无砟轨道双块式混凝土轨枕的配合比优化及生产控制.pdf

2 0 1 1年 第 1期 (总 第 2 5 5 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 5) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 0 1 0 4 1 无砟轨道双块式混凝土轨枕的配合比优化及生产控制 康祥梅 1 I ，郑爱国 1 l ，李玉香 ( 1 西南科技大学 四川省非金属复合与功能材料重点实验室一 省部共建国家重点实验室培育基地 ，四川 绵阳 6 2 1 0 1 0 ； 2 德阳铁路轨枕厂 ，四川 德 阳 6 1 8 0 0 7 ) 摘要 ： 优化 了双块式无砟轨枕混凝土租集料级配及混凝土 的配合 比， 阐述 了过程生产控制方法及实 际生产 中应该 注意 的问题。 粗集 料 的级配及混凝土配合比的优化结果表明： 当采用 5 1 0 m r n粒级碎石 4 0 ， 1 0 2 5m n l 粒级碎石 6 0 ， 配合后可得到最大的堆积密度 l 5 9 2 k g m ， 孔隙率为 3 9 7 ； 当水泥用量为 4 6 0 k g m3 ， 水灰 比为 0 2 5 ， 砂率 3 3 ， 减水剂 用量为胶凝材料 的 O 8 8 时 ， 配制 的混凝土 2 8 d 的抗压强度达 7 8 9 M P a ， 其电通量、 外观质量及抗冻性等均满足无砟轨道双块式混凝土轨枕的技术要求。 关键词 ： 双块式无砟轨道；混凝土 ；配合 比；耐久性 中图分类号 ： T u 5 2 8 0 6 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 1 3 9 0 3 Op t i mi z a t i on o f c onc r e t e mi x t u r e pr o por t i ons an d manu f a c t ur e pr oc e s s con t r ol o f t he bi -bl oc k s l ee pe r f or ba l l a s t l e s s t r a ck KANG Xi a n g - me i 1 2 ， ZHENG Ai - g u o1 ,2 7 LI Yu - xi a n g ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y C u l t i v a t i o n B a s e f o r No n me t a l C o mp o s i t e s a n d F u n c t i o n a l Ma t e r i a l s ， S o u t h we s t Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Mi a n y a n g 6 2 1 0 1 0 ， C h i n a ； 2 De y a n gR a i l wa yS l e e p e r F a c t o r y ， De y a n g6 1 8 0 0 7 ， C h i n a ) Abs t r a ct：T h e c o n c r e t e mi x t u r e p r o p o i o n s and the c o a r s e a g g r e g a t e S g r a d e o f b i b l o c k s l e e p e r f o r b a l l a s t l e s s t r a c k we r e o p t i mi z e d Th e ma t t e r s n e e d i n g a e n t i o n a n d c o nt r o l me t h o d s o f the ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s h a v e b e e n i l l u s t r a t e d T he r e s ul t s o f t b e m e n t i o n e d o p t i m i z a t i o n s h o w t h a t t h e ma xi mu m b u l k d e n s i t y o f 1 5 9 2 k g m a n d t h e v o i d r a t i o o f3 9 7 we r e o b tai n e d wh e n t h e c o a rse a g g r e g a t e s we r e mi x e d wi t h 40 a n d 6 O c r u s h e d s t o n ewi c ht h e s i z efr a c t i o n o f5 -1 0mm a n d 1 0 - 2 5i m， r e s p e c t i v e l y Wh e nt h e us a g eo fc e me n t ， t h ewa t e rc e me n t r a t i o， s a n d a g g r e g a t e r a t i o a n dt h ewa t e r r e d u c i n g a g e n t c e me n t i t i o u sma t e r i a l r a t i oa r c4 6 0k g m ， O 2 5， 3 3 ， a n d 0 8 8 ， r e s p e c t i v e l y， t h e c o mp r e s s i v e s tr e n g t h a t 2 8 d r e a c h e s 7 8 9 V i V a T h e e l e c t r i c fl u x a p p e a r anc e q u a l i ty a n df r o s t r e s i s t anc e o f t h e b i b l o c k s l e e pe r p r o d u c t s wi t ht h e me n t i o n e df o r mu l a me e t s t h e r e q u i r e me n t o fb i bloc k s l e e per f o r b a l l a s t l e s s t r a c k K e y WO r d s ： b i b l o c k s l e e p e r f o r b a l l a s t l e s s t r a c k ； c o n c r e t e ； mi x t u r e p r o p o r t i o n ； d u r a b i l i ty 0 引 言 随着铁路重载、 高速的要求日益提高， 铁路线路也从现有的 有砟向无砟转变， 因而无砟混凝土轨枕的需求也就越来越多 。 为满足混凝土轨枕在铁路客运专线工程中的应用， 确保混凝土 轨枕的质量， 铁道部相继制订了“ 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 2 0 0 8 7 4号文件) 、 “ 客 运专线高性能混凝土暂行技术条件” ( 科技基 2 0 0 5 1 1 0 1 号) 、 “ 铁路 昆 凝土工程施工质量验收补充标准” ( 铁建设 2 0 0 5 1 6 0 号) 等技术文件和行业标准 5 - 6 1 。 针对西南地区的环境条件， 轨枕用混 凝土的部分性能及品质应达到如下要求： 设计强度为 C 6 0 、 5 6 d 超过 3 5 k g m3 、 氯离子总含量不超过胶凝材料总量的O 1 。 本试 验结合我厂的原材料特点， 优化了双块式混凝土轨枕的配合比， 阐述了双块式混凝土轨枕生产控制及应该注意的问题。 1 试 验 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 采用四川亚东水泥有限公司生产的 P 04 2 5 级 水泥。 其部分化学成分及主要物理性能列于表 1 。 ( 2 ) 砂 ： 采用德阳市绵远河段天然中砂 ， 细度模数 2 8 O ， 连 续级配。各项性能指标列于表 2 。 ( 3 ) 碎石 ： 采 用德 阳绵 竹市 高川 I 乡 生产 的山碎石 ， 粒径为 电通量小于 l 0 0 0 C、 抗冻性指标应满足 D 3 0 0级、 总碱含量不 5 2 5 ri m， 优化级配后备用。各项性能指标列于表 3 。 表 1 水泥的部分化 学成分及主要物理性能 收稿 13 期 ：2 0 1 0 - 0 8 - 2 9 l 39 表 3 碎石的性能指标 ( O 5 ) ( 4 ) 减水剂 ： 采用四川路加四通科技发展有限公司生产的 V F 3型聚羧酸高效减水剂 。各项性能指标列于表 4 。 1 2 试验 方 法 1 2 1 混凝土样品的制备及力学性能测试 参照G B 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 中描 述的方法搅拌与成型。 采用蒸汽养护方式， 过程如下列连续的4 个 步骤： 静置， 在室温下( 在实际生产中， 保证人模拌合物温度为 ( 5 3 0 ) 静停 3 h ； 升温 ， 在 2 h内升温至4 0( 升温速率 1 5m) ； 叵温， 在( 4 O 2 ) ( 根据生产经验， 可保证枕芯温度 5 5) 的环境下， 恒温5 h ； 降温， 在 2 h内降温至混凝土样品表 面温度( 实际生产中， 为轨枕表面温度) 与环境温度差l 5 ( 降温速率1 5 m) 。 蒸汽养护后， 折模、 编号， 在标准养护室内养 按设计配合比， 分别称量水泥、 砂、 碎石、 减水剂及拌和用水， 护到设计龄期， 分别检测 1 2 h蒸养抗压强度、 2 8 、 5 6 d 抗压强度。 表 4 减水剂的性能指标 1 2 2 混凝土枕芯温度的测试 采用轨枕作为试验载体， 在生产车间内的养护池内检测轨 枕内外温度 ， 养护池配有微机 自动温控与蒸汽 强制循环热交换 系统。 测温元件采用检定合格 的 WZ P型 P t l 0 0铂电阻改造后对 比合格的铂电阻， 将 P t l 0 0铂电阻除测温传感元件外， 其余部分 均用绝缘胶带包裹， 并固定植入轨枕中部。具体位置示于图 1 。 铂 电阻 铂 电阻 图 1 枕芯温度测试元件植入位置示意图 1 2 3 抗冻性 能测试 按照 G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期性能及耐久性能试验方 法 中规定的快冻法进行。 仪器： C D R 一 2型快速冻融试验机 ， 天津 天宇试验仪器有限公司生产。 1 2 4 含气量 的测定 参照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 4 普通混凝土拌合物性能测试方法 标准 进行 。 1 2 5 抗裂性试验 按照 客运专线高性能混凝土暂行技术条件 ( 科技基 2 0 0 5 1 1 0 1 号 ) 中“ 混凝土抗 裂生试验方法 ” 进行 。 1 2 6 电通量的测定 按照 客运专线高性能混凝土暂行技术条件 ( 科技基 2 0 0 5 1 1 0 1 号 ) 中“ 混凝土电通量快速测定方法” 进行。 2 结果及讨论 2 1 配合 比 的设 计要 求 根据产品要求， 混凝土设计强度等级为 C 6 0 ， 5 6 d龄期混 凝土电通量要求小于 l 0 0 0 C， 抗冻性指标达 D3 0 0级 ， 混凝土 内总碱含量不超过 3 5 k m， ， 氯离子总含量不超过胶凝材料总 量的0 1 ， 含气量不大于 3 。 在混凝土配合比设计中， 考虑以 上指标。 2 2 碎 石级 配优 化 与控制 碎石的级配对混凝土的密实度、强度及耐久性有较大影 响。考虑生产控制的可操作性及碎石能获得较大的堆积密度两 个因素， 以确定最优的碎石比例。将山碎石筛分为两种级配， 分 别为 5 1 0 m m、 1 0 2 5 ml -n 。将两级碎石按不同的比例进行混 合， 充分混合均匀后检测其松散堆积密度， 结果列于表 5 。 试验 结果 表 明 ， 5 1 0 ra n 1 级 在碎 石质 量 中 占 4 0 0 、 1 0 1 4 0 表 5 碎石的级配与堆积密度 2 5 mm级在碎石中占6 0 0 时堆积密度为最大， 达 l 5 9 2 k g m3 ， 孔 隙率为 3 9 7 。因而， 实际生产中， 碎石级配为 ： 5 1 0 r n l l l 级 4 0 0 、 1 0 2 5 n l l i l 级 6 0 O 。生产场地分级堆放， 生产用量分级计量。 为确保生产过程中碎石具较佳的级配， 碎石的分析取样必 须具有代_表胜。 具体的控制方法是： 试验人员分别从 5 1 0 l n l l 和 1 0 2 5 mm两种粒径的碎石料堆上取样 ， 取样部位均匀分布。取 样前先将 取样部位表层 铲除 ， 然后 从在料堆 的顶 部 、 中部和底 部均匀分布的 l 5个不同取样部位抽取大致等量的石子 l 5份， 两种 粒径 的碎 石各取 总量 不少 于 2 O 样 品。 然后 对 样品按 5 1 0 r f l l T l 的碎石占 4 O 和 1 0 2 5 r n m 的碎石 占 6 0 混合 、 缩 分， 分析混合样级配。 混合样的级配控制范围列于表 6 。 表 6 碎石混合样的级配控制范 围 筛孑 L 尺寸 mm 累计筛余 2 5 0 9 5 l 0 O 5O O 9 O l OO 】 0 O O 1 6 0 O 2 0 0 O 2 5 0 O 3 0 7 0 0 5 2 3 双块 式混凝 土轨枕 配合 比设计及 性 能 根据本厂的生产经验数据 ， 双块式轨枕混凝土的试验配合 比及相应的混凝土中的碱 、 氯离子含量列于表 7 ， 对应的混凝土 试样的性能列于表8 。 由表 7可知， 各试验配合比中碱、 氯离子含 量的最大值分别为 2 9 0 7 、 0 0 5 5 k g m ， 符合“ 客运专线高性能混 凝土暂行技术条件” 的要求。由表 8可知， 混凝土试验配合比条 件下， 1 2 h的脱模强度均高于“ 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” 规定的 4 0 MP a ， 2 8 d抗压强度 均高于设计强度， 5 6 d 强度持续增长。 综合混凝土水泥用量、 强度、 5 6 d 电通量、 抗裂眭、 抗冻性、 含气量等指标， 作者认为 3 号样品的 配合比是较优的。 其 2 8 d的抗压强度达 7 8 9 MP a ( 考虑到规模生 产与试验配合比的差异性， 强度富余是必要的) ， 达到设计强度的 1 3 1 5 ， 5 6 d抗压强度 已达设计强度的 1 5 1 3 ； 电通量最小， 为 6 8 4 _ 3 C ； 2 8 d后通过观察并未出现裂纹； 在进行抗冻性试验时， 试件在 1 2 5 次冻融循环后质量损失仅为0 4 5 ， 相对动弹性模量 下降到9 0 9 3 ； 2 5 0 次冻融循环后质量损失仅为 1 7 2 ， 相对动弹 性模量下降到 7 0 1 9 ， 满足了混凝土耐久性试验要求。 为减少混凝土的收缩裂纹， 对混凝土枕芯温度的控制作为 工艺控制的重 点。 试验 中采用 中热硅酸盐水 泥并对混凝土 内部 温度进行了监控。其方法是： 在微机自动温控与蒸汽强制循环 热交换系统测温设备中， 将经改造后对比合格的 WZ P型 P t l O 0 铂电阻除测温传感元件外 ， 其余部分均用绝缘胶带包裹， 并固 定植入轨枕中部。混凝土轨枕在整个养护过程中， 枕心混凝土 温度最高为5 4 5， 满足客运专线铁路技术条件的要求。 因此 ， 确定双块式混凝土轨枕配合比为： 水泥用量为 4 6 0 k g m ， 水灰 比为 0 2 5 ， 减水剂用量为胶凝材料的 0 8 8 ( 减水剂固含量 胶凝材料用量) ， 砂率 3 3 。 表 7 混凝土试样 的配合 比及碱、 氯离子含量 3 生产 中应 注意的问题 生产双块式混凝土轨枕除其配合比要严格要求外 ， 在生产 控制中， 还应该注意如下几个方面： 3 1 保证断面高度和外观质量 灌注混凝土拌合料时， 应连续均匀进行， 并随时监视混凝 土成型情况， 拌合料要采用“ 宁少勿多” 原则， 在发现料不足时， 应及时进行二次添料补加 。 3 2 轨枕 的脱模 双块式轨枕的脱模通 常采用 2种方法 ： 一是将 模型反复多 次轻磕脱模； 二采用振动脱模。 前者使轨枕的外观受到一定的 影响( 如掉角 、 局部破损等) ； 后者是经本厂反复试验获得的方 法， 振动时间为 2 0 3 0 S ， 这样可以保证轨枕的外观质量。 3 I 3 温度 的控 制 冬、 夏两季， 气温较高或较低时， 要采取相应措施 ， 保证拌 合料灌注时温度在 5 3 0。 具体控制方法是： 当昼夜平均气温 低于 5或最低气温低于一 3时， 采用加热水的预热方法调整 拌合物的温度， 水的加热温度不得高于 8 O； 当气温高于4 O 时， 采取低温水搅拌混凝土。 在上述混凝土配合比及相应的生产控制下， 双块式混凝土 轨枕在批量生产的过程中混凝土拌合物和易性能 良好 ， 易于浇 筑和振捣， 混凝土中气泡易于排出， 一次成型， 达到了较好的施 工效果。经批量生产的混凝土轨枕， 其强度、 外形 、 外观和各部 位尺寸均满足技术条件的要求， 并用于大巴山隧道的铺设中， 得 到了用户和监理公司的好评。 4结 论 ( 1 ) 在本厂条件下， 采用 5 1 0 m i i 1 粒级碎石4 0 ， 1 0 2 5 r n lT l 粒级碎石 6 0 ， 配合后可得到最大的堆积密度 1 5 9 2 k g m ， 孔隙 率达 3 9 7 。 ( 2 ) 当水泥用量为 4 6 0 k g m ， 水灰比为 0 2 5 ， 减水剂用量为 胶凝材料的 O 8 8 ( 减水剂固含量 胶凝材料用量) ， 砂率 3 3 V ， 配制的混凝土 2 8 d的抗压强度达 7 8 9 MP a ， 达到设计强度的 1 3 1 5 ； 电通量为 6 8 4 3 C ； 2 8 d 后外观无裂纹 ； 抗冻性达 D3 0 0 级。 ( 3 ) 实际灌注双块式混凝土拌合料时 ， 应连续均匀进行 ， 拌 合料要采用 “ 宁少勿 多” 原则 ； 采 用振动脱模方法 ， 振动时 间为 2 0 3 0 S ， 以保证外观质量 。 参考文献 ： 【 1 韩玉芳， 王朝 ， 梁凤庆 掺粉煤灰高强混凝土轨枕的性能研究 J J 混凝 土 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 1 3 1 1 6 2 杨荣俊， 隗功辉， 张春林， 等掺矿粉混凝土配制技术研究f J J 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 4 6 5 0 【 3 】 郭剑， 潘雨， 王旭 客运专线无砟轨道双轨式轨枕混凝土配合比试验 研究 铁道标准设计 ， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 6 9 7 1 【 4 】 王旭 武广客运专线双块式轨枕混凝土配合比的研究 J J 铁道建筑， 2 0 0 8 ( 7 ) ： 8 6 8 8 5 1 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 2 0 0 8 7 4 号【 s 】 E 京： 中国铁道出版社， 2 0 0 8 6 客运专线离生 能混凝土 亍 技术条f 等 】 E 京： 中国铁道出版社， 2 0 0 5 作者简介： 康祥梅( 1 9 7 8 一 ) ， 女， 工程硕士研究生。 单位地址： 德阳铁路轨枕厂( 6 1 8 0 0 7 ) 联 系电话 ： 1 3 4 5 8 9 6 7 6 8 6 l 41