关于混凝土枕蒸汽养护工艺的探讨

摘 要：本文结合中铁株桥兰州分公司综合生产线为实例，对蒸汽养护原理、蒸汽养护规定、养护设备配备，以及蒸汽养护四阶段进行了探讨，确定最佳的蒸汽养护方案，从而达到提升轨枕质量，提升企业效益的目的。

关键词：混凝土枕；蒸汽养护；芯部温度

1 前言

在我国，混凝土枕养护主要分为蒸汽养护和自然养护。为了与生产线产能相匹配，缩短生产周期，提高轨枕的生产效率，国内大部分轨枕生产企业采取蒸汽养护。蒸汽养护它不仅仅影响着轨枕生产效率，它还对轨枕强度的形成、裂纹的产生均有着较大的影响，因此本文对轨枕蒸汽养护工艺进行了探讨和研究。

2 蒸汽养护原理

影响混凝土强度的因素很多，主要影响因素有水泥强度、水灰比和骨料质量。混凝土的强度主要来自水泥石与骨料之间的粘结强度。水泥与水发生水化反应产生水泥石，在水泥与水发生水化反应的过程中，混凝土的强度逐渐形成。水泥的水化速度与温度有关，温度越高，水化反应速度越快，混凝土的强度形成越快，故采用蒸汽养护能够提高生产效率。

3 轨枕蒸汽养护标准规定

根据TB/T 2190—2013的规定，轨枕采用蒸汽养护时，应使用自动养护设备，监测养护全过程。在温度5℃～35℃的环境中静停时间不小于3h；混凝土升温速度不大于15℃/h，降温速度不大于15℃/h；养护结束时轨枕表面与外部环境温差不大于15℃。

枕芯混凝土温度满足下表要求：

[水泥中SO3含量（%） 枕芯允许最高温度（℃） <2 60 2≤SO3≤3 线性插值求得 3 55 ]

4 养护系统要求

为满足标准规范要求，严格控制养护各阶段的温度，应采用自动养护系统。该系统应该具备以下几点功能：

（1）应具有编辑功能，能够设置养护相关参数；

（2）能够自动采集、自动控制温度，并储存温度数据；

（3）配备引风、喷水系统，实现养护池内温度的降低；

（4）能够检测轨枕芯部温度。

以株桥兰州分公司综合车间养护系统为例。株桥兰州分公司使用的是由株洲科星电子有限公司开发的KXW-H型轨枕蒸汽养护温度控制系统。系统组成：

（1）KXW-H型轨枕蒸汽养护温度控制主机一台

（2）轨枕蒸养专用控制软件

（3）变频控制柜（含变频器）

（4）混凝土蒸养操作台

（5）引风系统和喷水系统

（6）电动蒸汽阀和蒸汽给汽系统

温度控制主机和蒸养专用控制软件是整个蒸养系统的大脑和控制中心，将采集的实时温度数据与设定的温度参数进行对比，判断温度是否处在设定范围内，并通过启闭给汽系统、引风系统和喷水系统实现对温度的控制。

为保证采集数据的准确性，需充分考虑温度探头布置的位置、数量，以及定期对养护系统进行标定。

5 轨枕蒸汽养护

按照要求，可以将轨枕蒸汽养护分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。

5.1 静停阶段

混凝土成型后至蒸汽养护前，需要有一段静停放置时间。轨枕静停的主要作用在于提高混凝土在蒸汽养护之前的水化程度，使混凝土达到必要的初始结构强度，以减少混凝土因升温过快造成内部结构的破坏。理论上，混凝土轨枕升温养护前的初始强度越大，轨枕内部的损伤就越小。

因此标准规范要求，混凝土枕在温度5℃～35℃的环境中静停养护时间不少于3h。

为保证静停时养护温度满足5℃～35℃要求，現常采用的措施：当养护系统检测到养护池温度低于5℃时，系统将发出指令，蒸汽管道上的电磁阀将打开，给养护池适当的供应蒸汽，确保静停温度不低于5℃；养护系统检测到池温高于35℃时，系统将指令通风、引风装置启动，同时启动喷水装置。通风、引风装置增加空气的流动，通过空气流动带走养护池内的热量。喷水装置即可以降低养护池内的温度，又可以增加养护池内的湿度，弥补了因养护池通风造成的湿度降低，可以减少混凝土的干缩裂纹。

为保证轨枕生产质量，同时顾及生产效率，轨枕生产厂家通常将静停时间设置为3～4小时，静停温度设置在10℃～30℃之间。

5.2 升温阶段

轨枕养护温度由初始静停温度上升到恒温温度的那段时间称之为升温阶段。混凝土结构破坏主要发生在升温阶段，在升温的过程中，混凝土内部水分及气体体积膨胀，使混凝土内粗孔体积增大，甚至产生细微裂缝。

升温速度越快，对混凝土的破坏作用越大。故TB/T 2190—2013《混凝土枕》中规定，升温速度不大于15℃/h。

株桥兰州分公司采用控制升温时间的方式来控制升温速率。根据恒温温度与静停温度之间的差值，结合升温速率不大于15℃/h来设置升温时间。通常各生产厂将升温时间设置在2h～3h。

5.3 恒温阶段

恒温期是混凝土强度主要的增长期。一般情况下，恒温温度越高，恒温养护时间越长，混凝土枕的脱模强度越高。

5.3.1 恒温温度

恒温温度并非越高越好，由于混凝土中气、水、水泥、砂石等不同材料热膨胀系数不同，而混凝土初期结构强度很低，当养护温度过高时，高温将使气、水大大膨胀，造成混凝土内部缺陷。

标准规范对枕芯的温度进行了要求，但由于枕芯温度不便于控制，轨枕生产厂家通常采用枕芯温度试验，寻找恒温温度与枕芯温度之间的关系，找到两者关系后，通过控制恒温温度的方式来保证枕芯温度。

根据多次枕芯试验可以看出，轨枕芯部温度随着养护温度的节奏升降。升温阶段，因为混凝土为热的不良导体，芯部温度通常低于实时的养护温度。在恒温阶段，因混凝土温度已逐渐上升，轨枕内部水化反应剧烈，产生大量的水化热，芯部温度逐渐超过养护温度，最高高于恒温温度10℃左右。故生产厂家通常将恒温温度设置在45℃左右。

因轨枕芯部温度随季节气温的变化会有所波动，采用通过控制养护温度的方式来控制枕芯温度时，轨枕生产厂家每月须做一次轨枕的芯部温度试验，并根据试验及时调整养护制度。

5.3.2 恒温时间

从提高模具周转率、节约能源的角度来说，恒温养护时间在满足脱模强度的前提下越短越好。经过多次试验，恒温时间通常设置在8h左右。

5.4 降温阶段

由于轨枕恒温养护温度远高于养护池外环境温度，若将模型直接吊出养护池进行脱模，轨枕表面温度骤降，然而轨枕内部温度下降相对较慢，这样将在轨枕表面产生较大的收缩应力，容易导致轨枕龟裂。因此在轨枕脱模前需将轨枕温度缓慢降下来。TB/T 2190—2013规定，养护结束时轨枕表面与外部环境温差不大于15℃，降温速率不大于15℃/h。

降温可采用自然降温、通风与喷水相结合的方式降温。自然降温的方式降温速度慢，严重影响模具周转率及生产效率，适用于模具及养护池较多，生产效率要求不高的情况。目前大多数生产厂家采用通风与喷水相结合的方式降温，降温速度相对自然降温快。

2013年12月14日中铁株桥兰州分公司进行了轨枕芯部温度试验，采用的养护制度为：静停温度20～30℃，静停时间3h，升温时间2h，恒温温度46℃，恒温时间9小时，降温速率14℃/h，养护结束时养护池温度与外部环境温度差14℃。形成的养护温度曲线如下图。

通过试验，以上养护制度能满足标准规范要求。

6 结束语

通过探讨表明，蒸汽养护是轨枕生产过程中一道关键工序，只有我们掌握了蒸汽养护原理，采取合理的措施，并严格按照温控参数进行控制，轨枕质量才能得到有效保障，同时还能提升企业效益。

参考文献：

[1] TB/T 2190—2013.混凝土枕[S].

[2] 肖元平.高速铁路双块式轨枕蒸汽养护工艺探讨[J].应用能源技术，2016（6）：4～6.

作者简介：

张敏洁（1985- ），男，工程师，2008年毕业于湖南科技大学工程力学专业，工学学士。