ДОСЛІДЖЕННЯ БЕТОНУ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ШПАЛ, ЩО ЗАЗНАЛИ ПОШКОДЖЕНЬ ПІД ЧАС ЕКСПЛУАТАЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.15802/bttrp2021/245342Ключові слова:
залізобетонна шпала, бетон, дефект, тріщина, корозія, реакційно здатний заповнювач, струм витокуАнотація
Мета. На залізницях України на окремих ділянках спостерігається інтенсивний передчасний вихід шпал через утворення дефектів, який може вплинути на безпеку руху поїздів та завдає суттєвих матеріальних збитків через одиничну заміну значної кількості шпал. Мета дослідження – встановлення причин пошкодження залізобетонних шпал на характерній ділянці залізниці з їх інтенсивним передчасним виходом. Методика. Досліджено стан залізобетонних шпал типу СБ3 під безпідкладкові рейкові скріплення на 324-332 км парної колії дільниці Одноробівка-Букіне Південної залізниці, де з 2007 р. спостерігався їх інтенсивний вихід за дефектністю. Результати. Встановлено, що за 15 років експлуатації по мірі попуску 236,3 млн. т. через дефектність замінено близько 2,8 % шпал (44 шт. на 1 км колії). Характерними дефектами (пошкодженнями), через які шпали знімали з колії, були переважно 12.2 і 13.2 за класифікацією ЦП-0150 – тріщини та злам шпал, у т.ч. з роздрібненням бетону. Цим дефектам передувало утворення сітки тонких тріщин на видимих поверхнях шпал. Відібрано та досліджено 3 шпали з первинною міцністю бетону на стиск 68…77 МПа виробництва Коростенського заводу залізобетонних шпал і Гніванського заводу спецзалізобетону, зняті з колії через характерні дефекти. Із шпал відібрано керни, за якими визначено остаточну міцність бетону та проведено мікроскопічні дослідження, у т.ч. методом люмінесцентної дефектоскопії. Встановлено, що сітка тріщин у шпалах є просторовою, найбільш розвинутою під верхньою гранню, найменш розвинутою над нижньою гранню, і спричиняє зниження міцності бетону на стиск на 47…72 %. Відзначено, що руйнування бетону під час навантаження відбувалось за цими тріщинами. На внутрішніх поверхнях тріщин відзначені окремі зерна заповнювачів, які мають ознаки вмісту активного кремнезему, що разом з характером тріщин може свідчити, що причиною їх утворення є корозія бетону від взаємодії луг цементу з реакційно здатними заповнювачами. На поверхнях тріщин в нижній частині шпал виявлено продукти вилуговування, очевидно, електроміграційного, що може свідчити про сприяння корозійним процесам струмів витоку на електрифікованих постійним струмом коліях. Наукова новизна. Отже, основною причиною дефектів, за якими замінювались шпали, була корозія бетону від взаємодії луг цементу з реакційно здатними заповнювачами, якій сприяли вплив струмів витоку, а також невелика епюра шпал і застосування безпідкладкових анкерних проміжних рейкових скріплень. Практична значимість. Результати дослідження дозволяють встановити причини утворення тріщин та інших пошкоджень у залізобетонних шпалах під час експлуатації та, у свою чергу, зменшити втрати підприємств-виробників скріплень та шпал від браку та рекламацій, оптимізувати сукупні витрати на ремонтно-колійні роботи та подальше утримання колії за рахунок раціонального призначення конструкції колії, зменшення пошкоджуваності та заміни шпал під час експлуатації колії.
Посилання
Plugin, A. A., Miroshnichenko S. V., Lobiak, O. V., Kalinin, O. A., & Plugin, D. A. (2020). Crack resistance of reinforced-concrete sleepers with elastic rail fastening systems without base-plate. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1002(1), 012010. (in English)
Smirnova, O. (2017). Obtaining the high-performance concrete for railway sleepers in Russia. Procedia Engineering, 172, 1039-1043. (in English)
Stark, J. (2008). Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Bauhaus Universität Weimar. (in English)
Stark, J., & Wicht, B. (1995). Dauerhaftigkeit von beton. Architektur und Bauwesen Weimar Universität. (in English)
Zolotarskiy, A. F., Yevdokimov, B. A., Isaev, N. M., Krysanov, L. G., Serebrenikov, V. V., & Fedulov, V. F. (1980). Zhelezobetonnye shpaly dlya relsovogo puti. Moskva: Transport. (in Russian)
Kovalenko, V. V., Zaiats, Yu. L., Pshinko, P. O. (2015). Doslidzhennia prychyn peredchasnoho ruinuvannia zalizobetonnykh shpal na Znamianskii dystantsii kolii PCh-10 Odeskoi zaliznytsi. Nauka ta prohres transportu, 6, 149-163. (in Ukrainian)
Mchedlov-Petrosyan, O. P. (Red.) (1971). Tekhnologicheskoe obespechenie dolgovechnosti zhelezobetonnykh shpal. Trudy KhIITa, 122. (in Russian)
Petrova, T. M., & Sorvachova, Yu. A. (2012). Vnutrennyaya korroziya betona kak faktor snizheniya dolgovechnosti obektov transportnogo stroitelstva. Nauka i transport. Transportnoe stroitelstvo, 4, 56-60. (in Russian)
Pluhin, A. A., Miroshnichenko, S. V., Kalinin, O. A., Liakhu, L. V., & Hanzhela, S. Yu. (2020). Eksperymentalni doslidzhennia trishchynostiikosti zalizobetonnykh shpal z bezpidkladkovym pruzhnym reikovym skriplenniam. Zb. nauk. prats UkrDUZT, 192, 11-23. (in Ukrainian)
Pluhin, A. A., Pluhin, A. M., Pluhin, D. A., Borziak, O. S., Skoryk, O. O., & Koniev, O. A. (2011). Analiz vplyvu ahresyvnykh dii na konstruktsii ta sporudy zaliznyts: Verkhnia budova kolii v zaliznychnykh tuneliakh. Zb. nauk. prats UkrDAZT, 122, 187-201. (in Ukrainian)
Pluhin, A. M., Pluhin, A. A., Tulei, Yu. L., Miroshnichenko, S. V., Kalinin, O. A., & Liutyi, V. A. (2014). Dosvid ekspluatatsii zalizobetonnykh shpal z pruzhnymy reikovymy skriplenniamy, rozroblenymy v UkrDAZT. Zb. nauk. prats UkrDAZT, 148 92-103. (in Ukrainian)
Plugin, A. N., Plugin, A. A., Plugin, Al. A., & Dudin, A. A. (2009). Elektricheskoe soprotivlenie zhelezobetonnykh shpal s razlichnymi tipami relsovykh skrepleniy. Zb. nauk. prats UkrDAZT, 111, 245-261. (in Russian)
Pshinko, P. O. (2012). Pidvyshchennia nadiinosti zaliznychnykh zalizobetonnykh shpal (Avtoreferat kandydatskoi dysertatsii), Dnipropetrovsk. (in Ukrainian)
Smirnova, O. M. (2014). Morozostoykost vysokokachestvennykh betonov dlya podrelsovykh konstruktsiy. Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitelnom komplekse regiona, 4, 77-81. (in Russian)
TsP-0150 (2006). Tekhnichni vkazivky z vykorystannia staroprydatnykh materialiv verkhnoi budovy kolii na zaliznytsiakh Ukrainy. Kyiv: NKTB TsP Ukrzaliznytsi. (in Ukrainian)
