我国铁路早先采用的是木枕，但由于木枕需使用优质木材，而我国又是一个木材资源匮乏的国家，因此用混凝土轨枕替代木枕，就成为我国第一个五年计划中提出的一项任务。
1955年，中国铁道科学研究院（简称铁科院）等有关单位开始了混凝土轨枕的开发研究；1956年～1957年，铁路部门组织人员到前苏联和捷克斯洛伐克考察，引进经前苏联改进过的匈牙利预应力混凝土轨枕生产工艺；1958年，原铁道部在丰台桥梁工厂建成我国第一条预应力混凝土轨枕生产线，随后两年正式开始了我国生产预应力混凝土轨枕的历史。在以后的20余年，除北京丰台外，铁道部门又相继建成了湖南株洲、贵州都匀、新疆哈密、河南平顶山、山西太原、北京房山、四川成都等地的轨枕工厂，建材部门也在陕西西安红旗水泥制品厂建设了轨枕车间。20世纪90年代，铁路迎来了提速和发展以及国家实施经济体制改革的时代，铁路部门以及包括民营企业在内的很多非铁路部门根据各地铁路建设发展的需要，又建设了很多轨枕厂，使我国混凝土轨枕生产能力有了很大的提高。进入21世纪，我国铁路进入大发展的时代，除这些固定式的混凝土轨枕厂外，根据铁路建设的发展规划，为减少运输费用，又在新建铁路附近建设了一些移动式的轨枕厂，这些移动式轨枕厂租用铁路建设临时用地，采用活动厂房，生产和检验设备与固定式轨枕厂基本相同。到目前为止，全国约有固定式轨枕厂近50座，年生产混凝土轨枕能力约2000万根。
经过50年来混凝土轨枕从业人员的不断努力，我国预应力混凝土轨枕的生产工艺有了很大的进步，搅拌、张拉、蒸汽养护及轨枕成品的结构检验（静载抗裂强度检验）等工序均实现了自动控制，保证了操作安全和产品质量。整条流水线即模型的纵、横向传送均实现了人工按电钮的机械化控制；轨枕模型进出养护池虽然还采用桥式吊车，但配以自动吊架，吊车工只是为了保证安全，指挥吊车运行和模型存放，不再需要亲自去挂钩，也不需亲自进出养护池。总之，轨枕的生产工艺和劳动生产率均达到了国际先进水平。值得指出的是，我国预应力混凝土轨枕的发展和进步，特别是轨枕生产工艺和设备自动化水平的提高，完全是几代从事混凝土轨枕研究、设计和生产人员长期不断的研究改进、自主创新的结果。
我国预应力混凝土轨枕的生产工艺，就其施加预应力的时间而言均为先张法，即预应力钢筋的张拉是在混凝土灌注成型之前；就其模型是否移动而言可分为流水机组-传送法（模型在生产线中移动）和台座法（模型不动）。
一、预应力混凝土轨枕流水机组-传送法工艺特点
我国早期的混凝土轨枕生产工艺主要是流水机组法，即通过桥式吊车在生产线上吊运，将模型移动到各个生产台位，在这些台位上有专用设备来完成相应的工序，整套工序是一个将原材料转变为产成品的实现过程。由于预应力混凝土轨枕的生产有10多道工序，如果全部用桥式吊车
编者按：预应力混凝土轨枕是我国研制成功较早、应用量大、分布面广的一种铁路混凝土制品，其生产流水线的机械化、自动化程度较高，生产工艺和生产效率处于国际先进水平。本文作为预应力混凝土轨枕系列技术介绍之二，系统地介绍了我国预应力混凝土轨枕生产的工艺特点、工艺流程和工艺布置等。
我国预应力混凝土轨枕生产工艺综述
中国铁道科学研究院 汪加蔚 白 玲
来移动模型，不仅生产效率低，而且不利于安全生产，后来就发展成主要靠辊道传送模型，桥式吊车主要用于吊装模型出入蒸汽养护池以及设备检修时吊装设备，这样原来的流水机组法就发展成流水机组-传送法。
预应力混凝土轨枕流水机组-传送法工艺采用组合式钢模型在流水线上按照规定的工艺流程，依次通过各个生产台位，包括预应力钢丝（筋）编组，张拉，安装配件、箍筋、螺旋筋，灌注混凝土，振动成型，振动压花及卸配件、蒸汽养护，放张预应力，切断预应力钢丝（筋），脱模并锯切枕间钢丝，成品堆放等，从而完成混凝土轨枕制品的全部生产作业。混凝土轨枕制品的生产周期相当于模型的周转期。
我国现行的轨枕流水机组-传送工艺特点：一是采用2×5联（主要是Ⅰ、Ⅱ型枕）或2×4联（主要是Ⅲ型枕）的组合钢模型，一次可成型10或8根轨枕，不仅可以减少预应力钢丝或钢筋的工艺损耗，还能大幅度提高轨枕生产效率。二是为与2×5联或2×4联的组合钢模
型相适应，采用1×5联组合式振动台，
相当于每一对并列轨枕布置一个单元
台面。台面之间安装升降辊道，以便实
现轨枕模型在流水线上传送。三是混
凝土轨枕的成型采用二次振动工艺。
第一次振动为普通振动，即使模型内
的混凝土在振动台上振动密实、泛浆，
同时人工将同一模型内的8～10根轨枕
的混凝土料量调整一致（平灰）；第二
次振动采用加压振动，加压振动的压
力不小于5kPa，由于采用了加压振动，
从而可采用干硬性或低流动性混凝土
拌合物，不但节约水泥，提高了混凝土
密实性，还满足了振动成型时模型内
分隔轨枕的挡浆板空隙处不致漏浆的
工艺要求，并可将轨枕底部压出花纹。
四是轨枕流水线由于主要采用辊道传
送，形成闭环工艺流程，实现了轨枕生
产工艺的连续性和节奏性，减少了车
间的非生产性运输。五是现行的轨枕
生产线除生产混凝土轨枕外，只要改
变模型，还可生产混凝土宽枕、岔枕及其他窄长形的预应力混凝土制品如横腹杆式接触网支柱等。
二、预应力混凝土轨枕流水机组-传送法工艺流程
目前的预应力混凝土轨枕流水机组-传送法工艺流程如图1所示，主要包括以下工序：
（1）预应力钢筋（高强螺旋肋钢丝）穿入挡板和挂板，采用镦头机镦头，然后分板、入模型。这里需要指出的是，在20世纪90年代研制成功高强螺旋肋钢丝以前，最早采用高强碳素压波钢丝时，采用波纹夹具将钢丝编成组后，用拉伸机定长并用摆式无齿摩擦锯切断；此后的高强热处理钢筋，则是先将单根钢筋切断后，再用套筒夹具夹住钢筋，然后在张拉挂板上进行编组；
（2）采用自动张拉机对预应力钢筋进行张拉；
（3）人工安装箍筋、螺旋筋及橡胶隔板；
图 1 混凝土轨枕流水机组-传送法工艺流程
（4）采用浇灌机灌注混凝土；
（5）在第一振动台上进行普通振动成型（一次振
动）；
（6）采用第二振动台和悬臂吊加压盖板进行加压振
动成型（二次振动）；
（7）人工卸橡胶隔板，对模型周边的多余混凝土进
行清理（清边）；
（8）在蒸汽养护池进行蒸汽养护，采用温度自动控制
仪对养护池温度进行自动控制；
（9）采用放张机缓慢放张预应力，切断模型两端钢
丝；
（10）采用翻转脱模机将轨枕成品从模型内脱出；
（11）轨枕在成品辊道上移动时，逐根检查外观质量，
同时采用无齿摩擦锯切断轨枕间钢丝；
（12）取下端挡板，采用码垛机将轨枕装车并运入露
天成品库堆放，同时按照要求随机抽取轨枕进行尺寸检验
和静载抗裂强度检验；
（13）清模、喷涂脱模剂，进入下一个生产过程。
三、预应力混凝土轨枕流水机组-传送法的
典型工艺布置
混凝土轨枕车间的工艺布置，原则上是按车间跨度划
分和布置流水线的。为了避免吊车作业的彼此干扰，通常
采用一个跨间布置一条流水线。下面介绍两种有代表性的
轨枕车间流水线布置。
（一）1号轨枕车间流水线布置
1号轨枕车间采取长度138m、跨度21m或24m的单层
工业厂房布置一条流水线，生产作业台位既有纵向布置，
也有横向布置。作为预应力钢筋的Φ7mm高强螺旋肋钢
丝，通过调直定长切断机切断后，穿挂板及穿端挡板，冷
图 2 1号轨枕车间流水线工艺布置图
1—Φ7高强螺旋肋钢丝定长切断机；2—穿挂板，镦头；3—钢丝组入模；4—预应力钢筋张拉机；5—张拉横移装置；6—装配件辊道；
7—安装箍筋、螺旋筋辊道；8—模型横移小车；9—混凝土浇灌车；10—浇灌混凝土辊道；11—普通振动台；12—加压振动台、卸配件；
13—清边辊道；14—蒸汽养护池；15—脱模横移装置；16—翻转脱模机；17—成品输送辊道；18—成品磨擦锯；19—轨枕码垛机；
20—清模辊道；21—喷涂脱膜剂装置；22—喷涂脱模剂辊道；23—模型回送辊道；24—桥式吊车。
图 3 1号轨枕车间生产线前半部工艺设备布置实体照片图 4 1号轨枕车间生产线后半部工艺设备布置实体照片
镦头，在分板机上将挡板分散到轨枕间隔的合适位置并放入模型，在张拉横移台位上完成钢丝组张拉，并进行第一次横移，然后装橡胶隔板，安装箍筋、螺旋筋，通过模型横移小车作第二次横移，到浇灌台位，采用浇灌车浇灌混凝土；然后通过纵向辊道和升降辊道传送到振动台，进行普通振动和加压振动，卸橡胶隔板并清边后，用桥式吊车将模型吊入蒸汽养护池进行蒸汽养护，待轨枕混凝土达到规定的放张强度45MPa后，将模型从养护池吊出，在脱模横移台位上放张预应力，切断模型两端钢丝，再用翻转式脱模机上将轨枕从模型中脱出，轨枕通过成品输送辊道时用成品摩擦锯（无齿钢片锯）切断轨枕间钢丝，用码垛机将轨枕吊放到成品车上，取下端挡板后运入露天成品库堆放。空模型翻回脱模辊道并继续在纵向辊道上流动，进行模型清理、喷涂脱模剂等工序后进入下一次循环，整条流水线是一个闭环系统。模型横移、升降及轨枕张拉等工序所需液压油，由车间内设置的数台小型油泵站提供。整条作业线流水顺畅，作业方便，车间宽敞、明亮。
1号轨枕车间流水线工艺平面布置如图2所示。车间内工艺设备实体布置如图3、图4所示。
（二）2号轨枕车间流水线布置
图5是2号轨枕车间工艺平面布置图。
2号轨枕车间采取18m跨度厂房布置一条流水线。生产作业台位仍为纵向布置，主要优点是蒸汽养护池完全集中布置在轨枕车间端部，形成单独作业的“养护车间”，以防止蒸汽向全车间的生产作业区扩散，改善了轨枕的生产环境。该工艺线采用的预应力钢筋原先是直径10mm的高强度调质热处理低合金钢筋，现也改为直径7mm高强螺旋肋钢丝。由于该车间是早期建成的，跨度仅18m，空间有限，使得预应力钢筋定长切断，Φ10mm高强钢筋的安装夹具或Φ7mm螺旋肋钢丝的穿轨枕端挡板及张拉挂板、墩头等工序，需另外在轨枕车间附近的钢筋车间内完成后，再将这些编好的预应力钢筋组运入轨枕车间装入模型。与1号车间相比，2号车间加压振动后卸橡胶隔板与张拉后安装隔板的工位距离很远，因此每次橡胶隔板卸出后要运输到较远的安装工位，而不像1号车间卸出隔板后转身就是安装工位，非常方便。该工艺线采用集中油泵站，即工艺线所有液压设备如张拉机及放张机、振动台升降辊道、张拉横移装置等处的油缸均由集中油泵站提供高压油。
四、预应力混凝土轨枕流水机组-传送法工艺的流水节拍和工序作业时间
流水线上轨枕模型经过同样的时间，均衡地、有节奏地通过工艺流程图中划分的各个生产工序（作业台位），通常称作“流水节拍”。
流水节拍时间（t）是通过轨枕工艺流程中各个主要生产工序的作业时间（操作时间+辅助时间）平衡而得出。根据工艺流程进行编制和分解，尽量为每个生产工序（作业台位）规定同样的节拍时间，以达到均衡流水作业的目的。
为了缩短流水节拍时间，提高生产能力，需要在可能
图 5 2号轨枕车间工艺布置图
的情况下，采取比较简单的生产工序，增加作业台位数，改进工艺装备并提高机械效率。
按照生产能力，早期的混凝土轨枕车间一条流水线的年产量为12.5万根，流水节拍时间t=20min，这时模型均由桥式吊车调运到车间的各工位，张拉也采用普通油泵。随着设备改进，工序分解，开始实行辊道传送，一条流水线的年产量达到25万根，流水节拍时间t=10min。
后来，由于进一步掌握了流水机组-传送工艺的规律性，同时随着预应力钢材的不断改进，钢丝编组作业加快；“振动成型”则分解成普通振动和加压振动两个工序；张拉工序采用油泵站，提高了张拉作业效率；起重运输设备经过改进，辊道速度从30m/min提高到60m/min，大大提高了轨枕模型在流水线上的通过能力；桥式吊车采用了自动吊架，不仅缩短了模型出入养护池的作业时间，也减轻了劳动强度。由于采取了上述措施，流水节拍时间缩短在5min以内。
表1列出年产50万根高强螺旋肋钢丝预应力混凝土轨枕流水线的各个生产工序实际作业时间表。
总之，轨枕按流水机组-传送法进行生产时，每个工序的作业时间是控制轨枕生产效率的主要指标。根据生产水平的不同，目前我国轨枕车间采用的工序节拍时间一般为5min，当采用2×5联组合钢模型时，一条生产线年生产能力可达50万根；当采用2×4联组合钢模型时，年生产能力为40万根。
五、预应力混凝土轨枕流水机组-传送法工艺操作和技术要求
按照图1所示的流水机组-传送法生产预应力混凝土轨枕的工艺流程，现对其主要的工艺操作和技术要求分别作出阐述。
（一）钢丝编组
我国混凝土轨枕曾经采用的预应力钢丝主要有三种：即开始采用直径3mm的高强碳素压波钢丝，后来增加采用直径8.2mm和10mm的高强调质热处理低合金钢筋，现在主要采用直径7mm或6.25mm的高强螺旋肋钢丝。因为每根轨枕的数根预应力钢丝是编成一组，以便一次进行张拉。预应力钢丝类型不同，其编组方式也不同。但有些要求是一致的，即在预应力钢丝编组中要注意保持所有钢丝（筋）长度一致，同一轨枕的一组钢丝长度误差不应大于0.015%；同时钢丝（筋）夹具应有可靠的锚固强度，使
表 1 高强螺旋肋钢丝预应力混凝土轨枕流水线生产工序作业时间
钢丝（筋）在张拉过程中不致滑移，以保证钢丝（筋）的张拉力均匀一致。由于直径3mm高强碳素压波钢丝和直径8.2mm、10mm的高强调质热处理低合金钢筋现已不再使用，故本文主要介绍直径7mm和6.25mm的高强螺旋肋钢丝的编组。
采用Φ7mm和Φ6.25mm螺旋肋钢丝作为混凝土轨枕的预应力钢丝时，钢丝作业主要包括钢丝开盘、定长切断钢筋、穿挡板及挂板、镦头、分板和钢丝组入模等工序。钢丝作业设备主要有钢筋盘架、定长切断机、镦头机、分板机。
预应力钢丝作业工序包括：
（1）钢丝开盘，将直径约2m的成捆钢丝束放置在钢丝盘或放线架内；
（2）钢丝定长切断，螺旋肋钢丝直径小、硬度低，因此可采用通用的钢筋定长切断机；
（3）穿挡板及挂板、镦头，将定长切断的一组钢丝（如改Ⅱ型枕配筋为8Ф7mm或10Ф6.25mm为一根轨枕的一组钢丝）穿入4块挂板（张拉端和固定端各2块）和10块挡板（挡在每根轨枕的端部），挂板用45号钢经热处理制成，挂板上钻有Ф7.8mm（用于φ7钢丝）或Ф7mm（用于φ6.25钢丝）的孔，孔距与轨枕截面中预应力钢丝间距一致。一端钢丝先镦头，另一端待钢丝穿完所有挡板及挂板后再进行镦头。同一组（8根或10根）钢丝长度下料误差不应超过钢丝长度的1.5/10000，或不大于2mm。钢丝穿板成束后，按顺序排列整齐。钢丝墩头直径不得小于1.5倍钢丝直径，墩头高度不得小于钢丝直径。
（4）钢丝组入模，将穿入端挡板及挂板并已镦头的钢丝组经分板后移入轨枕模型内。模型的固定端装有挡板，用于挡住挂板，模型的张拉端则是将挂板放入与张拉杆连接的张拉盒内。千斤顶带着张拉杆及张拉盒移动时，钢丝即被张拉。入模时挂板、挡板均要放在正确位置，不得出现有钢丝错位、斜搭和别轴现象，以保证预应力钢丝张拉时受力均匀。
（二）预应力钢丝的张拉
（1）张拉的技术要求和程序
预应力钢丝编组入模后即可进行张拉。钢丝的张拉在轨枕模型的张拉端进行。将轨枕模型张拉端的螺杆与张拉千斤顶的活塞杆通过连接套筒连接，即可进行张拉。钢筋的张拉程序为：0→90kN（采用专用量具测量上保护层，测量活塞位移，这两项指标如超过规定则张拉力回零，调整后重新张拉）→张拉至总张拉力值N，持荷1min（测量活塞位移）→补拉至总张拉力值N并锁紧螺母→0（张拉系统回油）。总张拉力N应符合设计要求。以前当设计对张拉力上限没有规定时，应按不超过N×（1+1.5%）或N±5kN控制，现在规定是不得超张拉。张拉时，采用张拉力和伸长值双控制，要求工艺操作时实测的伸长值与理论计算值的偏差不大于5%。
（2）张拉设备
钢丝的张拉设备包括张拉千斤顶、压力表、拉力或压力传感器和高压油泵站，张拉设备要能实现自动控制、自动显示和自动记录。
张拉千斤顶的额定张拉力最好选择等于钢筋总张拉力的1.5～2.0倍，张拉千斤顶的行程最好选择不小于钢筋张拉时计算拉伸长度的2.5倍。轨枕生产中的张拉千斤顶可采用拉杆式或穿心式，主要技术参数是：最大拉力800kN；工作行程≥200mm。
为使用方便，常将两台张拉千斤顶安装在一个小车上。小车能纵、横向移动，千斤顶的高度可借助小车上的竖向丝杆调节托板的高低控制，以适应不同轨枕模型张拉杆不同的高低位置。
（3）压力表及拉、压力传感器
压力表以前是安装在张拉千斤顶上，用来指示张拉千斤顶油缸中的油压，现在安装在油泵站上，表示出油压力，压力表的量程要与千斤顶的总张拉力有如下关系：N=PA
式中： N—预应力钢丝的总张拉力（N或kN）
A—张拉千斤顶的活塞面积（mm2）
P—压力表读数（MPa）
为了保证压力表的安全，实际选用压力表的最大读数应为P的1.5～2.0 倍。压力表是装在油泵站上用来显示供油压力的，生产前需要将油压调节合适。拉力传感器是串接在张拉杆与拉杆式千斤顶活塞杆之间直接测定张拉力的大小，也有采用压力传感器套于穿心式千斤顶活塞杆的尾部，传感器测力精度应≤1%。
（4）油站泵最大油压设计为60MPa
预应力混凝土轨枕的张拉机由一台小车上的两台千斤
顶、一台能提供大流量低压油和小流量高压油的小型油泵站以及测力传感器和自动显示记录仪表等组成。之前曾采用集中油泵站来供给张拉千斤顶，同时供应其他用途油缸的液压油。
（三）混凝土的搅拌、浇灌和成型
（1）大型轨枕厂一般采用一阶式搅拌楼，中、小型轨枕厂一般为二阶式搅拌站，所有轨枕厂均采用强制式搅拌机、电子秤称量、自动配料。材料计量误差允许范围为：水泥±1%，粗、细骨料±2%，水、外加剂溶液±1%。搅拌时间应符合所有搅拌机的规定，保证搅拌均匀。因为每一模型（10根Ⅱ型枕或8根Ⅲ型枕）的混凝土量是一定的，约为1.1m3～1.2m3，因此选择搅拌机的容量宜比1盘/模稍多，即选取搅拌机容量1.5m3～2.0m3为宜。强制式搅拌机有卧轴和立轴之分，轨枕采用偏干硬的低流动性混凝土，因此采用带新星转动的立轴搅拌机比较合适，单卧轴或双卧轴搅拌机也有使用。
（2）混凝土浇灌采用浇灌车（图2所示的1号轨枕车间内），它可以沿纵向辊道两侧的轨道走行，操作工站在浇灌车上手动或电动控制气缸来开关斗门，边走行边往模型里浇灌混凝土；也有采用不移动的浇灌斗（图5所示的2号轨枕车间内），使轨枕模型在辊道上移动来实现混凝土向模型内浇灌。浇灌车料斗容量不宜小于1.6m3，行车速度15m/min～30m/min。
（3）早先的轨枕混凝土是干硬性的，一般测不出坍落度。随着目前轨枕生产要求采用挡板，漏浆情况有所改善，预留孔又采用了橡胶成孔器，消除了塌孔问题；为提高轨枕表面质量，已逐步改用偏干硬的低流动性混凝土。
测轨枕混凝土拌合物的工作度一般用跳桌增实仪，测得的增实因素宜为JH=220mm～240mm。
（4）混凝土轨枕成型作业应在能确保混凝土密实和轨枕底部花纹符合图纸要求的成型设施上进行。根据50年制造混凝土轨枕的经验，流水机组-传送工艺采用振动台结合压花盖板能满足这一要求。由于轨枕模型长达10多米，采用具有5个台面的5单元、长尺寸的振动台。振动成型分两个阶段，第一阶段是模型在振动台上振动2min～2.5min，称普通振动，主要作用是将混凝土振动密实并泛浆，同时进行平灰，使同一模型的10根轨枕内的混凝土量达到一致；第二阶段是模型继续在振动台上振动，同时将压花盖板放在模型顶上即压住轨枕底面混凝土，持续时间1.0min～1.5min，直至轨枕底部压出花纹并达到规定的深度，轨枕底部花纹的作用是增加轨枕与道床的磨阻力，防止轨枕在铁道线路上爬行。
（四）混凝土轨枕的养护
在流水机组-传送法生产混凝土轨枕过程中，为了加速混凝土轨枕的模型周转，提高设备利用率，增加产量，需要采用湿热养护措施，以加速混凝土的硬化，缩短达到放张脱模强度的时间。我国轨枕生产采用的湿热养护措施是常压蒸汽养护，即利用蒸汽的湿热作用在钢筋混凝土结构建成的常压养护池内加热混凝土，使轨枕混凝土按照规定的养护制度，在较短时间内如9h～12h，达到轨枕放张脱模要求的45MPa强度。
（1）混凝土蒸汽养护的机理
混凝土在蒸汽养护条件下可以加速水泥的水化作用，因此可使混凝土在较短时间达到较高的强度，从而加速模型周转。但是，蒸汽养护也有其不利的一面,因为混凝土拌合物中包含粗细骨料、由液态向固态转化中的水泥浆→水泥石，以及夹带进的气泡，在升温过程中，各自的热膨胀系数大不相同，固体材料（骨料、水泥石等）膨胀作用小，水则膨胀较大（约为固体材料的10倍以上），湿空气（混凝土中的气泡）的膨胀作用更大（约为固体材料的100倍）。当混凝土已开始凝结硬化但尚未具有足够的结构强度时，这种气水的热胀作用将增加混凝土中的空隙量，从而会撑裂水泥石结构，引起内部微裂缝，导致混凝土的内部损伤。另外，在高温蒸养中，水泥水化急剧加快，胶体新生物析出加快，并在水泥粒子周围积聚了一层胶体新生物薄膜；随着高温蒸养的进行，这层胶膜逐渐增厚，阻碍膜内水泥粒子的继续水化，从而影响混凝土后期强度的发展，温度越高，升温越快，蒸养时间越长，后期强度的损失越大。此外，当水泥浆变成水泥石后，如果温度高于70℃，则还会生成延迟钙矾石形成膨胀而导致水泥石微结构再破坏，也会造成混凝土后期强度的降低。因此，混凝土轨枕技术标准中对蒸汽养护工艺制度有比较严格的规定。
（2）混凝土轨枕的蒸汽养护制度
预应力混凝土轨枕技术标准中对蒸汽养护有以下规定：
1）静停时间不应小于2h，升温速度不应大于15℃/h，蒸汽养护（池内）温度不应高于60℃，并应有一定的停汽降温时间，降温速度不应大于15℃/h，出池时轨枕表面与池外环境温差不应大于15℃。为了使降温均匀，要采取冷水喷淋和抽风机排热气等措施。在一些气候干燥地区，轨枕脱模后再进行3d～7d的保湿养护。上述规定是为了轨枕表面不致出现裂缝，并保证轨枕混凝土后期强度有很好的增长，以提高混凝土轨枕的耐久性。
近期制定的新标准《混凝土枕》（TB/T2190-2013），对养护规定作出了一些变化。新标准对轨枕混凝土的养护是这样规定的，即：轨枕采用自然养护时，在振动成型后立即进行，应直接用保湿材料覆盖混凝土。枕芯混凝土温度与轨枕表面混凝土温度之差不大于15℃。开始养护的环境温度应为5℃～35℃。
轨枕采用蒸汽养护时，应采用自动控制温度的养护设备。在5℃～35℃的环境中静停时间不少于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℃。养护过程温度监测应能覆盖同批（同线、同池）轨枕。
当生产厂有证据验证养护周期全过程中枕芯混凝土温度和养护环境温度的关系时，可用养护环境温度进行控制，但在连续生产过程中每月要做一次能够代表该批次轨枕的芯部温度的测量。
轨枕脱模后，应继续湿润养护3d以上，环境温度低于5℃时，应采取保温养护。
2）蒸汽养护时间的确定应满足：混凝土试件放张脱模时的强度≥45MPa，蒸养后再标准养护到28d的强度≥60MPa。混凝土轨枕是依靠预应力钢筋和混凝土自身锚固形成的先张法构件，混凝土放张强度不能太低，一是为了提高混凝土与钢筋的握裹力，二是避免轨枕产生纵向裂缝。
3）轨枕蒸汽养护温度控制采用计算机控制系统，能监测养护全过程，控制精度高并及时显示、记录温度变化曲线。自动温控系统技术要求是：升温阶段≤±20℃；恒温阶段≤±10℃。
（五）脱模与堆放
混凝土轨枕经蒸汽养护，混凝土强度达到“标准”规定的放张脱模强度，即I型枕的放张脱模强度达到37.5MPa，Ⅱ型枕、Ⅲ型枕及宽枕、桥枕、岔枕等的放张脱模强度达到45MPa，方可进行轨枕的脱模。脱模工序包括：放张预应力；切断模型两端预应力钢筋；翻转脱模；切断轨枕间连着的预应力钢筋；轨枕装车堆码成垛。同时将钢模型清理干净，并在模型内喷涂脱模剂，准备再次使用。
（1）放张预应力并切断位于模型两端头的钢筋
早先放张预应力钢筋是采用电弧直接烧切处于应力状态下的预应力钢筋，称带应力切割法。现“标准”规定，不允许在带应力情况下直接切割钢筋，应采用放张千斤顶（或液压扳手）自动缓慢地放张张拉力，然后再将模型两端的预应力钢筋切断。试验证明，骤然放张与缓慢放张相比，不利之处是锚固长度将增加20%，而且容易引起混凝土轨枕挡肩裂缝和端部纵向裂缝。岔枕更要缓慢放张，其放张速度要求是：长线台座≤8kN/s；流水机组≤80kN/s。因此，要求采用自动放张设备，首先将预应力钢筋整体缓慢放张，再将模型两端钢筋切断，同时取出挂板，再通过脱模横移装置将模型移到脱模机上进行脱模。
（2）轨枕翻转脱模
钢模的翻转脱模是由专用的脱模机完成。由于放张使混凝土轨枕与模型间产生位移，大大降低了轨枕与模型的粘结力，当模型在脱模机上翻转接近180°时，由钢丝连接着的两排各5根轨枕就能顺利地从模型内脱出，而掉到成品输送辊道上；脱模机的另一作用是使轨枕由制造过程中的倒放改变为正放。有关脱模机的构造及工作原理将在以后有关设备的文章中作出介绍。
（3）轨枕间预应力钢筋的切断
轨枕间预应力钢筋或钢丝的切断是采用无锯齿的摩擦锯。磨擦锯的工作原理是利用高速旋转的锯片，对钢筋或钢丝进行局部磨擦加热，使达到熔化状态而被切断。这种工艺的要点是锯片要有足够的圆周线速度才能做到把钢丝锯断。一般圆周线速度不应小于4000m/min。目前轨枕工厂使用的磨擦锯，锯片直径一般为700mm～750mm，电动机转速为2900转/min，功率为40KW～55KW，进锯方式为机械牵引。锯片采用B235钢材制成，是易损件，其使用寿命一般为2000次，加强轨枕间水泥残浆的清理，避免锯片锯切混凝土，是减少锯片磨损、延长使用寿命的关键。
（4）轨枕的堆放
当轨枕成品从车间端头即纵向进入露天成品库时，采用码垛机先将轨枕放到成品车上码成垛，运入成品库堆放。码垛机有两种形式：一种是在起重小车的基础上增加可摆动并能伸缩的刚性导向架；另一种是刚性导向架固定于起重小车上。两种码垛机均能堆码8层，每层4根轨枕。当轨枕成品需要布置从车间一侧横向运出至露天成品库时，采用轨枕横移装置加吊车，即在成品输送辊道上将轨枕之间的钢丝锯断后，通过卷扬机将轨枕移动到成品辊道外两根横向钢轨上，再由桥吊吊到成品车上码垛入库。
轨枕在成品库中堆码要求不超过10层，各层轨枕间用40mm×40mm的方垫木垫于轨枕挡肩外40mm处，并使上下轨枕之间垫木在一条直线上，保证轨枕受力均匀。
（5）清理钢模、喷涂脱模剂
钢模使用前，应清理混凝土残渣和喷涂脱模剂，以使轨枕有较好的外观质量。
喷涂用的脱模剂，使用工业皂较多，按1∶5加水，加热溶解，然后装入可增压的罐内，由管道引出至喷头处；当模型在辊道移动时，稀释液自喷头呈雾状喷出，使钢模内表面各涂敷一层皂液，因此时钢模从养护池取出不久，尚有一定温度，故工业皂液的水份很快蒸发，肥皂即吸附在模型内表面上。皂液的引出管是双层套管结构，内管内流的是皂液，外套与内管间的夹层内通的是蒸汽，这样可以防止皂液降温后肥皂凝固堵塞管路、节门和喷头。
六、预应力混凝土轨枕的先张台座法生产工艺
台座法生产工艺是模型在台座上基本不动，生产设备移动，从而完成各道生产工序。就施加预应力而言，台座法有先张和后张两种。如混凝土桥梁等大型制品，是先在模型内浇灌混凝土，振捣成型，养护到设计强度的75%以上时才在该混凝土制品的预留孔内穿入预应力钢丝束，用张拉千斤顶直接在混凝土梁体上施加预应力后，再将水泥基灌浆料灌入预留孔内至达到规定的强度，这就
是后张台座法。对于混凝土轨枕这样的小型制品，一般用先张法，即在台座上先张拉预应力钢丝，再在模型内浇灌混凝土，经插入式振捣成型、表面振实压花、养护，待混凝土达到放张强度（一般为设计强度的75%）后才放张，切断预应力钢丝。我国采用先张台座法生产预应力混凝土轨枕的工艺线也有几家，主要是制造岔枕、桥枕等非正线轨枕。现以我国于2001年援建非洲建成的坦赞铁路轨枕厂为例，介绍先张台座法预应力混凝土轨枕的生产工艺（坦赞铁路混凝土轨枕产品结构见本刊2013年第4期的“我国预应力混凝土枕产品类型综述”），其车间工艺设备布置如图6所示。
图 6 坦赞铁路轨枕车间台座法生产工艺设备布置图
图 7 先张台座法轨枕工艺流程
如图6所示，轨枕车间内主要设备有：Φ7螺旋肋钢丝
盘架及钢丝定长切断装置；台座及钢模型；整体张拉机
及另一端的单组张拉机；混凝土浇灌车、插入振捣车、
表面振实车、脱模机；轨枕成品车及轨道（出入露天成品
库）等。
先张台座法预应力混凝土轨枕工艺流程如图7所示。
（一）台座（如图8所示）
本台座由纵梁加牛腿、固定端横梁和活动端横梁组
成。台座两侧的纵梁加牛腿既可用来承受钢丝张拉时形
成的预应力，纵梁上的轨道又可用来放置钢模型，整个台
座共放置30套刚模型。两纵梁外侧还有一对轨道供灌注、
振捣、脱模等设备行走。本台座两条纵梁及牛腿是钢筋混
凝土结构，固定端横梁和活动端横梁是钢结构。整体张
拉端的横梁由固定端横梁和活动端横梁组成，穿有钢丝
组的张拉挂板放置在活动端横梁内。另一端为单组张拉
端，仅有固定端横梁，穿有钢丝组的张拉挂板置于端横梁
中的4个张拉盒内。因采用4×1联组合钢模型，整体张拉
端要能同时张拉4根轨枕的共32根Φ7螺旋肋钢丝，总张
拉力N=255kN×4=1020kN，故本台座设计能承受总张拉力
1200kN。两条钢筋混凝土纵梁上各安装1根P15钢轨，轨枕
钢模型滚轮可在钢轨上移动，台座中间沿纵向设有蒸汽管
沟，安装一根直径为50mm的蒸汽花管，由锅炉房的燃油锅
炉供给蒸汽。
（二）钢模型
该钢模型采用4×1联组合形成，其外形如图6
所示，结构断面如图9所示。该组合钢模型由轨枕
冲压壳体和型钢等组拼焊接而成，外形尺寸约为
1950mm×1560mm×360mm（高度尺寸包括轮高）。与流
水机组-传送法采用的钢模型比较，因钢模型短小，不承
受张拉形成的应力，故结构简单，不易变形，用钢量少，重
量轻。该钢模型还包括以下特点：一是钢模型两侧装有滚
轮，可在台座两纵梁的轨道上移动，从而避免放张时因钢
丝连同混凝土回缩引起承轨槽挡肩部位出现纵向劈裂裂
缝；二是模端两侧板上设计有活节螺栓和连接座，从而使
得前后钢模型连在一起；三是每两个钢模型端面间由上、
中、下三块可抽动的隔板组成，用螺栓和连接座固定，使
模端部封闭，避免混凝土漏泄；四是钢模型顶部设计有可
拆、装式养护支架；蒸养时，安上支架，敷设蓬布，形成蒸
汽养护的湿热介质环境空间，便于轨枕进行湿热处理。
（三）Φ7mm高强螺旋肋钢丝的编组
坦赞铁路混凝土轨枕的预应力钢筋为直径7mm的高
强螺旋肋钢丝，从8个盘径为2.4m的钢丝盘内拉出的8根
钢丝同时进入长度为60多米的钢丝组定长切断装置。8
根钢丝同时拉伸并同时定长切断，可以使8根钢丝长度
误差减小，这8根钢丝编成一组，分别穿在两块张拉挂板
中，然后进行镦头（冷镦），这两块张拉挂板的钢丝则放
置于同一根轨枕内，因钢模型长度为1950mm，30套钢模
型再加上隔板和两张拉端的工艺长度，则钢丝下料长度
需60多米。
1—钢筋混凝土纵梁；2—生产设备车轮轨道（外）和钢模型滚轮轨道（内）；
3—单组张拉端钢横梁；4—单组张拉机及轨道；5—整体张拉机及轨道；
6—整体张拉端钢横梁；7—蒸汽管沟（沟内安置Dg50蒸汽管）
图 8 坦赞铁路轨枕车间台座（尺寸为mm）
图 9 坦赞铁路轨枕钢模型轨下（左半边）和枕中（右半边）断面图
（四）张拉
由于台座预应力钢丝长度很大，与流水机组-传送法在模型上施加预应力相比，其拉伸长度要大好几倍，采用行程为200mm的千斤顶仅在一端张拉就满足不了要求，故在坦赞铁路轨枕厂采用两端张拉，一端为整体张拉，整体张拉机采用两个张拉力为1000kN，活塞行程为800mm的千斤顶，机上还有一台大流量的油泵站供给液压油。整体张拉安装有四根轨枕的8块张拉挂板，共32根钢丝的活动端横梁与整体张拉机两条拉杆连接，2台千斤顶活塞在油压作用下移动时，通过拉杆使活动端横梁移动，实现对钢丝进行张拉。一般整体张拉到（0.75～0.85）σcom （σcom —预应力钢丝的张拉控制应力）。另一端采用单组张拉，即采用YLA600/200型千斤顶对每组钢丝（同一根轨枕的8根钢丝）进行张拉，达到100%σcom 。
虽然张拉伸长计算值但仅仅是有效伸长，实
际要考虑的千斤顶移动行程要大得多，因为60多米长的钢丝在没有预加力时是不可能安全平直的，还要有一大段无效的调直伸长。
（五）安装模间端隔板和箍筋、螺旋筋
由于坦赞铁路轨枕的预应力钢丝是上、下两排，每排4根，每个模型为4×1联组合，这种台座法生产时的模间端隔板采用上、中、下三块组合，为厚度20mm的钢板，其中上、下两隔板是整块的，可以向上和向下卸出，而中间隔板因为在上、下两排钢丝之间，无法从上、下卸出，故做成左、右两半块，以便从左、右抽卸。
该轨枕的箍筋是在轨枕两端各安装2根，共4根。螺旋筋则是每个橡胶成孔器上安装1个，每根轨枕共有4个。
（六）浇灌混凝土
搅拌站搅拌好的混凝土通过吊斗运入车间，再用桥吊卸入混凝土浇灌车，通过浇灌车在台座两侧轨道上边移动边向模型内浇灌混凝土，由于模型彼此连接，中间有隔板填塞，浇灌时混凝土不会漏洒到台座上。
（七）混凝土插入振捣和表面振动压实
混凝土振捣密实分两步，第一步是插入振捣，振捣车上的操作人员手持插入式振捣器随振捣车边移动，边振实混凝土；第二步是表面振动，采用安装有附着式振动器
的加压盖板随加压振动车边移动，边将表面振实、压花，形成轨枕底部的花纹。
（八）清边、拆卸模间端隔板
模间端隔板是在浇灌混凝土后、水泥初凝时，将上隔板向上抽出，下隔板向下抽出，中间各两半块隔板，则分别从左、右抽出。
（九）养护
台座法生产是将混凝土轨枕连同钢模型一起直接在台座上进行蒸汽养护。在台座中间蒸汽养护管沟内铺设了一根Dg50的蒸汽花管。考虑到养护空间蒸汽介质流通的需要，在轨枕钢模型侧顶板角钢的顶面上钻有孔洞，需要作蒸汽养护时，插入专门设计的养护支架，然后再覆盖蓬布，以保证温、湿度在整个台座上均匀分布。
坦赞铁路地区气候炎热，也可不用蒸汽养护，自然养护两个昼夜，混凝土亦可达到放张强度而进行轨枕脱模。
（十）放张、脱模
坦赞铁路轨枕混凝土设计强度等级为C50，放张脱模强度为37.5MPa，不论是蒸汽养护还是自然养护，只要是混凝土强度达到37.5MPa，就可放张脱模。放张脱模程序是：首先，整体张拉机上的大行程千斤顶拉动活动端横梁，拔出固定销，缓慢放松预应力，此时原来由台座承受的钢筋应力和模型间自由端钢筋的收缩全部施加到轨枕混凝土上，由于轨枕之间隔板拆去留有间隙，带有滚轮的模型可以跟随轨枕混凝土的压缩变形而一起发生小量位移，当应力全部放松后，逐步切断台座两端和轨枕之间外露的钢丝，用脱模机的夹式吊具一次同时可吊4根轨枕，依次将轨枕从模型中吊出，轨枕在吊出时先翻转180°（轨枕在模型内是倒置，吊出翻转后为正置），然后平面旋转90°，先横向正置在模型上，再利用桥式吊车吊至两条台座之间的成品车上，运出车间入露天成品库堆放。
与流水机组-传送法工艺相比，台座法工艺的缺点是占地面积较大，生产周期较长，生产效率较低；优点则是设备投资小，适合不同类型、不同规格产品的生产，且车间内噪声较小。国内采用的台座法工艺多是生产一些数量较少、形状较为复杂的产品，如岔枕、桥枕等，台座设施多用废旧轨枕钢模改造而成。
七、预应力混凝土轨枕流水机组-传送法生产工艺的若干问题
（一）关于混凝土自动化搅拌系统中砂、石含水率的快速、自动测定问题
混凝土轨枕行业的搅拌系统从上料、配料、计量、搅拌、出料等均早就实现了机械化、自动化，但骨料含水率的测定始终是一个瓶颈，使用过国外进口和国内研制的多种砂石自动测水仪，但一直不太理想，有的精度不够，更多的是容易损坏，目前还是在每班用烘干法测一次砂石含水率的基础上，靠搅拌司机的经验来输入砂石含水率数据，这势必会影响混凝土配合比精度。因此需要研究精度高、使用方便且经久耐用的砂石自动测水仪。
（二）轨枕车间的噪声问题
轨枕车间噪声比较严重，主要是振动台的噪声高达105db～110db；其次是无齿摩擦锯的噪声达95db～100db，而且这是使人更难受的高频噪声，这些噪声对工人的健康有一定影响；其他噪声产生于模型在辊道上移动、桥吊走行、工人操作等。一般的中、低频噪声强度比较低，对于生产车间来说应该问题不大。曾经采用过在车间内建立隔声间，给工人配耳罩，采用液压剪代替无齿摩擦锯来切断钢筋等措施，但都会给生产操作带来不便而放弃采用。近年来，有工厂采取了一些降噪措施，例如，将振动台原来的框式台面改为板式台面，既减少了空气噪声，又减少了维修；对振动台基础作减振处理，即将振动台基础与地面基础用橡胶平板隔离以减少振动传递；还有就是适当减小混凝土干硬度以减少振动时间等，都对降噪有利。总之，要更好地解决车间噪声问题，还需在工艺和设备方面作进一步改进。
（三）轨枕生产安全问题
预应力混凝土轨枕生产线开始全部采用桥吊运输模型，各工序也少有防护，安全隐患较多，后改进为模型平面传送采用纵横向辊道，进出养护池采用桥吊加自动吊架，工人不必再进入养护池挂钩，并采用了跨越辊道的天桥及防护栏、防止张拉时钢筋断裂伤人的防护网等（如图3、图4所示），同时对各岗位的操作工人，特别是对控制模型移动操作台的工人加强安全生产教育，以有效地提高生产的安全性。八、引进国外先进技术的思考
20世纪90年代，我国铁路系统曾引进意大利OLMI公司的技术，在株洲桥梁工厂建成一条流水传送法的自动化轨枕生产线。这条生产线的特点是：采用1×4联短模型，先张预应力，模型出入养护池采用吊车，其余均由辊道横向传送，生产过程采用计算机及电气自动控制，包括养护池自动吊车控制系统、蒸汽养护温度自动控制系统、脱模区域控制系统、张拉区域自动控制系统、浇注及振动控制系统、待养护区域控制系统、成品堆码及运输控制系统，通过这些控制系统的相互关联，实现生产线的联动或手动，满足各种工艺要求。但通过几年的运行，这条自动化水平相当高的轨枕生产线并未能在我国得到推广，究其原因，主要是该生产线虽然自动化程度较高，但生产效率却比国内生产线相对较低，而且设备制造和维修的成本也比较高。实践证明，预应力混凝土轨枕的生产，采用短模的流水机组-传送法并不适合我国国情，采用长模的流水机组-传送工艺既能保证产品质量和生产安全，又能有很高的劳动生产率，而且设备的制造和维修成本均比较低。
参考文献：
[1] 姚明初等编著：混凝土轨枕的设计与制造（下册），中国铁道出
版社，1984年，北京
[2] 高玉光 、汪加蔚，混凝土轨枕的台座法工艺，《混凝土与水泥制
品》2008年第3期
作者简介
汪加蔚，1940年生，中国铁道科学研究院铁道建筑研究所研究员，主要从事铁路混凝土制品及材料的研究，并主持了国内外混凝土轨枕、管桩、先张梁等十余条生产线的设计。
电话：010-********
手机：182********
白 玲，1971年生，女，工学博士，中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心研究员，主要从事钢桥及混凝土结构的科研、仿真、咨询、检测等工作。
电话：010-********
手机：139********