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【摘 要】本文抛开设计、检验标准中的问题,单从主要制造工艺入手,分析轨枕质量低下的原因,提出提高混凝土轨枕耐久性的关键技术措施。
【关键词】轨枕质量;关建技术;改进措施
1、我国混凝土轨枕行业现状
混凝土枕制造工艺有长模流水机组法,短模流水机组法和长线台座法。长模流水机组法是我国轨枕制造业普遍采用的方法,生产效率较高,但大多数轨枕厂的自控水平低,虽然经过了4次较大的技术改造,但基本上是以提高生产效率为主,整体制造工艺水平、自动监控手段与世界先进国家相比差距甚远。“八五”期间,新建和恢复了28家轨枕生产企业,近几年又有几家轨枕厂上马,这些新的企业虽然为轨枕行业注入了新的血液,打破了轨枕求大于供的格局,但重复低水平的建设也使轨枕行业的技术管理更难。
低水平的工艺工装主要表现在:(1)混凝土振捣成型仍采用低振频、高振幅的振捣成型工艺,噪声大、钢模随振动台强烈震动,影响混凝土振捣质量及钢模内预埋件的定位精度;(2)钢模在轨枕制作过程中变形大,影响轨枕的成型质量,上保护层合格率低;(3)养护池没有降温措施,轨枕入池及出池时的温度差大,影响了轨枕的内在质量;(4)没有单根钢筋张拉设备,钢筋间的应力差值大;(5)无钢筋缓慢放张措施,骤然放张或快速回油释放预应力,都造成了轨枕内伤。低水平的管理和制作主要表现在:(1)为降低成本,使用劣质原材料;(2)为加快钢模周转,养护过程的温度控制不合标准;(3)为提高效率,骤然放张或快速回油放张预应力钢筋。
2、提高轨枕质量的关建技术措施
2.1选择优质原材料,提高混凝土轨枕的耐久性
制作混凝土轨枕的原材料有:细骨料(砂)、粗骨料(石)、水泥、预应力钢筋、高效减水剂。原材料的质量直接影响着轨枕的各项力学检验指标,如法国分析结果表明6%的建筑物失效是材料使用失误所致,如果原材料不合格,再好的制造工艺也造不出合格的轨枕。在五大原材料中,粗细骨料一般由各轨枕厂自行检验,水泥、预应力钢筋、高效减水剂由生产厂提供检验报告。粗骨料的强度、表面形状、级配及泥污含量,细骨料的细度模量、泥污含量是各轨枕厂主要的检控指标。如果粗、细骨料的检验失控,轨枕质量势必失控。本次质量抽查中发现有一个轨枕厂使用大量未破碎的河卵石和低质量的预应力钢筋,造成2个轨枕品种多个检验截面静载强度检验不合格。
优质原材料的一项重要指标是不会产生和引发混凝土的碱集料膨胀反应破坏。碱集料反应通常进行得很慢,因此由碱集料反应引起的破坏往往要经过若干年后才会出现。但是,由于碱集料膨胀反应破坏的混凝土是无法修复的,所以碱集料膨胀反应被称为混凝土的不治之症-“癌症”。许多轨枕上道不到5年就发生严重的纵裂、龟裂,这与轨枕制造厂家使用活性骨料有着直接的关系,抽查发现一些厂家不知道目前正在使用的骨料是否具有碱活性,也不知道使用的水泥是否是低碱水泥,这就无法保证上道的轨枕在几年后不会出现碱集料反应。
2.2执行合理的混凝土轨枕养护制度,提高轨枕的内在质量
在对各个轨枕厂的检查中发现,大部分轨枕厂的养护制度存在问题,由于没有可行的降温措施,养护池中的温度很难降下来,轨枕入池养生开始时,池中的温度比轨枕表面温度高出许多,养生结束轨枕出池时,轨枕表面温度与环境温度差也很大,北方轨枕厂冬季施工时的温度差值可以达到30～40℃。不合理的养生制度破坏了轨枕的内在品质,使上道的轨枕质量低下。
我国混凝土轨枕一般采用蒸汽养护,蒸汽养护是一种加速混凝土强度发展的硬化工艺,在硬化过程中,水泥的水化反应会产生大量的水化热。轨枕养护初期是最重要的养生时段,如果这时养护池内温度较高,池内温度高于轨枕内部温度较多,水化热积聚在内部不易散发,混凝土拌合物内部的气体和水分受热膨胀,这时的混凝土强度较低,尚无抵抗力,内应力引起混凝土变形,甚至产生微细裂缝;养生完成轨枕出池时,轨枕表面温度与环境温差如果较大, 会引起轨枕表面出现收缩裂纹,目前不合理的养护过程大大降低了轨枕的使用寿命。水化热的危害程度与水泥的品种和用量、内外约束条件、外界气温变化、混凝土收缩变形及混凝土匀质性等有关。
轨枕蒸汽养生的主要技术措施有:严格执行合理的轨枕蒸汽养生制度;掌握养生周期全过程中枕心混凝土温度和周围空气温度之间的关系,避免枕心混凝土温度和周围空气温度之间有过大温差;轨枕心部的升温速率不超过15℃/h,降温速率不超过15℃/h;轨枕出池时的表面温度与环境温差不超过15℃/h。目前各轨枕厂要严格执行合理的养生制度,必须对现有的养护池进行技术改造,增设降温设备。
2.3单根张拉、整体缓慢放張预应力钢筋是保证轨枕各项力学性能的关键工艺
我国轨枕制造行业多年来一直未能解决预应力钢筋单根张拉的技术问题,多根钢筋一起张拉,由于钢筋的下料长度误差影响,每根钢筋间的应力不均匀,导致钢筋的张拉中心偏离设计值。轨枕技术条件中要求各个预应力钢筋间的相对应力误差不超过5%,而目前的整体张拉是达不到该项标准的。一般预应力钢筋的下料长度约11m,钢筋下料名义误差2mm,实际误差超过3mm,钢筋墩头误差0.5～1mm,按照虎克定律计算的预应力钢筋应力相对差值如下:
钢筋弹性模量:MPa
钢筋拉应力:=1099MPa
钢筋下料长度:=11.0m
钢筋长度相对误差:mm
相对应力差值:63.6MPa
相对应力误差:(63.6/1099)×100%=5.8%
5.8%的相对误差仅仅是由下料长度误差引起,实际张拉时还存在钢筋截面面积不同等引起的误差,因此实际差值要大于上面的计算值。
单根张拉预应力钢筋可以控制每一根钢筋的应力,使其达到设计要求,从而保证总张拉力值和张拉中心达到设计值。
快速释放预应力钢筋或带应力切割钢筋会使钢筋快速回缩,对混凝土产生冲击,造成轨枕端部掉块、端部横裂、挡肩受损,甚至破坏钢丝与混凝土的握裹,导致预应力传递长度增大,严重时可能降低轨下截面的承载能力。当钉孔部位混凝土受到放张引起的冲击后,钉孔周边混凝土产生微细裂纹,在长期外荷载作用下,钉孔处的微细裂纹成为诱发裂纹,是钉孔纵裂的原因之一。钢丝数量愈少,直径愈大,情况就愈严重。目前绝大多数轨枕厂都采用油压千斤顶放张,由于回油控制不好,缓慢放张徒有虚名。
3、结论
(1)轨枕质量低劣是由各种原因引起的,杜绝粗放式生产方式,努力抓好关键工序,解决轨枕行业中长期未解决的技术难题,才能够使轨枕制作质量上一个台阶;
(2)采用低碱水泥和优质非活性粗、细骨料,注重骨料级配,是保证制作高质量混凝土轨枕的前提;
(3)严格执行合理的混凝土养生制度,严格控制蒸养温度及升温、降温速率,是提高混凝土轨枕强度和耐久性的重要环节;
(4)骤然放张预应力钢筋会破坏钢筋与混凝土间的握裹力,是造成轨枕端部裂纹、挡肩掉块的主要原因,应坚决杜绝。用机械扳手或可控制回油速度的放张设备实施缓慢放张,能提高轨枕的耐久性。
参考文献
[1]迟培云,梁永峰,于素健.提高混凝土耐久性的技术途径[J].混凝土,2001(8).
[2] 侯德杰,蒲保新,陶联明.强化轨道结构、适应提速需要[J].铁道标准设计,2002(2).
【关键词】轨枕质量;关建技术;改进措施
1、我国混凝土轨枕行业现状
混凝土枕制造工艺有长模流水机组法,短模流水机组法和长线台座法。长模流水机组法是我国轨枕制造业普遍采用的方法,生产效率较高,但大多数轨枕厂的自控水平低,虽然经过了4次较大的技术改造,但基本上是以提高生产效率为主,整体制造工艺水平、自动监控手段与世界先进国家相比差距甚远。“八五”期间,新建和恢复了28家轨枕生产企业,近几年又有几家轨枕厂上马,这些新的企业虽然为轨枕行业注入了新的血液,打破了轨枕求大于供的格局,但重复低水平的建设也使轨枕行业的技术管理更难。
低水平的工艺工装主要表现在:(1)混凝土振捣成型仍采用低振频、高振幅的振捣成型工艺,噪声大、钢模随振动台强烈震动,影响混凝土振捣质量及钢模内预埋件的定位精度;(2)钢模在轨枕制作过程中变形大,影响轨枕的成型质量,上保护层合格率低;(3)养护池没有降温措施,轨枕入池及出池时的温度差大,影响了轨枕的内在质量;(4)没有单根钢筋张拉设备,钢筋间的应力差值大;(5)无钢筋缓慢放张措施,骤然放张或快速回油释放预应力,都造成了轨枕内伤。低水平的管理和制作主要表现在:(1)为降低成本,使用劣质原材料;(2)为加快钢模周转,养护过程的温度控制不合标准;(3)为提高效率,骤然放张或快速回油放张预应力钢筋。
2、提高轨枕质量的关建技术措施
2.1选择优质原材料,提高混凝土轨枕的耐久性
制作混凝土轨枕的原材料有:细骨料(砂)、粗骨料(石)、水泥、预应力钢筋、高效减水剂。原材料的质量直接影响着轨枕的各项力学检验指标,如法国分析结果表明6%的建筑物失效是材料使用失误所致,如果原材料不合格,再好的制造工艺也造不出合格的轨枕。在五大原材料中,粗细骨料一般由各轨枕厂自行检验,水泥、预应力钢筋、高效减水剂由生产厂提供检验报告。粗骨料的强度、表面形状、级配及泥污含量,细骨料的细度模量、泥污含量是各轨枕厂主要的检控指标。如果粗、细骨料的检验失控,轨枕质量势必失控。本次质量抽查中发现有一个轨枕厂使用大量未破碎的河卵石和低质量的预应力钢筋,造成2个轨枕品种多个检验截面静载强度检验不合格。
优质原材料的一项重要指标是不会产生和引发混凝土的碱集料膨胀反应破坏。碱集料反应通常进行得很慢,因此由碱集料反应引起的破坏往往要经过若干年后才会出现。但是,由于碱集料膨胀反应破坏的混凝土是无法修复的,所以碱集料膨胀反应被称为混凝土的不治之症-“癌症”。许多轨枕上道不到5年就发生严重的纵裂、龟裂,这与轨枕制造厂家使用活性骨料有着直接的关系,抽查发现一些厂家不知道目前正在使用的骨料是否具有碱活性,也不知道使用的水泥是否是低碱水泥,这就无法保证上道的轨枕在几年后不会出现碱集料反应。
2.2执行合理的混凝土轨枕养护制度,提高轨枕的内在质量
在对各个轨枕厂的检查中发现,大部分轨枕厂的养护制度存在问题,由于没有可行的降温措施,养护池中的温度很难降下来,轨枕入池养生开始时,池中的温度比轨枕表面温度高出许多,养生结束轨枕出池时,轨枕表面温度与环境温度差也很大,北方轨枕厂冬季施工时的温度差值可以达到30～40℃。不合理的养生制度破坏了轨枕的内在品质,使上道的轨枕质量低下。
我国混凝土轨枕一般采用蒸汽养护,蒸汽养护是一种加速混凝土强度发展的硬化工艺,在硬化过程中,水泥的水化反应会产生大量的水化热。轨枕养护初期是最重要的养生时段,如果这时养护池内温度较高,池内温度高于轨枕内部温度较多,水化热积聚在内部不易散发,混凝土拌合物内部的气体和水分受热膨胀,这时的混凝土强度较低,尚无抵抗力,内应力引起混凝土变形,甚至产生微细裂缝;养生完成轨枕出池时,轨枕表面温度与环境温差如果较大, 会引起轨枕表面出现收缩裂纹,目前不合理的养护过程大大降低了轨枕的使用寿命。水化热的危害程度与水泥的品种和用量、内外约束条件、外界气温变化、混凝土收缩变形及混凝土匀质性等有关。
轨枕蒸汽养生的主要技术措施有:严格执行合理的轨枕蒸汽养生制度;掌握养生周期全过程中枕心混凝土温度和周围空气温度之间的关系,避免枕心混凝土温度和周围空气温度之间有过大温差;轨枕心部的升温速率不超过15℃/h,降温速率不超过15℃/h;轨枕出池时的表面温度与环境温差不超过15℃/h。目前各轨枕厂要严格执行合理的养生制度,必须对现有的养护池进行技术改造,增设降温设备。
2.3单根张拉、整体缓慢放張预应力钢筋是保证轨枕各项力学性能的关键工艺
我国轨枕制造行业多年来一直未能解决预应力钢筋单根张拉的技术问题,多根钢筋一起张拉,由于钢筋的下料长度误差影响,每根钢筋间的应力不均匀,导致钢筋的张拉中心偏离设计值。轨枕技术条件中要求各个预应力钢筋间的相对应力误差不超过5%,而目前的整体张拉是达不到该项标准的。一般预应力钢筋的下料长度约11m,钢筋下料名义误差2mm,实际误差超过3mm,钢筋墩头误差0.5～1mm,按照虎克定律计算的预应力钢筋应力相对差值如下:
钢筋弹性模量:MPa
钢筋拉应力:=1099MPa
钢筋下料长度:=11.0m
钢筋长度相对误差:mm
相对应力差值:63.6MPa
相对应力误差:(63.6/1099)×100%=5.8%
5.8%的相对误差仅仅是由下料长度误差引起,实际张拉时还存在钢筋截面面积不同等引起的误差,因此实际差值要大于上面的计算值。
单根张拉预应力钢筋可以控制每一根钢筋的应力,使其达到设计要求,从而保证总张拉力值和张拉中心达到设计值。
快速释放预应力钢筋或带应力切割钢筋会使钢筋快速回缩,对混凝土产生冲击,造成轨枕端部掉块、端部横裂、挡肩受损,甚至破坏钢丝与混凝土的握裹,导致预应力传递长度增大,严重时可能降低轨下截面的承载能力。当钉孔部位混凝土受到放张引起的冲击后,钉孔周边混凝土产生微细裂纹,在长期外荷载作用下,钉孔处的微细裂纹成为诱发裂纹,是钉孔纵裂的原因之一。钢丝数量愈少,直径愈大,情况就愈严重。目前绝大多数轨枕厂都采用油压千斤顶放张,由于回油控制不好,缓慢放张徒有虚名。
3、结论
(1)轨枕质量低劣是由各种原因引起的,杜绝粗放式生产方式,努力抓好关键工序,解决轨枕行业中长期未解决的技术难题,才能够使轨枕制作质量上一个台阶;
(2)采用低碱水泥和优质非活性粗、细骨料,注重骨料级配,是保证制作高质量混凝土轨枕的前提;
(3)严格执行合理的混凝土养生制度,严格控制蒸养温度及升温、降温速率,是提高混凝土轨枕强度和耐久性的重要环节;
(4)骤然放张预应力钢筋会破坏钢筋与混凝土间的握裹力,是造成轨枕端部裂纹、挡肩掉块的主要原因,应坚决杜绝。用机械扳手或可控制回油速度的放张设备实施缓慢放张,能提高轨枕的耐久性。
参考文献
[1]迟培云,梁永峰,于素健.提高混凝土耐久性的技术途径[J].混凝土,2001(8).
[2] 侯德杰,蒲保新,陶联明.强化轨道结构、适应提速需要[J].铁道标准设计,2002(2).