立模振動成型預制大口徑鋼筋混凝土排水管道的工藝研究

　　一、概述
　　本文闡述的是，在不采用芯模振動等專用制管設備的情況下，使用簡單的插入式混凝土振動器，在工廠預制口徑在1400毫米至2600毫米的企口、鋼承口等各種接口形式的鋼筋混凝土排水管道的工藝研究。
　　隨著城市市政工程建設的發展，對大口徑的鋼筋混凝土排水管，特別是帶有橡膠密封圈接口的排水管道，以及用于地下頂進施工的專用頂管需求量大增。而一般水泥管廠的生產規模都不大，使用傳統的離心和懸輥制管設備已無法適應大口徑排水管道的生產，企業遇到生產能力不適應的問題。
　　在此情況下，中鐵十六局四公司大膽采用立式組合模具，配合普通的插入振動密實方法，由工人手持插入式振搗棒，將分步裝填的混凝土逐段振動密實。同時，也改進了混凝土攪拌、混凝土上料、以及蒸汽養生工序，成功地實現了大口徑鋼筋混凝土排水管道的批量預制，并在施工中得到成功地應用，為企業擴大生產、增加企業效益做出了貢獻。
　　二、成型原理及工藝參數的確定
　　（一）成型原理
　　在插入式振動棒的有效激振力作用范圍內，管壁預拌混凝土中砂、石骨料等的全部固體粒子同步產生振動，并在振動時克服粒子之間界面的磨阻力而產生移動，進行有序的排列，互相包裹，互相填充。同時，在呈沸騰狀的預拌混凝土中的氣泡，沿振動棒表面向上連續均勻排除，混凝土得到最大限度的密實。
　　本工藝成型的管子，管身混凝土密實均勻，結構強度高，混凝土中無明顯殘存氣泡；管子結構尺寸不受成型工藝的影響，成品內外壁光滑，其內在質量和外觀質量均優于其他任何工藝成型的管子。
　　本工藝的關鍵，在于將預拌混凝土下料、振動棒振動、振動棒起升等綜合在一起，而管模則在工序過程中完全呈靜止狀態。
　　（二）插入振動器的選擇
　　根據生產管徑的不同，選用國產優質ZX50型行星式高頻插入式振動器，工作電源為普通電網交流50Hz、380V，單個振動電機功率為1.1或1.5kW，轉速2800轉/分。該插入振動器與普通插入式制動器的工作原理不同：由電機驅動軟軸，帶動振動棒內滾錐旋轉，滾錐在振動棒內筒壁的滾道上作行星式滾動，打擊滾道，使棒體產生徑向高頻激振力。該插入振動器的主要技術參數見表1。
　　生產實踐證明，使用該種插入振動器可以迅速地使混凝土得到密實，如果采用了普通的偏心塊振動方式的插入制動器，適當延長停滯時間，也完全可以滿足了混凝土密實工藝要求。
　　（三）插入振動器的多點布置
　　由于混凝土管壁是圓環形薄壁結構，插入振動器必須采用截面范圍內的多點水平布置，根據單個插入振動器的激振力有效作用半徑，使其激振范圍相互銜接，以形成沿管壁圓周均勻、有效的激振力共同作用。單只振動棒的高效激振半徑為30-40cm，考慮到鋼筋混凝土排水管為薄壁構件，且在試驗中發現，混凝土中的鋼筋和內外模具的鋼板有反射激振力和諧振的作用。試驗證明，在兩只插入振動棒相銜接的部位，混凝土得到的激振強度不但沒有減小，由于疊加作用，反而有增強的趨勢。根據以上理由，將插入振動器的多點水平布置的間距（弧長）確定為等距的60cm左右。插入振動器多點水平布置方案見表2。
　　（四）插入振動器的振動時間
　　插入振動器的振動時間即振動棒在混凝土中的停滯時間。停滯時間過短，混凝土不能夠得到充分密實，混凝土中的游離氣泡也不能完全排除；停滯時間過長，則有可能使混凝土產生離析，混凝土中的粗集料顆粒下沉，水分上浮，即形成混凝土由于過振產生的泌水現象。一般混凝土配合比情況下，當預拌混凝土坍落度為3-4cm時，規范要求同一工作點的持續振動時間為20秒-30秒，而使用高頻插入振動器的最短持續振動時間不得短于10秒鐘。插入振動器的振動時間還與混凝土存料多少有關。當混凝土布料堆積厚度較大時，振動棒在混凝土中的停滯時間應當適當延長。所以，振動棒振動時間應結合混凝土布料速度、堆積料層厚度決定，以保證混凝土恰好振動密實為宜。
　　（五）立式組合管模
　　裝配式外模：為兩半圓結構，半圓接口采用錯茬式合口縫，以保證不漏水泥漿。兩半模間采用螺拴緊固；整體縮徑式內模：為圓形帶有縮徑機構的整體模，其收縮條向內收攏，然后兩側圓筒同步向內收縮；端口圈：分為下部的承口底圈和上部的插口圈，為鑄鋼加工件，決定生產出的管子接口尺寸。
　　三、生產工藝條件及工藝流程
　　（一）生產工藝條件
　　立式振動成型用的混凝土原材料，同懸輥制管生產工藝要求基本一致。但在以下方面還存在區別的：水泥采用號早強型硅酸鹽水泥，以減輕泌水現象和獲得早強效果；石子的最大粒徑稍大，以獲得較高混凝土強度，為0.5-3.2cm，顆粒級配符合質量要求；砂子選用細度模數為2.3-3.0的中砂，砂率在34%-35%，比懸輥工藝稍大；混凝土加水量必須要嚴格控制，水灰比為0.38-0.40，控制預拌混凝土坍落度在2-4cm。
　　采用養護罩式低溫蒸汽養生，管子制作完畢后，待滿足一個小時的靜停時間，使混凝土達到初凝強度后，即加養護罩通蒸汽加熱。混凝土經升溫、恒溫、降溫過程，達到混凝土的脫模強度后，先脫掉內模，再脫掉外模，管子脫模后尚需要補充自然養生階段。
　　（二）工藝布置
　　中鐵十六局四公司采用的是室外露天生產和養護罩低溫蒸汽養生，即在生產現場的混凝土地坪上安裝承口底圈，裝配管模。一臺門形吊車，用以起吊內外模、鋼筋骨架、管子和混凝土料斗；在吊車軌道的一端就近安排混凝土攪拌設備。
　　（三）工藝流程
　　在承口底座內側組裝內模及底圈，同時涂刷隔離劑，吊裝成型好的鋼筋骨架套在內模外面，在承口底座和內模上已經分別涂刷隔離劑；在鋼筋骨架的外面合上外模，外模的內側也預先涂刷隔離劑；在內模上部安裝混凝土傾料頂蓋，將拌制好的混凝土卸到布料頂蓋上，向內外模之間的空腔下料；在管壁周圈各點安排插入振動器，分層振動密實混凝土；振動成型結束，將布料頂蓋移開，壓下插口圈，鎖緊楔銷，人工修正并成型上部管口；加蒸汽養護罩，養護混凝土；待管體混凝土達到脫模強度后，收縮內模并吊開外模，移至下一個工位，清理模型，與新的承口底圈組裝。產品留在原處繼續養護，達到起吊強度后，運走管子，脫開底圈。
　　四、生產工藝特點分析
　　第一，能生產非圓形管，如：橢圓、蛋圓、上圓下方、帶基礎管等；也能生產帶有柔性橡膠圈接口的企口或各種類型的承插口管。第二，節約能源：以懸輥工藝生產Φ2000管為例，其主機容量在90KW左右，本工藝耗能僅為其五分之一左右。第三，生產同樣規格的產品，投資可節省一半以上，生產利潤高；并可生產特大口徑產品。第四，由于省去了復雜笨重的主機及主機基礎，安裝方便，對場地要求低及便于移動，可利用工廠現成場地，也可在施工現場預制，產品上馬快。第五，因為模具不用旋轉，無嚴重磨損，使用壽命長。具有設備簡單，便于維修和安全性能好的優點。第六，在生產過程中沒有管子與模具同時起吊的要求，龍門式起重機的起重量要求僅為懸輥工藝的二分之一左右。第七，噪音低，無廢料、廢液排出，有利于文明生產和環境保護。第八，無跑漿、分層、麻面、超厚、塌落、漏筋等質量蔽病，且由于內壁、外壁、承口及插口均為模具成型，表面光滑，產品的外觀漂亮、結構尺寸及內在質量均有保證。
　　五、工藝推廣前景
　　隨著市場經濟的發展，城市擴建和環境治理工程對大口徑鋼筋混凝土排水管的需求量激增；同時要求大口徑鋼筋混凝土排水管材料工程預算價格中運費部分大幅度減小。所以，今后大口徑鋼筋混凝土排水管的生產運輸半徑將會更加縮短。市場競爭形勢必然會促進小規模企業上馬大口徑鋼筋混凝土排水管，有條件在施工現場預制大口徑鋼筋混凝土排水管，就近安裝施工。
　　繼續改進插入振動成型工藝，研究專用成套設備，比如組合振動裝置，減少人工勞動強度，提高機械化程度，完善工藝方案和設備配套，進一步提高生產效率，其工藝推廣前景會更好。
　　（作者單位：中鐵十六局四公