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

万t，而每年的处理量却只有20多万t。以废旧轮胎为原料开发研制新材料轨枕将是一个崭新的领域。据报道，我国已有科研单位对这一课题进行研发。近些年，日本以农作物秸杆为原料，进行粉碎，用胶粘剂进行粘结，模压制作轨枕。线上铺设了该种轨枕，进行了长时间的运营试验，到目前为止各项技术指标未见异常。近年我国有学者开展了以森林采伐剩余物、木材加工剩余物和木质材料废弃物为主要原料，以工业高炉灰渣为添加材料，研制技术性能好、成本低的新型复合材料轨枕的工作，这在我国尚属首次。开发木质剩余物和工业废弃资源，用以研制新型铁路轨枕，一方面可以节约大量木材，变废弃物为宝，使尚未得到充分利用的废弃资源发挥最大的效能，满足铁路高速发展对轨枕数量和技术性能的要求；另一方面，通过近些年对相关产品的研究、开发，可以肯定，该产品能克服木枕使用中的主要缺点，而且各项技术性能指标将远远优于钢筋混凝土轨枕；第三，这种新型轨枕是木材的替代品，这一项实用技术如能够研发成功，对我国现有森林环境的保护及处于两危时期的林业企业具有积极意义。

3、结束语

据统计，北美目前每年更换轨枕大约I200万根，未来2～5年会进一步提高到1400～1600万根／年；俄罗斯有超过2．5亿根的木质轨枕急待更换(铁路干线、地铁线路、森林窄轨铁路和电气火车铁路们；根据国务院《中国长期铁路网规划》以及加快铁路建设、扩大路网规模、改进技术装备的精神，我国现阶段有1亿多根轨枕缺口。因此，不论是世界上的其他国家还是我国，对轨枕数量的需求都是巨大的。传统的木枕和钢筋混凝土轨枕已不能满足要求，开发各项技术指标先进的新材料轨枕是轨枕研发的必然趋势，而利用林业和工业废旧弃)资源更具有时代意义。这一领域的新型产品研发成功，其经济和社会效益将是巨大的。