混凝土轨枕蒸汽养护制度探讨
1 前言
混凝土轨枕的养护是轨枕生产中极为重要的一环，养护方法不仅影响混凝土的强度，而且对轨枕的静载抗裂强度、耐久性能以及外观质量有一定影响。
为提高预应力混凝土轨枕生产效率，增加模具周转率，轨枕生产企业普遍采用蒸汽养护。但是由于设备或者观念不到位，在蒸汽养护中有一些做法影响到产品质量或生产效率，本文试图详细分析轨枕养护的各个环节，
2 养护的标准规定
根据TB/T2190-2013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;降温时，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℃。
3 静停
混凝土振动成型后至加热升温前需要有一段静停放置时间。静停阶段的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，以减少混凝土升温后内部结构的破坏。理论上说，混凝土轨的升温时的初始强度越大，蒸养后，轨内部的损伤就越小。
实际上，静停时间不会无限制的延长，否则会影响生产周期，降低生产效率。通过成型混凝土标准试块，在实验室模拟轨枕养护水池的养护条件，我们设计以下试验。
混凝土强度与静停时间关系60504030201001h3h5h41.451.852.1混凝土强度恒温温度：50℃ 恒温时间：8h 由上表可以看出，延长静停时间，混凝土试块的强度也随之提高。在静停3h后，再延长静停时间，混凝土强度仅有微量提升，效果已不明显，此时为混凝土已经达到必要的强度，足够抵御升温对内部结构的破坏。故3h为静停的最佳时间，可以满足强度与效率的双重要求。
4 升温
养护设备中介质的温度由初始温度升到恒温温度的时间称之为升温期。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，气相液相增多，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/T2190-2003中规定，升温速度不大于15℃/h，而2013年4月国家质量监督检验检疫总局所制度的《预应力混凝土枕产品生产许可证实施细则》中对于岔枕的升温速度，作了更详细的要求，其中规定混凝土岔枕的升温速度不大于5℃/h。
在邢台轨枕厂的轨枕生产中，曾经发生过大量混凝土枕脱模后表面出现裂缝的现象，经查原因即为提高恒温温度后，升温时间未作相应调整，致使升温速度过高所致。
5 恒温
恒温期是混凝土强度主要的增长期。混凝土在恒温时硬化速度取决于水泥品种、水灰比和恒温温度等。恒温的主要控制指标有两个：恒温温度与恒温时间。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。 5.1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，产生大量的细微裂缝或肉眼不可见的隐性微裂，严重时甚至引起轨枕表面特别是端头表面混凝土肿胀、疏松。在轨枕使用过程中，受到振动、冲击、疲劳荷载以及外界不断变化的干湿循环与冻融循环，这些微裂缝的宽度与长度逐渐发展，影响轨枕的耐久性能。 混凝土枕枕芯温度不仅与恒温温度相关，也与水泥反应产生的水化热有着密切的联系。水泥中SO3含量过高时，容易导致水泥硬化后发生体积膨胀性破坏，导致轨枕开裂，所以在TB/T2190-2013中规定了枕芯温度与水泥中SO3含量的关系：
水泥中SO3含量低于2.0%时，枕芯温度不应大于60℃；SO3含量为3.0%时，枕芯温度不大于55℃；当SO3含量在2.0%~3.0%之间时，枕芯最高温度可通过线性插值求得。
当生产厂有证据验证在养护周期全过程中枕芯混凝土温度和养护环境之间的关系，可用养护环境温度进行控制。
由于枕芯温度不便于控制，目前大部分的轨枕厂家通过调节恒温温度，并验证枕芯温度的方式来控制，下图为某养护池蒸养曲线。
蒸养曲线
60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0
2014/5/14 15:542014/5/14 16:242014/5/14 16:542014/5/14 17:242014/5/14 17:542014/5/14 18:242014/5/14 18:542014/5/14 19:242014/5/14 19:542014/5/14 20:242014/5/14 20:542014/5/14 21:242014/5/14 21:542014/5/14 22:242014/5/14 22:542014/5/14 23:242014/5/14 23:542014/5/15 0:242014/5/15 0:542014/5/15 1:242014/5/15 1:542014/5/15 2:242014/5/15 2:542014/5/15 3:242014/5/15 3:542014/5/15 4:242014/5/15 4:542014/5/15 5:242014/5/15 5:542014/5/15 6:242014/5/15 6:542014/5/15 7:242014/5/15 7:542014/5/15 8:242014/5/15 8:542014/5/15 9:24理论温度养护温度环境温度芯部温度表面温度 由图可以知，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，芯部温度低于池中蒸汽温度，恒温时，芯部温度逐渐达到恒温，因为内部水化反应剧烈放热，芯部温度在达到恒温2h左右达到最高温度，并高于恒温温度8~10℃。 5.2恒温时间
恒温养护时间并非越久越好，蒸汽养护需要大量热量，消耗燃料，从节约能源、提高模具周转率的角度来说，恒温养护时间在满足脱模强度的前提下越短越好。恒温时间与混凝土强度的关系见下图：
脱模强度(Mpa)60504030201004h51.837.139.6脱模强度(Mpa)526h8h10h 由上图混凝土强度随蒸养时间的延长而增加。在6-8h内，在外部养护蒸汽及内部消化放热的作用下，由以往混凝土枕芯温度变化曲线可知，混凝土芯部温度此时达到最高，故此时水化速度快，生成强度比较迅速。当蒸养8h以后，大部分水化反应已经完成，无论强度是否达到要求，继续蒸养已无必要，最佳蒸养时间为8h。
6降温
介质量温度由恒温温度降到达到制品脱模温度这一时间称为降温期。当达到规定的恒温时间后，轨枕表面温度远远高于养护池外环境温度，此时直接将模具吊出养护水池进行脱模，轨枕表面急速降温，轨枕表面将产生过大的收缩应力。导致轨枕出现龟裂及酥松掉皮等现象，严重时产生裂缝，成为废品。所以，降温是影响轨枕外观质量与耐久性很重要的环节。
TB/T2190-2013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和喷水降温，自然降温即不再向养护池中通入蒸汽，等待其逐渐冷却。自然降温的方式降温速度慢，严重拖延模具周围率及生产效率，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喷水降温的方式，降温速度相对自然降温快，表面喷水又能补充因水化和蒸发损失的水分，减少轨枕表面产生干缩裂缝。
7 后期养护
混凝土枕脱模后，仍需继续湿润养护3d以上，环境温度低于5℃时，应采取保温措施。
8 总结
混凝土枕的蒸汽养护对轨枕质量有着密切的关系，严格按照标准要求，研究轨枕养护各阶段的作用机理，改善养护工艺，不仅能够进一步提高轨枕产品质量，还能在保证混凝土出池强度的前提下，提高社会综合效益。