книги из ГПНТБ / Иванов, Г. С. Эксплуатационная надежность и совершенствование технологии изготовления железобетонных шпал

рода биения, при которых бетонная смесь интенсивно подсасы­ вает воздух и не уплотняется.

5. Несовершенная конструкция разделительных и торцовых диафрагм, допускающая вытекание цементного раствора из форм, что приводит к образованию раковин в бетоне в торцах крайних шпал.

В целом при сравнительно высокой насыщенности линии всевозможными механизмами и уровне механизации производ­ ства работ, приближающемся к 55%, по существующей техно­ логии для изготовления десяти шпал необходимо выполнить множество ручных операций, из которых только 60 операций относятся к арматурным работам.

Итак, в период 1955—1967 гг. в Советском Союзе создана новая отрасль строительной индустрии для массового произ­ водства железобетонных шпал. Изготовление шпал организо­ вано на 13 предприятиях по технологическим схемам: поточно­

вил 835,4 тыс. м3. Опыт эксплуатации специализированных заво­ дов показал, что поточно-агрегатная технологическая схема ли­ нии имеет ряд преимуществ по сравнению со стендовой и сме­ шанно-стендовой схемам по уровню механизации работ, трудо­ затратам на единицу изготавливаемой продукции, энерговоору­ женности и себестоимости шпал.

Вместе с тем в результате эксплуатации заводов выявлен ряд серьезных недостатков технологии и применяемого обору­ дования, которые снижают качество изготовляемых шпал, а иногда приводят и к выпуску бракованной продукции. Послед­ нее обстоятельство заслуживает большего внимания, так как от качества изготовления зависит долговечность железобетон­ ных шпал.

3. Зарубежный опыт изготовления железобетонных шпал

Мировая практика располагает значительным опытом при­ менения железобетонных шпал [14]. Особенно интенсивно раз­ вивалось их производство в Европе после окончания второй мировой войны. Объяснялось это на первом этапе нехваткой

20

дефицитной высококачественной древесины. По мере накопле­ ния опыта было установлено, что железобетонные шпалы не только могут успешно заменять деревянные, но и позволяют значительно снизить эксплуатационные расходы на содержа­ ние пути, особенно при переходе на удлиненные бесстыковые рельсовые плети. Некоторые сведения о количестве уложенных железобетонных шпал и масштабах их производства в зару­ бежных странах приведены в табл 5, составленной В. В. Сереб­ ренниковым.

По данным того же автора соотношение ежегодной укладки железобетонных и деревянных шпал в некоторых странах зз период 1969—1970 гг. составило в процентах:

За границей применяют различные конструкции шпал, в ос­ новном из предварительно напряженного железобетона, и раз­ личные технологические схемы организации их заводского производства. Общие данные из различных литературных ис­ точников по основным странам-производителям железобетон­ ных шпал приведены в табл. 6, из которой видна общая тен­ денция большинства стран к применению цельнобрусковых предварительно напряженных конструкций шпал.

21

Марка бетона для шпал колеблется от 400 до 730 кгс/см2. Наибольшую марку бетона имеют шпалы в США, что обуслов­ лено, вероятно, стремлением сократить длину зоны анкеровки применяемых там семипроволочных прядей.

Соответственно колеблются расходы цемента на 1 м3 бето­ на и составляют от 352 до 550 кг. В то же время обращает на

нением высокомарочного цемента и низким водо-цементным от­ ношением. Шпалы армируются проволочной высокопрочной ар­ матурой, семипроволочными прядями из нее, а также стержня­ ми. Железобетонные шпалы в некоторых странах имеют допол­ нительную поперечную арматуру в виде хомутов и спиралей. Цикл производства до выдачи шпал на склад колеблется от 8 до 24 ч. Различны длины и веса шпал для колеи 1435 мм.

Рассмотрим более подробно особенности некоторых конст­ рукций шпал и технологии их изготовления в отдельных странах.

В В е н г р и и первые шпалы из ненапряженного железобетона были уложены в путь в 1903 г. Масштабы укладки железобе­ тонных шпал на венгерских железных дорогах с 1902 по 1970 г. видны из следующих данных:

Из 4380 шпал типа АС-10, изготовленных из ненапряженно­ го железобетона и уложенных в 1922 г., к концу 1970 г. сохра­

млн. шпал из предварительно напряженного железобетона ти­ па L. На смену им разработана более усовершенствованная шпала типа LE, которая в соответствии со стандартом MSZ 7067-59 может изготовляться в двух вариантах: типа Т — с ар­ матурой 2,5 мм и типа Н — с арматурой 5 мм. Все эти шпалы цельнобрусковые. Шпалы типа L предназначены для укладки в бесстыковой путь с рельсами весом 48,3 кг/пог. м. Для путей с другими типами рельсов применяется унифицированная шпала типа TU.

В соответствии с новым стандартом, введенным в Венгрии в июле 1971 г., железобетонная шпала типа LX (рис. 4) армиру­ ется 60 высокопрочными проволоками диаметром 2,5 мм. Вок-

24

2420

руг напряженной арматуры установлены замкнутые хомуты из проволоки диаметром 3,1 мм. Для крепления рельсов в шпале заложены четыре деревянные гофрированные втулки, вокруг которых имеются спирали из проволоки диаметром 2,5—3,1 мм.

Величина предварительного напряжения в арматуре состав­ ляет 115 кгс/мм2.

На изготовление и приемку железобетонных шпал в Венг­ рии действуют технические условия, согласно которым марка бетона для шпал должна быть не менее 500, а прочность бето­ на на растяжение при изгибе не менее 43 кгс/см2. Расход порт­ ландцемента марки 500 ограничен в пределах 450—550 кг/м3 бетона.

Отклонение суммарного усилия натяжения арматурного па­ кета от заданной проектной величины не должно превышать 3%. Неравномерность натяжения отдельных проволок в пакете до­ пускается в пределах ±10%, при этом выборочной проверке подвергаются не менее 10% проволок пакета. Допускается при натяжении арматурных пакетов обрыв не более 5% от общего числа проволок. Оборванные проволоки удаляют и общее уси­ лие натяжения пакета доводят до проектного.

Уплотнение бетонной смеси при формовании шпал предус­ мотрено двухстадийное: вначале объемное на виброплощадке, а затем с вибропригрузом. Жесткость смеси не регламентирова­ на техническими условиями. Для ускорения твердения бетона разрешается применять тепловую обработку шпал в пропа-

25

рочцых камерах. Предварительная выдержка бетона до про­ паривания, скорость подъема и снижения температуры, мак­ симальная температура изотермического прогрева и длитель­ ность этих периодов ТУ не установлены. Спуск натяжения ар­ матуры разрешается производить при достижении бетоном прочности на сжатие не менее 375 кгс/см2 при естественном твердении бетона и не менее 300 кгс/см2 при тепловой обработ­ ке бетона.

Допускаемые отклонения в геометрических размерах шпал установлены: по высоте +5, —3 мм; по ширине +5, —3 мм; по длине +20, —10 мм.

Напрягаемые проволоки могут отклоняться от проектного положения на 5 мм в поперечном сечении, а хомуты в продоль­ ном направлении — на 20 мм. На верхних и боковых поверх­ ностях шпалы, кроме подрельсовых площадок, допускаются сколы бетона и раковины глубиной не более 5 мм и площадью не более 20 см2. На поверхности бетона допускаются воздушные пузыри, размеры и число которых ТУ не регламентированы.

На верхних продольных кромках шпалы допускаются сколы

слоя бетона должна быть не менее 10 мм. Воздушные пузыри, раковины и сколы бетона в готовых шпалах заделывать запре­ щается.

Производство шпал в Венгрии организовано по поточно-кон­ вейерной технологической схеме. Эта технология широко осве­ щена в литературе [8, 9, 10] и является по общему признанию наиболее механизированной и производительной из известных в Европе.

Технологическое комплексное оборудование для изготовления шпал поставляется из Венгрии в различные страны. В частнос­

В ФРГ к производству приняты предварительно напряжен­ ные целыюбрусковые шпалы, которые армируются:

а) четырьмя стержнями из горячекатаной стали периоди­ ческого профиля без анкеров;

б) двумя стержнями, изогнутыми в виде шпильки с гаеч­ ными анкерами на свободных концах; стержни натягивают пос­ ле твердения бетона, а каналы инъектируют цементным раст­ вором;

в) восемью стержнями с высаженными анкерными голов­ ками, удерживаемыми в металлических плитах, остающихся в шпале;

г) двумя двухветвевыми петлями из стержневой арматуры, надетыми на металлические круглые анкеры, остающиеся в шпале.

26

Технологический процесс организован по кольцевому замк­ нутому потоку и выполняется на десяти производственных по­ зициях. Ритм потока равен 15 мин. Шпалы изготовляют в четы­ рехместных силовых металлических формах, каждая из кото­ рых вместе со шпалами имеет массу 1900 кг. Продолжитель­ ность выполнения всех операций на десяти технологических по­ зициях составляет 2,5 ч. Тепловлажностную обработку бетона производят по следующему режиму:

Таким образом один оборот формы, соответствующий про­ изводственному циклу, совершается за 16,5 ч.

Отличительными особенностями рассматриваемой техноло­ гии является применение метода непрерывного армирования шпал, термическая обработка бетона в водных ваннах непос­

лотнение бетонной смеси производят на виброплощадках с пригрузами, которыми являются указанные выше крышки, прижи­ маемые в процессе вибрации специальными ключами.

Тоннельная камера тепловой обработки шпал расположена ниже уровня пола цеха по оси технологической линии и обору­ дована вертикальными лифтами для подъема и опускания форм. Камера является непрерывно действующей и разделена на три следующие зоны: подъема температуры, изотермического про­ грева в воде, остывания шпал.

Перемещение форм в камере производят по рельсам на спе­ циальных тележках, несущих на себе по две формы, перемеща­

ная для пути с высокой грузонапряженностью. Опорная поверх­ ность подошвы шпалы составляет 6300 см2, т. е. на 15% боль­ ше, чем у ранее созданных шпал. Основные параметры железо­ бетонных шпал для польских железных дорог приведены в табл. 7.

Сообщается, что 23—85% железобетонных шпал старых ти­ пов A, Mg, PS, PS3, выпущенных в Польше в 1946—1959 гг.,

29

1517

Т а б л и ц а 7

Характеристики железобетонных шпал железных дорог Польши

имеют поперечные трещины и требуют замены. Железобетонные шпалы типа St3, которые выпускались в 1951—1961 гг., дали трещины только на участках с большой грузонапряженностью на высоких насыпях. На магистральных линиях с грузонапря­

шпалы в Англии были изготовлены и испытаны в эксплуатаци­ онных условиях в 1943 г. Первоначальный вариант шпалы типа Е был рассчитан на осевую нагрузку 20 тс и скорость движе-

зо