车辆减速器轨道板外观质量问题分析与改进.pdf

第 2 卷 第 3 期2 0 2 3 年 6 月高速铁路新材料Advanced Materials of High Speed RailwayVol.2 No.3June 2 0 2 3车辆减速器轨道板外观质量问题分析与改进张喆1，甄宇阳2，刘文君3（1.沈阳铁道工业集团有限公司，沈阳 110000；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081；3.中国铁路武汉局集团有限公司 武汉电务段，武汉 430000）摘要：通过现场调研了解到驼峰车辆减速器轨道板存在边角破损、表面麻面、细小裂纹等外观质量问题。对上述问题的成因进行分析，确定了影响轨道板外观质量的主要因素为水胶比、振捣功率、脱模剂和养护工艺等。通过设计对比试验，验证了这些因素与轨道板外观质量的关系，结合对比试验结果确定了合适的水胶比、振捣功率、脱模剂和养护工艺等。试验结果表明：水胶比控制为0.3可以兼顾原材料的流动性和成品的抗压强度；提高振捣功率和选用合适的脱模剂，有利于降低表面气孔比率；采用蒸汽养护、浸水和喷淋的组合养护工艺，有利于减少表面细小裂纹。在实际生产过程中，轨道板边角破损得到有效控制，表面气孔面积比率降低约5%，收缩率降低约20%，有效减少轨道板表面麻面和细小裂纹情况，轨道板外观质量得到有效提升。关键词：车辆减速器轨道板；外观质量；水胶比；混凝土收缩率中图分类号：U284.63 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.2097-0846.2023.03.009驼峰车辆减速器（简称：减速器）是驼峰自动化进程中非常关键的基础设备，其接收自动化驼峰控制系统的指令，执行制动或缓解动作，对溜放车组实现速度控制，最终高效、安全地完成车辆解体和编组作业。近10年来随着铁路货运重载化不断推进，为彻底解决减速器原轨枕板式基础的开裂、破损难题，延长设备使用寿命，中国铁道科学研究院集团有限公司创造性地将减速器基础设计为一次成型的轨道板和钢台座相结合的钢台座轨道板形式，具有模块化、精度高、强度高、寿命长等技术特点1-2，钢台座轨道板式基础如图1所示。近年来，轨道板式减速器逐步推广运用，得到使用单位的广泛认可。但是在使用过程中陆续发现轨道板存在一些外观方面的问题，虽然外观问题不影响轨道板工作强度，但是产品外观存在明显缺陷，会让用户对产品质量产生怀疑，进而对企业形象造成不利影响。目前针对轨道板外观方面的问题，需要进行修补处理，增加了维护的工作量且修补效果不理想。因此，有必要针对这些现象进行分析和改进，从根源上把控，提高轨道板的外观质量3。1 轨道板外观常见问题（1）轨道板在运输和施工吊装过程中受磕碰或撞击后边角易出现破碎掉块，如图2(a)所示。（2）轨道板表面光洁度不理想，局部出现 120 mm2气孔麻面，如图2(b)所示。（3）在轨道板表面、拉杆槽底部四周等部位会出现一些细小裂纹，如图2(c)所示。2 轨道板外观问题原因分析 影响轨道板外观质量的因素是多方面的，而且边角破损、表面麻面、细小裂纹等问题形成的机理也不尽相同，下面逐一对其进行分析。2.1边角破损的成因轨道板边角处在外力作用下，因边沿约束消失造图1钢台座轨道板式基础文章编号：2097-0846（2023）03004905收稿日期：20221222；修回日期：20230116基金项目：中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所基金项目（2020HT07）第一作者：张喆（1985），男，工程师。E-mail：通信作者：甄宇阳（1990），男，助理研究员，硕士。E-mail：高速铁路新材料第 2 卷成应力突变，从而形成应力集中现象，边角处部位相对于其他位置更容易出现破损4-5。因此，在不增加材料成本的前提下，尽可能提高强度，可一定程度减少破损。另外，在运输和施工过程中，需对边角部位加强保护措施。水胶比是指每立方米混凝土用水质量与所有胶凝材料质量的比值。通常水胶比越大，原材料的流动性越好，成品的抗压强度越低；反之原材料的流动性就越差，成品的抗压强度越高。减速器轨道板的厚度尺寸350 400 mm，单块轨道板一次浇筑需要用6.08.5 t的混凝土原材料，而且钢筋布置较密，此时水胶比的选取就非常重要，要兼顾原材料的流动性和成品的抗压强度。水胶比与抗压强度的关系可以用式（1）表示6fcu,28=aCW-b（1）式中：fcu,28为混凝土龄期28 d立方体抗压强度值，MPa；a和b为混凝土回归系数，与所使用的水泥、骨料有关，其数值通过试验确定；CW为混凝土的灰水比，其值为水胶比的倒数。可以看出，混凝土抗压强度与灰水比之间成线性关系，通常a=21.08，b=4.12，减速器轨道板设计抗压强度为 50 MPa，根据式（1）可以得到灰水比为2.57，则水胶比为0.39。该水胶比条件下混凝土原材料具有较好的流动性，在生产过程中能够顺利地充满模具。为保证轨道板工作强度，实际批量生产中采用水胶比稍小一点，留出强度裕量。2.2表面麻面的成因参考建筑行业对混凝土制品表面麻面成因的研究，对轨道板麻面现象进行分析，根据其形成机制可分为内部原因和外部原因7。结合轨道板的生产过程以及性能要求，为了保证轨道板的使用强度，在混凝土配料时会把水胶比调得较低，胶凝料偏多，混凝土过于黏稠，混入的气泡在振捣时不易排出，这是轨道板表面麻面形成的主要内因。轨道板厚度一般为350 mm和400 mm，厚度偏大，浇筑时混凝土内混入的气泡排出行程较长，振捣不充分不利于气泡排出，是主要外因。同时，脱模剂的选择也很关键，质量差的脱模剂中会含有引气性较大的乳化剂和增稠剂，一方面易使轨道板内部产生较多气泡；另一方面，黏度过大的脱模剂会吸附气泡，气泡很难沿着模具上升排出，因此产生麻面8-9。2.3细小裂纹的成因细小裂纹主要是由于混凝土制品不均匀收缩产生的，混凝土制品收缩主要有塑性收缩、自收缩、干燥收缩和温度收缩等形式10-11，它们对轨道板细小裂纹形成的影响如下：（1）塑性收缩是指混凝土制品浇筑完成至凝结前产生的收缩，通常发生在轨道板生产的早期阶段，骨料等颗粒因重力作用下沉、泌水及气泡排出和破裂等因素导致的塑性沉降收缩。（2）自收缩是指混凝土制品在水化硬结过程中水泥矿物质转化为水泥石，体系总体积减小。当自收缩和塑性收缩叠加时，由于轨道板的混凝土坍落度较大，底板面边缘会出现浮浆聚集，导致硬化过程中失水过多而出现裂缝。（3）干燥收缩是指混凝土制品在停止养护后，存放在干燥的空气中，由表及里持续失水而引起的混凝土收缩，是轨道板脱模后细小裂缝产生的主要原因。（4）温度收缩是指混凝土制品内部热量散失或温度下降产生的收缩。水泥在水化时会产生放热反应，水化结束后，热量开始散失，混凝土制品的温度会降低，由于热胀冷缩现象，导致轨道板出现收缩12。3 工艺改进研究 上述轨道板外观质量问题主要由水胶比、振捣功率、脱模剂选型和养护工艺等几方面因素综合影响，部分因素存在耦合和矛盾关系。因此，在研究轨道板外观质量问题的解决方案时，应综合考虑，通过设计对比图2轨道板外观问题50第 3 期张喆等：车辆减速器轨道板外观质量问题分析与改进试验来确定改进方案。3.1对比试验考虑到试验场地在东北地区，为了降低环境温度对混凝土制品的影响，对比试验选在6月份进行。设计了基于水胶比、振捣功率、脱模剂选型、养护工艺4项参数的试验方案，具体设置如表1所示。试验选用统一的C50混凝土、砂料和碎石。为确保检验手段的可操作性和有效性，结合边角破损、表面麻面、细小裂纹等问题的特点，试验采用混凝土抗压强度衡量边角破损效果，抗压强度通过压力机测试；采用单位面积上气孔面积比率衡量表面麻面情况，通过卡尺测量；采用混凝土收缩率测定仪测试衡量细小裂纹情况。为了提高试验效率，试验样品采用 150 mm150 mm150 mm的标准试块，养护时间为28 d，试验流程如图3所示。按试验流程开展9个对比试验，结果如表2所示。如图4所示，通过方案1至方案4的试验结果可以看到，随着水胶比的降低，混凝土的流动性提高了，气孔面积比率逐渐减少，表面麻面情况好转，但导致强度降低，边角更易破损，收缩率提高，使得轨道板更容易出现裂纹。通过方案3至方案6的试验结果可以看到，提高振捣功率，振捣更充分，有利于其中混入气体排出，进而降低气孔面积比率。如图5所示，在水胶比为0.30条件下，振捣功率由15 kW提升至20 kW，气孔面积比率降低了1.6%。通过方案5和方案7的试验结果可以看出，不同脱模剂对气孔面积比率的影响比较突出。色拉油脱模剂与油蜡脱模剂相比，气孔面积比率下降2.9%。相比色拉油脱模剂，油蜡脱模剂成本较低，质量不稳定且不环保，内含较多引气性较大的乳化剂和增稠剂，影响气泡图3对比试验流程表1对比试验参数设计试验方案方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7方案8方案9水胶比0.390.350.300.250.300.250.300.300.30振捣功率/kW151515152020202020脱模剂选型油蜡油蜡油蜡油蜡油蜡油蜡色拉油色拉油色拉油养护工艺蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护蒸汽养护+浸水蒸汽养护+浸水+喷淋表2对比试验结果试验方案方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7方案8方案9抗压强度/MPa62.360.456.851.557.752.957.556.357.2收缩率/10-6228267293316280307285251232气孔面积比率/%11.610.39.77.58.16.95.25.34.815 kW15 kW20 kW20 kW0.002.004.006.008.0010.0012.000.300.25气孔面积比率/%水胶比图5不同振捣功率的气孔面积比率图4水胶比与抗压强度、收缩率、气孔面积比率间关系51高速铁路新材料第 2 卷排出，导致出现较多气孔。通过方案 7至方案 9的试验结果可以看到，水胶比、脱模剂、振捣功率一致时，不同养护方式对收缩率影响显著。当采用蒸汽养护、浸水、喷淋组合工艺时，收缩率明显下降，较只采用蒸汽养护工艺时，下降了18.6%。同时，抗压强度变化并不明显，气孔面积比率略有下降如图6所示。3.2工艺改进措施结合对比试验结果以及轨道板生产经验，为提高轨道板外观质量，对生产工艺提出如下改进和要求：（1）严格控制水胶比。结合对比试验和实际生产经验，控制水胶比为0.3，兼顾原材料的流动性和成品抗压强度。为保证水胶比稳定，严格控制胶凝材料一致性，粗骨料选用级配510 mm和1020 mm的玄武岩碎石，细骨料采用细度模数2.9的河沙，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。（2）提高振捣功率，改进布料方式。在轨道板模具上增加2个高频振捣器，提高振捣功率，同时，采用多次布料，分层振捣的浇筑方式，每次布料厚度不超过150 mm，使气泡能够充分排出，减少表面麻面现象。（3）采取低温蒸汽养护，增加浸水和喷淋工艺。蒸养恒温温度控制在4345，并且根据环境温度调整静停时间，蒸汽养护升温速度控制在10/h；蒸养结束后立即放入水养池浸泡 72 h，水养池水温不得低于15。轨道板出水后定期喷淋并用PVC布覆盖保湿。（4）采用色拉油作为脱模剂，固定每模用量，涂抹均匀。（5）轨道板脱模翻转和堆放时采用长木方进行隔垫，在运输过程中增加对轨道板边角的保护，避免边角磕碰产生破损。4 结论（1）通过对减速器轨道板使用情况调研，了解到目前主要有边角破损、表面麻面、细小裂纹等外观质量问题。对上述问题的成因进行分析，确定了水胶比、振捣功率、脱模剂、养护工艺等主要影响因素。（2）针对主要影响因素，设计了对比试验，得出以下结论：兼顾混凝土原料的流动性和成品抗压强度，水胶比确定为0.3，结合边角部位的保护措施，有效改善边角破损情况；通过提高振捣功率，选用合适的脱模剂，降低表面气孔比率，减少麻面现象；采用蒸汽养护、浸水和喷淋的组合养护工艺，有利于减缓混凝土水分散失的速度，降低收缩率，有效改善细小裂纹问题。（3）结合对比试验结果，对车辆减速器轨道板生产过程中的原材料、生产设备、生产工艺等方面优化改进。在实际生产过程中，轨道板边角破损得到有效控制，表面气孔面积比率降低约5%，收缩率降低约20%，有效改善轨道板表面麻面和细小裂纹情况，外观质量得到提升。参考文献：1 刘海祥，高立中，胡淼.我国车辆减速器技术研究现状与发展 J.铁道通信信号，2019，55（S1）：119-124.2 李秀杰.车辆减速器适应铁路重载发展的关键技术研究J.铁道通信信号，2015，51（10）：8-11.3 李凯华，高立中.车辆减速器混凝土基础的改进和研制 J.铁道通信信号，2012，48（7）：25-27.4 苑中源，张宝鹏.混凝土道面边角破损特点及其修复技术研究 J.中国民航大学学报，2017，35（3）：33-37.5 黄耀英，蔡忍，刘钰，等.不同水胶比高性能混凝土内部自干燥与干湿循环影响试验 J.硅酸盐通报，2019，38（2）：311-316.6 时开龙，崔启飞.再生混凝土强度计算公式 J.价值工程，2015，34（14）：49-51.7 雷正刚.分析混凝土结构表面麻面蜂窝的形成及抑制措施J.四川建材，2006（6）：117-118.8 罗万江.大体积混凝土裂缝、蜂窝麻面产生的原因及防裂措施 J.建筑工程技术与设计，2018（3）：4240，2336.9 潘新春.混凝土结构表面蜂窝麻面形成原因及抑制方法J.科技创新导报，2008（30）：109.10 李盺.建筑工程大体积混凝土浇筑的裂纹成因及控制 J.建筑与装饰，2011（2）：20.11 黄天勇，常宇，房桂明，等.高强高性能混凝土收缩调控的研究进展 J.混凝土世界，2020（9）：47-50.12 陈榜文.高速铁路无砟轨道底座板混凝土裂纹防治探讨J.建材发展导向（上），2020，18（4）：28-29.图6不同养护工艺下的收缩率、抗压强度和气孔面积比率52第 3 期张喆等：车辆减速器轨道板外观质量问题分析与改进Analysis and Improvement of Vehicle Retarder Track Slab s Appearance Quality ProblemsZHANG Zhe1，ZHEN Yuyang2，LIU Wenjun3（1.Shenyang Railway Industry Group Corporation Limited，Shenyang Liaoning 110000，China；2.Signal and Communication Research Institute，China Academy of Railway Sciences Corporation Limited，Beijing 100081，China；3.Wuhan Electricity Services Department，China Railway Wuhan Group Corporation Limited，Wuhan Hubei 430000，China）Abstract：Through on-site investigation,it was known that the hump vehicle retarder track slabs had appearance quality problems such as corner damage,surface voids and pits and fine cracks.The causes of the problems above were anylyzed,and the main factors affecting the appearance quality of the track slab were the water-binder ratio,vibration power,release agent and curing process.Through the comparison tests,the relationship between these factors and the appearance quality of track slab was verified.The test results show that adjusting the water-binder ratio to 0.3 can both control the fluidity of raw materials and the compressive strength of finished products;Increasing vibration power and selecting suitable release agent are beneficial to reduce surface porosity ratio;The combined curing process of steam curing,immersion and spraying is conducive to reducing fine cracks on the surface.Combined with the comparative tests results,the appropriate water-binder ratio,vibration power,release agent and curing process were determined,and in the actual production process,the corner damage of the track slab has been effectively controlled,the surface porosity ratio has been reduced by about 5%,the shrinkage rate has been reduced by about 20%,the surface voids and pits and fine cracks of the track slab have been effectively reduced.In summary,the appearance quality of the track slab has been improved.Keywords：vehicle retarder track slab;appearance quality;water-binder ratio;shrinkage rate of concrete(责任编辑 问素彦)53