铁路轨枕使用现状及发展趋势

铁路轨枕使用现状及发展趋势

我国是一个地域辽阔的大陆国家，人口众多，资源分布不均衡，经济发展存在地区差异，这就必然决定了大量资源与人员需要长途调运。在五大主要运输方式中，不论是运输里程还是运输量，铁路运输的比例都是最高的。铁路是保证我国经济快速发展的基础和根本。进入21世纪以来，随着我国国民经济持续快速发展，物流系统的不断完善，对铁路建设提出了更高的要求。这其中铁路设施建设是硬件，而轨枕是铁路行车部分的重要组成要素，是建设的关键。

1我国铁路轨枕使用现状及分析

截止20世纪末，我国铁路建设总里程突破11万km。运营里程达到10．64万km，计划到2050年中国铁路网规模达到14万km。根据运量和行车速度等运营条件的要求，每公里线路上铺设轨枕的数量在1440—1840根，如按最低限计算，需要轨枕1．06亿根。加上需要更替的轨枕，将有1.2亿根轨枕缺口，如这一问题不能很好解决，将严重制约国民经济的快速发展。目前我国铁路使用的轨枕主要是木枕和钢筋混凝土枕两大类。

1．1木枕

木枕是指由原木直接加工而成的实木轨枕，是目前使用最多、最普遍的一种，在我国占铁路轨枕的60％～65％L2。木材是一种天然高分子材料，是人类最早应用的材料之一，由于木材的优良特性，到目前它仍然是材料世界的主要成员。以木材为原料的木枕具有弹性好、形状简单、加工容易、重量轻、铺设更换方便等优点。所以，木枕在整个轨枕市场中一直占据着首要位置。随着钢筋混凝土轨枕的发展，木枕的数量在逐渐减少。这主要是由于木枕在使用过程中具有诸多优点的同时，也存在着难以克服的缺点。

(1)我国是个少林国家，木材资源严重不足，长期以来木材供需矛盾尖锐，无法满足市场需求。生产枕木所需树木的年龄一般在80～100年，而在我国这样年龄的立木蓄积量微乎其微。另外，木材产品市场的发展趋势证明，利用木材原料生产其他木制品比生产枕木更具有发展前景和价值，从经济学的角度也是不可取的。

(2)由于木材为有机物质，易为虫、菌侵蚀而腐朽变质，所以木枕使用寿命短，经防腐处理后额定使用年限13～19年，如货流加大、速度和载量提高，将降至8～10年J。为延长使用寿命，要用化学药剂对其处理，我国一般使用的是油类防腐剂中的煤焦油和杂酚油，通常配成1：1混合液，杂酚油作为毒性剂，煤焦油作为保护层，对枕木进行浸泡b，虽然这种化学药剂挥发性低，对人的毒副作用小，但由于其微溶于水，对环境污染比较严重。由于机械磨损和木质腐朽，常常使钢轨和木枕的连接处出现松动，维护与保养工作量增大。以上两方面的问题是制约木枕使用与发展的重要因素。

1．2钢筋混凝土轨枕

我国钢筋混凝土轨枕从研究、生产、推广应用直到现在，历时50余年，产量逾亿根，铺设里程累计达7万km l6]，与世界各国采用钢筋混凝土轨枕相比，数量上占有很大的比例。钢筋混凝土轨枕在我国铁路运输事业中发挥了巨大的作用。与木枕相比，钢筋混凝土轨枕具有原材料资源充分、使用寿命长、稳定性较

高、养护工作量小等优点。但由于其材料、制造工艺、结构、铺设及使用环境等方面的原因，钢筋混凝土轨枕在使用中存在以下缺点和不足，给其生产和应用带来了许多问题。

(1)使用中出现裂缝。这是钢筋混凝土轨枕常见也是最主要的问题。裂缝形式主要有轨下正弯矩裂缝、枕中正弯矩和负弯矩裂缝、轨枕顶面螺栓孔纵向和横向裂缝、轨枕端部和中部纵向裂缝、龟裂口J。不论是运营线路上的轨枕还是未铺设的备用轨枕，随着时间的推移，各类形式的裂缝均存在不断发展的趋势，裂缝宽度从0．5～5iTlrfl不等，长度一直纵裂至两端或达到环裂、直至贯通、造成劈裂。这其中，纵裂和龟裂的比例及程度最严重。当裂缝超过钢筋混凝土轨枕失效标准时，就要从运营线路上换下。但要换上新的轨枕，需要装卸、运输更换等作业环节，这不仅耗费大量人力物力，有时还会影响行车，其费用往往是一根轨枕本身造价的4～5倍。

(2)硬度大、弹性差。由于钢筋混凝土轨枕硬度大、弹性差，一方面对列车行驶部分产生冲击、振动，限制列车运行速度的提高，同时使车辆行驶部分提前破坏；另一方面，对旅客和列车工作人员身体健康带来不利影响，特别是工作人员，易造成职业病。

(3)重量大、脆性大。钢筋混凝土轨枕是木枕重量的3～5倍J，装卸、运输、更换极不方便。脆性大易造成由于行车、装卸事故等造成轨枕的机械破损。2、国内外铁路轨枕材料发展的新趋势

随着全球经济的迅猛发展，各国对铁路运输的建设，特别是对基础设施——轨枕的建设开展了广泛、深入的研究。在传统的木枕和钢筋混凝土轨枕的基础上，开始研究开发新材料轨枕，目前已有多项成果。

1994年美国开始研究木塑复合材料轨枕，主要原料是废旧聚乙烯塑料，对其进行二次加工。表面强化后的木塑复合材料轨枕既保持了内部的木材弹性，又提高了表面的耐磨性和握钉力。也可将该种复合材料镶嵌在铁路枕木上，其抗冲击压力比普通松木高几十倍，而且对螺纹道钉有较高的握钉力。参与这一工作的有Pyrrepca大学、EarthCare Products公司、Conrail和N onfold Southern铁路企业及美国国家装备部。美国芝加哥运输局估计，10年内木塑复合材料轨枕在其轨枕份额中将上升25％～30％。美国大量运输系统和主要运输干线正在大量安装这种新型轨枕。该木塑复合材料轨枕可以采用与木质轨枕同样的紧固方法，也能与木质轨枕混合使用，推广方便，成本低，原料50％以上是可以回收的废弃物。

20世纪90年代末，澳大利亚的V oest—A lpine公司和日本的Sekisui Chom ieal公司联合研制泡沫聚氨酯复合材料轨枕，这种材料是以长玻璃纤维作为增强体。其工艺技术很复杂，需要钢筋混凝土板代替碎石道渣层，成本较高。另外，该轨枕在长时间荷载作用下，使用寿命降低，受温度影响较大。韩国发明将由废旧轮胎生产的胶粉、沙子、水泥混合，用模型压制成铁路轨枕，具有重量轻，抗冲击和耐腐蚀等优点，并能减少火车行驶噪音和震动。此项技术目前已获得美国专利。废旧轮胎属于不溶和难熔的高分子弹性材料，其高弹性、高韧性在一50℃～+150℃范围内没有变化。随着汽车工业的快速发展，越来越多的废旧轮胎形成的“黑色污染”正在威胁着全人类的生存环境。据统计，全世界每年约有10亿只轮胎报废，其中能够得到翻新利用的只占15％～20％。中国是世界上第三大轮胎生产国，每年产生的废旧轮胎达5000多万只，约140