗渗仪上的量筒装满水(100 mL);用保鲜膜将量筒顶口封住，防止水分蒸发;保鲜膜开一小口，提供大气压;静置观察24 h后，水位变化<2 mL(图4)。说明张拉前浸入水中时预应力钢棒的密封效果没有受到任何影响。

图4 未张拉轨道板灌水试验

由于CRTSⅠ型轨道板张拉用的无黏结预应力钢棒采用护套包裹，护套材料为挤塑型高密度聚乙烯树脂，预应力钢棒与护套间涂敷防腐润滑脂。试验表明，轨道板内的无黏结预应力钢棒护套有一定的弹性，与混凝土接触面之间能形成很好的密封效果，浸入水中时防渗性能好。

同样选一块已张拉过的CRTSⅠ型轨道板立放，将抗渗仪安装在轨道板顶面的一个横向锚穴孔上，抗渗仪底部基座四周用基灌浆料密封严实，确保不渗水;待基灌浆料凝固后，将抗渗仪上的量筒装满水(100 mL);用保鲜膜将量筒顶口封住，防止水分蒸发;保鲜膜开一小口，提供大气压;静置观察24 h后，水位变化>35 mL(图5)。

图5 已张拉轨道板灌水试验

试验结果表明，张拉使护套与混凝土之间产生相对滑动，若因黏结力或摩擦阻力过大而破坏护套时，即使封锚效果很好，入水养生时水可以浸入钢棒与混凝土间的缝隙内(包括附壁效应和气体置换作用)，护套有破损时水会渗透至钢筋表层，从而更容易引起钢筋本身锈蚀。

另外，由于无黏结预应力钢棒采用护套包裹以保护其不受腐蚀，钢棒与护套之间涂敷的防腐润滑脂，具有良好的化学稳定性，对周围材料无侵蚀作用，能阻水防潮抗腐蚀，因此，即使预应力钢棒侵入水中3 d以上，钢棒不会生锈(图6)。

3 结论

通过以上分析和试验，得到以下结论:

1)采用先张拉、后水养生产流程，需要在混凝土强度达到48 MPa时才能脱模，由于张拉、封锚时间达到5.5 h，脱模后的混凝土得不到及时养护，容易导致混凝土收缩，出现裂纹。同时，由于先张拉导致预应力钢棒与护套间出现相对滑动，容易导致护套破损，水养时水会渗入孔道内，引起钢棒本身锈蚀。

图6 无黏结预应力钢棒水中浸泡3 d无锈蚀痕迹

2)采用先水养、后张拉的施工顺序，脱模强度达到40 MPa即可，及时放入水中养护后，混凝土强度增长较快，水养3 d后接近设计强度，张拉时对混凝土质量没有任何影响。同时，无黏结预应力钢棒在没有张拉之前，其与混凝土之间的原始状态未被破坏，水很难渗入预应力孔道内，轨道板在水中养生3 d不会对预应力钢棒产生任何影响，现场预应力钢棒没有出现腐蚀生锈的情况。

3)由于先水养、后张拉有利于保证混凝土质量，又没有水渗入锈蚀预应力钢棒的隐患，还为采用普通掺合料、降低成本提供了条件，具有明显的技术经济优势，建议在CRTSⅠ型轨道板生产中予以采用。

[1] Mario Collepardi著.刘数华，冷发光，李丽华，译.混凝土新技术［M］.北京:中国建材工业出版社，2008.

[2] 赵国堂，习仲伟，马春生，等.CRTSⅡ型轨道板生产线研究阶段研究报告［R］.北京:京沪高速铁路股份有限公司，2009.