芯模振動制管與徑向擠壓制管優缺點分析

徐 明 凱

(太原市政建設集團有限公司辰宇公司，山西 太原 030024)

0 引言

混凝土排水管是各種工程施工中的常見構造。我國擁有較為久遠的混凝土排水管生產歷史。隨著科學技術的進步，特別是材料科學的發展，排水管的生產技術和使用性能也發生了很大的變化。早期，排水管基本均是由簡單的澆搗成型。當前，排水管的生產工藝已經發生的翻天覆地的變化，多種各具優勢的排水管生產技術齊頭發展。

現階段，按照排水管的成型原理，可以將排水管的制管工藝分為幾大類：振動成型工藝(芯模振動、附壁式振動、插入式振搗)、擠壓成型工藝(軸向擠壓、徑向擠壓)、離心成型工藝以及懸輥成型工藝。各種工藝都有其獨自的特點。評價排水管制管工藝的性能指標中，主要是依據排水管制管的生產成本、生產效率、產品質量以及勞動強度。從這幾方面綜合來考量，芯摸振動和徑向擠壓制管工藝的性能較為優秀，在實際工程中的應用也十分廣泛。為此，本文分析了芯模振動制管工藝與徑向擠壓制管工藝在制管技術、生產成本以及生產復雜程度等多個方面進行了對比分析。

1 芯模振動制管工藝原理及特點

1.1 芯模振動制管工藝原理

芯模振動制管工藝是工程實踐中廣泛應用的一種較為高效的排水管制管技術。芯模振動制管工藝的基本原理為：首先將外模和內模均在地托盤中垂直豎立，利用布料袋的圓周運動實現混凝土混合料澆筑至外模和內模中間的管模中，然后內模事前安放的高頻振蕩器開始傳遞激振力。在混凝土混合料注入的過程中，基于振蕩器的強大振動力，促使混凝土液化，將混凝土充滿外模和內模中間的管模。并且，在混凝土液化時，管模內的空氣隨著排出，增強了排水管的密實度。通常情況下，當排水管成型時，承口在下，插口在上，在排水管頂部裝有插口盤。插口盤的作用集中體現排水管成型過程中的定型。需要注意的是，在芯模振動制管技術的設計階段，插口盤的大小和形狀必須與管道的插口在一定誤差范圍內嚴格地保持一致。

在高頻振動的作用下，混凝土混合料的組成成分就會出現懸浮和液化。一旦在制管過程中，混凝土出現液化，就會破壞混凝土的凝聚狀態。值得注意的是，受到混合料性質的影響，混凝土混合料顆粒在高頻振動時會出現互相撞擊，導致混凝土混合料表面的凝膠出現部分脫落的現象，增加了混凝土混合料內凝膠體的表面積。為此，芯模振動制管工藝的密實度和強度均高于一般的制管工藝。這是采用高頻振動成型的一個顯著優勢。在芯片振動制管過程中，一定要避免使用含水量較高的混凝土。這是因為芯模振動制管的基本原理是利用高頻振動成型，含水量高的混凝土難以實現振動后直接脫模，影響排水管生產質量。為此，需要在芯模振動制管過程中，采用含水量較低的干硬性混凝土。

1.2 芯模振動制管工藝的優點

芯模振動制管工藝具有如下優點：

1)芯模振動制管工藝在成型過程中，可以采用地下封閉場所，在地面實現成型過程的自動控制，相比傳統的懸輥以及離心制管技術，極大地改善了排水管的制管工作環境，顯著降低了制管工人的勞動強度，對于安全文明生產具有極大的推動作用。

2)采用芯模振動制管生產的排水管密實度很高。根據芯模振動制管原理，制管過程中不能采用含水量高的混凝土，制管結束后需要進行立即脫模，這都極大地增加了排水管混凝土混合料的密實度，提升了排水管生產質量。并且相比其他制管工藝，干法生產還能夠極大地節約原材料，降低排水管生產成本。

3)芯模振動制管工藝在排水管成型后可以立即實現脫模，一套模具對于一個口徑，確保了排水管的內外徑精確度，且降低了對模具的使用。

1.3 芯模振動制管工藝的缺點

芯模振動制管工藝在排水管生產過程中，采用了干硬性混凝土，并且在制管結束后需要立即進行脫模處理。這非常不利于排水管的成型。并且，排水管脫模時還會影響排水的結構強度。在脫模過程中，芯模振動制管還容易在排水管的內外壁產生十分粗糙的拉痕，影響排水管的整體光潔度。此外，雖然芯模振動制管的主體施工位于地下，但整體噪聲仍然較大。

2 徑向擠壓制管工藝原理及特點

2.1 徑向擠壓制管工藝原理

徑向擠壓排水管制管技術源起于20世紀80年代，首先由美國McCracken公司提出。我國后續開始引進了該制管技術以及相關制管裝備。但是，徑向擠壓排水管的造價較高，且技術裝備維護復雜，在國內并沒有得到十分廣泛的應用。進入21世紀以來，受到人工費用和產生過剩等諸多因素的綜合影響，我國開始引入徑向擠壓制管技術。并且出現了一個應用徑向擠壓制管技術的小高潮。

徑向擠壓排水管制管采用的立式生產法，制管過程中模具一直垂直于底部托盤上。與芯模振動制管技術的原理有顯著不同，徑向擠壓制管不是利用高頻振動進行排水管成型的，而是利用擠壓投的高速旋轉實現排水管成型。在排水管生產過程中，成型頭與擠壓頭按照一定的預設速度不斷上升。需要注意的是，徑向擠壓制管技術需要將成型頭的大小與形狀在一定誤差范圍內與排水管保持嚴格一致。

2.2 徑向擠壓制管工藝的優點

1)相比其他排水管制管技術，徑向擠壓排水管制管的生產效率很高。通常情況下，一根排水管的成型時間在2 min～3 min左右。特別是，如果具備安裝全自動機械手等輔助裝置的條件，有望實現每小時產生多于30根小口徑排水管的目標。

2)養護方法簡單。徑向擠壓排水管制管與芯模振動工藝一樣，可以采用自然保濕養護方法，顯著降低了后續的保養維護成本。

3)徑向擠壓排水管制管過程中利用擠壓成型頭對混凝土作圓周抹光運動，提升了排水管的光滑程度。

2.3 徑向擠壓制管工藝的缺點

相比其他排水管制管技術，徑向擠壓制管對混凝土的原材料要求較高。這是由徑向擠壓制管原理所決定的。在排水管生產過程中，為了使排水管的密實度增加，需要加大混凝土原材料的細料比例，此外還需要盡量保持混凝土的顆粒均勻性。徑向擠壓工藝裝備需要利用多個鋼筋骨架定位塊解決鋼筋骨架扭曲問題，一旦控制不好就會出現局部裂縫，影響生產質量。此外，徑向擠壓制管只能生產小口徑的排水管。

3 兩種制管工藝的性能對比分析

3.1 工藝技術對比分析

按照我國出臺的各項技術標準，芯模振動制管工藝和徑向擠壓制管工藝生產的混凝土排水管在各個指標的測試中均能夠滿足我國的相關技術規范與要求。這些指標包括排水管的抗滲性、抗壓性、光滑性以及外觀等。利用徑向擠壓制管工藝生產的排水管在光滑性和外觀方面要優于芯模振動制管工藝生產的排水管。但是，從芯模振動制管工藝和徑向擠壓制管工藝的制管原理和實際測試結果來看，徑向擠壓制管生產的排水管在鋼筋握裹力、致密度方面不如芯模振動制管。并且，徑向擠壓制管需要規格較高的原材料，要想提高制管合格率，必須要加大鋼筋和水泥等粉狀料用量，制管成本方面高于芯模振動制管。

3.2 經濟指標對比分析

在生產成本方面，由于徑向擠壓制管需要較高的鋼筋和水泥用量，成本高于芯模振動制管。除此之外，徑向擠壓制管的設備維護與更換方面的費用也高于芯模振動制管。這是因為徑向擠壓制管設備的擠壓頭易磨損，更換較為頻繁。在功耗方面，徑向擠壓制管的能源消耗也遠遠大于芯模振動制管。例如一臺普通的徑向擠壓制管機的主機的功率約為120 kW。但是，當采用芯摸振動制管時，一臺標準的芯模振動制管設備的主機的功率大約為65 kW。因此，總體上，徑向擠壓制管的經濟性不如芯模振動制管。

3.3 產生裂縫原因對比分析

芯模振動制管和徑向擠壓制管在排水管生產過程中，都會出現排水管裂縫的現象。這與制管技術原理有很大關系，但也與操作不當有關，我們此處只分析由于制管技術導致的排水管裂縫。首先，芯模振動制管產生裂縫的原因主要包括：脫模區域的地面不平、插口成型時碾壓力過大和鋼筋骨架尺寸不準。其次，徑向擠壓制管產生裂縫的原因主要包括擠壓頭設置的擠壓力過大和斷續布料易產生細微環向裂縫。其中擠壓頭設置的擠壓力過大是徑向擠壓制管出現裂縫的主要技術原因。斷續布料易產生細微環向裂縫。受到擠壓工藝特性的限制，在排水管生產過程中不能存在布料斷層。因此，徑向擠壓制管需要一定程度的自動化設備進行保障。

4 結語

排水管是各種工程應用中需求量很大的材料。當前，排水管制管工藝有很多種，科學合理地選取制管工藝是相關企業的重要工作。本文首先分析了芯模振動制管工藝和徑向擠壓制管工藝的制管原理以及優缺點，然后從工藝技術、經濟指標和裂縫原因三個方面對比分析了兩種制管工藝的性能，以期為類似工作提供一定的參考。