基于检测结果的预应力混凝土轨枕质量分析

2022-08-06宋瑞赵柯杨全亮张忠凯王丹于兆华

铁道建筑 2022年7期

宋瑞赵柯杨全亮张忠凯王丹于兆华

1.中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所，北京 100081；2.中铁检验认证中心有限公司，北京 100081；3.中国国家铁路集团有限公司科技和信息化部，北京 100844

混凝土轨枕［1］具有节约木材、使用寿命长、铺设轨道质量好、维修工作量少、费用低等优点。在高速铁路、重载铁路［2-3］等线路上应用时，其性能显著优于传统木枕，同时其产品特性也决定了在某些方面存在质量瑕疵的可能。混凝土轨枕按配筋方式分为预应力混凝土轨枕和非预应力钢筋混凝土轨枕，按轨道线路形式分为有砟轨道用混凝土轨枕和无砟轨道用混凝土轨枕，按轨道线路上使用部位分为常规轨枕、桥枕、岔枕［4］、过渡段轨枕、电容枕［1，5］等。轨枕铺设在道床上，其作用是：①承受由钢轨传来的荷重、横向力和纵向力，将其均匀地传布在道床上；②固定两根钢轨位置，保证轨距；③固定钢轨方向，使钢轨不因受力的作用而产生纵向及横向位移。轨枕存在质量问题会影响整个线路的运营，更换起来会浪费大量的人力物力，给线路造成严重影响，因此轨枕产品质量对铁路安全十分重要。通过加强各环节轨枕的质量检测力度，督促企业提高产品质量，对于提高线路的使用年限，降低运营成本十分必要。本文依据委托检测［6-8］、认证检测、监督抽查检测结果对轨枕质量问题予以分析。

1 委托检测情况

1.1 生产企业委托送样检测

生产企业因内部质量控制、产品研发创新等需要，委托有资质的第三方机构进行产品检测。通过对2016—2021 年中铁检验认证中心有限公司承担的检测数据进行分析，发现不合格的检测项目以静载抗裂强度、疲劳强度和破坏强度居多，外形尺寸不合格较少。2016—2021年的生产企业委托送样检测厂项、不合格厂项数量和合格率见表1，各型号不合格数量见表2。

表1 生产企业委托送样检测厂项、不合格厂项数量和合格率

表2 各型号不合格产品数量

从表1可见，2018年轨枕检测合格率仅为91.3%，为6 年统计数据的最低值，原因不排除与2017 年9 月1 日轨枕生产许可证由国家质检总局审批发证下放至省级质监部门审批发证有关。2019 年用户单位有针对性地转换了轨枕的质量管控要求，从而提升了产品质量合格率。从2020年开始，用户单位将轨枕纳入批检验收管理，进一步加强产品质量管控。

从表2 可见，新Ⅱ型轨枕出现不合格的概率较高，由于新Ⅱ型轨枕设计富裕量偏小，所以在生产过程中出现预应力钢丝位置或轨枕的断面高度偏差、预应力钢丝材质问题等，均有可能导致轨枕静载抗裂强度不合格。

1.2 用户委托抽样检测

用户因内部质量控制需要，委托有资质的第三方机构进行产品随机抽样检测，目的是了解库存产品质量总体情况。2018—2021 年，CRCC 完成受用户委托抽样检测的23 厂项，用户委托抽样检测的厂家数量、不合格厂项数量和合格率见表3。可见，2020 年轨枕合格率较低，仅为33.3%。检测暴露出来的问题主要是标识遗漏，疲劳强度和破坏强度不达标，上排预应力钢丝距轨顶面距离、各断面高度和最上与最下两排预应力钢丝之间距离不合格。

表3 用户委托抽样检测的厂项、不合格厂项和合格率

1.3 用户委托按批抽样检测

用户因质量验收需要，委托有资质的第三方机构对产品按批次抽样检测，目的是了解生产企业供货的产品质量是否达到入库标准要求。2020年和2021年，CRCC共完成轨枕按批抽检366批次，涉及建设项目共计67 个，生产企业34 家，常规轨枕和岔枕不合格率见表4。常规轨枕疲劳、常规轨枕静载和岔枕箍筋数量的合格率见表5。可知，各常见不合格检测项目的不合格发现率显著降低。逐批抽检验收对成品质量的提高效果显著。

表4 常规轨枕和岔枕不合格率

表5 用户委托按批抽样检测的各检测项目合格率

2 企业自愿性产品认证检测情况

以认证为目的而进行的检测，是由认证机构对一个或多个代表性产品，通过一系列检测来证明其与相关标准的符合性。2018 至2019 年6 月，CRCC 完成企业自愿性产品认证检测46 厂项，均未发现不合格，轨枕认证检测的合格率一直稳定在较高的水平，说明各生产厂家完全有能力生产出合格的轨枕。未发现认证检测不合格，原因不排除样品是生产企业为提高检测合格率而特别生产的小批量产品。但是在检测过程中存在部分预应力钢丝位置、保护层厚度和断面高度接近于极限偏差的有10 厂次，有3 个厂次在静载抗裂强度试验中发现裂纹，说明仍存在质量风险。认证检测发现的质量风险项目和存在风险厂项数及风险率见表6。

表6 认证检测发现的质量风险项目及存在风险厂项数及风险率

3 政府监督抽查结果通报情况

产品质量监督抽查是国家产品质量监督部门及地方产品质量监督部门按照产品质量监督计划，定期在流通领域抽取样品进行监督检查，了解被抽查企业及其产品的质量状况，并按期发布产品质量监督抽查公报，对抽查的样品不合格的企业采取相应处理措施的一种国家监督活动。

国家铁路局2019—2020 年公布了11 厂项的轨枕产品监督抽查结果，其中9厂项合格，2厂项不合格，合格率82%，监督抽查覆盖Ⅲc型、ⅢaD 型、Ⅲqc型轨枕和岔枕产品，不合格项目为Ⅲc型、ⅢaD 型轨枕的静载抗裂强度。

国家市场监管总局2019 年公布了19 个省（区、市）30 家企业生产的30 批次轨枕产品抽查结果，其中13 批次产品不合格，合格率为57%。这次专项抽查重点对轨枕产品的疲劳强度和破坏强度、产品标识、两承轨槽外侧底脚间距、同一承轨槽底脚间距等4 个项目进行了检验，不合格项目涉及疲劳强度和破坏强度、产品标识，不合格率见表7。

表7 专项抽查中不合格率

4 轨枕不合格原因分析

通过试验数据分析，产品认证检测合格率100%，说明生产企业具备生产合格产品的能力；监督抽查和用户委托抽样检测合格率在不同年度有上下波动，体现批量生产后产品质量存在波动；用户委托按批抽检合格率逐年提升，说明批检对企业提升产品质量的督促作用明显；用户委托送样检测合格率在95%上下波动，说明企业在研发和产品升级时会开展委托送样检测，同时产品提升过程中可能存在检测不合格的情况。轨枕产品的监督管理制度变化包括从执行国家生产许可证管理，到下放到省级市场监督部门审批发证，再到2019 年取消生产许可证管理；从2018 年开始自愿性产品认证检测到2019 年暂停。目前仅靠政府监督抽查及用户委托随机抽样检测和按批抽样检测来控制产品质量，所以轨枕产品在2018 年和2020 年出现短期质量波动。综合以上信息，对轨枕不合格的原因进行基本推断。

4.1 轨枕产品标识不合格的原因

生产厂家在年份更替时未及时更换年牌号，在生产过程中轨枕标牌脱落未及时安装，导致轨枕标识不正确或无标识。

4.2 静载抗裂强度检测项目不合格的原因

静载抗裂强度是一个综合性指标，其不合格涉及因素比较多，包括混凝土强度不够、有效张拉应力不足、预应力筋位置不准确。影响混凝土强度的因素有：①混凝土原材料发生变化；②振捣过度；③养护温度过高。影响张拉力有效性的因素包括：①张拉设备未及时校验，力值失准；②在张拉时未及时锁紧张拉螺母。预应力筋位置不准确的影响因素包括：①初始张拉力过大造成锚固板安装不到位；②钢模板变形造成预设拱度不准确。

4.3 疲劳强度和破坏强度不合格的原因

混凝土强度不足、超张拉和预应力钢丝缺陷是造成轨枕疲劳强度和破坏强度不合格的主要原因。轨枕生产时，企业为了保证静载抗裂强度满足标准要求存在故意超张拉的行为，也存在张拉设备不准确造成超张拉现象。预应力钢丝抗拉性能通常能满足标准要求，但预应力钢丝的局部缺陷在钢丝进场验收时不容易被发现，造成轨枕在承受200 万次疲劳试验的过程中断裂。

4.4 箍筋数量不足的原因

检测发现岔枕存在箍筋数量不足的问题，常规轨枕未发现。主要原因是常规轨枕箍筋数量明确，而岔枕箍筋数量需要生产企业的技术人员根据每根岔枕长度和箍筋间距计算箍筋数量，当计算结果为非整数时取舍不正确，造成箍筋安装数量不足；Ⅰ、Ⅱ型箍筋安装数量不正确是造成岔枕箍筋数量不足的另一个主要原因；也存在生产企业故意少安装箍筋的可能。