肯尼亞蒙內(nèi)鐵路軌枕生產(chǎn)蒸汽養(yǎng)護技術(shù)研究

徐兵衛(wèi)，張俊存

（中交二公局鐵路工程有限公司，陜西西安710065）

肯尼亞蒙內(nèi)鐵路軌枕生產(chǎn)蒸汽養(yǎng)護技術(shù)研究

徐兵衛(wèi)，張俊存

（中交二公局鐵路工程有限公司，陜西西安710065）

混凝土軌枕流水機組法生產(chǎn)過程中，蒸汽養(yǎng)護工序是保證軌枕出廠質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)分析混凝土軌枕蒸汽養(yǎng)護原理的基礎(chǔ)上，對肯尼亞蒙內(nèi)鐵路軌枕生產(chǎn)中蒸汽養(yǎng)護的技術(shù)要求、施工流程、總體布置、養(yǎng)護方案以及耗熱量計算進行了詳細(xì)論述，同時根據(jù)生產(chǎn)實際需要，制枕廠控制系統(tǒng)采用自動溫控蒸養(yǎng)系統(tǒng)，各個控制單元相互關(guān)聯(lián)，采用模塊化的設(shè)計理念，提高系統(tǒng)的易用性和可靠性。實踐證明，合理的蒸養(yǎng)工藝和蒸養(yǎng)方法可有效提升軌枕生產(chǎn)質(zhì)量，使軌枕養(yǎng)護既符合規(guī)范要求，又能很好的滿足軌枕生產(chǎn)線對蒸養(yǎng)工序的流水節(jié)拍要求。

軌枕生產(chǎn)；蒸汽養(yǎng)護；自動溫控系統(tǒng)

肯尼亞蒙內(nèi)鐵路正線全長471.65 km，站線136.258 km，港區(qū)聯(lián)絡(luò)線7.25 km；全線采用中華人民共和國國鐵Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距，E－mali制枕廠承擔(dān)了DK254+000至DK468+638.41共214.638 km范圍內(nèi)48萬根預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕的預(yù)制施工任務(wù)?；炷淋壵砩a(chǎn)中的養(yǎng)護環(huán)節(jié)是軌枕生產(chǎn)中非常關(guān)鍵的一環(huán)，由于Emali制枕廠地處熱帶草原氣候和熱帶季風(fēng)區(qū)，天氣濕熱，溫度較高，因此對肯尼亞蒙內(nèi)鐵路軌枕生產(chǎn)蒸汽養(yǎng)護技術(shù)進行系統(tǒng)研究，改善養(yǎng)護工藝，不僅進一步提高了軌枕的產(chǎn)品質(zhì)量，還能有效提升軌枕預(yù)制的產(chǎn)出效率。

混凝土軌枕的蒸汽養(yǎng)護是保證軌枕質(zhì)量的重要因素，對入模的軌枕進行蒸汽養(yǎng)護可以大幅提高軌枕的脫模強度，縮短制造周期，提高生產(chǎn)效率[1]。合理的養(yǎng)護方法和養(yǎng)護工藝能夠加強軌枕的靜載抗裂強度和耐久性能，同時，有效減少混凝土軌枕在蒸養(yǎng)過程中的結(jié)構(gòu)破壞，保護混凝土成品的外觀，也為施工單位在海外鐵路建設(shè)中取得良好的經(jīng)濟和社會效益打下基礎(chǔ)。

1 混凝土軌枕蒸汽養(yǎng)護原理

混凝土軌枕蒸汽養(yǎng)護的原理是讓澆筑成型的軌枕在濕熱環(huán)境的作用下，促使軌枕內(nèi)部的混凝土發(fā)生一系列的理化作用，加快獲得內(nèi)部結(jié)構(gòu)早強快硬的效果。蒸汽是一種較好的加熱載體，冷凝的情況下可以釋放較大的熱量，具有一定的放熱系數(shù)，熱量的受體表面均勻，蒸汽既可以加熱升溫，使得混凝土在相對高溫的情況下硬化，也可以提供合適的水分，使得軌枕混凝土不會因蒸發(fā)過量出現(xiàn)脫水現(xiàn)象。

對混凝土的水化速度有重要影響的是蒸汽溫度，水化速度的變化與蒸汽溫度的變化呈正向關(guān)系。蒸汽養(yǎng)護涉及到的控制因數(shù)包括升溫時間和升溫速度，恒溫時間和恒溫溫度，降溫時間和降溫速度。當(dāng)混凝土軌枕的外形尺寸、原材料特征、混凝土配合比以及其他的工藝條件一定時，蒸汽養(yǎng)護工藝是決定混凝土軌枕的靜載抗裂強度和耐久性能的關(guān)鍵所在，軌枕蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)的控制模式是在養(yǎng)護窯內(nèi)形成有規(guī)律的溫度梯度場，需養(yǎng)護的軌枕制品在流水生產(chǎn)中，需要通過靜養(yǎng)空間、升溫空間、恒溫空間和降溫空間才能完成全部的蒸養(yǎng)過程。

2 混凝土軌枕蒸汽養(yǎng)護工藝

2.1 軌枕蒸汽養(yǎng)護技術(shù)要求

混凝土軌枕的養(yǎng)護工程主要分為蒸汽養(yǎng)護工程和濕養(yǎng)工序。軌枕養(yǎng)護期間，需重點關(guān)注混凝土的濕度和溫度控制，盡量減少表面混凝土的暴露時間[2]。蒙內(nèi)鐵路沿線年均氣溫為18～30℃，平均最高氣溫是24～36℃，平均最低氣溫大約是12～24℃；年平均降水量300～1 400 mm，年均蒸發(fā)量為1 450～2 400 mm，氣候相對惡劣，因此需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，在制枕蒸養(yǎng)作業(yè)中靜停階段、升溫階段、恒溫階段以及降溫階段均應(yīng)處于合適的溫度。

（1）靜停時間應(yīng)不少于3 h，升溫速度不應(yīng)大于15℃/h，制枕蒸養(yǎng)作業(yè)中全過程不超過55℃，設(shè)定合適的停汽降溫時間，降溫速度不應(yīng)大于15℃/h，出窯時的軌枕制品表面溫度與環(huán)境溫差不應(yīng)大于15℃.

（2）在升溫期，保證溫度均勻上升，升溫速度岔枕不大于2.5℃/10 min，II型軌枕不大于15℃/h，養(yǎng)護期間隨時觀察溫度上升情況，調(diào)節(jié)進汽閥門。當(dāng)氣溫高于15℃時，軌枕脫模后按照TB10210-2001的規(guī)定保濕養(yǎng)護3天。

（3）出窯前保證窯內(nèi)軌枕表面溫度與室內(nèi)環(huán)境溫差不大于15℃.養(yǎng)護過程中，隨時觀察蒸汽壓力情況，當(dāng)蒸汽壓力不足0.2 MPa或不能保證正常養(yǎng)護時，及時通知鍋爐房，并做好記錄。

（4）環(huán)境最低氣溫大于等于15℃時，對入庫軌枕從當(dāng)天起開始連續(xù)保濕三天。每天保證澆水次數(shù)不少于3次，每根軌枕的頂面、底面及側(cè)面均應(yīng)澆勻、澆透。

2.2 軌枕蒸汽養(yǎng)護方案

目前混凝土軌枕常見的蒸汽養(yǎng)護生產(chǎn)工藝分為窯式養(yǎng)護和通道式養(yǎng)護兩種，窯式養(yǎng)護中每個窯為獨立的養(yǎng)護空間單元，相互之間互不干擾，可以精確的控制溫度曲線；通道式養(yǎng)護只需將澆筑完成的軌枕碼放至輸送輥輪線上，由頂推裝置送入養(yǎng)護通道。考慮當(dāng)?shù)貙嶋H的氣候條件，從實際的養(yǎng)護效果和成本投資來看，窯式養(yǎng)護工藝可大大降低軌枕生產(chǎn)的耗能量，因此肯尼亞蒙內(nèi)鐵路軌枕廠選擇窯式養(yǎng)護工藝。

2.2.1 蒸汽養(yǎng)護施工流程

軌枕蒸汽養(yǎng)護選定在養(yǎng)護窯內(nèi)進行，在養(yǎng)護窯內(nèi)靜停足夠時間后，通過給養(yǎng)護窯內(nèi)輸入蒸汽進行升溫養(yǎng)護，考慮通風(fēng)與霧化噴水兩種方式進行降溫。軌枕蒸汽養(yǎng)護的施工程序可簡要概述為：軌枕入窯→靜停→升溫→恒溫→降溫→出窯→脫?！鸀⑺B(yǎng)護。

2.2.2 養(yǎng)護窯的總體布置

養(yǎng)護窯應(yīng)具備較好的保溫、防潮和防漏汽的特點，結(jié)構(gòu)強度應(yīng)能抵抗起吊軌枕模具對養(yǎng)護窯坑壁的碰撞作用力。養(yǎng)護窯斷面尺寸根據(jù)軌枕模具尺寸及其碼放方式確定，蒙內(nèi)鐵路EMALI軌枕廠養(yǎng)護窯設(shè)計個數(shù)為8個，每個養(yǎng)護窯可堆放三排模具，每排設(shè)計9層模具，養(yǎng)護窯凈空長15.6 m、寬2.5 m、高4.2 m，養(yǎng)護窯在地面以上的高度為1.2 m，深入地下的深度為3 m.其整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 養(yǎng)護窯整體結(jié)構(gòu)圖

養(yǎng)護窯整體屬于深度較大的半地下式結(jié)構(gòu)，其模具吊裝及封蓋開合需要配置帶自動吊架的橋式天車，養(yǎng)護窯沿縱向方向側(cè)壁上設(shè)置兩根鋼軌，以防止橋式天車起吊軌枕模具時，碰撞養(yǎng)護窯噴淋管道和蒸汽管道，同時還能對起吊模具的自動吊架有導(dǎo)向作用。

2.2.3 蒸汽養(yǎng)護整體方案

軌枕廠蒸汽養(yǎng)護方案是建立在流水機組法混凝土軌枕生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，開發(fā)的整套蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)，養(yǎng)護窯的位置在空間上位于流水生產(chǎn)線的中間，在物理結(jié)構(gòu)上將其分為靜養(yǎng)空間、升溫空間、恒溫空間和降溫空間[3]，在每個養(yǎng)護窯周圍墻壁的中間位置分別安裝溫度傳感器，測量各個位置的溫度，取其平均值作為所在養(yǎng)護窯內(nèi)的平均溫度。

軌枕養(yǎng)護期間，首先置于自然環(huán)境溫度下的靜養(yǎng)空間，考慮肯尼亞蒙內(nèi)鐵路沿線實際氣候，軌枕停留時間2~3 h；進入升溫空間后，將軌枕每隔0.5 h移動一次，根據(jù)養(yǎng)護窯尺寸設(shè)定移動次數(shù)，逐步升高溫度，需要保證的是升溫空間的最大溫度與恒溫空間的溫差小于5℃；軌枕處于平穩(wěn)的恒溫空間時，其蒸汽養(yǎng)護溫度設(shè)定在55±5℃，在恒溫空間停留時間為6 h；處于降溫空間的軌枕需要進行相反方向的移動，同樣將軌枕每隔0.5 h移動一次，逐步降低溫度，軌枕出養(yǎng)護窯時的表層溫度與窯外溫度相差在合理的范圍。

混凝土軌枕成型及清邊工序完成后，即進入軌枕蒸汽養(yǎng)護的四個空間，其經(jīng)歷的溫度變化曲線如下圖2所示。

圖2 軌枕在養(yǎng)護窯經(jīng)歷的溫度變化曲線

混凝土軌枕蒸汽養(yǎng)護采用自動溫控系統(tǒng)控制蒸汽的溫度和濕度，自動溫控蒸養(yǎng)系統(tǒng)主要包括工業(yè)級控制計算機、溫度采集箱、降溫操控臺、電動調(diào)節(jié)閥門組、排風(fēng)扇組件、噴水系統(tǒng)及蒸汽養(yǎng)護專用控制軟件等。系統(tǒng)以溫調(diào)器作為控制中心，可同時對EMALI制枕廠的8個蒸汽養(yǎng)護窯進行全過程的自動控制。各個養(yǎng)護窯的控制都是獨立的，生產(chǎn)過程中允許該8個蒸養(yǎng)窯處于不同的蒸養(yǎng)階段。蒸養(yǎng)過程的操作方式有兩種，一種是通過控制面板直接進行現(xiàn)場操作，另一種在遠(yuǎn)控室的計算機上控制各個養(yǎng)護窯的溫度。對于恒溫階段的溫度控制、靜停時間的時長控制可根據(jù)具體養(yǎng)護操作規(guī)范進行設(shè)定，每個養(yǎng)護窯的設(shè)置參數(shù)可以不同，從而適應(yīng)不同軌枕種類的需要。由于對各養(yǎng)護窯的控制相互獨立，某一個養(yǎng)護窯的硬件發(fā)生故障，不會影響其它養(yǎng)護窯的正常施工，大大提高自動溫控蒸養(yǎng)系統(tǒng)的可靠性。

2.3 軌枕蒸汽養(yǎng)護耗熱量計算

軌枕蒸汽養(yǎng)護的耗熱量計算主要考慮升溫空間、恒溫空間和降溫空間的熱量損耗，靜養(yǎng)空間的實質(zhì)在于提高水泥在升溫工序之前的水化程度，使得混凝土具備一定的初始結(jié)構(gòu)強度，軌枕的靜停環(huán)境溫度一般在5~35℃之間，根據(jù)肯尼亞蒙內(nèi)鐵路沿線的溫度條件，不必考慮靜養(yǎng)空間的熱量損耗，對耗熱量進行計算的目的是最終確定蒸汽鍋爐的承受負(fù)荷，需要考慮的熱量損耗因素包括：

（1）升溫空間的熱量損耗：①模具及附屬鋼結(jié)構(gòu)所消耗的能量E1；②加熱軌枕制品所消耗的能量E2；③養(yǎng)護窯圍護結(jié)構(gòu)、門窗、管道等所消耗的能量E3；④充滿養(yǎng)護窯空間的空間所消耗的能量E4；⑤混凝土的水化熱E5.可知升溫空間的承受負(fù)荷E=E1+E2+E3+E4-E5.

（2）恒溫空間的熱量損耗：恒溫空間的熱量損耗主要由養(yǎng)護窯圍護結(jié)構(gòu)所消耗的能力和門窗管道蒸汽損耗的能量兩部分組成。

（3）降溫空間的熱量損耗：降溫空間的熱量損耗通常按照恒溫空間熱量損耗的百分比來計算。

3 混凝土軌枕蒸汽養(yǎng)護控制系統(tǒng)

自動溫控蒸養(yǎng)系統(tǒng)可自行測量軌枕蒸汽養(yǎng)護時的溫度數(shù)據(jù)以及環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，進行內(nèi)部分析處理后得到相應(yīng)的溫度曲線分布圖，通過控制蒸汽溫度可以準(zhǔn)確的控制混凝土軌枕的蒸養(yǎng)溫度。通常情況下，蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)采用性價比較高的電磁閥組操控，但是電磁閥組中的閥芯容易受濕熱的水汽的影響而大大影響其使用性能，為此，肯尼亞蒙內(nèi)鐵路EMALI軌枕廠蒸汽養(yǎng)護控制系統(tǒng)采用高溫電動調(diào)節(jié)閥，同時引入串行通信的現(xiàn)場總線技術(shù)，使各個控制單元相互關(guān)聯(lián)，降低在蒸養(yǎng)窯內(nèi)的線路布置工作量，同時增強溫控系統(tǒng)抵御外界干涉的能力。

3.1 軌枕蒸汽養(yǎng)護硬件系統(tǒng)

混凝土軌枕蒸汽養(yǎng)護控制系統(tǒng)由升溫空間控制、恒溫空間控制和降溫空間控制組成，溫度采集采用pt100和溫度巡回檢測儀作為一次儀表和二次儀表，溫度巡回檢測儀可以對輸入溫度、直流電壓等模擬信號，在規(guī)定的時間間隔進行數(shù)據(jù)記錄，可設(shè)置高溫報警、超溫報警或低溫報警等。通過數(shù)據(jù)總線將工控機和溫度巡回檢測儀連接，從而實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集、存儲及各閥門操作命令的發(fā)送，COM1接收溫度采集，COM2連接閥門控制，COM1接收電動閥門的位置反饋，其硬件系統(tǒng)的組成如圖3所示。

圖3 蒸汽養(yǎng)護硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 蒸汽養(yǎng)護溫度控制操作

控制電動閥門的參數(shù)包括調(diào)節(jié)周期、開閥節(jié)點、關(guān)閥節(jié)點、控制正帶寬、控制負(fù)帶寬等。一個調(diào)節(jié)周期內(nèi)，根據(jù)實際工況如果需要加大蒸汽量，則控制閥門正轉(zhuǎn)，同理，如果需要減小蒸汽量，則控制閥門反轉(zhuǎn)。控溫動作最終將養(yǎng)護窯內(nèi)的溫度合理的保持在設(shè)計值范圍內(nèi)。軌枕養(yǎng)護處于恒溫階段時，如果養(yǎng)護窯溫度超出溫度設(shè)計值一定范圍，則需要操作人員采取相應(yīng)的步驟控制養(yǎng)護窯內(nèi)溫度。

當(dāng)養(yǎng)護窯內(nèi)的模具到位后，蓋好窯蓋，此時向計算機發(fā)出開啟指令，即按下養(yǎng)護窯內(nèi)的控溫按鈕，開始按照程序要求進行靜停階段（靜停溫度維持在3 ~35℃），持續(xù)時間根據(jù)現(xiàn)場的氣候狀況略有差異，一般持續(xù)時間不低于3 h，蒸汽控制系統(tǒng)自行開啟蒸汽養(yǎng)護模式，輸送蒸汽，升溫速度不大于15℃/h，蒸汽養(yǎng)護溫度不超過55℃，升溫期間，溫度需保證均勻上升，直至溫度達到恒溫養(yǎng)護要求，恒溫養(yǎng)護階段由計算機實時對溫度進行控制，過程中隨時隨時觀察蒸汽壓力情況。當(dāng)恒溫階段持續(xù)至8 h后，計算機自行關(guān)閉閥門，開始進行降溫養(yǎng)護，降溫方式采用通風(fēng)加噴水的方式，養(yǎng)護窯一側(cè)進入具有一定環(huán)境溫度的風(fēng)和霧狀水，另一側(cè)開啟抽風(fēng)，當(dāng)相對低溫的空氣從養(yǎng)護窯中間穿過，期間帶走部分熱量并保持降溫速度低于15℃/h，這種補充水霧的降溫方式兼具保濕和降溫的特點，比國內(nèi)同行業(yè)廠家僅采用噴水的方法，具備更優(yōu)的降溫效果，混凝土軌枕出養(yǎng)護窯時，其表面溫度與環(huán)境溫差始終處于15℃以下。

4 結(jié)語

肯尼亞蒙內(nèi)鐵路EMALI軌枕廠對軌枕蒸汽養(yǎng)護的靜?？臻g、升溫空間、恒溫空間、降溫空間等階段，嚴(yán)格按照軌枕生產(chǎn)蒸汽養(yǎng)護溫度曲線進行控制，生產(chǎn)中恪守蒸汽養(yǎng)護原理，嚴(yán)格按照蒸汽養(yǎng)護工藝，對蒸汽量、耗熱量進行細(xì)致計算，不僅滿足了軌枕廠生產(chǎn)的需要，同時大大降低了投資成本，軌枕蒸汽養(yǎng)護控制系統(tǒng)中的傳感器組在滿足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠的同時，也達到了對溫度梯度場的測量與控制，整個蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計理念，使得某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時能夠快速鎖定，并隨時進行檢修。作為軌枕生產(chǎn)中的關(guān)鍵一環(huán)，蒸汽養(yǎng)護工藝需要繼續(xù)總結(jié)相關(guān)項目的軌枕生產(chǎn)經(jīng)驗，優(yōu)化工藝流程，為今后海外標(biāo)軌鐵路項目的制枕廠蒸汽養(yǎng)護環(huán)節(jié)提供參考。

[1]許子龍.軌枕養(yǎng)護控制系統(tǒng)的研制[J].鐵道建筑，2013，222（06）：164.

[2]姜浩，董軍，劉昊蘇，等.京石客運專線預(yù)制箱梁梁體混凝土測溫與養(yǎng)護關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012，359（04）：55-56.

[3]李雪蓮.雙塊式軌枕養(yǎng)護技術(shù)研究[J].科技信息，2014，1092（12）：123-124.

Kenya Mongolian Railway Sleeper Production Steam Curing Technology Research

XU Bing-wei，ZHANG Jun-cun
（China Railway Two Public Transport Railway Engineering Co.，Ltd.，Xi’an Shaanxi 710065，China）

The production process of water in concrete sleeper unit，the steam curing process is the key link to ensure the quality of the sleeper.Based on systematic analysis of the concrete sleeper steam curing on the principle of kenya mongolia requirements，railway sleeper production of steam curing technology construction process，general layout，maintenance plan and heating load calculation are discussed in detail.At the same time，according to the actual production needs for pillow factory control system with automatic temperature control of steam curing system，various control units are interconnected，the modular design concept，to improve the usability and reliability of the system.Practice has proved that reasonable steam curing process and curing method can effectively improve the production quality of the sleeper，sleeper maintenance can meet the standard requirements，and can be very good to meet the sleeper production line for steam curing process waterbeat requirements.

sleeper production；steam curing automatic；temperature control system

U213.3

A

1672-545X（2017）06-0094-04

2017-03-23

徐兵衛(wèi)（1986-），男，陜西西安人，工程師，本科，研究方向：鐵路施工；張俊存（1986-），男，安徽廬江人，工程師，本科，研究方向：鐵路施工。