预应力混凝土轨枕静载试验影响因素分析与控制

张文花

1 引言

本厂XⅡ型预应力混凝土轨枕以下简称混凝土枕采用先张流水机组法工艺生产，其工艺流程为：钢丝组入模→安装配件→钢丝张拉→安装螺旋筋→混凝土灌注→振动成型→二次振动→卸配件及清边→蒸汽养护→预应力放张→脱模。

2 原材料

影响静载试验最主要的原材是钢丝，采购合格的钢丝是前提条件，本厂混凝土轨枕采用φ6.25低松弛螺旋肋钢丝。钢丝质量满足GB/T5223-2014中的要求，公称直径6.25mm，公称抗拉强度≥1570MPa，最大力总伸长率≥3.5%，弯曲次数≥4次，1000h应力松弛率≤2.5%，弹性模量（205±10）GPa，墩头强度≥母材公称抗拉强度的95%，钢丝内不得有夹杂，表面不得有裂纹、拉痕、机械损伤。其次是碎石，碎石在混凝土中的占比接近一半，因此碎石的质量很大程度上影响混凝土的质量。在生产过程中，碎石的产地和来源不同，碎石的质量波动大，因此要严格把控。尤其是碎石的级配，粒径、含泥量、泥块含量、紧密密度。这些指标波动较大，对轨枕的质量影响也大。

3 脱模强度

混凝土枕静载试验的时间是轨枕脱模后24～48h之内，因此混凝土脱模强度越高轨枕静载合格率就越高。混凝土枕采用C60混凝土，脱模强度≥45MPa，轨枕采用干硬性混凝土，增实因数控制在1.24～1.42，即保证混凝土脱模强度又保证轨枕外观质量。混凝土越密实，混凝土脱模强度越高。砂石级配越好，越稳定，混凝土的填充越密实，脱模强度越高[1]。

影响混凝土脱模强度的除原材料的质量还有混凝土的密实性，混凝土的填充越密实，混凝土脱模强度越高。混凝土是一种复合材料，由碎石、砂子、水泥、粉煤灰、水、减水剂和其之间的空隙组成。碎石起骨架作用，小碎石填充大碎石，砂子填充大碎石与小碎石之间的空隙，水泥、粉煤灰填充砂子和碎石之间的空隙，使整个混凝土的空隙更小。混凝土在振动时会排出多余的气泡，使整个混凝土更密实。表1数据显示了脱模强度和静载情况。

表1 脱模强度（单位：MPa）和静载情况

4 张拉

混凝土枕采用先张法施工，本厂采用自动张拉机进行张拉，张拉控制应力（348±5）kN，张拉过程：0→（50～100）kN→348kN（持荷 1min）→锁紧螺母。在预张拉（50～100kN）力值时，操作人员应先检查钢丝丝位，并用深度尺测量保护层，待确认正确后，再进行张拉。若保护层偏大，说明钢丝没有到底，需要用小锤敲击挂筋板，使钢丝到底。钢模要定期进行检测，变形严重的钢模不得进入生产线，保证丝位的工卡具必须按要求上到位，保证轨枕主筋位置的准确，即丝位位置准确。若钢丝保护层过大，上排钢丝距轨枕顶面距离偏大，静载时轨中受拉区抵抗破坏的弯矩变小，抵抗力主要是钢丝承担，混凝土抗拉力底，因此轨中容易产生裂纹。因此丝位必须保证正确。在持荷1min过程中，要持续的锁紧螺母，一般是羊角螺母，要用锤敲击羊角螺母进行锁紧。防止因没有锁紧螺母导致预应力损失。

钢丝墩头要求墩头直径φ：8.8mm≤φ≤11mm；墩头厚度h：5.5mm≤h≤7.5mm。墩头时应将钢丝放在夹片的中心并抵紧墩头模，不得歪斜，墩头时压力35～40MPa，不允许二次墩头。不允许使用歪斜的墩头。预应力筋要靠钢丝墩头来锁紧，因此墩头质量影响张拉的质量，墩头歪斜会造成钢丝内缩，预应力损失，严重会造成爆丝。预应力钢丝下料、编组及张拉时应保证应力筋受力均匀。钢丝下料长度10400mm，钢丝下料长度偏差≤钢丝长度的1.5/10000。即同组钢丝长度极限偏差≤1.56mm。不同定长剪切机调出的钢丝不能混用，确保同一根轨枕内一组钢丝长度极限偏差≤规定值。

5 放张

放张采用自动放张设备进行整体放张或具有显示功能的扭矩扳手，放张控制应力是张拉控制应力的90%。放张时左右对称剪切钢丝，防止应力集中使端部轨枕开裂。严禁带应力切割钢丝，以防止预应力损失。

6 蒸汽养护

蒸汽养护采用自动养护控制系统，分为静停-升温-恒温-降温4个阶段。轨枕清边完成以后，将轨枕和钢模一起吊入养护坑进行养护。静停时间≥3h，升温时速度≤15℃/h，恒温时混凝土的芯部温度依据水泥中三氧化硫的含量不同而不同，水泥中三氧化硫含量＜2.0%时，枕芯混凝土的最高养护温度≤60℃，三氧化硫含量为3.0%时，枕芯混凝土的最高养护温度≤55℃，当三氧化硫含量在2.0～3.0%之间时，枕芯最高养护温度通过线性内插求得。降温速度≤15℃/h。轨枕在脱模时，热模时钢模膨胀，这时比较容易脱模，所以一些厂家在轨枕出坑前没有进行降温，或降温措施不到位，轨枕脱模后空钢模都是热模。钢模与空气之间的温差一般＞15℃，夏季温差较小，冬季比较大，钢丝的温度是空气的温度，会导致张拉台座上的钢模与预应力钢丝之间存在一定温差。当混凝土灌注，振动完毕，温差逐渐降低，接近0℃。此时钢模收缩，预应力筋也收缩，从而发生温度损失。因温差导致预应力损失。因此要确保降温阶段真正有效实施。确保脱模时混凝土表面与环境温差＜15℃，钢模与环境温差也＜15℃[2]。

7 垫板选择

轨枕承载面有1：40的坡度，轨枕静载时，轨枕与静载机之间要放置垫板，垫板也要有1：40的坡度。垫板制作不标准，或则使用不当，尤其是轨中截面，会造成偏压，支距变大，导致轨中实际弯矩比设计值大，造成轨中开裂。有时也会中心线内移，支距变小。实际弯矩比设计值小，实验不准确。垫板可选择刚垫板，木质垫板，硬橡胶垫板。选择钢垫板时，钢垫板下面宜放置15mm厚的硬橡胶垫。选择木质垫板时，宜选择质地较软的杉木，并且坡度要准确。不管选择哪类垫板，都需要保证垫板与轨枕之间完全密贴，否则静载结果不准确。图1以木质垫板为例说明支距变大的情况。

8 结束语

图1 木质垫板为例支距变大

综上所述，影响轨枕静载试验合格的因素有很多，原材料、混凝土强度、张拉、放张、养护等都会涉及到整个生产工艺，各个因素之间也相互影响，因此在生产过程中，尤其注意各个工序的控制。才能保证轨枕质量合格，轨枕静载合格。以上是在日常生产过程中的总结和提炼，供大家参考。