立模振動(dòng)成型預(yù)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(dòng)等專用制管設(shè)備的情況下，使用簡(jiǎn)單的插入式混凝土振動(dòng)器，在工廠預(yù)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(shè)的發(fā)展，對(duì)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(jìn)施工的專用頂管需求量大增。而一般水泥管廠的生產(chǎn)規(guī)模都不大，使用傳統(tǒng)的離心和懸輥制管設(shè)備已無法適應(yīng)大口徑排水管道的生產(chǎn)，企業(yè)遇到生產(chǎn)能力不適應(yīng)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(dòng)密實(shí)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(dòng)密實(shí)。同時(shí)，也改進(jìn)了混凝土攪拌、混凝土上料、以及蒸汽養(yǎng)生工序，成功地實(shí)現(xiàn)了大口徑鋼筋混凝土排水管道的批量預(yù)制，并在施工中得到成功地應(yīng)用，為企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)、增加企業(yè)效益做出了貢獻(xiàn)。
　　二、成型原理及工藝參數(shù)的確定
　　（一）成型原理
　　在插入式振動(dòng)棒的有效激振力作用范圍內(nèi)，管壁預(yù)拌混凝土中砂、石骨料等的全部固體粒子同步產(chǎn)生振動(dòng)，并在振動(dòng)時(shí)克服粒子之間界面的磨阻力而產(chǎn)生移動(dòng)，進(jìn)行有序的排列，互相包裹，互相填充。同時(shí)，在呈沸騰狀的預(yù)拌混凝土中的氣泡，沿振動(dòng)棒表面向上連續(xù)均勻排除，混凝土得到最大限度的密實(shí)。
　　本工藝成型的管子，管身混凝土密實(shí)均勻，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，混凝土中無明顯殘存氣泡；管子結(jié)構(gòu)尺寸不受成型工藝的影響，成品內(nèi)外壁光滑，其內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量均優(yōu)于其他任何工藝成型的管子。
　　本工藝的關(guān)鍵，在于將預(yù)拌混凝土下料、振動(dòng)棒振動(dòng)、振動(dòng)棒起升等綜合在一起，而管模則在工序過程中完全呈靜止?fàn)顟B(tài)。
　　（二）插入振動(dòng)器的選擇
　　根據(jù)生產(chǎn)管徑的不同，選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)ZX50型行星式高頻插入式振動(dòng)器，工作電源為普通電網(wǎng)交流50Hz、380V，單個(gè)振動(dòng)電機(jī)功率為1.1或1.5kW，轉(zhuǎn)速2800轉(zhuǎn)/分。該插入振動(dòng)器與普通插入式制動(dòng)器的工作原理不同：由電機(jī)驅(qū)動(dòng)軟軸，帶動(dòng)振動(dòng)棒內(nèi)滾錐旋轉(zhuǎn)，滾錐在振動(dòng)棒內(nèi)筒壁的滾道上作行星式滾動(dòng)，打擊滾道，使棒體產(chǎn)生徑向高頻激振力。該插入振動(dòng)器的主要技術(shù)參數(shù)見表1。
　　生產(chǎn)實(shí)踐證明，使用該種插入振動(dòng)器可以迅速地使混凝土得到密實(shí)，如果采用了普通的偏心塊振動(dòng)方式的插入制動(dòng)器，適當(dāng)延長(zhǎng)停滯時(shí)間，也完全可以滿足了混凝土密實(shí)工藝要求。
　　（三）插入振動(dòng)器的多點(diǎn)布置
　　由于混凝土管壁是圓環(huán)形薄壁結(jié)構(gòu)，插入振動(dòng)器必須采用截面范圍內(nèi)的多點(diǎn)水平布置，根據(jù)單個(gè)插入振動(dòng)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(dòng)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(gòu)件，且在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，混凝土中的鋼筋和內(nèi)外模具的鋼板有反射激振力和諧振的作用。試驗(yàn)證明，在兩只插入振動(dòng)棒相銜接的部位，混凝土得到的激振強(qiáng)度不但沒有減小，由于疊加作用，反而有增強(qiáng)的趨勢(shì)。根據(jù)以上理由，將插入振動(dòng)器的多點(diǎn)水平布置的間距（弧長(zhǎng)）確定為等距的60cm左右。插入振動(dòng)器多點(diǎn)水平布置方案見表2。
　　（四）插入振動(dòng)器的振動(dòng)時(shí)間
　　插入振動(dòng)器的振動(dòng)時(shí)間即振動(dòng)棒在混凝土中的停滯時(shí)間。停滯時(shí)間過短，混凝土不能夠得到充分密實(shí)，混凝土中的游離氣泡也不能完全排除；停滯時(shí)間過長(zhǎng)，則有可能使混凝土產(chǎn)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(chǎn)生的泌水現(xiàn)象。一般混凝土配合比情況下，當(dāng)預(yù)拌混凝土坍落度為3-4cm時(shí)，規(guī)范要求同一工作點(diǎn)的持續(xù)振動(dòng)時(shí)間為20秒-30秒，而使用高頻插入振動(dòng)器的最短持續(xù)振動(dòng)時(shí)間不得短于10秒鐘。插入振動(dòng)器的振動(dòng)時(shí)間還與混凝土存料多少有關(guān)。當(dāng)混凝土布料堆積厚度較大時(shí)，振動(dòng)棒在混凝土中的停滯時(shí)間應(yīng)當(dāng)適當(dāng)延長(zhǎng)。所以，振動(dòng)棒振動(dòng)時(shí)間應(yīng)結(jié)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(dòng)密實(shí)為宜。
　　（五）立式組合管模
　　裝配式外模：為兩半圓結(jié)構(gòu)，半圓接口采用錯(cuò)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(nèi)模：為圓形帶有縮徑機(jī)構(gòu)的整體模，其收縮條向內(nèi)收攏，然后兩側(cè)圓筒同步向內(nèi)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(chǎn)出的管子接口尺寸。
　　三、生產(chǎn)工藝條件及工藝流程
　　（一）生產(chǎn)工藝條件
　　立式振動(dòng)成型用的混凝土原材料，同懸輥制管生產(chǎn)工藝要求基本一致。但在以下方面還存在區(qū)別的：水泥采用號(hào)早強(qiáng)型硅酸鹽水泥，以減輕泌水現(xiàn)象和獲得早強(qiáng)效果；石子的最大粒徑稍大，以獲得較高混凝土強(qiáng)度，為0.5-3.2cm，顆粒級(jí)配符合質(zhì)量要求；砂子選用細(xì)度模數(shù)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(yán)格控制，水灰比為0.38-0.40，控制預(yù)拌混凝土坍落度在2-4cm。
　　采用養(yǎng)護(hù)罩式低溫蒸汽養(yǎng)生，管子制作完畢后，待滿足一個(gè)小時(shí)的靜停時(shí)間，使混凝土達(dá)到初凝強(qiáng)度后，即加養(yǎng)護(hù)罩通蒸汽加熱。混凝土經(jīng)升溫、恒溫、降溫過程，達(dá)到混凝土的脫模強(qiáng)度后，先脫掉內(nèi)模，再脫掉外模，管子脫模后尚需要補(bǔ)充自然養(yǎng)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(chǎn)和養(yǎng)護(hù)罩低溫蒸汽養(yǎng)生，即在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的混凝土地坪上安裝承口底圈，裝配管模。一臺(tái)門形吊車，用以起吊內(nèi)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(shè)備。
　　（三）工藝流程
　　在承口底座內(nèi)側(cè)組裝內(nèi)模及底圈，同時(shí)涂刷隔離劑，吊裝成型好的鋼筋骨架套在內(nèi)模外面，在承口底座和內(nèi)模上已經(jīng)分別涂刷隔離劑；在鋼筋骨架的外面合上外模，外模的內(nèi)側(cè)也預(yù)先涂刷隔離劑；在內(nèi)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(nèi)外模之間的空腔下料；在管壁周圈各點(diǎn)安排插入振動(dòng)器，分層振動(dòng)密實(shí)混凝土；振動(dòng)成型結(jié)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(yǎng)護(hù)罩，養(yǎng)護(hù)混凝土；待管體混凝土達(dá)到脫模強(qiáng)度后，收縮內(nèi)模并吊開外模，移至下一個(gè)工位，清理模型，與新的承口底圈組裝。產(chǎn)品留在原處繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，達(dá)到起吊強(qiáng)度后，運(yùn)走管子，脫開底圈。
　　四、生產(chǎn)工藝特點(diǎn)分析
　　第一，能生產(chǎn)非圓形管，如：橢圓、蛋圓、上圓下方、帶基礎(chǔ)管等；也能生產(chǎn)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(jié)約能源：以懸輥工藝生產(chǎn)Φ2000管為例，其主機(jī)容量在90KW左右，本工藝耗能僅為其五分之一左右。第三，生產(chǎn)同樣規(guī)格的產(chǎn)品，投資可節(jié)省一半以上，生產(chǎn)利潤高；并可生產(chǎn)特大口徑產(chǎn)品。第四，由于省去了復(fù)雜笨重的主機(jī)及主機(jī)基礎(chǔ)，安裝方便，對(duì)場(chǎng)地要求低及便于移動(dòng)，可利用工廠現(xiàn)成場(chǎng)地，也可在施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，產(chǎn)品上馬快。第五，因?yàn)槟＞卟挥眯D(zhuǎn)，無嚴(yán)重磨損，使用壽命長(zhǎng)。具有設(shè)備簡(jiǎn)單，便于維修和安全性能好的優(yōu)點(diǎn)。第六，在生產(chǎn)過程中沒有管子與模具同時(shí)起吊的要求，龍門式起重機(jī)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(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。第八，無跑漿、分層、麻面、超厚、塌落、漏筋等質(zhì)量蔽病，且由于內(nèi)壁、外壁、承口及插口均為模具成型，表面光滑，產(chǎn)品的外觀漂亮、結(jié)構(gòu)尺寸及內(nèi)在質(zhì)量均有保證。
　　五、工藝推廣前景
　　隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市擴(kuò)建和環(huán)境治理工程對(duì)大口徑鋼筋混凝土排水管的需求量激增；同時(shí)要求大口徑鋼筋混凝土排水管材料工程預(yù)算價(jià)格中運(yùn)費(fèi)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(chǎn)運(yùn)輸半徑將會(huì)更加縮短。市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)必然會(huì)促進(jìn)小規(guī)模企業(yè)上馬大口徑鋼筋混凝土排水管，有條件在施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制大口徑鋼筋混凝土排水管，就近安裝施工。
　　繼續(xù)改進(jìn)插入振動(dòng)成型工藝，研究專用成套設(shè)備，比如組合振動(dòng)裝置，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高機(jī)械化程度，完善工藝方案和設(shè)備配套，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，其工藝推廣前景會(huì)更好。
　　（作者單位：中鐵十六局四公