论文部分内容阅读
摘要：本文对混凝土轨枕裂纹产生的原因进行分析，提出混凝土轨枕裂纹在生产过程的预防和控制措施，以提高轨枕的使用寿命。
关键词：混凝土轨枕裂纹控制
0前言
我国是世界上混凝土轨枕使用的最大国家，生产混凝土轨枕已有四十年的历史了。目前普遍采用的方法是长模流水机组法，已逐步形成了一整套成熟的工艺设备、工艺流程、验收标准。但是轨枕质量不能令人满意，使用线路拆换下的损伤轨枕，除了少量是由于行车、装卸事故等造成的机械性损伤外，大量轨枕是因各种裂纹等非受力损伤而下道，减少了轨枕的使用寿命。因此，如何预防和控制裂纹，对提高混凝土轨枕的结构耐久性，延长混凝土轨枕的使用寿命，是十分重要的。
由于裂纹影响混凝土轨枕使用寿命涉及设计、制造和使用，本文就混凝土轨枕生产制造层面谈混凝土轨枕裂纹的控制。
1混凝土轨枕裂纹的类型
混凝土轨枕技术条件TB/T2190-2002《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》第4.3.2条“轨枕外观质量及各部尺寸偏差”中规定，轨枕表面不允许有肉眼可见裂纹，检查项别为A。我们在混凝土轨枕出厂检验中发现的裂纹类型，主要有：轨枕端部裂纹、轨枕顶面预留孔纵向裂纹、轨枕侧面纵向裂纹。
1.1轨枕端部裂纹
这种裂纹出现在轨枕端部鋼筋周围，呈水平方向，大致与钢筋平行。
1.2轨枕顶面预留孔纵向裂纹
这种裂纹通常从预留孔处为起点，沿轨枕长度方向逐渐向轨枕中部和端部延伸。
1.3轨枕侧面纵向裂纹
这种纵向裂纹发生在轨枕侧面中部，沿轨枕长度方向，平行于钢筋方向。
2 混凝土轨枕裂纹产生的原因
2.1轨枕端部裂纹
预应力钢筋张拉时，在张拉应力的作用下钢筋产生变形。放张时，钢筋变形要恢复，由于轨枕内部粘结力和摩擦力的共同作用阻止钢筋回弹，钢筋对混凝土产生压力致使轨枕端部混凝土产生应力。所以钢筋在放张后对混凝土的作用是轨枕端部产生裂纹的主要原因，生产过程中必须保证混凝土均匀受力，应力正常传递。
箍筋加工尺寸不合格、安放位置不符合要求也是造成轨枕端部裂纹的原因。现在大多数工厂箍筋的安放采用张拉后加箍筋的方法，箍筋尺寸偏大也不绑扎。在混凝土布料时，钢筋受下落混凝土的冲击而改变规定位置，致使箍筋失去作用或作用不大。
钢筋表面沾有油污及其他与混凝土有隔离效果的液体，或者在轨枕模型喷涂隔离剂未干的情况下将钢筋放入模型内，影响混凝土与钢筋的握裹力，轨枕放松应力后，影响轨枕静载强度，造成裂纹。
混凝土脱模强度不足也是造成轨枕端部裂纹的原因。蒸汽养护时，养护窑上下温差较大，混凝土试块所在的养护窑顶部与底部的温度相差4-6℃。所以混凝土试块的强度不能完全代表整个养护窑内各个模型中轨枕混凝土的实际强度。当混凝土试块强度为45MPa时，养护窑底部的混凝土强度达不到45MPa，实际观察表明，脱模强度的大小与轨枕端部裂纹的产生有一定关系。
2.2轨枕顶面预留孔纵向裂纹
预应力放松时，轨枕顶面预留孔在钢筋对混凝土的压应力作用下，在轨枕顶面纵向中心线的预留孔边缘处应力集中，致使此处产生纵向裂纹，与此处的结构形式有关。
所以轨枕顶面预留孔纵向裂纹是混凝土轨枕最为普遍存在的裂纹，一般在轨枕出池2至3天后陆续产生。在生产过程中混凝土质量、预应力值过大等也是轨枕顶面预留孔纵向裂纹产生的原因。
混凝土原材料的质量是保证混凝土质量的前提，预应力钢筋、水泥、砂、石子、减水剂的质量直接影响到轨枕的结构性能，提高混凝土质量可以提高混凝土的抗剪切能力，有效防止裂纹，同时是轨枕静载抗裂强度的重要保证。
控制张拉力值对轨枕结构性能，特别是开裂性能是十分重要的，浇注混凝土时的张拉力总值与此刻的设计值之间的偏差不应过大，应力值过大会造成轨枕开裂。有些生产厂家为了提高轨枕的静载抗裂强度，在钢筋张拉时采取超张拉的做法，过大的提高钢筋的张拉值，也是导致轨枕顶面预留孔纵向裂纹产生的原因。
2.3轨枕侧面纵向裂纹
轨枕的纵向裂纹大多发生在轨枕的侧面，也有底部纵向裂纹。
预应力筋放松后，施加于混凝土的应力与轨枕张拉中心偏差较大，轨枕偏心受力，致使轨枕混凝土纵向开裂。
当混凝土脱模强度偏低时，预应力筋放松后，混凝土在预应力作用下，也会产生纵向裂纹。
轨枕成型后，混凝土尚未硬化前，轨枕模型受外力冲击、扭曲，蒸汽养护窑内底部不平，模型上垫铁不全，都能造成轨枕纵向裂纹。
3 混凝土轨枕裂纹在生产过程的控制
混凝土轨枕的静载抗裂强度是由预应力钢筋与混凝土共同建立起来的，预应力钢筋对混凝土的预压应力推迟了受拉区混凝土的开裂，限制了裂纹的发展，增加了混凝土轨枕的刚度。因此，预应力张拉是混凝土轨枕生产的关键工序，应力控制不好对混凝土轨枕的质量有很大影响。张拉力不足混凝土轨枕的静载抗裂强度达不到有关规定要求；张拉力过大导致各种裂纹的产生，这样不仅影响混凝土轨枕的外观质量，也会影响混凝土轨枕的耐久性。
生产过程中使用合格的原材料，严格按照技术条件的要求进行控制是保证工作质量的前提，但是目前也有个别工序由于设备水平的制约，不能满足生产的要求，还需要加大设备的研制。
3.1轨枕端部裂纹
生产过程中保证轨枕端部质量、保证预应力值正常传递的重要措施是张拉时每根钢筋均匀受力及缓慢放松预应力。
TB/T2190-2002《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》第4.2.3条“下料、编组及张拉时应保证各预应力钢丝受力均匀。同排轨枕最大的相对误差不应超过5%，与平均值的差不应超过3%；当制造厂按主筋张拉力控制受力均匀性有困难时，流水机组长模工艺可暂按下料误差不超过钢丝长度的1.5/10000控制。”长模生产时，钢筋定长切断误差控制在±2mm范围内。钢筋镦头大小要均匀，严格控制镦头的直径和镦头厚度，无镦偏头和镦头劈裂现象。每班定期检查钢筋切断长度，发现异常随时检查。在两台或多台定长切断机同时作业时，每台切丝要分别使用，严禁混用。目前行业采取的自动张拉设备是整组张拉，这样每组钢筋的长度误差不能保证每根钢筋均匀受力。对长模来说，当镦头后每组钢筋的有效长度极差为2.5mm时，每组钢筋间的应力差值为5%左右，极差为3.0mm时，差值为6%左右。所以，研制和改进目前的张拉设备，做到单根张拉，保证整组钢筋中的每根钢筋均匀受力。
缓慢放张可有效地减少放张过程中钢模型对挡肩、固定的轴棒对钉孔及套管的剪切作用，自动放张机很好的解决了缓慢放松预应力。但也有的制造厂采用再次张拉放松螺母的做法。再次张拉的力值大会破坏轨枕端部混凝土与钢筋间的握裹，张拉力值小操作人员仍需较大的力量拧松螺母。
箍筋（特别是端部箍筋）的配置有利于防止轨枕端部裂纹。在生产过程中需要控制箍筋的加工尺寸和安放位置，严格将端部箍筋布置在离端部30mm的位置，并与预应力钢筋牢固绑扎在一起，对防止端部裂纹有很好的效果。
严禁钢筋表面有油污或隔离剂，从钢筋的贮存、搬运、加工（调直、切断、墩头、编组）到入模，防止钢筋表面沾有油污或隔离剂。
确保混凝土脱模强度达到要求。在蒸汽养护过程中，养护温度控制在58℃±2℃，升/降温速度控制在15℃/h。静停、升温、恒温、降温各阶段养护时间严格执行养护制度。
3.2轨枕顶面预留孔纵向裂纹
在生产过程中严格控制螺旋筋加工的大小尺寸，按图纸要求位置放置并与预应力主筋绑扎固定。可有效控制预留孔纵向裂纹。
提高混凝土质量，包括混凝土用原材料质量、搅拌、浇注、成型质量。生产过程中控制搅拌、浇注、成型各工序。轨枕出池后浇水养护，使混凝土轨枕始终处于湿润状态。使用低碱水泥，并保证混凝土总碱含量在标准范围内，超标可严重的造成混凝土轨枕的纵向裂纹。
钢筋的总张拉力控制在要求范围内，既能满足轨枕静载抗裂强度和疲劳强度的要求，又能有效地防止由于张拉应力过大造成的混凝土轨枕裂纹的产生。目前各轨枕制造厂的设备及检测手段无法有效控制张拉力总值。虽然均采用自动张拉，但一般的操作是张拉到位后，由人工锁紧螺母，这样螺母的拧紧程度影响着实际建立的预应力总值。有些制造厂为提高轨枕静载抗裂强度有意加大预应力张拉值。应针对这些问题改进张拉设备，自动张拉、自动拧紧、自动记录。
3.3轨枕侧面纵向裂纹
保证施加于混凝土的应力与轨枕张拉中心一致不至于轨枕偏心受力，必须严格按照图纸尺寸控制预应力筋在轨枕中的位置，在生产过程中严格控制预应力筋在模型中的位置。每套模型张拉完成后，及时测量上排钢筋距轨枕顶面的距离，测量上下两排钢筋间距离，及左右外侧两排钢筋间距离，控制在标准范围内；其他钢筋位置可以由工装控制。发现不符合及时纠正，确保施加于混凝土上应力值的大小及中心在设计范围。
TB/T2190-2002《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》第4.2.9条“……放张时混凝土的抗压强度不应低于设计强度的75%。”据此，C60混凝土的脱模强度为45MPa。在工厂生产实践中发现，当脱模强度为50MPa时，轨枕纵向裂纹明显减少，所以适当提高脱模强度，可防止裂纹的产生。
轨枕振动成型完成后，加压盖板的起升、挡浆板的提取及模型放入养护窑的吊运，应轻起轻落，避免模型受到振动。同时经常检查养护窑底部垫梁及模型上的垫铁，保证模型平稳。
关键词：混凝土轨枕裂纹控制
0前言
我国是世界上混凝土轨枕使用的最大国家，生产混凝土轨枕已有四十年的历史了。目前普遍采用的方法是长模流水机组法，已逐步形成了一整套成熟的工艺设备、工艺流程、验收标准。但是轨枕质量不能令人满意，使用线路拆换下的损伤轨枕，除了少量是由于行车、装卸事故等造成的机械性损伤外，大量轨枕是因各种裂纹等非受力损伤而下道，减少了轨枕的使用寿命。因此，如何预防和控制裂纹，对提高混凝土轨枕的结构耐久性，延长混凝土轨枕的使用寿命，是十分重要的。
由于裂纹影响混凝土轨枕使用寿命涉及设计、制造和使用，本文就混凝土轨枕生产制造层面谈混凝土轨枕裂纹的控制。
1混凝土轨枕裂纹的类型
混凝土轨枕技术条件TB/T2190-2002《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》第4.3.2条“轨枕外观质量及各部尺寸偏差”中规定，轨枕表面不允许有肉眼可见裂纹，检查项别为A。我们在混凝土轨枕出厂检验中发现的裂纹类型，主要有：轨枕端部裂纹、轨枕顶面预留孔纵向裂纹、轨枕侧面纵向裂纹。
1.1轨枕端部裂纹
这种裂纹出现在轨枕端部鋼筋周围，呈水平方向，大致与钢筋平行。
1.2轨枕顶面预留孔纵向裂纹
这种裂纹通常从预留孔处为起点，沿轨枕长度方向逐渐向轨枕中部和端部延伸。
1.3轨枕侧面纵向裂纹
这种纵向裂纹发生在轨枕侧面中部，沿轨枕长度方向，平行于钢筋方向。
2 混凝土轨枕裂纹产生的原因
2.1轨枕端部裂纹
预应力钢筋张拉时，在张拉应力的作用下钢筋产生变形。放张时，钢筋变形要恢复，由于轨枕内部粘结力和摩擦力的共同作用阻止钢筋回弹，钢筋对混凝土产生压力致使轨枕端部混凝土产生应力。所以钢筋在放张后对混凝土的作用是轨枕端部产生裂纹的主要原因，生产过程中必须保证混凝土均匀受力，应力正常传递。
箍筋加工尺寸不合格、安放位置不符合要求也是造成轨枕端部裂纹的原因。现在大多数工厂箍筋的安放采用张拉后加箍筋的方法，箍筋尺寸偏大也不绑扎。在混凝土布料时，钢筋受下落混凝土的冲击而改变规定位置，致使箍筋失去作用或作用不大。
钢筋表面沾有油污及其他与混凝土有隔离效果的液体，或者在轨枕模型喷涂隔离剂未干的情况下将钢筋放入模型内，影响混凝土与钢筋的握裹力，轨枕放松应力后，影响轨枕静载强度，造成裂纹。
混凝土脱模强度不足也是造成轨枕端部裂纹的原因。蒸汽养护时，养护窑上下温差较大，混凝土试块所在的养护窑顶部与底部的温度相差4-6℃。所以混凝土试块的强度不能完全代表整个养护窑内各个模型中轨枕混凝土的实际强度。当混凝土试块强度为45MPa时，养护窑底部的混凝土强度达不到45MPa，实际观察表明，脱模强度的大小与轨枕端部裂纹的产生有一定关系。
2.2轨枕顶面预留孔纵向裂纹
预应力放松时，轨枕顶面预留孔在钢筋对混凝土的压应力作用下，在轨枕顶面纵向中心线的预留孔边缘处应力集中，致使此处产生纵向裂纹，与此处的结构形式有关。
所以轨枕顶面预留孔纵向裂纹是混凝土轨枕最为普遍存在的裂纹，一般在轨枕出池2至3天后陆续产生。在生产过程中混凝土质量、预应力值过大等也是轨枕顶面预留孔纵向裂纹产生的原因。
混凝土原材料的质量是保证混凝土质量的前提，预应力钢筋、水泥、砂、石子、减水剂的质量直接影响到轨枕的结构性能，提高混凝土质量可以提高混凝土的抗剪切能力，有效防止裂纹，同时是轨枕静载抗裂强度的重要保证。
控制张拉力值对轨枕结构性能，特别是开裂性能是十分重要的，浇注混凝土时的张拉力总值与此刻的设计值之间的偏差不应过大，应力值过大会造成轨枕开裂。有些生产厂家为了提高轨枕的静载抗裂强度，在钢筋张拉时采取超张拉的做法，过大的提高钢筋的张拉值，也是导致轨枕顶面预留孔纵向裂纹产生的原因。
2.3轨枕侧面纵向裂纹
轨枕的纵向裂纹大多发生在轨枕的侧面，也有底部纵向裂纹。
预应力筋放松后，施加于混凝土的应力与轨枕张拉中心偏差较大，轨枕偏心受力，致使轨枕混凝土纵向开裂。
当混凝土脱模强度偏低时，预应力筋放松后，混凝土在预应力作用下，也会产生纵向裂纹。
轨枕成型后，混凝土尚未硬化前，轨枕模型受外力冲击、扭曲，蒸汽养护窑内底部不平，模型上垫铁不全，都能造成轨枕纵向裂纹。
3 混凝土轨枕裂纹在生产过程的控制
混凝土轨枕的静载抗裂强度是由预应力钢筋与混凝土共同建立起来的，预应力钢筋对混凝土的预压应力推迟了受拉区混凝土的开裂，限制了裂纹的发展，增加了混凝土轨枕的刚度。因此，预应力张拉是混凝土轨枕生产的关键工序，应力控制不好对混凝土轨枕的质量有很大影响。张拉力不足混凝土轨枕的静载抗裂强度达不到有关规定要求；张拉力过大导致各种裂纹的产生，这样不仅影响混凝土轨枕的外观质量，也会影响混凝土轨枕的耐久性。
生产过程中使用合格的原材料，严格按照技术条件的要求进行控制是保证工作质量的前提，但是目前也有个别工序由于设备水平的制约，不能满足生产的要求，还需要加大设备的研制。
3.1轨枕端部裂纹
生产过程中保证轨枕端部质量、保证预应力值正常传递的重要措施是张拉时每根钢筋均匀受力及缓慢放松预应力。
TB/T2190-2002《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》第4.2.3条“下料、编组及张拉时应保证各预应力钢丝受力均匀。同排轨枕最大的相对误差不应超过5%，与平均值的差不应超过3%；当制造厂按主筋张拉力控制受力均匀性有困难时，流水机组长模工艺可暂按下料误差不超过钢丝长度的1.5/10000控制。”长模生产时，钢筋定长切断误差控制在±2mm范围内。钢筋镦头大小要均匀，严格控制镦头的直径和镦头厚度，无镦偏头和镦头劈裂现象。每班定期检查钢筋切断长度，发现异常随时检查。在两台或多台定长切断机同时作业时，每台切丝要分别使用，严禁混用。目前行业采取的自动张拉设备是整组张拉，这样每组钢筋的长度误差不能保证每根钢筋均匀受力。对长模来说，当镦头后每组钢筋的有效长度极差为2.5mm时，每组钢筋间的应力差值为5%左右，极差为3.0mm时，差值为6%左右。所以，研制和改进目前的张拉设备，做到单根张拉，保证整组钢筋中的每根钢筋均匀受力。
缓慢放张可有效地减少放张过程中钢模型对挡肩、固定的轴棒对钉孔及套管的剪切作用，自动放张机很好的解决了缓慢放松预应力。但也有的制造厂采用再次张拉放松螺母的做法。再次张拉的力值大会破坏轨枕端部混凝土与钢筋间的握裹，张拉力值小操作人员仍需较大的力量拧松螺母。
箍筋（特别是端部箍筋）的配置有利于防止轨枕端部裂纹。在生产过程中需要控制箍筋的加工尺寸和安放位置，严格将端部箍筋布置在离端部30mm的位置，并与预应力钢筋牢固绑扎在一起，对防止端部裂纹有很好的效果。
严禁钢筋表面有油污或隔离剂，从钢筋的贮存、搬运、加工（调直、切断、墩头、编组）到入模，防止钢筋表面沾有油污或隔离剂。
确保混凝土脱模强度达到要求。在蒸汽养护过程中，养护温度控制在58℃±2℃，升/降温速度控制在15℃/h。静停、升温、恒温、降温各阶段养护时间严格执行养护制度。
3.2轨枕顶面预留孔纵向裂纹
在生产过程中严格控制螺旋筋加工的大小尺寸，按图纸要求位置放置并与预应力主筋绑扎固定。可有效控制预留孔纵向裂纹。
提高混凝土质量，包括混凝土用原材料质量、搅拌、浇注、成型质量。生产过程中控制搅拌、浇注、成型各工序。轨枕出池后浇水养护，使混凝土轨枕始终处于湿润状态。使用低碱水泥，并保证混凝土总碱含量在标准范围内，超标可严重的造成混凝土轨枕的纵向裂纹。
钢筋的总张拉力控制在要求范围内，既能满足轨枕静载抗裂强度和疲劳强度的要求，又能有效地防止由于张拉应力过大造成的混凝土轨枕裂纹的产生。目前各轨枕制造厂的设备及检测手段无法有效控制张拉力总值。虽然均采用自动张拉，但一般的操作是张拉到位后，由人工锁紧螺母，这样螺母的拧紧程度影响着实际建立的预应力总值。有些制造厂为提高轨枕静载抗裂强度有意加大预应力张拉值。应针对这些问题改进张拉设备，自动张拉、自动拧紧、自动记录。
3.3轨枕侧面纵向裂纹
保证施加于混凝土的应力与轨枕张拉中心一致不至于轨枕偏心受力，必须严格按照图纸尺寸控制预应力筋在轨枕中的位置，在生产过程中严格控制预应力筋在模型中的位置。每套模型张拉完成后，及时测量上排钢筋距轨枕顶面的距离，测量上下两排钢筋间距离，及左右外侧两排钢筋间距离，控制在标准范围内；其他钢筋位置可以由工装控制。发现不符合及时纠正，确保施加于混凝土上应力值的大小及中心在设计范围。
TB/T2190-2002《预应力混凝土枕Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅲ型》第4.2.9条“……放张时混凝土的抗压强度不应低于设计强度的75%。”据此，C60混凝土的脱模强度为45MPa。在工厂生产实践中发现，当脱模强度为50MPa时，轨枕纵向裂纹明显减少，所以适当提高脱模强度，可防止裂纹的产生。
轨枕振动成型完成后，加压盖板的起升、挡浆板的提取及模型放入养护窑的吊运，应轻起轻落，避免模型受到振动。同时经常检查养护窑底部垫梁及模型上的垫铁，保证模型平稳。