混凝土轨枕养护现状分析与技术改造实施方案

孙旭亮

(乐昌市安捷铁路轨枕有限公司,广东乐昌 512200)

混凝土轨枕养护现状分析与技术改造实施方案

孙旭亮

(乐昌市安捷铁路轨枕有限公司,广东乐昌 512200)

依据高速铁路混凝土轨枕技术条件中规定的养护标准,浅析混凝土养护的重要性;结合执行低温蒸汽养护时遇到的问题,分析原有养护池难以达到技术要求的原因,对养护池进行改造;通过养护池改造前轨枕静载抗裂强度试验、养护池内自然养护试验、轨枕出池后保湿养护试验和试验数据分析,制定出合理的养护制度,提出了轨枕养护的新方法。

混凝土轨枕;养护;耐久性;工艺改进

我国混凝土轨枕的铺设量及年生产能力在世界上名列前茅,截止到目前,线路上铺设的各类混凝土轨枕数量已超过2亿根,全国有生产能力的轨枕企业近50家,但在生产工艺、生产设备、管理理念等方面与世界先进国家相比,还有一定的差距。我国轨枕制造业经过了4次较大的行业性技术改造,但基本上都是以提高生产效率为主[1]。随着混凝土耐久性研究的深入,特别是高速铁路混凝土轨枕技术条件的即将颁布执行,轨枕行业某些工艺工装已无法满足要求。结合即将颁布执行的高速铁路有砟轨道混凝土轨枕技术条件[2],对目前轨枕养护工艺和设备的适应性进行了分析,并通过近几年的试验研究,提出了轨枕工艺工装技术改造的实施方案。

1 养护是保证轨枕内在质量的关键工序

混凝土的养护是混凝土制品生产过程中非常重要的环节,其对后期混凝土强度和内在质量的影响越来越被人们所重视。对一般混凝土来说,养护的主要目的有:保证混凝土在一定时间内保持潮湿,以满足水泥水化的用水需要,降低混凝土的渗透性;保持养护过程中各个阶段适宜的养护温度,使混凝土有良好的硬化条件[3]。

对轨枕养护重要性的认识经历了一个由浅入深的较长过程,经验教训也是深刻的。由于对混凝土养护重要性认识不足,当轨枕需求量大、供货时间紧时,为加快水化反应,迅速提高混凝土的早期强度,加快钢模的周转,不少工厂采用高温养护,缺少静停时间,养护的升温、降温速度快,恒温温度有时竟高达80℃。不合理的养护制度造成部分轨枕出厂时就有隐性微裂纹,大大缩短了轨枕的使用寿命。铁道部曾多次组织设计、制造、维护等单位对轨枕使用情况调研,调查显示轨枕的纵裂、龟裂、钉孔裂等裂纹的数量远远超过正常使用的受力裂纹的数量。轨枕内部的隐性裂纹上道后,受到列车荷载以及干湿、冻融循环等作用,发展的速度很快,少则几年,多则十几年,这些轨枕就因为裂纹的宽度和长度无法再满足运营的要求而下道[4]。

2 混凝土轨枕养护现状分析

2.1 高速铁路混凝土轨枕的养护要求

高速铁路有砟轨道预应力混凝土轨枕[1]技术条件中规定了混凝土的养护要求:轨枕采用蒸汽养护时,在温度5～35℃的环境中静停时间不小于3h;混凝土升温速度不大于15℃/h;停汽降温时,降温速度不大于15℃/h;养护结束时轨枕表面与外部环境温差不大于15℃;依据水泥中的三氧化硫含量确定枕芯混凝土的最高养护温度。该技术条件与原有的标准 TB/ T2190《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》[5]相比有了4点改进:(1)规定了开始养护的环境温度;(2)依据我国常用水泥中三氧化硫含量,确定的枕芯混凝土的最高养护温度不超过55℃;(3)明确了混凝土温度的测量应在枕芯位置;(4)将升温、降温速度由20℃/h降为15℃/h。

2.2 混凝土轨枕养护现状

我国轨枕的养护一般采用常压饱和蒸汽养护,以坑池式养护为主。由于早期过分强调保温节能、节约场地,所以养护池建造的不但保温效果好,而且池与池相连,常常一个池内的轨枕养护完成后,池内温度很难降下来。乐昌安捷铁路轨枕有限公司地处广东乐昌,夏季养护的难度要大于冬季。夏季气温较高,养护池内的温度更高,一般可达40℃左右,轨枕静停过程中由于混凝土中水泥的水化热的释放,使得养护池内的温度进一步升高。此外,为了控制混凝土芯部的温度不超过55℃,常常会减少饱和蒸汽的供给,池内湿度下降,池内的轨枕处于高温低湿的环境,这些不利的养护条件,造成混凝土的强度早期增长快,后期增长慢。图1为2010年5月和12月的客运专线轨枕静载抗裂试验数据,试验数据表明夏季施工的轨枕强度反而低于冬季施工的轨枕强度。表1为养护池改造前池内温差的情况,轨枕养护完毕出池时,池的上部温度很快接近室温,而养护池下部的温度要经过很长时间才接近室温。为了满足高速铁路轨枕技术条件的要求,必须对养护池进行改造。

图1 2010年5月～12月客专轨枕强度试验值

表1 养护池改造前池内温差情况

3 养护池改造和养护工艺改进

3.1 养护池改造

对比试验了通冷风降温、设置天窗缓慢降温和喷水降温等方案,经过大量的测试数据分析,决定采用风冷与水冷相结合的改造方案。先将养护空间内的高温蒸汽排出,再使用雾状的水汽吸收养护空间的热量,达到降温目的。风冷与水冷相结合的改造方案不但减少了降温阶段的时间,还保证了下一生产循环时池内轨枕静停阶段的低温控制,得到了较好的效果,改造后的养护池基本可以达到各个养护时段的养护温度要求。

3.2 养护工艺改进的试验研究

3.2.1 高速铁路轨枕养护技术要求的解析

轨枕养护分静停、升温、恒温、降温4个阶段,技术条件对这4个阶段的养护均作了具体的规定。对各个阶段的解析:轨枕从开始搅拌、浇筑成型到静停完成一般需要4～5 h,此时水泥水化刚刚开始,混凝土处于半流动状态和塑性状态,控制混凝土的入模温度,就可以控制静停期混凝土的芯部温度不会过高,保证混凝土中水泥进行一定程度的水化,使轨枕达到一定的强度,防止升温期混凝土体积膨胀对结构产生破坏;控制升温速率可以避免升温过程中混凝土温度应力超过其硬化强度造成混凝土开裂;过高的恒温温度和过长的蒸养时间会造成轨枕后期强度的损失,所以恒温阶段要控制恒温温度和恒温时间;控制降温速度和轨枕出池时表面与环境的温度差,可以防止混凝土内外温差过大或温度梯度骤变而产生较大的温度应力,可以避免轨枕表面裂缝的产生,提高轨枕的耐久性[6]。

3.2.2 根据实际生产情况制定养护制度

实际生产中由于静停、升温、恒温、降温4个阶段的养护时间受许多因素影响,所以要根据生产实际情况进行试验、调整,要根据水泥品种、生产季节的不同制定不同的养护制度[7]。在充分试生产后,确定的养护制度如下:混凝土成型后,在5～30℃的环境中静停3 h;然后向养护池内缓慢注入饱和蒸汽,升温速度15℃/h,升温的时间根据夏冬季的室温高低设置,当养护温度达到45℃时,转为恒温;恒温时需要控制蒸汽注入的速率以及排放量,恒温时间为6 h;之后以不大于15℃/h速度降温,需要启用强制降温系统,达到降温的目,根据夏冬季室温确定降温所需时间,轨枕出池时表面的温度与室内环境温差不大于15℃。图2为试验分析后得到的养护温控曲线。

图2 轨枕施工养护控温曲线

3.2.3 池内自然养护的试验

自然养护的周期长、效率低,但可以降低制造成本。利用养护池的保温效果好,混凝土自身水化热就可以使池内温度逐渐上升到理想恒温的特点,进行了池内自然养生的试验。试验时的环境温度18℃左右,轨枕静停后,池内温度逐渐上升到35℃,经过20 h的保温保湿养护,脱模强度达到48 MPa,养护过程中,枕芯的最高温度未超过40℃,见图3。养护池改造后,自然养护的效果较为理想,随同轨枕出池的标准试件经过28 d的标准养护,强度达到63 MPa;轨枕轨下静载抗裂强度平均值为285 kN,枕中静载抗裂强度平均值为200 kN,均满足技术标准要求。

图3 自然养护试验温控曲线

3.2.4 轨枕脱模后的保湿养护试验

混凝土轨枕脱模后,保湿养护是不可忽视的重要环节,对截面变化大的轨枕,脱模后的养护尤为重要。电容枕是一种可以安装轨道电路用电容器的轨枕,为了安装电容器,轨枕中部的截面被削弱,被削弱部位虽然是在中性轴附近(图4),对静载抗裂强度影响不大,但由于局部的剧烈变化,静载抗裂强度试验值十分不稳定。为此,对电容枕脱模后继续水池浸泡养护3 d、继续3 d洒水养护和不再养护的对比试验。48 h的静载抗裂强度试验结果表明,继续水养的电容枕的静载抗裂强度试验值比不再养护的提高了15%左右,继续洒水养护的电容枕的静载抗裂强度值比不再养护的提高了8%左右,继续水养的效果最佳。

图4 电容枕中部被削弱

4 结语

通过养护池改造和养护工艺改进试验,获取到了较好的养护制度,并取得了较好的效果,这些再次证实了养护是获得高品质混凝土的关键工序。值得一提的是,在蒸汽养护中要特别注意养护用水的水温和循环使用;在自然养生时更要关注保水措施的有效实施。

[1] 沈榕.致力工艺改进提高混凝土轨枕的耐久性[J].铁道标准设计,2005(8):13 -14.

[2] 中华人民共和国铁道部.高速铁路有砟轨道预应力混凝土轨枕(报批稿)[S].北京:中华人民共和国铁道部,2011.

[3] 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社, 1999.

[4] 侯德杰.关于我国混凝土枕的使用现状及对其发展的建议[J].铁道标准设计,1994(11):7 -8.

[5] 中华人民共和国铁道部.TB/T 2190—2002 预应力混凝土枕 Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型[S].北京:中国铁道出版社,2002.

[6] 富文权,韩素芳.混凝土工程裂缝分析与控制[M].北京:中国铁道出版社,2002.

[7] 冯乃谦.新实用混凝土大全[M].北京:科学出版社,2005.

Analyses on Concrete Sleeper-Curing Status Quo and Technical Reconstruction Im plementation Scheme

SUN Xu-liang
(Lechang Anjie Railway Sleeper Co.,Ltd.,Lechang 512200,China)

According to the standards of track concrete sleeper-curing specified in high-speed railway technical conditions,this paper briefly analyzes the importance of concrete curing.The paper,in combination with the problems of low temperature steam curing,also analyzes the reason why the existing curing pool is difficult to meet the technical requirements so as to renovate the existing curing pool. Finally,through sleeper static-load crack strength test,natural curing test and moisture curing test after sleepers being taken out from the pool before pool reconstruction and by way of test data analysis,this paper works out the reasonable curing system and puts forward the new method of sleeper curing.

concrete sleeper;curing;durability;process improvement

U213.1+4

A

1004 -2954(2012)10 -0011 -03

2012 -03 -07

孙旭亮(1965—),男,工程师。