CRTSⅠ型軌道板張拉與水養(yǎng)順序問(wèn)題的探討

趙國(guó)堂，李昌寧，鐘海江

(1.京滬高速鐵路股份有限公司，北京 100038;2.中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安 710054)

CRTSⅠ型軌道板采用后張法預(yù)制。軌道板脫模時(shí)的混凝土應(yīng)達(dá)到40 MPa以上。脫模后，應(yīng)在水中養(yǎng)生3 d以上，養(yǎng)生的水溫不應(yīng)低于5℃;混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%，方可施加預(yù)應(yīng)力。軌道板原設(shè)計(jì)要求脫模后，先進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)再進(jìn)行張拉、封錨;新的設(shè)計(jì)要求是先張拉、封錨，后進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)。發(fā)生這種改變的原因之一是軌道板未張拉封錨前放入水中養(yǎng)護(hù)，水會(huì)滲入到預(yù)應(yīng)力孔道中，引起預(yù)應(yīng)力鋼筋的銹蝕。由于這種改變對(duì)生產(chǎn)流程產(chǎn)生一定的影響，論文對(duì)先水養(yǎng)、后張拉和先張拉、后水養(yǎng)問(wèn)題進(jìn)行了分析并開(kāi)展了試驗(yàn)研究。

1 張拉與養(yǎng)生順序的影響

CRTSⅠ型軌道板生產(chǎn)流程如圖1所示，模具內(nèi)混凝土澆筑成型后需要進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)。蒸汽養(yǎng)護(hù)分為靜置、升溫、恒溫和降溫4個(gè)階段?；炷翝仓笤?℃～30℃的環(huán)境中靜置3 h以上方可升溫，升溫和降溫速度不大于15℃/h;恒溫時(shí)溫度不宜超過(guò)45℃，混凝土芯部溫度不應(yīng)超過(guò)55℃(在混凝土內(nèi)埋設(shè)的溫度測(cè)試器數(shù)據(jù)顯示混凝土芯部溫度一般比蒸汽最高溫度高8℃ ～10℃)，最高溫度持續(xù)時(shí)間控制在6 h以內(nèi);脫模時(shí)，軌道板表面與環(huán)境溫差不應(yīng)大于15℃，脫模要在同條件養(yǎng)護(hù)試塊抗壓強(qiáng)度達(dá)到40 MPa后進(jìn)行，一般情況下脫模時(shí)間約為混凝土澆筑后13～15 h。

圖1 軌道板生產(chǎn)流程

混凝土強(qiáng)度和彈性模量達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%時(shí)，方可施加預(yù)應(yīng)力。張拉順序如圖2所示。張拉時(shí)間需要1.5 h，封錨需要1.0 h，砂漿初凝需要3.0 h。

圖2 軌道板張拉順序

可以看出，采用先張拉、后水養(yǎng)順序會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題，一是如果脫模時(shí)混凝土強(qiáng)度為40 MPa，CRTSⅠ型預(yù)應(yīng)力軌道板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，張拉時(shí)強(qiáng)度應(yīng)不低于48 MPa，即脫模時(shí)強(qiáng)度達(dá)不到48 MPa，還需要在模具外進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這在實(shí)際生產(chǎn)中是無(wú)法操作的，而且影響生產(chǎn)效率，因此，在CRTSⅠ 型軌道板生產(chǎn)中，需要采用特殊的摻合料，這種摻合料一般以硅灰或研磨更細(xì)的礦渣粉為主要成分，早期水化很快，以提高早期強(qiáng)度，混凝土收縮較大[1]，摻合料價(jià)格在2 000元/t左右，比普通的礦粉和粉煤灰要高6倍以上，從而增加了軌道板生產(chǎn)成本。二是軌道板從張拉到入水前需要5.5 h，而軌道板脫模后混凝土還處于水化活躍期，強(qiáng)度還在增長(zhǎng)，張拉時(shí)沒(méi)有任何覆蓋養(yǎng)護(hù)，水分散失過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致混凝土收縮，嚴(yán)重者將產(chǎn)生裂紋和內(nèi)部傷損[2]，影響軌道板使用壽命。

如果采取先水養(yǎng)、后張拉的順序，即軌道板脫模后，直接放入水中養(yǎng)護(hù)，能及時(shí)保證混凝土養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度提高更快。水養(yǎng)3 d后，混凝土強(qiáng)度一般能達(dá)到53～60 MPa以上，此時(shí)施加預(yù)應(yīng)力對(duì)混凝土質(zhì)量沒(méi)有任何影響。

從上面分析可知，采用先水養(yǎng)、后張拉安排生產(chǎn)較順暢，混凝土質(zhì)量容易保證，采用普通摻合料能夠生產(chǎn)，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。存有質(zhì)疑的是進(jìn)行水養(yǎng)如果水滲到預(yù)應(yīng)力孔道，會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生影響。

2 滲水試驗(yàn)

CRTSⅠ型軌道板養(yǎng)生方式如圖3所示，即將軌道板立放在溫度不低于5℃的水中養(yǎng)護(hù)。

圖3 軌道板水中養(yǎng)生方式

試驗(yàn)按先水養(yǎng)、后張拉和先張拉、后水養(yǎng)兩種方式進(jìn)行。

選一塊未張拉過(guò)的CRTSⅠ 型軌道板立放，將抗?jié)B儀安裝在軌道板頂面的一個(gè)橫向錨穴孔上(跟軌道板在水養(yǎng)池中立放水養(yǎng)時(shí)頂部錨穴孔形成一致水壓狀態(tài))，抗?jié)B儀底部基座四周用基灌漿料密封嚴(yán)實(shí)，確保不滲水;待基灌漿料凝固后，將抗?jié)B儀上的量筒裝滿水(100 mL);用保鮮膜將量筒頂口封住，防止水分蒸發(fā);保鮮膜開(kāi)一小口，提供大氣壓;靜置觀察24 h后，水位變化<2 mL(圖4)。說(shuō)明張拉前浸入水中時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼棒的密封效果沒(méi)有受到任何影響。

圖4 未張拉軌道板灌水試驗(yàn)

由于CRTSⅠ型軌道板張拉用的無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒采用護(hù)套包裹，護(hù)套材料為擠塑型高密度聚乙烯樹(shù)脂，預(yù)應(yīng)力鋼棒與護(hù)套間涂敷防腐潤(rùn)滑脂。試驗(yàn)表明，軌道板內(nèi)的無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒護(hù)套有一定的彈性，與混凝土接觸面之間能形成很好的密封效果，浸入水中時(shí)防滲性能好。

同樣選一塊已張拉過(guò)的CRTSⅠ型軌道板立放，將抗?jié)B儀安裝在軌道板頂面的一個(gè)橫向錨穴孔上，抗?jié)B儀底部基座四周用基灌漿料密封嚴(yán)實(shí)，確保不滲水;待基灌漿料凝固后，將抗?jié)B儀上的量筒裝滿水(100 mL);用保鮮膜將量筒頂口封住，防止水分蒸發(fā);保鮮膜開(kāi)一小口，提供大氣壓;靜置觀察24 h后，水位變化>35 mL(圖5)。

圖5 已張拉軌道板灌水試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，張拉使護(hù)套與混凝土之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，若因黏結(jié)力或摩擦阻力過(guò)大而破壞護(hù)套時(shí)，即使封錨效果很好，入水養(yǎng)生時(shí)水可以浸入鋼棒與混凝土間的縫隙內(nèi)(包括附壁效應(yīng)和氣體置換作用)，護(hù)套有破損時(shí)水會(huì)滲透至鋼筋表層，從而更容易引起鋼筋本身銹蝕。

另外，由于無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒采用護(hù)套包裹以保護(hù)其不受腐蝕，鋼棒與護(hù)套之間涂敷的防腐潤(rùn)滑脂，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)周圍材料無(wú)侵蝕作用，能阻水防潮抗腐蝕，因此，即使預(yù)應(yīng)力鋼棒侵入水中3 d以上，鋼棒不會(huì)生銹(圖6)。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析和試驗(yàn)，得到以下結(jié)論:

1)采用先張拉、后水養(yǎng)生產(chǎn)流程，需要在混凝土強(qiáng)度達(dá)到48 MPa時(shí)才能脫模，由于張拉、封錨時(shí)間達(dá)到5.5 h，脫模后的混凝土得不到及時(shí)養(yǎng)護(hù)，容易導(dǎo)致混凝土收縮，出現(xiàn)裂紋。同時(shí)，由于先張拉導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼棒與護(hù)套間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，容易導(dǎo)致護(hù)套破損，水養(yǎng)時(shí)水會(huì)滲入孔道內(nèi)，引起鋼棒本身銹蝕。

圖6 無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒水中浸泡3 d無(wú)銹蝕痕跡

2)采用先水養(yǎng)、后張拉的施工順序，脫模強(qiáng)度達(dá)到40 MPa即可，及時(shí)放入水中養(yǎng)護(hù)后，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，水養(yǎng)3 d后接近設(shè)計(jì)強(qiáng)度，張拉時(shí)對(duì)混凝土質(zhì)量沒(méi)有任何影響。同時(shí)，無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼棒在沒(méi)有張拉之前，其與混凝土之間的原始狀態(tài)未被破壞，水很難滲入預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)，軌道板在水中養(yǎng)生3 d不會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼棒產(chǎn)生任何影響，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力鋼棒沒(méi)有出現(xiàn)腐蝕生銹的情況。

3)由于先水養(yǎng)、后張拉有利于保證混凝土質(zhì)量，又沒(méi)有水滲入銹蝕預(yù)應(yīng)力鋼棒的隱患，還為采用普通摻合料、降低成本提供了條件，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，建議在CRTSⅠ型軌道板生產(chǎn)中予以采用。

[1] Mario Collepardi著.劉數(shù)華，冷發(fā)光，李麗華，譯.混凝土新技術(shù)［M］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2008.

[2] 趙國(guó)堂，習(xí)仲偉，馬春生，等.CRTSⅡ型軌道板生產(chǎn)線研究階段研究報(bào)告［R］.北京:京滬高速鐵路股份有限公司，2009.