高原混凝土轨枕生产外观质量通病分析及防治措施

赵钰亭

（中铁十五局集团路桥建设有限公司，南京 210031）

1 引言

格库铁路连接青海省格尔木市和新疆库尔勒市，是西部铁路网的重要组成部分，对促进青海、新疆两省区的经济发展、资源互补以及加强民族团结建设具有重大的意义。中铁十五局集团路桥建设有限公司于2016—2019年期间为格库铁路青海段提供优质的混凝土轨枕，为西部铁路建设做出了较大的贡献。

混凝土轨枕作为铁路施工重要的预制构件，承担将列车荷载分散传递到路基主要作用，产品质量要求较高，需要具备良好的力学性能和耐久性能，在保证列车运行平稳、安全舒适的同时，还要具备满足标准要求的外观质量，使其和铁路沿线的其他建筑物共同构建起美丽的铁路风景。在轨枕生产过程中因为施工环境、工艺操作等因素影响，会生产出一些不影响使用但存在外观质量缺陷的产品。如果对该类产品不加以控制解决，并放任流入铺轨工序，此类产品的缺陷会在使用过程中受到车辆荷载及恶劣的气候环境等因素的影响，发展扩大，影响轨枕使用性能，造成列车运行事故隐患。

2 施工环境及生产工艺

2.1 施工环境

中铁十五局集团路桥建设有限公司制枕场施工现场位于格库铁路起点格尔木市南山口，海拔3 080 m，气候异常恶劣且复杂多变，因常年受风蚀的影响，气候干燥，昼夜温差大，进入10月份夜间气温就已处于零下。同时受客观因素的影响，维持正常生产所必需的水、电的供应有时不能得到很好的保障。在此种恶劣环境条件下进行施工，施工质量的控制工作将面临严峻的挑战。特别是在进行冬季施工时，施工单位缺乏足够的冬季施工经验，造成了一些因冬季施工措施控制不当而引起的产品外观质量缺陷。

2.2 生产工艺

1）产品类型：本场为格库铁路供应的轨枕有Ⅲa型轨枕（专线3393）、新II型轨枕（研线0322）、新Ⅲ型桥枕（专线3348-I）等。

2）配合比的选用：配合比采取低砂率、低水胶比及高设计强度的干硬性混凝土；配合比为本场试验室自行设计，制作了耐久性试件，并通过了国家铁路产品监督检验中心耐久性指标的检验[1]。

3）原材料的选用：粗骨料选用的是当地产粒径为5~20 mm的连续级配花岗岩碎石，技术指标符合TB/T 3275—2018《铁路混凝土》的要求；细骨料选择的是宏扬砂石料销售有限公司产的中粗砂，细度模数在2.6~3.2，技术指标符合TB/T 3275—2018《铁路混凝土》的要求；水泥采用的是祁连山水泥厂生产的低碱42.5R级普通硅酸盐水泥，碱含量的控制为不大于0.6%，其余技术指标符合TB/T 3275—2018《铁路混凝土》技术要求；外加剂采用的是贵州凯襄新材料有限公司生产的高效减水剂；粉煤灰采用的是兰州金建捷公司提供的Ⅰ级优质粉煤灰，技术要求符合TB/T 3275—2018《铁路混凝土》的要求；拌和用水采用的是南山口地下水。

4）生产工艺：（1）混凝土的搅拌采用自动化程度较高的双卧轴强制式搅拌站，原材料采用电子配料系统自动计量，在配料精度上完全满足混凝土配料计量精度要求，搅拌时间控制为130~180 s；（2）混凝土料出机后进入停放于拌和站出料口下的灌注车，灌注车运行至钢模上方进行混凝土灌注；（3）采用强力普通振捣（振捣时间不小于2 min）及二次加压振捣（振捣时间不小于1 min），加压振捣压力不小于3 000 Pa；（4）采用蒸汽养护，养护过程中静停时间不小于3 h，升温、降温速率不大于5℃/20 min，混凝土芯部温度不大于55℃；（5）采用回松应力方式进行预应力筋的放张，放张前混凝土强度不小于48 MPa。

3 质量通病分析及解决措施

通过对本制枕场为格库铁路生产供应轨枕的外观质量缺陷产品进行分析统计，轨枕的外观质量通病类型有气孔、蜂窝、干灰、油粉肩、粘皮、混凝土剥落等。本文对所发生的外观缺陷进行分析并提出相应的解决措施。

3.1 气孔、蜂窝

3.1.1 表现形式及形成原因

轨枕脱模后，在轨枕两侧和端部的随机部位出现局部大小不一的孔洞（常见的孔洞直径小于10 mm，部分严重缺陷直径可达20 mm），经分析，主要形成原因如下：

1）混凝土拌制过程中用水量不足或外加剂减水效果差，新拌混凝土流动性达不到施工要求，在振动操作时有些部位混凝土振动不密实，水泥浆体不足不能填充该部位，形成气孔蜂窝缺陷。

2）钢模底部加强筋脱焊或缺失，不能完整地将振动台的振动力传递至模型体，导致钢模部分部位混凝土接受的振动力不足，混凝土振动不密实形成气孔蜂窝。

3）混凝土振动台在长期连续工作过程中，振动台底部支撑弹簧变形造成振动台工作面没有处于同一高度，导致钢模在进行混凝土振动操作时受力不匀，发生钢模局部混凝土振动效果差，从而形成气孔蜂窝缺陷。

3.1.2 预防及解决措施

1）选用减水率满足标准要求的外加剂，经常检测骨料含水率，确保混凝土施工用水量符合配合比要求，按照规定的频次检测新拌混凝土坍落度，发现偏离施工要求时及时进行调整，确保混凝土流动性满足施工要求。

2）对在用的钢模底部加强筋进行检查，发现存在脱焊或缺失情况及时修复，保证钢模在振动过程中的振动力能被传递到模型的每一个部位。

3）定期检查振动台支撑弹簧的状况，发现变形及时更换，确保振动台工作面处于相同水平位置，使钢模在振动过程中均匀受力。

3.2 干灰

3.2.1 表现形式及形成原因

轨枕脱模后，在轨枕两侧底边的随机部位有小面积没有凝结的砂石颗粒，造成和轨枕其余光滑的外观表面的巨大反差；另一种形式为，轨枕脱模后，在轨枕表面的任意部位，同样有小面积没有凝结的砂石颗粒，但其间混杂有未充分凝结、强度较低水泥浆。经分析，主要形成原因如下：

1）在混凝土振动过程中，因轨枕混凝土量欠缺需要添加混凝土，往模型内添加混凝土时，所添加的混凝土因放置时间过长部分失效，失效部位不能正常凝结形成干灰。

2）混凝土搅拌时间过短，没有充分搅拌均匀，造成混凝土内局部骨料与水泥浆体不能充分接触，从而不能凝结产生强度形成干灰。

3）在进行冬季施工时，因河砂含有水分，气温过低及没有对河砂进行有效保温，河内结冰，在拌和过程中加热的拌和水没有将冰团充分溶解，混凝土经过蒸汽养护后冰团水分蒸发形成干灰缺陷。

3.2.2 预防及解决措施

1）控制好混凝土拌和方量，每套模型内全部采用新拌混凝土，尽量不采用放置的混凝土。如遇特殊情况必须采用放置的混凝土作为添加料时，要保证添加料放置时间不能超过20 min且随时进行人工翻拌，以保证添加料具备正常混凝土的性能。

2）在不影响生产节奏的情况下，将混凝土拌和时间适当延长，保证混凝土所有原材料得到充分拌和。

3）在冬季施工期间，严格按照冬季施工措施对拌和用水和骨料进行加温防冻，也可提前要求河砂供应商存料滤水至干燥状态，防止河砂含水受冻结冰，影响混凝土质量[2]。

3.3 油粉肩

3.3.1 发生的部位及产成原因

1）在生产过程中，脱模剂浓度过高，对模型喷涂脱模剂时脱模剂溶液积存在轨枕挡肩位置形成过厚的油脂隔离层，污染轨枕挡肩造成油肩。

2）在对模型喷涂脱模剂的过程中因喷头堵塞或喷头孔过大，在钢模挡肩部位沉积，混凝土灌注入钢模后，挡肩部位混凝土遭到破坏，导致粉肩缺陷的产生。

3.3.2 预防及解决措施

1）按照脱模剂产品说明书及使用经验兑制浓度适宜的脱模剂溶液，确保喷涂脱模剂后在混凝土和钢模间能形成最佳的隔离效果。

2）定期对喷涂装置的喷头进行检查或更换，确保喷头进行脱模剂喷涂时达到雾状效果，避免在钢模挡肩部位形成积液，对形成积液的采用毛巾擦干净。

3.4 粘皮

3.4.1 发生的部位及形成原因

1）脱模剂产品质量达不到要求，不能在混凝土和钢模之间形成良好的隔离层，混凝土在凝结过程中水泥浆黏附在钢模上，脱模后形成粘皮缺陷，应该光滑的轨枕表面遭到破坏。

2）未按照产品说明和经验进行脱模剂溶液兑制，造成脱模剂溶液浓度降低，影响了隔离效果，导致轨枕粘皮缺陷产生。

3）在对钢模进行脱模剂喷涂作业时，因喷头方向偏移或喷头堵塞，个别部位的钢模未喷涂到脱模剂导致该部位没有脱模剂形成的隔离层，造成钢模局部粘浆形成粘皮缺陷。

4）混凝土进入养护坑在静置养护期间，因空气干燥导致混凝土表面严重失水，接近上表面的混凝土不能产生有效的水化反应，与钢模接触部位的混凝土遭到破坏，水泥浆黏附在模型上，脱模后在沿轨枕下边部位形成长条形的粘皮缺陷。

3.4.2 预防及解决措施

1）采用质量满足使用要求、脱模效果好的脱模剂产品，保证混凝土和钢模的隔离效果。

2）按照使用说明书及积累的经验进行脱模剂溶液兑制，确保脱模剂溶液浓度，保证脱模剂的隔离效果。

3）经常性的检查脱模剂喷涂装置，保证喷头达到雾状喷涂的效果及正确的喷涂方向，确保钢模内的每一部位的脱模剂都能喷涂到位。

4）混凝土进入养护坑养护前，对混凝土表面进行适量洒水操作，如遇班中维修设备或交接班等时间较长的情况，在进行洒水操作后还需在混凝土表面覆盖塑料薄膜，以保证混凝土湿度，使混凝土具备正常水化反应条件。

3.5 混凝土剥落

3.5.1 产生部位及形成原因

混凝土剥落缺陷多发生在轨枕标志周边，主要表现在轨枕型号厂家标志四周混凝土遭到小面积的破坏，发生混凝土剥落现象。分析其形成原因如下。

1）体现轨枕型号、厂家及生产年份信息的标志牌为1 mm厚，长宽尺寸为125 mm×70 mm的薄铁皮，采用螺杆安装在模型上，使用一段时间后，标志牌与模型间的缝隙受混凝土挤压，造成标志牌变形，脱模过程中标志牌变形部位混凝土遭到破坏，导致剥落缺陷发生。

2）标志牌部位脱模剂喷涂不充分，标志牌部位与混凝土间隔离效果差，导致脱模时标志牌周边混凝土浆体黏结力过大遭到破坏，形成剥落缺陷[3]。

3.5.2 预防和解决措施

1）加强对轨枕标志牌检查力度，发现有混凝土浆进入标志牌和模型间缝隙造成标志牌变形情况，进行混凝土浆清理、标志校正或更换变形严重的标志牌的操作，保证标志牌具备平整的形状，减少破坏标志牌周边混凝土的现象。

2）对轨枕标志牌部位进行加重涂刷脱模剂的操作，降低混凝土在标志牌部位的黏结力，顺利脱模，避免标志牌周边混凝土剥落缺陷的发生。

4 结语

质量是企业的生命，作为任何一种产品，必须保证外美内实。产品不仅要有良好的使用性能，同时外观质量也有等同于内在质量同样的重要性。通过在格库铁路几年的施工，技术人员在生产轨枕的过程中，从发现产品质量到对质量问题进行分析并总结出防治措施，具备了生产优质混凝土轨枕的实力，提高了企业在市场中的竞争能力。