Ⅲc型预应力混凝土枕静载抗裂强度控制

【摘要】通过分析影响Ⅲc型预应力混凝土枕静载抗裂强度的因素，介绍生产过程中的控制要点、采取的技术措施及针对Ⅲc型枕的特性所采取试验操作方法。本文结合莱阳轨枕场实际生产情况，介绍如何抽取试验轨枕才会具有较全面的代表性。

【关键词】Ⅲc型预应力混凝土枕；静载抗裂强度试验；张拉；自动蒸汽养护；

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

中交第二航务工程局有限公司莱阳轨枕场（以下简称莱阳轨枕场）主要生产Ⅲc型预应力混凝土枕。轨枕全长2.6m，每个承轨槽部位预埋两个D1套管，配套弹条V型扣件，最宽处32cm，最高处26cm。

1、执行标准

Ⅲc型预应力混凝土枕生产工序和成品检测执行如下标准：

《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》 TB/T 2190-2002

《客运专线预应力混凝土有档肩枕技术条件》运基线路【2009】565号

《Ⅲc型预应力混凝土枕检验细则》SDS-010-2009

《预应力混凝土枕静载抗裂试验方法》TB/T 1879-2002

《预应力混凝土枕疲劳试验方法》TB/T 1878-2002

2、静载抗裂强度试验原理及方法

预应力混凝土枕静载抗裂强度是衡量轨枕力学性能的重要指标之一，静载抗裂强度试验是轨枕质量控制的重要方法标准之一，在试验上可使获得的数据更严谨、更可信，在质量控制上可达到更标准、更公正的目的。正确的试验方法是获得真实数据的有力保障。

2.1试验原理

轨枕静载抗裂强度试验要求轨枕在静载抗裂强度检验弯矩作用下不出现裂缝。轨枕作为一种流水作业、批量生产的产品，为使试验更具有代表性、准确性，要求在每班生产过程中初期、中期和后期随机抽取外观及各部尺寸合格的轨枕，班产量在1000根以下者应抽取3根，1000根及以上者应抽取4根。Ⅲc型枕静载抗裂试验每根轨枕检测3个截面，2个轨下截面，1个枕中截面。截面检验荷载值为：轨下截面210KN，枕中截面（正置）162KN。轨枕静载抗裂强度试验应在脱模后48小时内完成。

2.2 人员设备配置

Ⅲc型枕静载抗裂强度试验需要电脑操控1人、摆放钢垫板和橡胶垫以及观察裂纹每边1人，共3人。

Ⅲc型轨枕静载抗裂试验用具有：精度为±1％，恒载波动为±0.5％的500KN轨枕静载试验机，莱阳轨枕场选用的是甘肃天水的500KNⅢc型枕静载试验机，试验机上自带照明设备；电脑一台；两把500mm钢直尺；2个5倍放大镜；1：4.645钢垫板2块，1:40钢垫板1块，平面钢垫板2块，橡胶垫若干块；铅笔2支。

2.3 试验方法

试验前应先使试验轨枕截面在试验机中间，利用钢直尺和靠尺使轨枕试验截面中心线与试验机加载支座中心线对准，支距为600±2mm，加载中心线与支距中线距离满足300±1mm的要求。然后垫上对应坡度的钢垫板与平面橡胶垫板。轨下及枕中支点位置如下图：

图1 枕下截面

单面具有1:40坡度的钢垫板（100mmx15mm），平面向上。

硬橡胶垫（100mmx15mm）；

硬橡胶垫（100mmx15mm）。

轨下截面加压力值210KN。

图2枕中截面

具有1:4.645坡比的钢板（100mm宽）；

硬橡胶垫（100mmx15mm）。

平钢板（100mmx15mm）

枕中截面（正置）加压力值162KN。

试验枕位置调整准确后，完善操作系统上轨枕基本信息，点击开始键。随着轨枕上升不断校正轨枕截面位置。加载速度应控制在（1000±500）N/s，试验过程中将系统压力调到10-20MPa的压力。加压后立即开照明灯，同时用5倍的放大镜观察受拉区是否有裂纹产生，如发现轨枕出现裂纹，应立即按下开裂键，系统将自动记录开裂截面及开裂产生时的力值。长按开裂键不放系统将自动卸荷。若开裂后仍需要试验，则按下开裂键时应立即松开。如果没有裂纹就继续观察，等加至检验荷载值后，持荷3min，并观察到完全卸荷为止；若需要做破坏试验，在试验前需在控制面板上选择破坏试验。试验结束保存试验数据。

2.4 判定原则

每批静载抗裂强度试验的轨枕中，全部受检截面符合规定，判定该批轨枕静载抗裂强度合格，如有一个截面不符合规定，可重新抽样复检，复检轨枕的全部受检截面应符合规定。否之则该批轨枕静载抗裂强度不合格。

3、静载抗裂强度控制

3.1原材料质量控制

原材质量是直接关于轨枕抗裂强度的重要因素。Ⅲc型预应力混凝土枕采用C60干硬性混凝土，石子采用2级配，胶凝材料只用42.5硅酸盐水泥。原材料及混凝土各项性能指标均应符合TB-3275-2011《铁路混凝土》的规范要求。

实际生产中除原材料日常检测外，当天气、温度等外部条件变化时，原材应加大抽检频率，因为轨枕属于形小量大、批量生产产品，如原材料质量把控不严，影响的将是成批上千根轨枕的质量。混凝土的检测项目有增实因数、混凝土强度、混凝土弹性模量。其中莱阳轨枕场将混凝土增实因数控制在1.30-1.38，较规范上要求的1.05-1.40范围更细化些。结合本场的实际情况增实因数为1.35-1.36时，和易性最佳，无论是对工序上的布料还是振动以致脱模后的轨枕外观均为最优状态。混凝土强度包括混凝土脱模强度和28天标养强度，Ⅲc型预应力混凝土枕的混凝土脱模强度必须大于等于45MPa。28天强度满足TB10425-94《铁路混凝土强度检验评定标准》。混凝土弹性模量按照GB/T 50081规范要求进行检测。

Ⅲc型预应力混凝土枕预应力钢丝采用7mm低松弛螺旋肋钢丝，其技术标准符合GB/T 5223-2002的规定；箍筋采用6mmQ235-A低碳冷拔钢丝，其技术标准符合YB/T 5294-2009的规定；预埋套管周围螺旋筋采用3mmQ235-A低碳冷拔钢丝，其技术标准符合YB/T 5294-2009的规定。

3.2工序质量控制

3.2.1 工艺流程

Ⅲc型枕预制采用流水机组法，2×4的钢模具进行批量生产，主要生产工艺如下：

图3 轨枕预制工艺流程图

其中张拉工序、混凝土搅拌工序、混凝土灌注工序、养护工序、脱模工序为关键工序。关键控制点有：张拉值、张拉速度、钢丝位置、钢丝小料长度、构造筋及箍筋安放、投料计量误差、搅拌时间、混凝土稠度、混凝土下料量、振动时间、混凝土清边、养护温度、养护时间、混凝土强度、放张值、放张速度。

3.2.2 张拉工序控制

张拉工序是轨枕预制工艺中的关键工序，预应力钢丝的张拉控制的是否符合要求会直接影响轨枕静载抗裂强度试验结果。预应力钢丝进场后应立即报检，首批进场进行外委检测，合格后方可使用。除检测尺寸、表面质量和抗拉强度、规定非比例伸长应力、最大力下总伸长率、弯曲次数、弯曲半径、1000h后应力松弛率等力学性能外，消除应力钢丝的伸直性也至关重要。因为机械化生产，预应力钢丝下料采用定长切断机全自动输送、切断、下料，所以对预应力钢丝的消除应力钢丝的伸直性要求颇高，如伸直性不好，会导致预应力钢丝输送不畅，影响切断速度和准确性。GB.T 5223-2002《预应力混凝土用钢丝》规范上要求伸直性不大于20mm，可在实际中应控制在不大于15mm，才能保证下料的准确性。

根据我场的选用的钢模尺寸确定钢丝下料长度为10922mm，轨枕中钢丝为同时同点张拉，下料长度误差直接影响每根钢丝的张拉力值，所以每组钢丝最大长度偏差应小于1.6mm。为达到此标准，需每工班上班前对定长切断机的下料长度进行检验、输送滚轮螺丝检查并拧紧，且每班下料的前两组钢丝进行长度检验，合格后方可批量生产。如下料过程中有其他断丝、跑丝现象，应重新检查定长切断机。

配套2×4Ⅲc型轨枕模具施工的穿丝隔板起到固定丝位、隔离轨枕的作用。莱阳轨枕场根据Ⅲc型预应力混凝土枕的设计图纸，统一定制与模具相配套的分丝隔板，安装后丝位准确、稳固。但张拉时，由于应力作用，张拉块受力后产生上浮，采取的措施是张拉至60-100kN时暂停系统校正张拉块位置，采用锤子向下打，校正后检测钢丝保护层厚度，合格后继续张拉，保证丝位准确。

张拉工序的控制直接影响轨枕静载抗裂强度，采用全自动800kN自动张拉机。张拉机必须在标定有效期内使用。Ⅲc型预应力混凝土枕设计张拉力值415±5kN，张拉程序为：060-100kNσ设计力值持荷1min补拉至σ锁紧螺母。严格按照张拉程序执行，就会保证张拉力值与张拉速度，实际作业中锁紧螺母必须在持荷、补拉完毕后操作，如操作速度慢可以适当延长持荷时间。

构造筋及箍筋的安放实际操作中相对简单，且控制方便，成熟的预制场13根箍筋位置摆放会相当准确，莱阳轨枕场采用的是模具上做标记，直接明了显示箍筋准确位置，也便于检查，控制效果良好。其他方法还可以做标杆等等，标出箍筋位置以作参考。

3.2.3 混凝土工序控制

C60干硬性混凝土搅拌工程中除和其他混凝土一样控制投料误差外，应严格控制砼搅拌时间，必须大于120s。首盘搅拌后进行和易性检测，如不满足要求应适当加长净搅拌时间、或减少每盘用量。按照规范要求每班前三盘必须进行增实因数试验，检测合格方可批量生产。

浇筑布料过程必须保证布料高度满足要求，各厂可根据自己模具的实际情况进行布料高度标示，以便工人操作，在轨枕截面尺寸方面保证提高轨枕静载抗裂强度。

3.2.4蒸汽养护工序控制

Ⅲc型预应力混凝土枕一般采用封闭式池内蒸汽养护，莱阳轨枕场也不例外，采用全自动蒸汽养护系统进行分池控制。对系统各养护阶段的时间和温度设置是直接影响产品强度的形成。轨枕养护分静停阶段、升温阶段、恒温阶段、降温阶段。相关规范要求轨枕应在5℃-30℃范围内静停不应小于2h，升温速度不应大于15℃/h，蒸汽养护温度不应大于60℃，降温速度不应大于15℃/h，降温后轨枕出池时表面温度与池外环境温度不应大于15℃。所以随着环境温度的变化，蒸汽养护个过程温度与时间也在变化。经过反复试验确定适应本场自身产能需求的蒸养参数：静停2小时、升温2小时、恒温55℃、降温根据环境温度变化而变化冬季最长6个小时，夏季2个小时，主要以轨枕出池温度满足规范要求为准。

蒸汽养护过程参数设定好后，并不代表整个养护过程完全可靠，要随时监控系统显示器上的池内温度变化，当变化曲线异常时应立即检查气压、水压及感温探头，当然全自动蒸汽养护系统必须在检测单位标定有效期限内使用。恒温结束后进行脱模强度检测，如小于45MPa，需继续进行恒温养护，直至满足要求再降温。脱模强度如不满足要求，脱模后48小时内的静载抗裂强度无法满足设计要求，所以规范要求脱模强度不满足要求的情况下不允许脱模。

3.3 试验时间控制

轨枕出池脱模在正确养护的条件下混凝土强度仍在继续增长，规范要求48小时内抽取试验枕进行检测。其实随着时间的增长轨枕的静载抗裂强度也在增长，所以可将做静载的时间安排在40-48小时之间，但也不能紧贴48小时，如果出现一个截面不合格，加抽样品检测时试验时间已超出规范要求，所以不具有代表性和准确性。实践证明在轨枕表面温度大于30℃，或脱模后24小时内做静载抗裂强度试验是最不利的。实际也可根据每批轨枕的脱模强度调整轨枕的静载试验时间，脱模强度越高可适当提前做试验，加快工作效率；脱模强度如刚满足要求，适当推迟试验时间，有利于提高轨枕静载抗裂强度试验的合格率，但必须保证脱模后48小时之内完成。

4、结束语

Ⅲc型预应力混凝土枕的静载抗裂强度是判定每批轨枕是否合格的重要指标，可以每间隔一段时间做一次破坏性试验，检测轨枕的静载抗裂强度最高值，便于预制场的质量反馈和改进工作。从材料源头到各工序严格控制，提高轨枕的静载抗裂强度将大大提高产品合格率，减少废品、降低损耗，保证了轨枕的适用性、耐久性和安全性。