預力混凝土軌枕

預力混凝土軌枕就是在木枕的基礎上，將材料換為混凝土並施加預應力的軌枕。現階段我國鐵路建設事業正處於快速發展時期，這一時期加強對預應力混凝土軌枕生產工藝的研究不僅有利於混凝土軌枕結構耐久性的提高，同時對於延長軌枕使用壽命也有十分積極的促進意義。

基本介紹

• 中文名：預力混凝土軌枕
• 外文名：Prestressed concrete sleeper
• 所屬學科：土木工程
• 重點：生產工藝
• 主要生產工藝：流水機組法
• 質量構成：堅固性砂、軌枕養護等

簡介

木枕是我國鐵路最早使用的一種製品，但考慮到鐵路工程建設本身的特殊性，木枕需要用到大量的優質木材，然而面對逐年減少的森林面積和人均木材占有量，我國鐵路建設發展的必然趨勢就是將木枕換為混凝土軌枕。從研究、生產再到推廣，我國預應力混凝土軌枕歷時四十餘年，軌枕產量逾億根，相較於世界各國採用的混凝土軌枕數量相比，我國有著明顯優勢，但使用的三十餘年中，混凝土軌枕的損傷事故也發生不少，甚至關係到行車的安全性，除了少量機械性破損原因外，裂縫問題的產生很大程度上也加重了軌枕的損傷。現階段我國鐵路建設事業正處於快速發展時期，這一時期加強對預力混凝土軌枕生產工藝的研究不僅有利於混凝土軌枕結構耐久性的提高，同時對於延長軌枕使用壽命也有十分積極的促進意義。

質量構成

在頒布的《預應力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型》中明確規定，軌枕生產應以硬質潔淨的天然砂為主，含泥量要保持在1.5%範圍內，其他方面的技術標準必須與《鐵路混凝土與砌體工程施工規範》相一致。

顆粒形狀和表面特徵

河砂與海砂在水的沖刷下，顆粒會變成球狀，而且表面不會產生稜角，光滑性好，配製的混凝土流動性較於山砂或者機制砂好，但與水泥的粘結性能不好；山砂與機制砂表面十分的粗糙，且具有很多稜角，從而削弱了混凝土拌合物流動性，但與水泥的粘結性能好。在鐵路軌枕中，通常會選用天然河砂。

堅固性砂

主要是天然岩石在自然風化作用下而形成的，隨著凍融或者乾濕循環的作用會不斷的風化，所以在部分核心工程或者特殊環境下作業的混凝土用砂，要做好堅固性檢驗工作。

骨料的品種和粗細程度

卵石表面光滑，碎石粗糙且多稜角，因此卵石配製的混凝土流動性較好，但粘聚性和保水性則相對較差。河砂與山砂的差異與上述相似。對級配砂石料來說，粗骨料粒徑越大，砂子的細度模數越大，則流動性越大，但粘聚性和保水性有所下降，特別是砂的粗細，在砂率不變的情況下，影響更加顯著。

拌合用水

按照《混凝土拌合用水標準》中的相關規定，只要與國家生活飲用水標準相一致的水都能夠用於各類混凝土的拌制。地表水、地下水、再生水的放射性必須與國家頒布的《生活飲用水標準》相一致，被檢驗水樣要和飲用水做水泥凝結時間對比試驗，對比試驗產生的水泥初凝和終凝時間差應控制在三十分鐘內。

混凝土的振搗

科學控制混凝土攪拌時間，防止由於混凝土量不夠或者由於量太大、存放時間長而失去了應有的作用，不得使用存放時間30分鐘以上的摻加減水劑的混凝土，防止對軌枕質量造成影響。普通振動時間通常控制在兩到三分鐘左右，加荷振動時間應達到一分鐘以上。

軌枕養護

採用機組法進行軌枕生產時會通過蒸汽來養護，以保障早期強度，提高生產效率，蒸汽養護具體涵蓋了靜停期、升溫期、恆溫期、降溫期。脫模過程中，軌枕表面與外界溫差在二十攝氏度以下，方可將軌枕出池或者撤除養護措施。

放張軌枕

在一番蒸汽養護之後，混凝土表面會產生較大的拉應力，就算經過降溫期的降溫，混凝土表現溫度依舊會高於氣溫，若這個時候脫模，會使得軌枕表面溫度急劇下降，出現溫度梯度，有導致裂縫的危險。

生產工藝

生產工藝方法

流水機組法是我國傳統預應力混凝土生產工藝方法，利用過橋式吊車在生產線各個台位移動生產模型，並將專用設備設定到台位之上，通過各種生產工藝流程將原材料生產為混凝土製品。在生產工序數量上，預應力混凝土軌枕的生產工序至少有十道，但倘若所有模型的移動過程都採用過橋式吊車，那么無論從操作安全還是生產效率方面考慮都是存在一定影響的。基於此，我國逐漸用輥道傳送替代過橋式吊車，但用於設備檢修過程和模型養護過程的還是多以橋式吊車為主，最佳化和改善之後的預應力混凝土軌枕也有著新的名字，那就是混凝土流水機組-傳送法。

流水機組-傳送法主要是以軌枕生產工藝規定為根據，按照生產過程順序對鋼模型進行組合，並且一次性通過各台位，這就是混凝土軌枕成品生產的整個過程。換言之，從生產周期上看，預應力混凝土軌枕製品在本質上也代表了鋼模型實際的周轉期。

生產工藝特點

我國預應力混凝土軌枕流水機組-傳送法在現階段所具備的工藝特點可從這幾個方面得到體現：

①主要採用的是2×4或是2×5聯的組合鋼模型，預應力混凝土軌枕一次成型的軌枕數量在8~10根左右，這既是對鋼材料消耗量的節省，同時也促進了軌枕生產效率的提升。

②為了確保2×4或是2×5聯組合鋼模型能夠達到最佳的適應性，在使用上一般選用的是1×5聯台式振動台，將單元台面布置到每一對並列軌枕上，並將升降輥道設定上檯面和台面之間，這對於軌枕模型流水線的順利傳送無疑有著積極的促進作用。

③從成型方面交通環保看，流水組台式-傳送法工藝主要利用二次振動工藝來生產混凝土軌枕，第一次振動所選用的是普通振動法，這是為了提升振動台模型中混凝土振動的密實性，通過人工操作適當調整模型內軌枕生產的混凝土用量，確保混凝土用量的一致性。第二次主要採用的是加壓振動法，保證加壓壓力達到5kPa，這一加壓振動採用的目的在於確保混凝土拌合物的乾硬性和低流動性，在促進混凝土質量提升的同時也達到預期的軌枕成型要求，這還能夠達到節約水泥用量的目的，以軌枕成型要求為依據於軌枕底部位置完成設計花紋的振壓。

④將輥道傳送的方式用在混凝土軌枕生產流水線當中，促進閉環式工藝流程的形成，提升混凝土軌枕生產的連續性與節奏性，通過對生產工序中不必要運輸環節的控制促進生產效益的整體提高。

⑤從現行預應力混凝土軌枕生產工藝流程來看，適當調整生產模型就能夠實現一些新的混凝土製品的開發，比如生產寬枕、岔枕或是橫腹桿式接觸網支柱等等。

生產工藝流程

分析預應力混凝土軌枕流水機組-傳送法的基本工藝流程，主要表現為這幾個步驟：

（1）預應力拉筋選擇高強螺旋肋鋼絲，將鋼絲穿入擋板和掛板，採用鐓頭機實施鋼絲墩頭，接下來進行分板和入模操作。值得一提的是，20世紀90年代研製而成的高強螺旋肋鋼絲有著自身的明顯優勢，相較於之前的高強碳素壓波鋼絲，高強螺旋肋鋼絲在預應力鋼筋中的套用在入模階段之前必須採用的是波紋型夾具對鋼絲進行編組，利用拉伸機對鋼絲長度進行確定，切割則利用的是擺式無齒摩擦鋸，將熱處理套用在高強碳素壓波鋼絲之上，在張拉掛板上實施編組。

（2）張拉預應力鋼筋，自動張拉機是這一環節需要運用到的設備。

（3）安裝螺旋筋、橡膠隔板和箍筋，主要採用的是人工安裝的方式。

（4）灌注混凝土，澆灌機是混凝土灌注需要採用的設備。

（5）一次振動，在第一振台中用普通振動方式實施模型中混凝土的振動操作。

（6）二次振動，採取加壓振動的方式需要利用懸臂吊加壓蓋板，二次振動在第二振動台上實施。

（7）利用人工操作拆除橡膠隔板，對模型周邊多餘混凝土進行清除，我們也將這一工藝流程稱之為清邊。

（8）在橋式吊車輔助下移動模型至養護池的指定位置，對模型中的混凝土利用蒸汽溫度實施自動養護。

（9）採用放張機對預應張力進行釋放，切斷模型兩端的多餘鋼絲。

（10）將軌枕成品從模型中脫出，也稱為脫模，翻轉脫模機是這一過程需要使用到的重要設備。

（11）傳送輥道軌枕成品的過程中需要逐根檢查成品外觀，在無齒摩擦鋸的幫助下切斷軌枕中間的鋼絲。

（12）取下軌枕下端的擋板，將成品利用碼垛機進行裝車，並將成品運輸至露天廠庫當中進行堆放。此外，對於軌枕的成品還應當根據相關規定實施必要的抽樣檢查，主要包括靜載抗裂檢驗和尺寸檢驗等等。

（13）清模操作，將脫模劑噴塗到模型上，這便進入到了下個軌枕的生產周期。