基于檢測結(jié)果的預(yù)應(yīng)力混凝土軌枕質(zhì)量分析

宋瑞 趙柯 楊全亮 張忠凱 王丹 于兆華

1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081；2.中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司，北京 100081；3.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司科技和信息化部，北京 100844

混凝土軌枕［1］具有節(jié)約木材、使用壽命長、鋪設(shè)軌道質(zhì)量好、維修工作量少、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。在高速鐵路、重載鐵路［2-3］等線路上應(yīng)用時(shí)，其性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)木枕，同時(shí)其產(chǎn)品特性也決定了在某些方面存在質(zhì)量瑕疵的可能?；炷淋壵戆磁浣罘绞椒譃轭A(yù)應(yīng)力混凝土軌枕和非預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土軌枕，按軌道線路形式分為有砟軌道用混凝土軌枕和無砟軌道用混凝土軌枕，按軌道線路上使用部位分為常規(guī)軌枕、橋枕、岔枕［4］、過渡段軌枕、電容枕［1，5］等。軌枕鋪設(shè)在道床上，其作用是：①承受由鋼軌傳來的荷重、橫向力和縱向力，將其均勻地傳布在道床上；②固定兩根鋼軌位置，保證軌距；③固定鋼軌方向，使鋼軌不因受力的作用而產(chǎn)生縱向及橫向位移。軌枕存在質(zhì)量問題會(huì)影響整個(gè)線路的運(yùn)營，更換起來會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力，給線路造成嚴(yán)重影響，因此軌枕產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)鐵路安全十分重要。通過加強(qiáng)各環(huán)節(jié)軌枕的質(zhì)量檢測力度，督促企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于提高線路的使用年限，降低運(yùn)營成本十分必要。本文依據(jù)委托檢測［6-8］、認(rèn)證檢測、監(jiān)督抽查檢測結(jié)果對(duì)軌枕質(zhì)量問題予以分析。

1 委托檢測情況

1.1 生產(chǎn)企業(yè)委托送樣檢測

生產(chǎn)企業(yè)因內(nèi)部質(zhì)量控制、產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新等需要，委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品檢測。通過對(duì)2016—2021 年中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司承擔(dān)的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不合格的檢測項(xiàng)目以靜載抗裂強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度居多，外形尺寸不合格較少。2016—2021年的生產(chǎn)企業(yè)委托送樣檢測廠項(xiàng)、不合格廠項(xiàng)數(shù)量和合格率見表1，各型號(hào)不合格數(shù)量見表2。

表1 生產(chǎn)企業(yè)委托送樣檢測廠項(xiàng)、不合格廠項(xiàng)數(shù)量和合格率

表2 各型號(hào)不合格產(chǎn)品數(shù)量

從表1可見，2018年軌枕檢測合格率僅為91.3%，為6 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最低值，原因不排除與2017 年9 月1 日軌枕生產(chǎn)許可證由國家質(zhì)檢總局審批發(fā)證下放至省級(jí)質(zhì)監(jiān)部門審批發(fā)證有關(guān)。2019 年用戶單位有針對(duì)性地轉(zhuǎn)換了軌枕的質(zhì)量管控要求，從而提升了產(chǎn)品質(zhì)量合格率。從2020年開始，用戶單位將軌枕納入批檢驗(yàn)收管理，進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管控。

從表2 可見，新Ⅱ型軌枕出現(xiàn)不合格的概率較高，由于新Ⅱ型軌枕設(shè)計(jì)富裕量偏小，所以在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼絲位置或軌枕的斷面高度偏差、預(yù)應(yīng)力鋼絲材質(zhì)問題等，均有可能導(dǎo)致軌枕靜載抗裂強(qiáng)度不合格。

1.2 用戶委托抽樣檢測

用戶因內(nèi)部質(zhì)量控制需要，委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品隨機(jī)抽樣檢測，目的是了解庫存產(chǎn)品質(zhì)量總體情況。2018—2021 年，CRCC 完成受用戶委托抽樣檢測的23 廠項(xiàng)，用戶委托抽樣檢測的廠家數(shù)量、不合格廠項(xiàng)數(shù)量和合格率見表3?？梢姡?020 年軌枕合格率較低，僅為33.3%。檢測暴露出來的問題主要是標(biāo)識(shí)遺漏，疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，上排預(yù)應(yīng)力鋼絲距軌頂面距離、各斷面高度和最上與最下兩排預(yù)應(yīng)力鋼絲之間距離不合格。

表3 用戶委托抽樣檢測的廠項(xiàng)、不合格廠項(xiàng)和合格率

1.3 用戶委托按批抽樣檢測

用戶因質(zhì)量驗(yàn)收需要，委托有資質(zhì)的第三方機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品按批次抽樣檢測，目的是了解生產(chǎn)企業(yè)供貨的產(chǎn)品質(zhì)量是否達(dá)到入庫標(biāo)準(zhǔn)要求。2020年和2021年，CRCC共完成軌枕按批抽檢366批次，涉及建設(shè)項(xiàng)目共計(jì)67 個(gè)，生產(chǎn)企業(yè)34 家，常規(guī)軌枕和岔枕不合格率見表4。常規(guī)軌枕疲勞、常規(guī)軌枕靜載和岔枕箍筋數(shù)量的合格率見表5?？芍?，各常見不合格檢測項(xiàng)目的不合格發(fā)現(xiàn)率顯著降低。逐批抽檢驗(yàn)收對(duì)成品質(zhì)量的提高效果顯著。

表4 常規(guī)軌枕和岔枕不合格率

表5 用戶委托按批抽樣檢測的各檢測項(xiàng)目合格率

2 企業(yè)自愿性產(chǎn)品認(rèn)證檢測情況

以認(rèn)證為目的而進(jìn)行的檢測，是由認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)一個(gè)或多個(gè)代表性產(chǎn)品，通過一系列檢測來證明其與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的符合性。2018 至2019 年6 月，CRCC 完成企業(yè)自愿性產(chǎn)品認(rèn)證檢測46 廠項(xiàng)，均未發(fā)現(xiàn)不合格，軌枕認(rèn)證檢測的合格率一直穩(wěn)定在較高的水平，說明各生產(chǎn)廠家完全有能力生產(chǎn)出合格的軌枕。未發(fā)現(xiàn)認(rèn)證檢測不合格，原因不排除樣品是生產(chǎn)企業(yè)為提高檢測合格率而特別生產(chǎn)的小批量產(chǎn)品。但是在檢測過程中存在部分預(yù)應(yīng)力鋼絲位置、保護(hù)層厚度和斷面高度接近于極限偏差的有10 廠次，有3 個(gè)廠次在靜載抗裂強(qiáng)度試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)裂紋，說明仍存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。認(rèn)證檢測發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目和存在風(fēng)險(xiǎn)廠項(xiàng)數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)率見表6。

表6 認(rèn)證檢測發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目及存在風(fēng)險(xiǎn)廠項(xiàng)數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)率

3 政府監(jiān)督抽查結(jié)果通報(bào)情況

產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查是國家產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督部門及地方產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督部門按照產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督計(jì)劃，定期在流通領(lǐng)域抽取樣品進(jìn)行監(jiān)督檢查，了解被抽查企業(yè)及其產(chǎn)品的質(zhì)量狀況，并按期發(fā)布產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查公報(bào)，對(duì)抽查的樣品不合格的企業(yè)采取相應(yīng)處理措施的一種國家監(jiān)督活動(dòng)。

國家鐵路局2019—2020 年公布了11 廠項(xiàng)的軌枕產(chǎn)品監(jiān)督抽查結(jié)果，其中9廠項(xiàng)合格，2廠項(xiàng)不合格，合格率82%，監(jiān)督抽查覆蓋Ⅲc型、ⅢaD 型、Ⅲqc型軌枕和岔枕產(chǎn)品，不合格項(xiàng)目為Ⅲc型、ⅢaD 型軌枕的靜載抗裂強(qiáng)度。

國家市場監(jiān)管總局2019 年公布了19 個(gè)?。▍^(qū)、市）30 家企業(yè)生產(chǎn)的30 批次軌枕產(chǎn)品抽查結(jié)果，其中13 批次產(chǎn)品不合格，合格率為57%。這次專項(xiàng)抽查重點(diǎn)對(duì)軌枕產(chǎn)品的疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、兩承軌槽外側(cè)底腳間距、同一承軌槽底腳間距等4 個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了檢驗(yàn)，不合格項(xiàng)目涉及疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，不合格率見表7。

表7 專項(xiàng)抽查中不合格率

4 軌枕不合格原因分析

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)品認(rèn)證檢測合格率100%，說明生產(chǎn)企業(yè)具備生產(chǎn)合格產(chǎn)品的能力；監(jiān)督抽查和用戶委托抽樣檢測合格率在不同年度有上下波動(dòng)，體現(xiàn)批量生產(chǎn)后產(chǎn)品質(zhì)量存在波動(dòng)；用戶委托按批抽檢合格率逐年提升，說明批檢對(duì)企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量的督促作用明顯；用戶委托送樣檢測合格率在95%上下波動(dòng)，說明企業(yè)在研發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)時(shí)會(huì)開展委托送樣檢測，同時(shí)產(chǎn)品提升過程中可能存在檢測不合格的情況。軌枕產(chǎn)品的監(jiān)督管理制度變化包括從執(zhí)行國家生產(chǎn)許可證管理，到下放到省級(jí)市場監(jiān)督部門審批發(fā)證，再到2019 年取消生產(chǎn)許可證管理；從2018 年開始自愿性產(chǎn)品認(rèn)證檢測到2019 年暫停。目前僅靠政府監(jiān)督抽查及用戶委托隨機(jī)抽樣檢測和按批抽樣檢測來控制產(chǎn)品質(zhì)量，所以軌枕產(chǎn)品在2018 年和2020 年出現(xiàn)短期質(zhì)量波動(dòng)。綜合以上信息，對(duì)軌枕不合格的原因進(jìn)行基本推斷。

4.1 軌枕產(chǎn)品標(biāo)識(shí)不合格的原因

生產(chǎn)廠家在年份更替時(shí)未及時(shí)更換年牌號(hào)，在生產(chǎn)過程中軌枕標(biāo)牌脫落未及時(shí)安裝，導(dǎo)致軌枕標(biāo)識(shí)不正確或無標(biāo)識(shí)。

4.2 靜載抗裂強(qiáng)度檢測項(xiàng)目不合格的原因

靜載抗裂強(qiáng)度是一個(gè)綜合性指標(biāo)，其不合格涉及因素比較多，包括混凝土強(qiáng)度不夠、有效張拉應(yīng)力不足、預(yù)應(yīng)力筋位置不準(zhǔn)確。影響混凝土強(qiáng)度的因素有：①混凝土原材料發(fā)生變化；②振搗過度；③養(yǎng)護(hù)溫度過高。影響張拉力有效性的因素包括：①張拉設(shè)備未及時(shí)校驗(yàn)，力值失準(zhǔn)；②在張拉時(shí)未及時(shí)鎖緊張拉螺母。預(yù)應(yīng)力筋位置不準(zhǔn)確的影響因素包括：①初始張拉力過大造成錨固板安裝不到位；②鋼模板變形造成預(yù)設(shè)拱度不準(zhǔn)確。

4.3 疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度不合格的原因

混凝土強(qiáng)度不足、超張拉和預(yù)應(yīng)力鋼絲缺陷是造成軌枕疲勞強(qiáng)度和破壞強(qiáng)度不合格的主要原因。軌枕生產(chǎn)時(shí)，企業(yè)為了保證靜載抗裂強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求存在故意超張拉的行為，也存在張拉設(shè)備不準(zhǔn)確造成超張拉現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力鋼絲抗拉性能通常能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但預(yù)應(yīng)力鋼絲的局部缺陷在鋼絲進(jìn)場驗(yàn)收時(shí)不容易被發(fā)現(xiàn)，造成軌枕在承受200 萬次疲勞試驗(yàn)的過程中斷裂。

4.4 箍筋數(shù)量不足的原因

檢測發(fā)現(xiàn)岔枕存在箍筋數(shù)量不足的問題，常規(guī)軌枕未發(fā)現(xiàn)。主要原因是常規(guī)軌枕箍筋數(shù)量明確，而岔枕箍筋數(shù)量需要生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)每根岔枕長度和箍筋間距計(jì)算箍筋數(shù)量，當(dāng)計(jì)算結(jié)果為非整數(shù)時(shí)取舍不正確，造成箍筋安裝數(shù)量不足；Ⅰ、Ⅱ型箍筋安裝數(shù)量不正確是造成岔枕箍筋數(shù)量不足的另一個(gè)主要原因；也存在生產(chǎn)企業(yè)故意少安裝箍筋的可能。

4.5 鋼絲位置不合格的原因

軌枕在生產(chǎn)過程中鋼模端頭的錨固板在張拉前未安裝到位鋼模預(yù)設(shè)拱度不準(zhǔn)確等因素導(dǎo)致軌枕上排鋼絲距軌枕頂面的距離不合格。錨固板和分絲板孔位不準(zhǔn)確，使用周期過長孔徑擴(kuò)大，是造成鋼絲間距不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的主要原因。

4.6 各斷面高度不合格的原因

在軌枕生產(chǎn)過程中加壓蓋板有其重量和尺寸，在加壓震動(dòng)過程中加壓蓋板可能會(huì)將模型內(nèi)的混凝土擠出，各模型內(nèi)混凝土布料體積等因素可能導(dǎo)致軌枕斷面高度不合格。

5 結(jié)論與建議

檢測標(biāo)準(zhǔn)要求的技術(shù)指標(biāo)一般是模擬產(chǎn)品最嚴(yán)苛的使用情況或預(yù)留有一定的安全余量，所以檢測不合格不代表產(chǎn)品在實(shí)際使用中一定會(huì)出現(xiàn)問題，實(shí)際使用中一般不會(huì)達(dá)到最嚴(yán)苛的條件。當(dāng)然產(chǎn)品檢測合格率越高對(duì)現(xiàn)場使用越有益處，為了能使軌枕產(chǎn)品的質(zhì)量始終處于較高的水平，建議如下：

1）軌枕產(chǎn)品質(zhì)量控制的主體是生產(chǎn)企業(yè)，只有通過良性競爭，激勵(lì)生產(chǎn)企業(yè)建立自我約束機(jī)制并不斷追求提高質(zhì)量管理水平，在生產(chǎn)階段管理好“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等關(guān)鍵要素，才能為產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)提升打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2）加快加大力度開展軌枕產(chǎn)品的逐批抽檢驗(yàn)收工作，促使生產(chǎn)企業(yè)按需對(duì)工裝模具予以更新，讓不能持續(xù)生產(chǎn)合格產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)被市場和用戶淘汰，給軌枕市場營造良好的市場環(huán)境。

3）增加用戶抽樣檢測的頻次，通過終端市場的抽樣檢測控制產(chǎn)品質(zhì)量，避免生產(chǎn)企業(yè)惡意低價(jià)中標(biāo)后不能持續(xù)提供合格產(chǎn)品，避免“劣幣驅(qū)逐良幣”的現(xiàn)象，引導(dǎo)產(chǎn)品價(jià)格和質(zhì)量達(dá)到平衡。

4）引導(dǎo)啟動(dòng)軌枕產(chǎn)品認(rèn)證工作，提高軌枕生產(chǎn)企業(yè)工裝設(shè)備配置水平，引導(dǎo)企業(yè)用科技手段控制產(chǎn)品質(zhì)量，使生產(chǎn)企業(yè)具有能持續(xù)保證生產(chǎn)合格產(chǎn)品的能力。

5）對(duì)于新建線路或老舊線路改造，建設(shè)單位應(yīng)嚴(yán)格按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，在施工現(xiàn)場隨機(jī)抽取一定數(shù)量的軌枕進(jìn)行檢測，將問題產(chǎn)品排除在安裝使用前，保證線路運(yùn)營使用的軌枕產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制，避免在線路開通后出現(xiàn)質(zhì)量問題。