О.М КРИКУНОВ, канд. техн. наук (Московский государственный университет путей сообщения), СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ ШПАЛАМ И УРОВЕНЬ ИХ КАЧЕСТВА В РОССИИ
В последнее время отмечаются случаи разрушения предварительно напряженных железобетонных шпал на путях Северо-Кавказской, Горьковской и других железных дорог России. Будет справедливо отметить, что такие случаи, как правило, являются следствием использования сырья и материалов низкого качества или нарушений технологии. Но совершенно очевидно, что на этом фоне снижению долговечности шпал способствуют несовершенные технологические процессы, обусловленные и разрешенные устаревшими регламентами.
Действующие технические условия [1-4] на железобетонные шпалы и технологические правипа [5-7] базируются на нормативно-инструктивных документах 60-х годов, создававшихся под влиянием давно устаревших экономических и конъюнктурных приоритетов. Необходимость кардинального пересмотра нормативной базы очевидна.
С другой стороны, накопленный мировым сообществом опыт изготовления и эксплуатации изделий использован в настоящее время в современных базовых нормативах европейского Союза, в частности в евростандарте на бетон и евростандарте на железобетонные шпалы, которые применяются в Европе наряду с национальными стандартами.
Учитывая, что закон РФ О техническом регулировании [8] провозгласил приоритеты международных стандартов в области технического регулирования (ст.12), при разработке отечественных документов будет необходимо этим руководствоваться. В таблице приводится сравнительный анализ специфических требований европейских и отечественных технических условий на шпалы.
В таблице рассмотрены только те сравнительные характеристики, которые могут существенно повлиять на качество шпал, и отличаются от требований российских нормативов. Приведенные данные можно интерпретировать следующим образом.
Материалы (п. 1)
Обращает на себя внимание тот факт, что в требованиях к материалам российских нормативов содержатся только ссылки на соответствующие стандарты Требования к материалам в европейских нормах не просто регламентируют те или иные характеристики, они еще допускают альтернативные сочетания различных компонентов и устанавливают взаимосвязь между технологическими параметрами и свойствами материалов. Например, в случае содержания S03 в цементе более 2%, нормы предлагают внести коррективы в режим тепловой обработки (см. рисунок), в зависимости от щелочестойкости заполнителей могут быть выбраны соответствующие вяжущие и т.д.
В российских нормативах специальные требования к материалам для изготовления шпал практически не содержатся. Учитывая, что выбор цемента и заполнителей и взаимосвязь между технологическими параметрами и свойствами материалов решительным образом влияет на долговечность шпал, подобные требования необходимо внести в отечественные нормативы.
Допуски (п. 2)
Допуски на высоту шпалы и размеры, определяющие ширину колеи, по европейским нормам существенно жестче.
Допуски на угол наклона подрельсовой площадки к продольной оси шпалы (подуклонка) и взаимный поворот подрельсовых площадок (пропеллерность) в сопоставимых единицах по российским нормам ниже, чем по европейским.
Фактические отклонения в российских формах значительно выше указанных допускаемых. Это связано с большой гибкостью форм - соотношение ширины (высоты) формы к длине достигает 1:17 (1:50), при этом форма обжимается усилием порядка 2x40 т с эксцентриситетом относительно центра тяжести формы и подвергается дополнительным нагружениям при изготовлении шпал. В результате появления и накопления остаточных деформаций каждая новая формовка предполагает получение изделий с новыми размерами. Исключение составляет силовая форма Челябинского завода 4x1 для шпал Ш1 4x10. Большие значения угловых отклонений (пропеллерности и подуклонки) особенно важны для бесподкладочных нераздельных рельсовых скреплений, так как при применении устаревших рельсовых скреплений КБ эти дефекты шпал менее заметны за счет компенсации размеров деформациями резиновых подкладок, имеющих значительные толщины.
Тепловлажностная обработка бетона (п. 3)
По европейским нормам предельная температура тепловой обработки составляет 60 °С; при этом температура должна быть снижена в случае содержания серного ангидрида более 2% от массы цемента на 10 °С. Важно, что температура прямым способом измеряется в теле бетона и автоматически регистрируется.
В России допускается температура тепловой обработки 80 °С. Максимальная расчетная скорость разогрева бетона может достигать 25 °С/ч, а по европейским нормам -15 °С/ч.
Высокотемпературный с интенсивным разогревом режим тепловой обработки бетона был принят Госстроем СССР как типовой еще в начале 60-х годов без учета особенностей некоторых изделий, например шпал. Этот режим регламентирован без изменений и в настоящее время. Безусловно, применение столь жесткого режима, усугубляющегося высокой скоростью разогрева бетона, приводит к деструктивным процессам в нем, те. в конечном счете к снижению срока эксплуатационной пригодности шпал. Не менее важен влажностный режим. По европейским нормам, предпочтительными способами сохранения бетона от влагопотери являются: укрытие полиэтиленовыми пленками; применение влажных покрытий; орошение водой; нанесение пленкообразующих средств.
Данные меры предписано применять по отдельности или в комплексе. Для исключения образования на начальной стадии микротрещин, а впоследствии макротрещин от температурных напряжений в бетоне введено требование предельной разности температур в массиве бетона и на его поверхности. Ничего подобного в российских нормативах не содержится.
Износостойкость(п.4)
Износостойкость (истираемость бетона) при применении подкладочного рельсового скрепления типа КБ не была так актуальна, как для бесподкладочных рельсовых скреплений нового поколения. Видимо, поэтому данное требование ранее в советских, а теперь в российских нормах не содержится.
Водопоглощение (п. 5)
Структура бетона контролируется по косвенной характеристике - его водопоглощению. Предельный уровень пористости, определенный по кернам, выбуренным из реальных шпал, - 12%. По российским стандартам, ни этот показатель, ни какой-либо другой прямой или косвенный показатель структуры бетона не контролируется.
Водопоглощение достаточно определенно характеризует открытую интегральную пористость бетона. Поскольку детальные исследования структуры бетона для заводских лабораторий сложны и требуют аппаратурного обеспечения, квалифицированных сил и довольно длительны, измерение водопоглощения для заводского контроля наиболее приемлемый способ оценки структуры бетона. Величина открытой пористости дает общее качественное представление о прогнозе долговечности бетона - морозостойкости, о возможной скорости карбонизации и т.д.
Выводы
Устаревшие технологические регламенты и технические условия на железобетонные предварительно напряженные железобетонные шпалы должны быть пересмотрены в самое ближайшее время.
В первую очередь и главным образом это касается пересмотра требований к режиму тепловлажностной обработки, имея в виду снижение предельного уровня температуры, снижение скорости разогрева и предотвращение влагопотерь. Не менее важно пересмотреть уровень требований к материалам для бетона шпал и допускам на их геометрические размеры, а также ввести наряду с контролем прочности бетона требования к его структурной характеристике - пористости.
Руководствуясь законом РФ О техническом регулировании, при разработке новых нормативов следует в значительной мере опираться на основополагающие требования европейского стандарта. При этом приоритетной задачей должно быть обеспечение безопасности движения, а не решение конъюнктурных и сиюминутных экономических вопросов.
Бетон и железобетон, 2007 №5