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摘要: 该文简要论述了CRTSⅠ型无砟轨道SK-2型双块式轨枕蒸汽养护工艺，并结合贺州轨枕场实际情况提出了确保双块式轨枕养护质量的有效措施，从而使得双块式轨枕混凝土养护工艺有创新、成本有降低、质量达可控。
关键词：双块式轨枕 蒸汽养护施工工艺
中图分类号：TU74文献标识码： A
1.工程概况
贺州轨枕场主要承担新建贵阳至广州铁路DK523+201.143～DK628+043.265段共427180根CRTSⅠ型无砟轨道SK-2型双块式轨枕（以下简称双块式轨枕）的生产任务。由于工期紧、任务重，双块式轨枕的养护必须采取蒸汽养护工艺，双块式轨枕通过蒸汽养护可以迅速的提高混凝土早期强度并防止表面收缩裂纹的产生，从而使双块式轨枕能够尽早拆模，减小模板的周转周期，为双块式轨枕的工厂化流水线生产创造有利条件。
2.技术要求
双块式轨枕采用蒸汽养护时，养护分为静置、升温、恒温、降温四个阶段。混凝土浇筑后在5―30℃的环境中静置2h―3h后方可升温；升温速度不得大于15℃/小时，恒温时轨枕芯部温度不得超过55℃；降温速度不得大于15℃/h，脱模时环境温度与轨枕表层温度之差不得大于15℃。脱模强度大于40MPa。
3.蒸养系统组成
蒸气养护系统主要由供热系统、养护罩系统和自动控制系统三部分组成。供热系统由锅炉、蒸养管道和电磁阀门等组成。养护罩系统主要为养护通道。控制系统由工控机、温度传感器、控制软件等组成。
3.1 蒸养通道的设计
混凝土浇筑完成后进入养护通道依次通过不同的温度场达到脱模强度。轨枕生产线生产能力、混凝土配合比设计和脱模强度决定了养护通道的大小，在考虑不利因素影响下，养护通道设计成可一次性容纳180模轨枕的养护量（单垛5层），即养护通道长33m、宽7.8m、高3m，满足日最大生产1440根轨枕的要求，详见下图。
图1SK-2型双块式轨枕养护通道分区布置图
3.2 温度监控系统智能化
养护通道内的三个温度区的温度控制由一台PLC机完成，系统由两个子系统构成，两个子系统相互独立，形成了蒸养控制系统的冗余结构，保证了系统的安全。温度监测系统由各区间的温度传感器和中央控制器组成，可以实时监测各温度状态。温度控制系统由一台PLC及各温度场的温度传感器、电磁换向阀、蒸汽喷管、喷淋管道、空调机等组成，通过PLC实现对温度的自动控制。现场PLC控制器均通过网络与中央控制器连接，中央控制器可以实现对温度场的不同温度值设定，可以实现对温度状态的记录和查询等。
根据温度的不同要求，系统共设置16个测温控制点，其中升温区等间距设置4个传感器探头，恒温区等间距设置6个传感器探头，降温区设置3个传感器探头，并有2个监测混凝土芯部传感器探头进行监控，车间环境温度传感器探头1个。其蒸汽量的控制是通过换向阀实现的，其控制算法采用PID控制算法，通过换向阀闭合的时间，来保证温度的控制。因此，换向阀应具有稳定和可靠性。
3.3喷淋装置的设计
湿度是影响轨枕混凝土在高温环境下养护质量的关键因素。一般在夏季供入蒸汽量较小，且蒸汽集中在养护池上层，轨枕混凝土凝固过程发热吸收水份能力强，在湿度不足的环境中将产生收缩，模板表面会粘贴混凝土浆，导致轨枕脱模出现粘皮、蜂窝眼、裂纹和强度发展缓慢等现象。经过借鉴国内外双块式轨枕生产工艺经验及前期軌枕养护的试验研究，总结出了一套自动喷淋装置来保证混凝土表面湿度达到100%，制作成本低、需水量少，不需要人工进行洒水来提高湿度，确保了轨枕在高温干燥环境下的养护质量，且消除了安全隐患。
自动喷淋装置能均匀的为整个温度梯度场提供湿度，选择喷头的喷雾半径为2.5m，单个喷水量不超过0.05 m3/h，按蒸养通道分区需水量分别布置，安装高度高出轨枕模具码垛高度60cm，升温区间隔2m共设置6个喷头，恒温区间隔不超过3.5m共设置12个喷头，每个喷头直立雨雾伞状均匀喷洒，用主水管进行串联，主水管直径为20mm的塑料管，主水管分别位于单个通道的中上方进行固定，进水阀设置在蒸养通道的外侧进行总控制，进水管安装一个蒸汽泵提高水压。
4.蒸养参数确定
蒸汽养护是SK-2型双块式轨枕制造的关键工艺，对养护工艺参数进行优化，既可以有效保证轨枕质量，又可以缩短生产周期，加快生产进度。轨枕蒸汽养护参数的设定与混凝土早期强度增长速率有直接关系，为了有效保证轨枕的强度增长，更好地优化工期，轨枕场在前期试生产过程中，通过对恒温温度与恒温持续时间的调整不断地进行总结分析，确定最优蒸养参数，以满足批量生产的要求。
为缩短蒸养时间，确定静停时间2h。升温1.5h，在升温阶段采用每10分钟温度上升2℃左右的控制方式。初步选定恒温温度在42~45℃，恒温持续时间5h。降温1.5h，降温阶段同样采用每10分钟降低2℃左右的方式。整个蒸养过程共计需10h左右。
9月18日―9月20日共计3天生产的4批次轨枕经过上述蒸汽养护过程，蒸养过程升降温速度、芯部温度、拆模时环境温度与轨枕表层温度之差、拆模强度均能满足规范要求。这4次蒸养过程数据统计分析如下表
表1砼芯温度与拆模强度记录表
生产日期 试验日期 恒温时间（h） 恒温温度（℃） 最高砼芯温度（℃） 平均拆模强度（MPa）
2012.09.18 2012.09.19 5 42 53.8 47.1
2012.09.19 2012.09.20 5 43 54.6 46.1
2012.09.20 2012.09.20 5 44 54.7 46.6
2019.09.20 2012.09.21 5 45 54.8 47.1
可从上表看出恒温42℃时，枕芯最高温度有53.8℃，小于规范不大于55℃要求。其余三组均达到54.5℃以上，不宜采用。蒸养结束试件抗压强度均大于40Mpa，满足规范要求。经过以上分析总结，最终确定恒温持续时间5h，恒温温度为42℃。
5.蒸养工艺流程
蒸气养护就是要为双块式轨枕混凝土强度增长创造一个适宜的环境温度，合理的蒸气养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。针对本项目特殊的养护工艺要求，双块式轨枕是由顶推器依次送入蒸养通道内，经过升温、恒温、降温的三个温度场养护成型。
5.1静停阶段
将已浇筑清理完毕的轨枕模具吊运到养护线上的运模小车上，在蒸养通道前的静停区域静置。静停阶段可使轨枕获得初步强度以抵抗升温阶段对混凝土内部结构的损伤，静停阶段不宜过长也不宜过短，静停时间过长则会使蒸养周期增加，过短则影响混凝土强度。混凝土浇筑后在5℃～30℃的环境中静置2h即可。由于广西地区夏季高温，当环境温度超过30℃时，需开启空调降温。待静停阶段结束，双块式轨枕由顶推器依次送入蒸养通道内。
5.2升温阶段
双块式轨枕的结构强度和整体性能主要在升温阶段形成，决定养护质量的因素是蒸汽升温速度、温湿度的协调、模板与蒸汽之间的温差等。经试验数据表明：由于升温阶段的混凝土水化热膨胀变形能力远大于钢模板，易在混凝土接触面产生裂纹，除了升温速率不超过15℃/h的规定，尽量减小速率控制在10℃/h内为宜。升温速度是升温期的主要工艺参数，决定着残余变形的大小及养护后的强度。升温速度越快蒸养周期越短，但对轨枕的损伤也越厉害。因此采用分段先慢后快的升温措施，保持每10分钟上升2℃左右的升温速度。
5.3恒温阶段
恒温温度和时间是恒温期决定混凝土强度及物理力学性能的主要工艺参数。恒温期混凝土的硬化速度决定于水泥品种、水灰比及恒温温度。水灰比越小、恒温温度越高，硬化速度越快、恒温期越短。在蒸汽供应湿度不满足条件的情况下，可以采用自动喷雾装置来保持养护通道的湿度，使混凝土基本达到标养条件，保持强度的持续发展。恒温阶段主要通过枕芯温度不超过55℃来控制，轨枕芯部温度采用温度测试探头埋入混凝土芯部方式测量。
5.4降温阶段
降温阶段温度控制不当会造成混凝土表面龟裂及酥松等结构损伤。在降温过程中，混凝土表面降温过快，收缩亦快，内层降温慢，收缩亦慢，轨枕混凝土出现不同的温差给表面产生拉应力造成裂纹。降温期的结构损伤与降温速度、混凝土强度等多种因素有关。因此，在降温阶段也采用喷雾头和蒸汽排气管，并通过自动测温系统的电磁阀来调整温度。降温阶段采用每10分钟降低2℃左右的控制方式，每小时降温最大不超过15℃。由于广西地区气温比较高，自然降温效果不明显，并且自然降温使养护棚内湿度降低，故降温过程采用自动喷淋洒水和空调降温，洒水水温在25℃左右。
图2蒸养实施效果图3混凝土表面湿度
5.5拆模
当双块式轨枕混凝土强度达到40Mpa以上，且轨枕表面与环境温差不大于15℃时，施工技术科下达脱模通知单后，开始进行拆模作业。当轨枕模具从养护通道出来后，用测温枪测试轨枕表面温度，温差及強度不符合规范要求时严禁进行拆模作业。拆模后的双块式轨枕要在存放场地洒水自然养护，覆盖土工布，保温保湿10d。
图4 脱模后的轨枕 图5脱模后的壳体表面
6、效益分析
贺州轨枕场通过对高性能混凝土的研究和试验，解决了双块式轨枕无预应力小体积混凝土养护环节不出现裂纹、脱皮的技术难题，缩短了轨枕的蒸汽养护周期、降低了工程成本、保证了双块式轨枕的最终质量。并为双块式轨枕混凝土在高温干燥特殊环境条件下的养护工艺提供了依据，在总结国内外轨枕生产技术的基础上进行了科研创新，保证各工序作业顺畅合理的衔接，减少了养护设施成本投入。
7.结束语
双块式轨枕的工厂化生产在国内已得到广泛推广应用，蒸汽养护是形成双块式轨枕流水线生产的必要过程。在特殊的环境进行双块式轨枕生产必须用科学的试验方法来确定养护制度的相关参数，并严格执行养护制度，确保小体积高性能耐久性混凝土的养护质量。同时，混凝土脱模后的养护也是影响混凝土强度持续发展的关键，应采取有效措施控制好无预应力小体积混凝土的后期养护，防止湿度、温度应力或体积变化产生轨枕表面裂纹现象。
参考文献：
《客运专线铁路双块式无砟轨道双块式混凝土轨枕暂行技术条件》科技基[2008]74号
《客运专线铁路双块式无砟轨道混凝土轨枕检验细则》SDS-004-2008
《CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道双块式轨枕结构设计（SK-2型双块式轨枕）》通线[2011] 2351-Ⅰ
《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB 10424-2010
《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设[2010]241号
关键词：双块式轨枕 蒸汽养护施工工艺
中图分类号：TU74文献标识码： A
1.工程概况
贺州轨枕场主要承担新建贵阳至广州铁路DK523+201.143～DK628+043.265段共427180根CRTSⅠ型无砟轨道SK-2型双块式轨枕（以下简称双块式轨枕）的生产任务。由于工期紧、任务重，双块式轨枕的养护必须采取蒸汽养护工艺，双块式轨枕通过蒸汽养护可以迅速的提高混凝土早期强度并防止表面收缩裂纹的产生，从而使双块式轨枕能够尽早拆模，减小模板的周转周期，为双块式轨枕的工厂化流水线生产创造有利条件。
2.技术要求
双块式轨枕采用蒸汽养护时，养护分为静置、升温、恒温、降温四个阶段。混凝土浇筑后在5―30℃的环境中静置2h―3h后方可升温；升温速度不得大于15℃/小时，恒温时轨枕芯部温度不得超过55℃；降温速度不得大于15℃/h，脱模时环境温度与轨枕表层温度之差不得大于15℃。脱模强度大于40MPa。
3.蒸养系统组成
蒸气养护系统主要由供热系统、养护罩系统和自动控制系统三部分组成。供热系统由锅炉、蒸养管道和电磁阀门等组成。养护罩系统主要为养护通道。控制系统由工控机、温度传感器、控制软件等组成。
3.1 蒸养通道的设计
混凝土浇筑完成后进入养护通道依次通过不同的温度场达到脱模强度。轨枕生产线生产能力、混凝土配合比设计和脱模强度决定了养护通道的大小，在考虑不利因素影响下，养护通道设计成可一次性容纳180模轨枕的养护量（单垛5层），即养护通道长33m、宽7.8m、高3m，满足日最大生产1440根轨枕的要求，详见下图。
图1SK-2型双块式轨枕养护通道分区布置图
3.2 温度监控系统智能化
养护通道内的三个温度区的温度控制由一台PLC机完成，系统由两个子系统构成，两个子系统相互独立，形成了蒸养控制系统的冗余结构，保证了系统的安全。温度监测系统由各区间的温度传感器和中央控制器组成，可以实时监测各温度状态。温度控制系统由一台PLC及各温度场的温度传感器、电磁换向阀、蒸汽喷管、喷淋管道、空调机等组成，通过PLC实现对温度的自动控制。现场PLC控制器均通过网络与中央控制器连接，中央控制器可以实现对温度场的不同温度值设定，可以实现对温度状态的记录和查询等。
根据温度的不同要求，系统共设置16个测温控制点，其中升温区等间距设置4个传感器探头，恒温区等间距设置6个传感器探头，降温区设置3个传感器探头，并有2个监测混凝土芯部传感器探头进行监控，车间环境温度传感器探头1个。其蒸汽量的控制是通过换向阀实现的，其控制算法采用PID控制算法，通过换向阀闭合的时间，来保证温度的控制。因此，换向阀应具有稳定和可靠性。
3.3喷淋装置的设计
湿度是影响轨枕混凝土在高温环境下养护质量的关键因素。一般在夏季供入蒸汽量较小，且蒸汽集中在养护池上层，轨枕混凝土凝固过程发热吸收水份能力强，在湿度不足的环境中将产生收缩，模板表面会粘贴混凝土浆，导致轨枕脱模出现粘皮、蜂窝眼、裂纹和强度发展缓慢等现象。经过借鉴国内外双块式轨枕生产工艺经验及前期軌枕养护的试验研究，总结出了一套自动喷淋装置来保证混凝土表面湿度达到100%，制作成本低、需水量少，不需要人工进行洒水来提高湿度，确保了轨枕在高温干燥环境下的养护质量，且消除了安全隐患。
自动喷淋装置能均匀的为整个温度梯度场提供湿度，选择喷头的喷雾半径为2.5m，单个喷水量不超过0.05 m3/h，按蒸养通道分区需水量分别布置，安装高度高出轨枕模具码垛高度60cm，升温区间隔2m共设置6个喷头，恒温区间隔不超过3.5m共设置12个喷头，每个喷头直立雨雾伞状均匀喷洒，用主水管进行串联，主水管直径为20mm的塑料管，主水管分别位于单个通道的中上方进行固定，进水阀设置在蒸养通道的外侧进行总控制，进水管安装一个蒸汽泵提高水压。
4.蒸养参数确定
蒸汽养护是SK-2型双块式轨枕制造的关键工艺，对养护工艺参数进行优化，既可以有效保证轨枕质量，又可以缩短生产周期，加快生产进度。轨枕蒸汽养护参数的设定与混凝土早期强度增长速率有直接关系，为了有效保证轨枕的强度增长，更好地优化工期，轨枕场在前期试生产过程中，通过对恒温温度与恒温持续时间的调整不断地进行总结分析，确定最优蒸养参数，以满足批量生产的要求。
为缩短蒸养时间，确定静停时间2h。升温1.5h，在升温阶段采用每10分钟温度上升2℃左右的控制方式。初步选定恒温温度在42~45℃，恒温持续时间5h。降温1.5h，降温阶段同样采用每10分钟降低2℃左右的方式。整个蒸养过程共计需10h左右。
9月18日―9月20日共计3天生产的4批次轨枕经过上述蒸汽养护过程，蒸养过程升降温速度、芯部温度、拆模时环境温度与轨枕表层温度之差、拆模强度均能满足规范要求。这4次蒸养过程数据统计分析如下表
表1砼芯温度与拆模强度记录表
生产日期 试验日期 恒温时间（h） 恒温温度（℃） 最高砼芯温度（℃） 平均拆模强度（MPa）
2012.09.18 2012.09.19 5 42 53.8 47.1
2012.09.19 2012.09.20 5 43 54.6 46.1
2012.09.20 2012.09.20 5 44 54.7 46.6
2019.09.20 2012.09.21 5 45 54.8 47.1
可从上表看出恒温42℃时，枕芯最高温度有53.8℃，小于规范不大于55℃要求。其余三组均达到54.5℃以上，不宜采用。蒸养结束试件抗压强度均大于40Mpa，满足规范要求。经过以上分析总结，最终确定恒温持续时间5h，恒温温度为42℃。
5.蒸养工艺流程
蒸气养护就是要为双块式轨枕混凝土强度增长创造一个适宜的环境温度，合理的蒸气养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。针对本项目特殊的养护工艺要求，双块式轨枕是由顶推器依次送入蒸养通道内，经过升温、恒温、降温的三个温度场养护成型。
5.1静停阶段
将已浇筑清理完毕的轨枕模具吊运到养护线上的运模小车上，在蒸养通道前的静停区域静置。静停阶段可使轨枕获得初步强度以抵抗升温阶段对混凝土内部结构的损伤，静停阶段不宜过长也不宜过短，静停时间过长则会使蒸养周期增加，过短则影响混凝土强度。混凝土浇筑后在5℃～30℃的环境中静置2h即可。由于广西地区夏季高温，当环境温度超过30℃时，需开启空调降温。待静停阶段结束，双块式轨枕由顶推器依次送入蒸养通道内。
5.2升温阶段
双块式轨枕的结构强度和整体性能主要在升温阶段形成，决定养护质量的因素是蒸汽升温速度、温湿度的协调、模板与蒸汽之间的温差等。经试验数据表明：由于升温阶段的混凝土水化热膨胀变形能力远大于钢模板，易在混凝土接触面产生裂纹，除了升温速率不超过15℃/h的规定，尽量减小速率控制在10℃/h内为宜。升温速度是升温期的主要工艺参数，决定着残余变形的大小及养护后的强度。升温速度越快蒸养周期越短，但对轨枕的损伤也越厉害。因此采用分段先慢后快的升温措施，保持每10分钟上升2℃左右的升温速度。
5.3恒温阶段
恒温温度和时间是恒温期决定混凝土强度及物理力学性能的主要工艺参数。恒温期混凝土的硬化速度决定于水泥品种、水灰比及恒温温度。水灰比越小、恒温温度越高，硬化速度越快、恒温期越短。在蒸汽供应湿度不满足条件的情况下，可以采用自动喷雾装置来保持养护通道的湿度，使混凝土基本达到标养条件，保持强度的持续发展。恒温阶段主要通过枕芯温度不超过55℃来控制，轨枕芯部温度采用温度测试探头埋入混凝土芯部方式测量。
5.4降温阶段
降温阶段温度控制不当会造成混凝土表面龟裂及酥松等结构损伤。在降温过程中，混凝土表面降温过快，收缩亦快，内层降温慢，收缩亦慢，轨枕混凝土出现不同的温差给表面产生拉应力造成裂纹。降温期的结构损伤与降温速度、混凝土强度等多种因素有关。因此，在降温阶段也采用喷雾头和蒸汽排气管，并通过自动测温系统的电磁阀来调整温度。降温阶段采用每10分钟降低2℃左右的控制方式，每小时降温最大不超过15℃。由于广西地区气温比较高，自然降温效果不明显，并且自然降温使养护棚内湿度降低，故降温过程采用自动喷淋洒水和空调降温，洒水水温在25℃左右。
图2蒸养实施效果图3混凝土表面湿度
5.5拆模
当双块式轨枕混凝土强度达到40Mpa以上，且轨枕表面与环境温差不大于15℃时，施工技术科下达脱模通知单后，开始进行拆模作业。当轨枕模具从养护通道出来后，用测温枪测试轨枕表面温度，温差及強度不符合规范要求时严禁进行拆模作业。拆模后的双块式轨枕要在存放场地洒水自然养护，覆盖土工布，保温保湿10d。
图4 脱模后的轨枕 图5脱模后的壳体表面
6、效益分析
贺州轨枕场通过对高性能混凝土的研究和试验，解决了双块式轨枕无预应力小体积混凝土养护环节不出现裂纹、脱皮的技术难题，缩短了轨枕的蒸汽养护周期、降低了工程成本、保证了双块式轨枕的最终质量。并为双块式轨枕混凝土在高温干燥特殊环境条件下的养护工艺提供了依据，在总结国内外轨枕生产技术的基础上进行了科研创新，保证各工序作业顺畅合理的衔接，减少了养护设施成本投入。
7.结束语
双块式轨枕的工厂化生产在国内已得到广泛推广应用，蒸汽养护是形成双块式轨枕流水线生产的必要过程。在特殊的环境进行双块式轨枕生产必须用科学的试验方法来确定养护制度的相关参数，并严格执行养护制度，确保小体积高性能耐久性混凝土的养护质量。同时，混凝土脱模后的养护也是影响混凝土强度持续发展的关键，应采取有效措施控制好无预应力小体积混凝土的后期养护，防止湿度、温度应力或体积变化产生轨枕表面裂纹现象。
参考文献：
《客运专线铁路双块式无砟轨道双块式混凝土轨枕暂行技术条件》科技基[2008]74号
《客运专线铁路双块式无砟轨道混凝土轨枕检验细则》SDS-004-2008
《CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道双块式轨枕结构设计（SK-2型双块式轨枕）》通线[2011] 2351-Ⅰ
《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB 10424-2010
《铁路混凝土工程施工技术指南》铁建设[2010]241号