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

51

52

явным технологическим дефектам соответствуют в боль­ шинстве случаев скрытые технологические дефекты-аналоги,

характер проявления скрытых и явных дефектов в шпалах, работающих в пути, один и тот же, разница состоит лишь в том, что скрытые дефекты проявляются и обнаруживаются, как пра­ вило, после нескольких лет эксплуатации;

технологические явные и скрытые дефекты представляют наибольшую опасность для долговечной работы шпал в пути, так как эти дефекты приводят к постоянному прогрессирующе­ му во времени разрушению арматуры и бетона.

Установленные взаимосвязи между технологическими де­ фектами и причинами их возникновения свидетельствуют о значительных недостатках в существующей технологии изго­ товления железобетонных шпал. Долговечность шпал при рабо­ те в пути может быть поставлена в непосредственную зависи­ мость от качества изготовления. Факты преждевременного раз­ рушения шпал в пути спустя 6 —7 лет после их укладки убеж­ дают в том, что выход из строя конструкций в основном обус­

фектов, позволяет сделать вывод о том, что долговечность же­ лезобетонных шпал при правильной эксплуатации может быть достаточно высокой, если бетон обладает высокой прочностью и морозостойкостью, достаточная толщина защитного слоя бе­ тона надежно предохраняет арматуру от ржавления, а напря­ жение в ней сохраняется на весь срок службы, обеспечивая расчетную величину трещиностойкости. Таким образом, основ­ ными качественными характеристиками железобетонных шпал могут быть признаны прочность, плотность и морозостойкость бетона, трещиностойкость конструкции в целом и толщина за­ щитного слоя бетона..

Исправление большинства дефектов в шпалах (до или пос­ ле укладки) практически нереально, так как большинство технологических дефектов относится к числу скрытых. Поэто­ му дальнейшие научные поиски должны быть направлены на выпуск продукции со стабильно высокими качественными ха­ рактеристиками.

53

В рассматриваемом аспекте предстоит установить, какими качественными характеристиками должна обладать конструк­ ция шпалы, чтобы она могла безупречно служить в пути в те­ чение длительного времени (50—70 лет), а также выявить связь указанных качественных характеристик изделий с техно­ логическими факторами. Знание качественных характеристик и механизма их формирования в процессе изготовления конст­ рукции позволило бы направленно воздействовать на техноло­ гический процесс и исключить факторы, приводящие к зарож­ дению в шпалах дефектов изготовления. Это положение в рав­ ной степени относится к задачам по совершенствованию сущест­ вующего производства на действующих заводах и к перспек­ тивным разработкам.

С другой стороны, проведенный анализ видов и причин преждевременного разрушения шпал в пути показывает, что в процессе эксплуатации должен происходить постепенный при­ рост числа дефектных шпал в результате проявления в основ­ ном скрытых технологических пороков. Очевидно, что нельзя поставить знак равенства между дефектной шпалой и полным ее разрушением с потерей несущей способности. Однако с те­ чением времени дефект будет увеличиваться и может вывести шпалу из строя. Длительность процесса разрушения дефектной шпалы будет зависеть как от глубины порока, так и от усло­ вий ее эксплуатации. Во всяком случае не вызывает сомнения, что срок службы дефектных шпал будет значительно меньше, чем здоровых шпал.

2. Влияние технологии изготовления на качество шпал

явилось развитие технологических дефектов. Основные качест­ венные характеристики изготовляемых шпал формируются под влиянием множества одновременно действующих технологи­ ческих факторов. Однако не все операции технологического про­ цесса могут оказывать в равной степени одинаковое влияние на формирование качественных характеристик шпал.

Характерными особенностями структуры технологического процесса изготовления шпал являются его многостадийность и значительная продолжительность. В начале цикла выполняют­ ся операции по дозированию материалов и приготовлению бе­

54

Общая продолжительность цикла по изготовлению шпал на Действующих предприятиях с организацией производства по поточно-агрегатной схеме составляет 11—15 ч, из которых на долю твердения бетона приходится более 95% времени. В ре­ зультате получают почти готовое изделие, которое, однако, не может быть отгружено потребителю, так как прочность бетона в нем равна приблизительно 70% заданной проектной марки. 30% прочности бетон должен добрать к 28-суточному возрасту при хранении шпал на внутрицеховом и открытых складах.

Таким образом, фактическая продолжительность цикла из­ готовления шпал, включая время тепловлажностной обработки и выдерживания на складе, составляет около 28 суток. Из них в первые 11—15 ч производятся активные технологические опе­ рации, а в остальное время процессы твердения протекают без

Рис. 24. Схема зависимости качественных характеристик шпал от техно­ логических факторов

55

специального воздействия на бетон и фактически бесконтроль­ но. Поэтому в разных районах расположения заводов и при ме­ няющихся погодных условиях могут получаться шпалы, в ко­ торых бетон будет обладать различными физико-механически­ ми свойствами. Вот почему важно изыскать такие технологи­ ческие приемы, которые позволяли бы уже в течение периода выполнения активных технологических операций получать бе­ тон заданной прочности и стабилизированный по показателям качества. По технико-экономическим соображениям выгодно сократить и продолжительность указанного периода.

Рассмотрим вопрос о влиянии различных технологических

факторов на формирование /качественных характеристик изго­ товляемых шпал. Эти связи в общем виде легко проследить по

Так, например, трещиностойкость конструкции находится в зависимости от высоты шпалы, числа проволок в пакете и ве­ личины их предварительного натяжения, а также от плавности спуска натяжения арматуры. Плотность бетона зависит от ка­ чества сырья, состава смеси, режима ее уплотнения и тепло­ влажностной обработки. Аналогично можно установить зависи­ мость других качественных характеристик изделия от техноло­ гических факторов производственного процесса (рис. 24).

Из этой схемы видно, что одни и те же технологические фак­

Рассматриваемая схема устанавливает зависимости качест­ венных характеристик железобетонных шпал от различных тех­ нологических факторов, но не дает еще ответа на вопрос о сте­ пени влияния этих факторов на зарождение дефектов в шпалах.

Выборочные данные по пяти шпальным заводам о распре­ делении различных технологических дефектов в шпалах, регис­ трируемых при их приемке (табл. 1 1 ), показывают, что основ­ ные явные дефекты, проявляющиеся в 75—80% всех отбрако­ ванных шпал на заводах (раковины, пористость, заплывы, рас­ слоение и т. д.), вызваны колебаниями качества сырья и бето­ на и в значительной мере недостаточным его уплотнением. Соответствующие им скрытые дефекты (пониженная прочность, плотность и морозостойкость) вызваны действием тех же тех­ нологических факторов, а также принятым режимом тепловой обработки бетона. Около 10% регистрируемых дефектов связа­ но по происхождению с технологией производства арматурных работ (пониженная трещиностойкость, микротрещины и т. п.)

На действующих заводах 90% всей бракуемой продукции приходится на шпалы с явными технологическими дефектами,

56

связанными с производством работ по армированию и формо­ ванию шпал, а также с режимами тепловой обработки бетона. Это свидетельствует о том, что именно в выполнении ^указан­ ных видов работ содержатся наибольшие потенциальные опас­ ности зарождения явных и скрытых технологических дефектов в изделиях. Следовательно, при совершенствовании технологии Производства в первую очередь должно быть обращено внима-

57

ние на методы выполнения ведущих операций при армирова­ нии, формовании и тепловлажностной обработке шпал. Исклю­ чая причины появления явных дефектов, тем самым можно предупредить возникновение скрытых дефектов-аналогов.

Технологические факторы будут являться характеристиками производственного процесса, если их выразить числовыми по­

лотнения, режим твердения, неплавный спуск натяжения арма­ туры, пока не имеют однозначных количественных оценок, что вызывает определенные трудности в оценке их влияния на ка­ чество шпал. Очевидно, что дальнейшая задача состоит в-том, чтобы для всех технологических факторов определить числовые значения параметров и установить действительные и допусти­ мые диапазоны их колебаний.

Вишневка и др.), относятся к числу механизированных пред­ приятий, оборудованных средствами автоматики контроля п управления — дистанционным управлением выгрузкой цемента и подачей его в бетоносмесительный узел, сигнализацией уров­ ня материалов на складе заполнителей, автоматическим управ­ лением бетономешалками, дозаторами материалов, режимом тепловой обработки шпал в пропарочных камерах, а также бе­ тоновозами, реле времени для установления продолжительнос­ ти вибрирования, дистанционным управлением рольгангами, пилами, кантователем, штабелировщиком.

Однако этих средств автоматизации, как будет показано да­ лее, еще недостаточно, чтобы обеспечить изготовление одно­ родных высококачественных изделий, о чем свидетельствует большое число отбраковываемых на заводах шпал с явными технологическими дефектами.

Проанализируем, в каких пределах колеблются числовые значения технологических параметров на действующих пред­ приятиях по изготовлению шпал при организации производст­ ва на поточно-агрегатной схеме (типовой проект). Основные связи между многочисленными нормативными и фактическими технологическими параметрами и качественными характеристи­ ками шпал показаны на рис. 25. Фактические предельные зна­ чения параметров существующей технологии установлены на основании данных обследований действующих заводов.

Все параметры разбиты на три группы. К первой отнесены параметры сырья, бетонной смести и форм. Эти параметры не­ посредственно или через технологический процесс оказывают влияние на качественные характеристики шпал. Значение пара­ метров этой группы колеблются в широких пределах, нижние

58

Рис. 25. Схема зависимости качественных характеристик шпал от технологических параметров

зачастую не соответствуют нормативным, что оказывает отри­ цательное влияние на морозостойкость бетона. Предел прочнос­ ти арматуры диаметром 3 мм в отдельных случаях снижается до 163 кгс/мм2 вместо допускаемого 180 кгс/мм2, что не может не отразиться на качестве армирования и снижении трещино-

стойкости шпал.

Фактические значения параметров качества крупного и мел­ кого заполнителя, а также бетонной смеси не соответствуют нормативным, что отрицательно влияет на прочность и плот­ ность бетона. Состояние форм влияет на геометрические пара­ метры шпалы (высота шпалы, положение арматуры) и ампли­ туду колебаний в различных частях формы при уплотнении, что в первом случае может повлиять на трещиностойкость, а во втором на плотность бетона и в конечном счете на его проч­ ность и морозостойкость.

Во второй группе представлены параметры основного техно­ логического процесса. Фактические значения параметров этой группы также изменяются в широких пределах, значительно перекрывающих нормативные границы, что является причиной неоднородности качества изготовляемых шпал. В частности, обращает внимание большой разброс параметров армирования шпал (величина предварительного натяжения арматуры, от­ клонения в величине натяжения и положения отдельных про­ волок), что отрицательно влияет на трещиностойкость шпалы. Графики зависимости трещиностойкости шпалы С-56 от вели­

6 0