肯尼亞蒙內鐵路軌枕生產蒸汽養護技術研究

徐兵衛，張俊存

（中交二公局鐵路工程有限公司，陜西西安710065）

肯尼亞蒙內鐵路軌枕生產蒸汽養護技術研究

徐兵衛，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過程中，蒸汽養護工序是保證軌枕出廠質量的關鍵環節。在系統分析混凝土軌枕蒸汽養護原理的基礎上，對肯尼亞蒙內鐵路軌枕生產中蒸汽養護的技術要求、施工流程、總體布置、養護方案以及耗熱量計算進行了詳細論述，同時根據生產實際需要，制枕廠控制系統采用自動溫控蒸養系統，各個控制單元相互關聯，采用模塊化的設計理念，提高系統的易用性和可靠性。實踐證明，合理的蒸養工藝和蒸養方法可有效提升軌枕生產質量，使軌枕養護既符合規范要求，又能很好的滿足軌枕生產線對蒸養工序的流水節拍要求。

軌枕生產；蒸汽養護；自動溫控系統

肯尼亞蒙內鐵路正線全長471.65 km，站線136.258 km，港區聯絡線7.25 km；全線采用中華人民共和國國鐵Ⅰ級標準設計，1 435 mm標準軌距，E－mali制枕廠承擔了DK254+000至DK468+638.41共214.638 km范圍內48萬根預應力混凝土軌枕的預制施工任務。混凝土軌枕生產中的養護環節是軌枕生產中非常關鍵的一環，由于Emali制枕廠地處熱帶草原氣候和熱帶季風區，天氣濕熱，溫度較高，因此對肯尼亞蒙內鐵路軌枕生產蒸汽養護技術進行系統研究，改善養護工藝，不僅進一步提高了軌枕的產品質量，還能有效提升軌枕預制的產出效率。

混凝土軌枕的蒸汽養護是保證軌枕質量的重要因素，對入模的軌枕進行蒸汽養護可以大幅提高軌枕的脫模強度，縮短制造周期，提高生產效率[1]。合理的養護方法和養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過程中的結構破壞，保護混凝土成品的外觀，也為施工單位在海外鐵路建設中取得良好的經濟和社會效益打下基礎。

1 混凝土軌枕蒸汽養護原理

混凝土軌枕蒸汽養護的原理是讓澆筑成型的軌枕在濕熱環境的作用下，促使軌枕內部的混凝土發生一系列的理化作用，加快獲得內部結構早強快硬的效果。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，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過量出現脫水現象。

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系。蒸汽養護涉及到的控制因數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鍵所在，軌枕蒸汽養護系統的控制模式是在養護窯內形成有規律的溫度梯度場，需養護的軌枕制品在流水生產中，需要通過靜養空間、升溫空間、恒溫空間和降溫空間才能完成全部的蒸養過程。

2 混凝土軌枕蒸汽養護工藝

2.1 軌枕蒸汽養護技術要求

混凝土軌枕的養護工程主要分為蒸汽養護工程和濕養工序。軌枕養護期間，需重點關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，年均蒸發量為1 450～2 400 mm，氣候相對惡劣，因此需要嚴格按照相關標準要求，在制枕蒸養作業中靜停階段、升溫階段、恒溫階段以及降溫階段均應處于合適的溫度。

（1）靜停時間應不少于3 h，升溫速度不應大于15℃/h，制枕蒸養作業中全過程不超過55℃，設定合適的停汽降溫時間，降溫速度不應大于15℃/h，出窯時的軌枕制品表面溫度與環境溫差不應大于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，養護期間隨時觀察溫度上升情況，調節進汽閥門。當氣溫高于15℃時，軌枕脫模后按照TB10210-2001的規定保濕養護3天。

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

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

2.2 軌枕蒸汽養護方案

目前混凝土軌枕常見的蒸汽養護生產工藝分為窯式養護和通道式養護兩種，窯式養護中每個窯為獨立的養護空間單元，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，由頂推裝置送入養護通道?？紤]當地實際的氣候條件，從實際的養護效果和成本投資來看，窯式養護工藝可大大降低軌枕生產的耗能量，因此肯尼亞蒙內鐵路軌枕廠選擇窯式養護工藝。

2.2.1 蒸汽養護施工流程

軌枕蒸汽養護選定在養護窯內進行，在養護窯內靜停足夠時間后，通過給養護窯內輸入蒸汽進行升溫養護，考慮通風與霧化噴水兩種方式進行降溫。軌枕蒸汽養護的施工程序可簡要概述為：軌枕入窯→靜?！郎亍銣亍禍亍龈G→脫?！鸀⑺B護。

2.2.2 養護窯的總體布置

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

圖1 養護窯整體結構圖

養護窯整體屬于深度較大的半地下式結構，其模具吊裝及封蓋開合需要配置帶自動吊架的橋式天車，養護窯沿縱向方向側壁上設置兩根鋼軌，以防止橋式天車起吊軌枕模具時，碰撞養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向作用。

2.2.3 蒸汽養護整體方案

軌枕廠蒸汽養護方案是建立在流水機組法混凝土軌枕生產線的基礎上，開發的整套蒸汽養護系統，養護窯的位置在空間上位于流水生產線的中間，在物理結構上將其分為靜養空間、升溫空間、恒溫空間和降溫空間[3]，在每個養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護窯內的平均溫度。

軌枕養護期間，首先置于自然環境溫度下的靜養空間，考慮肯尼亞蒙內鐵路沿線實際氣候，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，根據養護窯尺寸設定移動次數，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℃；軌枕處于平穩的恒溫空間時，其蒸汽養護溫度設定在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，即進入軌枕蒸汽養護的四個空間，其經歷的溫度變化曲線如下圖2所示。

圖2 軌枕在養護窯經歷的溫度變化曲線

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

2.3 軌枕蒸汽養護耗熱量計算

軌枕蒸汽養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，靜養空間的實質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構強度，軌枕的靜停環境溫度一般在5~35℃之間，根據肯尼亞蒙內鐵路沿線的溫度條件，不必考慮靜養空間的熱量損耗，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模具及附屬鋼結構所消耗的能量E1；②加熱軌枕制品所消耗的能量E2；③養護窯圍護結構、門窗、管道等所消耗的能量E3；④充滿養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護窯圍護結構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 混凝土軌枕蒸汽養護控制系統

自動溫控蒸養系統可自行測量軌枕蒸汽養護時的溫度數據以及環境溫度數據，進行內部分析處理后得到相應的溫度曲線分布圖，通過控制蒸汽溫度可以準確的控制混凝土軌枕的蒸養溫度。通常情況下，蒸汽養護系統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，肯尼亞蒙內鐵路EMALI軌枕廠蒸汽養護控制系統采用高溫電動調節閥，同時引入串行通信的現場總線技術，使各個控制單元相互關聯，降低在蒸養窯內的線路布置工作量，同時增強溫控系統抵御外界干涉的能力。

3.1 軌枕蒸汽養護硬件系統

混凝土軌枕蒸汽養護控制系統由升溫空間控制、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，在規定的時間間隔進行數據記錄，可設置高溫報警、超溫報警或低溫報警等。通過數據總線將工控機和溫度巡回檢測儀連接，從而實現溫度數據的采集、存儲及各閥門操作命令的發送，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，其硬件系統的組成如圖3所示。

圖3 蒸汽養護硬件系統結構

3.2 蒸汽養護溫度控制操作

控制電動閥門的參數包括調節周期、開閥節點、關閥節點、控制正帶寬、控制負帶寬等。一個調節周期內，根據實際工況如果需要加大蒸汽量，則控制閥門正轉，同理，如果需要減小蒸汽量，則控制閥門反轉。控溫動作最終將養護窯內的溫度合理的保持在設計值范圍內。軌枕養護處于恒溫階段時，如果養護窯溫度超出溫度設計值一定范圍，則需要操作人員采取相應的步驟控制養護窯內溫度。

當養護窯內的模具到位后，蓋好窯蓋，此時向計算機發出開啟指令，即按下養護窯內的控溫按鈕，開始按照程序要求進行靜停階段（靜停溫度維持在3 ~35℃），持續時間根據現場的氣候狀況略有差異，一般持續時間不低于3 h，蒸汽控制系統自行開啟蒸汽養護模式，輸送蒸汽，升溫速度不大于15℃/h，蒸汽養護溫度不超過55℃，升溫期間，溫度需保證均勻上升，直至溫度達到恒溫養護要求，恒溫養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。當恒溫階段持續至8 h后，計算機自行關閉閥門，開始進行降溫養護，降溫方式采用通風加噴水的方式，養護窯一側進入具有一定環境溫度的風和霧狀水，另一側開啟抽風，當相對低溫的空氣從養護窯中間穿過，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，比國內同行業廠家僅采用噴水的方法，具備更優的降溫效果，混凝土軌枕出養護窯時，其表面溫度與環境溫差始終處于15℃以下。

4 結語

肯尼亞蒙內鐵路EMALI軌枕廠對軌枕蒸汽養護的靜?？臻g、升溫空間、恒溫空間、降溫空間等階段，嚴格按照軌枕生產蒸汽養護溫度曲線進行控制，生產中恪守蒸汽養護原理，嚴格按照蒸汽養護工藝，對蒸汽量、耗熱量進行細致計算，不僅滿足了軌枕廠生產的需要，同時大大降低了投資成本，軌枕蒸汽養護控制系統中的傳感器組在滿足系統結構簡單可靠的同時，也達到了對溫度梯度場的測量與控制，整個蒸汽養護系統采用模塊化的設計理念，使得某一個環節出現問題時能夠快速鎖定，并隨時進行檢修。作為軌枕生產中的關鍵一環，蒸汽養護工藝需要繼續總結相關項目的軌枕生產經驗，優化工藝流程，為今后海外標軌鐵路項目的制枕廠蒸汽養護環節提供參考。

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

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

[3]李雪蓮.雙塊式軌枕養護技術研究[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（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。