CRTSⅢ型先张法预应力轨道板水养施工工艺及作用机理研究

王安会 ，孙昆鹏 （中铁四局集团第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力轨道板暂行技术条件规定》：轨道板脱模后，先封锚再进行水中养护。水养作为CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力轨道板（以下简称CRTSⅢ型板）的重要工序，对CRTSⅢ型板后期强度增长具有不可替代的作用，因此如何控制轨道板水养质量及水养温度控制是轨道板施工的一个重点。采用科学的水养池温控技术，合理地利用水养池温度变化规律利用可以节约能源，提高工效，减小水温的波动的作用。

1 工程概况

中铁四局集团第一工程有限公司承德轨道板场位于承德县六沟镇中六沟村，轨道板场右侧靠近京沈京冀铁路客运专线（对应线路中心里程约为DK215+800）,轨道板场左侧靠近G101国道，场区占地约16hm2。主要承担京沈京冀客专Ⅰ～Ⅵ标DK147+996.28～DK283+961里程段 135.994km范围内47618块 (其中P5600型41884块、P4925型3974块、P4856型 1654块、P4925B型 48块、P3710型60块)CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板的预制和运输任务。场内2个区域，分别设置5个独立的水养池，单个独立的水养池大小为6.2m×15.2m，在水养池旁边设置有调节池，目的在于保持池内水温的均匀性，防止直接补水导致局部水温发生骤变给轨道板带来负面影响，同时还能节能减排。单个水养池设置有蒸养管道，以保证冬季水养时，水温不低于10℃。

承德轨道板场计划开工时间为2015年3月1日，竣工日期为2018年3月31日（含轨道板场场建、制板、供板），总工期37个月，1126个日历天。

2 水养施工工艺

以混凝土水化理论为基础，根据CRTSIII型预制轨道板必须进行水养的技术要求，分析了水养对轨道板质量控制的重要以及水养的控制要点，以及新型的水养池调节观点。通过温度调节技术对轨道板水养控制过程中的优越性，使京沈客专承德轨道板场工程实际运用取得了良好的技术效果和经济效益。

2.1 水养施工技术准备

①养护用水符合TB/T3275-2011的规定。

②轨道板封锚材料填压完毕至轨道板水养的时间间隔不小于2h。

③轨道板脱模后，先封锚再进行水中养护，脱模至水养的时间间隔不大于8h，并保持轨道板湿润。

④轨道板在水养池中养护不少于3d，且保温、保湿总时间不少于10d。

机械设备配置 表1

⑤养护期间、养护水温不低于10℃；入水养池及湿养时，轨道板表面温度与养护水温之差不大于10℃。

⑥养护完成且表面干燥后，轨道板表面温度与室外环境温差不大于15℃时，方可室外存放，严寒地区冬季宜覆盖养护至28d。

2.2 机械设备及人员配置

为确保轨道板养护工序的施工质量，所需机械设备、养护作业人员的配置，分别见表1、表2。

养护作业人员配置表（单个班组） 表2

2.3 水养施工步骤

轨道板养护施工流程包括：封锚区覆盖洒水→水池养护→缓存区洒水养护→存板区洒水养护，具体流程及要求见图1。

图1 轨道板养护流程

轨道板在封锚区，入池养护前采用覆盖土工布，喷壶洒水的方式使轨道板保持湿润。轨道板入水前清理预埋套管内杂物，安装预埋套管盖、接地端子保护装置，轨道板吊入水池养护。

图2 封锚区覆盖洒水

3 水养系统组成

3.1 自动温控水养池

水养系统主要由水养池、40t无塔供水器、供水管道、蒸汽管道、温控柜、电磁阀、开关阀等组成。水养池内安装温度传感器，连接至自动温控系统，温度过低时，通过池底蒸汽管道对池内养护用水升温。水养池设置在21m车间东西两侧，共2个水养池，单个水养池尺寸为：39.3m×14m，1个单个水养池又分6个独立的小水养池。2个水养池各设有1台温控柜，用于监测、控制、显示其6个小水养池的水温。

3.2 蒸养系统

蒸汽加热主要由3部分组成，主管道位于27m车间与水养池之间，采用φ65无缝钢管。支管道主要位于水养池内，主要由φ40、φ25无缝钢管组成，具体设计情况见图3。

图3 水养池蒸汽管道布置图

3.3 水养系统操作

具体操作流程见图4～图8。

图4 轨道板起吊

图5 轨道板入水

图6 注水管道进行注水

图7 蒸汽管道及压力阀

图8 蒸汽锅炉

3.4 温度控制

自动温控系统水养池，通过温度传感器对水养池中水温进行检测，通过蒸汽和注水，将水温控制在恒温，从而确保了轨道板的表面温度，确保了轨道板的质量。

图9 温度控制柜

独立水池间通过隔墙上具有高差的溢水口进行水源联通。

3.5 轨道板水养控制要点

3.5.1 水养池水位控制

轨道板水养在水养池中进行，其关键是养护水位的控制，水养完成的轨道板的出池与未水养轨道板进入都会影响水水养池水位，而水养目的则是为了混凝土的水化过程正常进行，保证轨道板水养质量是每个轨道板预制场的控制要点。

图10 水养池

轨道板预制场的水养池多为固定深度，一般控制水位高于轨道板，确保轨道板始终没入水中5～10cm，轨道板出池入池均会对水位产生不同影响，这就要求水养池可以及时补水和放水。为避免水源浪费，各个轨道板间设连通泄水道，轨道板入水时相邻独立水养池中用水可通过泄水道排至空余水池中，而水位不足时，则需及时补水。

常见混凝土表面裂纹主要包括干缩裂纹和温度应力裂纹，深度较浅，干缩裂纹多由养护不到位造成，混凝土的水养可解决混凝土由缺水引起的干缩裂纹。

3.5.2 水养池温度控制

《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力轨道板暂行技术条件规定》要求入水养池及湿养时，轨道板表面温度与养护水温之差不大于10℃。轨道板的温度应力裂缝主要与混凝土水化强度增长期内温度变化有直接关系，水养池内的温度均匀性对轨道板质量有直接的影响：一方面是轨道板免受不利温度骤然变化引起的冷缩和干缩；另一方面使混凝土水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。

3.6 轨道板水养技术

目前常规的水养技术存在的水量浪费、温度骤变、温度分布不均匀、排放不达标等实际问题，轨道板场在原有的技术上进行改造，增加了温度监控系统和蒸养自动化系统来控制蒸养水温，利用水养池单独隔离互通控制池内水位。

3.6.1 水温调节

轨道板经蒸养后后出模温度在35℃左右，板芯温度在45℃上下。经封锚工序后板温度根据季节变化也会有微小的变化，水养池水温也需根据不同的轨道板温度进行调整。水养池温度影响因素主要有4个方面：①环境温度，冬夏季影响尤其明显，水蒸发也会降低水温；②轨道板自身温度，轨道板入水后会继续水化散热；③蒸汽管道加热，主要在冬季，通过人工干预加热；④通过补充新的冷水降温。因此需要建立养护水温监测体制，随时采集水养池温度数据，根据需要及时采取调整措施。

3.6.2 水养池温度变化规律及应对

经检测，轨道板入池后8h之内，池内水温受轨道板水化热和散热影响会持续升高，8～16h内水养池水温会趋于稳定；16h后水温会逐渐下降至正常环境温度。在正常生产时，轨道板需不断入池和出池，因而需要根据其水温规律制定相应的应对措施。

经统计轨道板出池工序（含出池、装车、运输、卸车、返回）需 10～12min，板入池（含起吊、入池）需5min，因而根据统筹学原理，在每块板出池过程中在可同时安排板入池，平行作业，也提高了功效。

为防止水温波动较大，对轨道板入池顺序也需合理安排，先出模轨道板应先入池，轨道板经封锚工序长时间时间暴露在环境中，板表面温度相对较低，而水养池中温度经长时间放置水温亦相对较低，可避免温差较大，带来负面影响；后出模的轨道板后入池，此时水温受先入池的轨道板散热作用，水温已有所提高，水温与轨道板表面温差也相对较小，有助于板的水养过程。

3.6.3 水养技术要求

养护用水符合应TB/T3275-2011的规定。

①严格控制养护水的PH值为9～11范围，PH值偏小时加生石灰进行调节，PH值偏大时可采用池底排水并冲入养护水进行调节。

②轨道板脱模后8h内必须进行入池水养护，起吊时有专人指挥，不得碰撞产生破损，在行车配合和专人辅助下将轨道板放入水池中，采用轨道板承轨槽相向水养，用木板将承轨槽保护，并用专用卡具采用串联方式将相邻轨道板固定，注意防止倾覆。

③轨道板封锚材料填压完毕至轨道板水养的时间间隔，不小于2h。

④轨道板脱模后，先封锚再进行水中养护，脱模至水养的时间间隔不大于8h，并保持轨道板湿润。

⑤轨道板在水养池中养护不少于3d，且保温、保湿总时间不少于10d。

⑥养护期间、养护水温不低于10℃；一般不高于40℃，入水养池及湿养时，轨道板表面温度与养护水温之差不大于10℃。

⑦养护完成且表面干燥后，轨道板表面温度与室外环境温差不大于15℃时，方可室外存放，严寒地区冬季宜覆盖养护至28d。

3.6.4 质量控制要点

①温控柜、电磁阀、截止阀、压力表除按周期检验外，每班必须检查一次。

②水养池水质不满足养护要求时需及时更换，养护水需漫过轨道板。

③轨道板入水前采用红外测温仪对轨道板表面和养护水温进行测温，保证板表温度与水养水温温差不大于10℃。

④检查供汽系统的各个部位，是否处于良好状态，包括锅炉、管道、阀门等设施，泄尽冷凝水，升火暖管已热，关闭泄水管，方可开炉供汽。

⑤存板条基础设置防倾倒装置。

⑥存放时，所有扣件绝缘套管、起吊套管和接地端子均安装防护盖。

4 水养对提高混凝土耐久性的作用机理研究

4.1 不同养护条件对比试验

根据场内实际统计，轨道板脱模后强度一般处于48～49MPa之间，为设计强度的80%，其剩余20%强度会在水养池及存板区继续增长，因而，后期养护是轨道板达到设计强度的关键。

混凝土强度对比 表3

为测试水养对轨道板强度影响，我们对进行同时间同批次9块水养的轨道板和9块洒水养护轨道板进行了对比试验，将轨道板蒸养脱模后，采用水中养护和洒水养护的2种方法进行后期养护，每块板制作6组强度试件，共108组试件，混凝土强度试件和轨道板同条件养护，对18块板的3d、7d、28d强度进行比较。

对比试验数据可以看出：两种养护条件下轨道板均能达到设计强度，水养护轨道板相比于洒水养护轨道板条件，混凝土强度增长更快，在出水养池后7d达到设计强度（60MPa）后，仍能稳步增长至70MPa以上。而洒水养护轨道板在7d内强度达到设计值（60MPa）后便几乎不再增长。因而，在轨道板蒸养脱模后及时进行水中养护具有重要的作用。

4.2 轨道板外观对比检测

根据《高速铁路CRIII型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板暂行技术条件》外形外观检测要求，我们对试验的18块轨道板进行检测，检测方式采用交互检查方式，即同时间同批次轨道板不同人员相互检测，检测结果如下表所示。

轨道板外观对比检测结果 表4

对比数据数据发现，两种养护轨道板条件下的轨道板虽然均能满足要求，经水养的轨道板在外观缺陷方面要均优于洒水养护轨道板，水养可有效减少轨道板表面的缺陷，轨道板外观质量明显提高。

4.3 水养提高混凝土性能的机理分析

在混凝土强度后期增长过程中，湿度对混凝土的水化作用正常进行具有重要的意义：轨道板在高湿度环境中，混凝土的水化反应能充分进行，强度增长也比较充分。混凝土的水化反应可增加其凝胶体积，从而减小毛细管空体积，混凝土密度更加均匀，强度也相应增长；若湿度不足，混凝土表面蒸发脱水，水化反应不正常，混凝土内部收缩，毛细孔道未填充受拉开裂，形成干缩裂缝，从而影响轨道板质量和使用寿命。

轨道板的入水养护，是提高轨道板强度增长速度、提升轨道板强度和确保轨道板质量的关键工序，也是行之有效、经济合理的使用技术。

5 结论

本水养工艺在承德轨道板场成功应用，圆满完成京沈京冀客专Ⅰ～Ⅵ标DK147+996.28～DK283+961里程段135.994km范围内47618块的预制任务，并一次性通过国家铁路产品质量监督检验中心认证，且水中养护轨道板还可杜绝轨道板混凝土表面因缺水引起的干缩裂缝，充分说明本水养工艺的对轨道板的作用，本文介绍的水养工艺也可为类似工程施工提供借鉴意义。