熱帶雨林氣候條件下水泥管預制成套技術

楊 易，王文廣

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002；2.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461）

1 工程概況

科特迪瓦PK24工業園一期項目位于科特迪瓦經濟首都阿比讓西北部24 km，占地約127公頃，為典型的市政項目。

項目為127公頃園區和園區外公共部分的土地整治項目，包含道路工程修建、停車場及集裝箱堆放區硬化、雨排系統、污水系統、輸變電及照明工程、供水管及水塔、蓄水池施工、通信系統施工等內容。其中雨排水管網總長度約為2.1×104m，均為混凝土管，直徑由300 mm至2 000 mm不等。計劃工期184天。平均每日生產管節約110 m，工期較為緊張。

2 預制工藝選擇

離心法、懸輥法、立式振搗、芯模振動是目前國內混凝土管生產的四種常用工藝。各工藝優缺點見表1。

表1 常用預制工藝優缺點對比表

其中懸輥工藝制造水泥管是中國應用最為廣泛的一種水泥制管工藝，是指制管機在電機驅動下，輥軸帶動鋼模產生旋轉，由于離心力和輥壓力的作用，鋼模內的混凝土隨著不斷地均勻喂料，管壁逐漸增厚，當內壁超出模板口時，管內混凝土與旋轉的輥軸直接接觸，不斷地旋轉輥壓，使干硬性混凝土產生一定密實度，從而完成混凝土管預制，隨著輥壓過程進行，管體不斷壓實，表面光滑致密。結合項目實際情況和后續市場開發，選擇懸輥預制工藝。

3 干硬性混凝土研究

干硬性混凝土是指水灰比較低，拌合物塌落度小于10 mm。稠度檢測主要有兩種方法，分別為坍落度和維勃稠度。干硬性混凝土比較干稠，不易流動，則用維勃稠度S表示。維勃稠度劃分等級見表2。

表2 維勃稠度等級劃分表

因采用懸棍法預制混凝土管，為保證混凝土質量及成型率，采用V2型干硬性混凝土。

根據設計強度C25/30計算配置強度，采用水膠比分別為（W/C）A=0.31、（W/B）B=0.36、（W/B）C=0.41三組不同配合比（其中A組砂率減少1%，C組砂率增加1%），分別配制混凝土拌和物。試配拌制成型后，經測定坍落度符合要求，混凝土工作性良好，并分別進行7天、28天抗壓強度試驗，各組試驗結果見表3。

表3 配合比匯總表

根據干硬性與工作性要求滿足混凝土設計及施工要求，確定配合比為：水泥∶水∶碎石∶砂=389∶140∶1216∶655=1∶0.36∶3.12∶1.68。

合適的混凝土配合比是鋼筋混凝土預制的前提和關鍵技術，施工中要注意以下幾點。

（1）選擇滿足要求的原材料：①高強度干硬性混凝土配制時，宜采用標號較高的水泥，本項目選用CPA42.5R硅酸鹽水泥；②干硬性混凝土的用砂應選用吸水率小、級配良好的粗、中砂，并嚴格控制含泥量，含泥量過多將導致砂石無法與水泥產生較好的黏結，石料含泥量不得大于1%。

（2）投料計量要精確：①拌合前檢測砂石含水率，計算拌合用水量。準確控制水灰比，避免混凝土太干或太濕造成涵管表面出現蜂窩麻面或不易成型、內壁坍落等質量問題；②混凝土用料計量要準確，骨料允許誤差不得超過±2%，水及水泥允許誤差不得超過±1%；③雨季時料倉、上料斗都要增加防雨措施，防止骨料含水率增加而導致混凝土坍落度較大；④由于干硬性混凝土用水量較少，且不摻外加劑，骨料、水泥不易拌合均勻，且攪拌時間一般為120~150 s，熱帶雨林氣候溫差大、氣溫高，為保證混凝土性能，每盤混凝土拌合量要控制在單根管涵的用量。

（3）混凝土拌和與布料：①在混凝土的運輸過程中，運輸工具應加遮蓋，以免水分過多蒸發，應盡量減少倒運次數，縮短運輸時間及混凝土停放時間；②小直徑管節預制時，要控制每盤混凝土生產量，做到即拌即用，減少混凝土的水分蒸發。

4 制管參數研究

4.1 懸輥機轉速研究

懸輥機可控制剛滾軸在調速范圍內無極調速，因懸輥過程中滾軸與管模為面接觸，故管模轉速VB與滾軸轉速VA換算關系為：

VB=VA·r/R，VA=VB·R/r （式中r為滾軸直徑，R為管模內徑）

各直徑混凝土管懸輥機轉速見表4。

表4 懸輥機轉速對比表

（1）喂料階段。

喂料階段管模板轉速設置的原則是：在離心力作用下使混凝土貼附于模板內壁，隨著喂料地不斷進行，混凝土均勻平整地攤鋪在管模內壁。

喂料工序轉速設置為600 r/min，待管模達到預定轉速穩定旋轉后，利用自動喂料機均勻喂料，過程中不應斷料和避免不均勻喂料使管模發生跳動。對于直徑較小的混凝土管可一次喂滿，喂料過程不宜過快，并均勻地從承口端退行喂料，邊喂料邊輥壓成型。

喂料時間一般不做硬性規定，最長不可超過25 min，喂料量控制在混凝土超過管模鋼擋圈3~5 mm為宜，并保持轉速延長旋轉1~2 min。

（2）凈輥階段。

逐漸增大滾軸轉速至1 200 r/min并維持最大轉速1~4 min，目測確定管內壁已壓實壓平后逐漸減速停機，減速過程中向管內均勻噴灑少量水和1∶2水泥拌細沙以形成致密光滑的內壁并防止管壁粘軸。

停穩后，使用龍門吊將管模吊下機架，轉移至拆模養護區。

4.2 拆模時間研究與優化

預制管初期采取的養護工藝是覆蓋灑水養護，前期混凝土強度增長較慢，影響模板周轉速度，平均拆模時間超過12小時，模板周轉率較低，無法滿足施工生產需要。為加快模板周轉，在管節懸輥完畢后，由龍門吊將管模與管體整體吊運至養護堆放區進行靜置成型，在預制管內增加蒸養炭盒。蒸養炭盒內一半裝充分燃燒的木炭，一半裝適量水，并將管斷密封，提供高溫蒸汽環境，提高預制管內部的溫度與濕度，加快混凝土強度增長。高溫蒸養工藝見圖1。

圖1 高溫蒸養示意圖

同時，派專人控制進風口出風口開合，監控管內溫度。0~1小時為低溫時間，溫度在30 ℃，1~5小時為高溫時間，溫度升至70~80 ℃，隨后自然冷卻1 h，便可進行模板拆除。拆模時間從一開始的超過12 h縮短至6~7 h，大大加快了模板周轉率，管節預制速度成倍提高。

5 預制管施工質量控制與工藝優化

5.1 承口混凝土蜂窩

原因分析：

由于干硬性混凝土流動性差，在預制初期時，管口可能出現填料不滿的情況，混凝土完全靠模板懸轉過程中的離心力貼附于模板表面，導致輥壓不密實。此外，制管所在地屬于熱帶雨林氣候，氣溫較高，混凝土料生產后未及時使用，混凝土性能變差，導致承口區域混凝土不密實，產生蜂窩。

解決辦法：

針對此情況，對混凝土管管口的混凝土配合比進行優化設計。由于出現此現象的原因基本為干硬性混凝土流動性差，且承插口管壁厚度小，混凝土難以壓實，故拌合時適當增大混凝土坍落度，通過調整管口混凝土工作性能的方式來解決。

同時優化喂料工藝和喂料方法，使用人工輔助承口部分喂料，同時在安裝模板時固定模板安裝方向，將模板承插口方向遠離喂料機出料方向。并進行均勻緩慢地退行上料，保證承口企口不易輥壓地部分上料飽滿密實。

根據試驗情況，確定混凝土制備后必須在25分鐘內使用完畢。在電機負荷范圍內改變傳動軸尺寸，加快喂料機傳送帶傳送速度。通過調整，上料時間可縮短至20分鐘以內，保證了制管時混凝土性能。

5.2 管外壁麻面

原因分析：

模板使用后沒有及時清理干凈；脫模劑涂抹不均；喂料時不均勻，或局部缺料，輥軸對混凝土輥壓不密實，造成麻面；制管采取干硬性混凝土，加之天氣炎熱，混凝土入模時模板溫度過高。

解決辦法：

派專人負責模板清理，拆模后及時安排人打磨，均勻涂脫模劑；喂料時控制喂料機勻速移動，確保喂料均勻，管壁適當超厚，確保管體在輥壓軸的作用下密實，避免麻坑。根據天氣情況和模板溫度，制管前按需對模板灑水降溫。工藝優化后，混凝土管外壁麻面顯著減少。

5.3 管內壁坍塌

原因分析：

項目所在地屬熱帶雨林氣候，降雨多，導致骨料含水量增大，從而影響混凝土的性能，在制作大尺寸管節時，加大內壁坍塌的可能性。

因鋼筋骨架活動空間過大、保護層墊塊脫落等原因，導致鋼筋籠偏向一側，頂部如有保護層過大，尤其是在制作完成吊運至堆放場地時，可能發生混凝土內壁坍塌。

解決辦法：

在自動配料機料倉上方增加防雨頂棚，優化上料方法，優先使用料場頂部含水量較小的骨料。

安裝模板前，加強對鋼筋骨架的檢查，優化保護層墊塊設計，加入扎絲綁扎，輕吊輕放，在堆管區采用緩沖措施。

5.4 管內壁起皮、裂紋

原因分析：

為滿足生產進度需要，預制施工分兩班進行，項目所在地屬熱帶雨林氣候，制管周期跨雨季和旱季，白天炎熱，原材料和模板溫度高，晚上溫度低，風速存在一定變化，但施工配合比未及時調整。

不同管徑的管節生產時長不一樣，大尺寸管的預制時間相對較長，容易發生起皮或裂紋。

制管時因轉速不足，導致混凝土掉落在輥軸，輥軸殘留混凝土與內壁混凝土易發生起皮。

解決辦法：

通過總結制管經驗，確定不同氣候條件下的施工配合比。

確定不同尺寸管節的制管最佳時長，適當增加大尺寸管節預制時混凝土的用水量，重點控制結尾階段的混凝土性能，改善內壁外觀質量。如有必要，將水泥和砂的混合物拋入，可改善起皮現象。

確定不同管徑制管時的最低轉速和不同階段最佳轉速，避免管壁混凝土由于離心力不足而掉落，改善內壁起皮現象。

優化前后混凝土管內壁效果對比見圖2。

圖2 優化前后混凝土管內壁效果

6 結語

通過對不同管徑水泥管預制的干硬性混凝土配合比、制管參數、養護工藝的深入研究，對遇到的常見問題進行原因分析、制定解決措施，攻克制管過程中遇到的難題，提出熱帶雨林氣候條件下懸輥工藝制管質量控制方法，形成水泥管預制成套施工技術。推動了標準化生產，創造了良好的經濟效益及社會效益。