轨枕静载抗裂强度质量控制

江传涛

摘 要：本文结合轨枕生产工艺，介绍了轨枕静载抗裂强度不足的主要影响因素和在生产过程中的相应控制措施。

关键词：轨枕；静载抗裂强度

近年来，随着轨枕产品型号的不断增加和新老型号的交替，新标准对轨枕质量提出的要求也越来越高，但就其总体结构来说，没有太大的变化，生产工艺也基本相近，因而在生产过程中，不同型号的轨枕的一部分质量问题是基本相同的。本文就这些常见问题中的静载抗裂强度不足这个易发问题来进行分析。

1 概况

静载抗裂强度不足是一个综合因素很多的质量问题。其中碎石硬度、张拉质量、混凝土均匀性、相关设备的标定以及混凝土的养护等是几个影响较大的因素。

2 碎石硬度影响

在内蒙某枕厂使用两种不同材质的碎石进行了静载抗裂强度试验，一种是石灰岩质的碎石，压碎指标在要求的极限状态；另一种是玄武岩类碎石，压碎指标较好，从静载情况看，前一种碎石生产的轨枕静载抗裂值比后者约低30～40KN，由此可见碎石自身材质对静载抗裂值的影响是很大的，因此在料源考察时一定要做好选择，尽量选择压碎指标好的碎石。

3 混凝土拌合

在拌制混凝土的过程中，要控制好的几个方面的问题。

3.1 计量设备的检定和投料误差控制

准确的计量是混凝土实际配合比的保证，因此，计量器具的检定一定要按规定的周期进行。除此之外，在计量部分经过维修后，或发生其他对计量准确性有怀疑时一定要及时进行检验标定。平时可以准备一些砝码或用一些已知重量的物体进行检查。

拌合站的配料误差主要取决于设备自身性能，相对计量的不准确来说，生产过程中容易直观的发现，配料误差过大不能保证配比的准确性。

3.2 混凝土拌制均匀性的控制

3.2.1 混凝土拌制不匀在轨枕实体上的表现

混凝土拌制不均匀，各种原材料不能充分混合，混凝土强度离散性大，反映在轨枕实体上，就是经常会出现一模轨枕中相邻两根轨枕的两个相邻点一个能达到静载强度要求，另一个不能达到要求。

3.2.2 搅拌时间控制

按现行TB/T3275-2011《铁路混凝土》的规定，最短搅拌时间不宜少于2min。

3.2.3 减水剂均匀投入

使用粉剂型萘系高效减水剂时，粉剂在倒入容器进行稀释时会有部分包装袋的碎屑一起进入容器中，生产时，配料完成向拌合机打入的过程中，难免会带入部分包装袋的碎屑，一段时间后会造成拌合机内的部分喷孔堵塞，按常规搅拌时间就有可能造成减水剂不能均匀分布在混凝土中，故使用粉剂型减水剂时，除注意减水剂稀释时搅拌均匀防止沉淀外，还应该注意定期检查拌合机内喷管情况。

如用聚羧酸系水剂型减水剂，通常一盘配料只有3～5kg/m3的样子，这样会在很短时间就喷入拌合机内，而拌合机转速较慢，也可能造成减水剂不能均匀的分布在混凝土中。虽然现在大部分拌合机都是在配料计量完成后，水和减水剂一起下到一个中间容器后再打入拌合机，然而还有部分拌合机的水和减水剂是分开独立的管路，因此在投产前要注意一下拌合机的工作流程，尽量使减水剂和水配料完成后进行混合，再一起打入拌合机。

4 张拉

钢丝的有效应力是影响轨枕静载抗裂强度的重要要素。近年来，自动张拉的普及减少了人为因素的干扰，同时由于直接使用传感器读取力值，较以前用油压表读数张拉，需考虑油顶摩阻的情况有了很大进步，但由于目前国内轨枕需求市场有限，导致专用自动张拉设备需求也有限，使其研发有一定局限性，设备的稳定性还有待进一步提高，特别是电子系统故障造成的虚假力值等问题可能给轨枕质量造成重大影响。

4.1 設备的检定

自动张拉设备的显示仪表和传感器是张拉设备的主要计量器具，其准确性直接影响钢丝的预应力。对于传感器要和自动张拉设备显示仪表的检定必须配套进行，使用过程中尤其注意不得随意左、右调换；同时一经标定，不能随意调整仪表中的标定系数。

4.2 同组钢丝的长度相对误差的控制

4.2.1 钢丝长度的相对误差造成的应力影响

每组钢丝长度的相对误差造成的应力影响可根据虎克定律来推算：

由△L=NL/EA=σL/E可得σ=△LE/L=εE

以Ⅲc枕为例，钢丝弹模E=205000MPa

钢丝下料长度L=10800mm

10根钢丝共计面积：384.8mm2

总张拉力：415KN

钢丝拉应力：

σ0=N/A=415*1000/384.8=1078.5Mpa

如按1.5/10000的误差，则相对应力差值：

△σ=σ1—σ2=ε1E—ε2E

=△LE/L=205000*1.5/10000=30.8 Mpa

相对应力误差△δ=30.8/1078.5=2.85%；

如保持长度10800mm不变，则经过计算，钢丝相对误差的增加对相对应力误差的影响如下表：

相对误差（mm） 2 3 4

相对应力差值 （Mpa） 38.0 56.9 75.9

相对应力误差 3.52% 5.28% 7.04%

由上表可见，相对应力误差随着钢丝有效长度的误差增加而增加是很明显的。

4.2.2 钢丝相对误差的控制

要真正意义上保证每组钢丝的受力均匀性，须测量镦头后的钢丝相对误差。由于每组钢丝的其中一端是在穿完筋位板后镦头，这时钢丝无法保持直线，是做不到准确测量的。以现有的情况，可以先保证镦头前的钢丝相对误差（即定长下料时的误差），然后在镦头时采用同规格的镦头机，以相同方式及相等的压力进行镦头，这样基本上可以将镦头后的钢丝有效长度误差控制在最小范围内。

4.3 张拉过程控制

自动张拉机除在显示仪表上可以直接读取力值（单位：KN）外，还可以同时读取油压值（单位：MPa，要根据油顶面积设定油压传感器系数），油泵上也配有高、低压油压表，根据所需张拉力和油顶活塞面积，我们可以大致可以得到相应油表读数，当张拉到总张拉力值时，可以对比显示仪表上的油压值和油泵上的油表读数，以防控制系统故障而出现虚假力值，这样三者对比，保险系数大大增加。

4.4 钢丝整体偏移控制

4.4.1 钢丝整体偏移的影响

《新Ⅱ型预应力混凝土枕研制报告》中指出，“……截面高度、上保护层厚度（即上排钢丝至枕顶面距离）和钢丝间距等允许偏差的减少有利于降低轨枕抗裂强度和承载力的离散性。”在截面高度不变的情况下，钢丝整体偏移+3mm，对轨下和轨中截面抗裂强度的影响分别为：+4.1%和-5.0%；而钢丝整体偏移为-3mm时，对轨下和轨中截面抗裂强度的影响分别为：-4.1%和+5.0%。

4.4.2 钢丝整体偏移的控制

由于现行生产工艺中钢丝间距通过筋位板的加工精度来控制，基本上都能够达到规定要求，而钢丝整体偏移相对来说是一个不易控制的项目，主要原因一是由于钢模中拼板使用一段时间后会产生变形甚至脱落，二是脱模后钢模内附着的混凝土清理不彻底，导致筋位板不能落到到设计位置或形成歪斜状态，出现筋位整體偏移。针对以上原因，在实际生产过程中一是要对要注意对钢模的检查，保证钢模自身尺寸的正确，另一方面在每次脱模后，要对附着混凝土要进行彻底清理从而来保证钢丝位置的正确。

5 混凝土成型

振动成型时，振动时间的长短和隔板提取的方式会影响到混凝土的密实度从而影响抗裂强度。

5.1 振动时间控制

当混凝土的坍落度和振动力控制在范围内以后，振动时间基本是一定的，此时要尽量采用时间继电器来自动控制振动时间，减少人为因素的影响。

5.2 隔板的提取

提取隔板时，由于筋位板与隔板之间存在一定的摩擦力，会使隔板带动筋位板从而带动钢丝，此时，混凝土不具备强度，很容易使钢丝周围的混凝土松动，从而影响钢丝的锚固长度。因此，提取隔板要注意不能使隔板对筋位板产生突然冲击，另一方面可对隔板进行改造，如做成凸轮式等。

6 混凝土养护

养护是混凝土强度保证的重要环节，也是轨枕生产的一个关键工序。

6.1 蒸汽养护

目前国内为提高生产效率，轨枕一般都采用蒸汽养护，蒸汽养护可以加速混凝土强度发展。但是在我国南方如谷城地区，夏季环境温度长期较高，一般都30℃以上，池内温度就更高；加之各养护池处于不同的养护阶段，处于恒温阶段的养护池对相邻养护池的温度也会有所影响，如此温度一叠加，处于静停阶段的养护池内的温度一般可达45～50℃ ，有时甚至可达55℃ 。静停完成后，由于混凝土中水泥的水化热释放使得养护池内的温度进一步升高。按原《技术条件》的要求，恒温温度必须设置在60℃以下，一般都是设置58℃±2℃，此时对于自动养护设备来说，由于设置的目标温度和池内温度温差极小，稍一给汽，池内温度就达到目标值，此时自动养护设备就会停止供汽，造成补充的饱和蒸汽量很少，养护池内湿度跟不上，混凝土在水化反应过程中缺水，使混凝土的强度增长缓慢。针对这个现象，如提高养护时恒温温度，不能满足规范的要求，那么只有在夏季生产时降低静停阶段养护池内的温度，从而和自动养护设备设置的目标温度形成一定的温差，能够给予池内足够的饱和蒸汽形成较高湿度。目前2013版各类轨枕产品标准已对静停阶段的温度有了不高于35℃的明确规定。实际操作时可在揭窑后对池壁喷洒低温水来降低一部分池温，同时在静停过程中通过喷淋系统喷洒低温水雾或冰水水雾降低静停温度。

6.2 后期洒水养护

轨枕出池时混凝土强度一般只能达到设计强度75%～80%，而混凝土的强度增长是一个持续缓慢的过程，需要相应的温度和湿度，轨枕脱模后一般都是露天存放，很难达到理想的湿度，特别对于北方很多地区，环境湿度只有30%左右，轨枕脱模存放一段时间后静载抗裂强度也随之下降，我们曾在内蒙地区都出现过经试压合格的轨枕，存放10～15d后再试压，结果不合格的情况，因此后期的洒水养护就显得很有必要。新的规范TB/T3300-2013《高速铁路有砟轨道预应力混凝土轨枕》中明确规定：“轨枕脱模后，应继续湿润养护3d以上。当环境温度低于5℃时，应在室内保温保湿3d以上，确保轨枕表面温度不低于5℃。”

7 结语

由于轨枕属先张的小型混凝土构件，生产工序较少，工艺相对简单，故本文不对生产工艺进行论述。又因一般轨枕生产班产较大，操作人员对简单重复劳动易产生疲劳感，技术人员也不可能每模进行检查，因而本文围绕几个常见影响轨枕静载抗裂强度的因素，结合现场实践，对生产过程中需要注意的事项进行总结，旨在为技术人员进行现场控制时提供一点参考。

参考文献

[1]《新Ⅱ型预应力混凝土枕研制报告》

[2] TB/T2190-2013《混凝土枕》

[3] TB/T3300-2013《高速铁路有砟轨道预应力混凝土轨枕》