熱帶雨林氣候條件下水泥管預(yù)制成套技術(shù)

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(wù)工程局有限公司，天津 300461）

1 工程概況

科特迪瓦PK24工業(yè)園一期項(xiàng)目位于科特迪瓦經(jīng)濟(jì)首都阿比讓西北部24 km，占地約127公頃，為典型的市政項(xiàng)目。

項(xiàng)目為127公頃園區(qū)和園區(qū)外公共部分的土地整治項(xiàng)目，包含道路工程修建、停車場及集裝箱堆放區(qū)硬化、雨排系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、輸變電及照明工程、供水管及水塔、蓄水池施工、通信系統(tǒng)施工等內(nèi)容。其中雨排水管網(wǎng)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(chǎn)管節(jié)約110 m，工期較為緊張。

2 預(yù)制工藝選擇

離心法、懸輥法、立式振搗、芯模振動是目前國內(nèi)混凝土管生產(chǎn)的四種常用工藝。各工藝優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 常用預(yù)制工藝優(yōu)缺點(diǎn)對比表

其中懸輥工藝制造水泥管是中國應(yīng)用最為廣泛的一種水泥制管工藝，是指制管機(jī)在電機(jī)驅(qū)動下，輥軸帶動鋼模產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，由于離心力和輥壓力的作用，鋼模內(nèi)的混凝土隨著不斷地均勻喂料，管壁逐漸增厚，當(dāng)內(nèi)壁超出模板口時，管內(nèi)混凝土與旋轉(zhuǎn)的輥軸直接接觸，不斷地旋轉(zhuǎn)輥壓，使干硬性混凝土產(chǎn)生一定密實(shí)度，從而完成混凝土管預(yù)制，隨著輥壓過程進(jìn)行，管體不斷壓實(shí)，表面光滑致密。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況和后續(xù)市場開發(fā)，選擇懸輥預(yù)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(yù)制混凝土管，為保證混凝土質(zhì)量及成型率，采用V2型干硬性混凝土。

根據(jù)設(shè)計強(qiáng)度C25/30計算配置強(qiáng)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(jīng)測定坍落度符合要求，混凝土工作性良好，并分別進(jìn)行7天、28天抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，各組試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 配合比匯總表

根據(jù)干硬性與工作性要求滿足混凝土設(shè)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(yù)制的前提和關(guān)鍵技術(shù)，施工中要注意以下幾點(diǎn)。

（1）選擇滿足要求的原材料：①高強(qiáng)度干硬性混凝土配制時，宜采用標(biāo)號較高的水泥，本項(xiàng)目選用CPA42.5R硅酸鹽水泥；②干硬性混凝土的用砂應(yīng)選用吸水率小、級配良好的粗、中砂，并嚴(yán)格控制含泥量，含泥量過多將導(dǎo)致砂石無法與水泥產(chǎn)生較好的黏結(jié)，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(zhǔn)確控制水灰比，避免混凝土太干或太濕造成涵管表面出現(xiàn)蜂窩麻面或不易成型、內(nèi)壁坍落等質(zhì)量問題；②混凝土用料計量要準(zhǔn)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(dǎo)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(yùn)輸過程中，運(yùn)輸工具應(yīng)加遮蓋，以免水分過多蒸發(fā)，應(yīng)盡量減少倒運(yùn)次數(shù)，縮短運(yùn)輸時間及混凝土停放時間；②小直徑管節(jié)預(yù)制時，要控制每盤混凝土生產(chǎn)量，做到即拌即用，減少混凝土的水分蒸發(fā)。

4 制管參數(shù)研究

4.1 懸輥機(jī)轉(zhuǎn)速研究

懸輥機(jī)可控制剛滾軸在調(diào)速范圍內(nèi)無極調(diào)速，因懸輥過程中滾軸與管模為面接觸，故管模轉(zhuǎn)速VB與滾軸轉(zhuǎn)速VA換算關(guān)系為：

VB=VA·r/R，VA=VB·R/r （式中r為滾軸直徑，R為管模內(nèi)徑）

各直徑混凝土管懸輥機(jī)轉(zhuǎn)速見表4。

表4 懸輥機(jī)轉(zhuǎn)速對比表

（1）喂料階段。

喂料階段管模板轉(zhuǎn)速設(shè)置的原則是：在離心力作用下使混凝土貼附于模板內(nèi)壁，隨著喂料地不斷進(jìn)行，混凝土均勻平整地攤鋪在管模內(nèi)壁。

喂料工序轉(zhuǎn)速設(shè)置為600 r/min，待管模達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)后，利用自動喂料機(jī)均勻喂料，過程中不應(yīng)斷料和避免不均勻喂料使管模發(fā)生跳動。對于直徑較小的混凝土管可一次喂?jié)M，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(guī)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(zhuǎn)速延長旋轉(zhuǎn)1~2 min。

（2）凈輥階段。

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

停穩(wěn)后，使用龍門吊將管模吊下機(jī)架，轉(zhuǎn)移至拆模養(yǎng)護(hù)區(qū)。

4.2 拆模時間研究與優(yōu)化

預(yù)制管初期采取的養(yǎng)護(hù)工藝是覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，前期混凝土強(qiáng)度增長較慢，影響模板周轉(zhuǎn)速度，平均拆模時間超過12小時，模板周轉(zhuǎn)率較低，無法滿足施工生產(chǎn)需要。為加快模板周轉(zhuǎn)，在管節(jié)懸輥完畢后，由龍門吊將管模與管體整體吊運(yùn)至養(yǎng)護(hù)堆放區(qū)進(jìn)行靜置成型，在預(yù)制管內(nèi)增加蒸養(yǎng)炭盒。蒸養(yǎng)炭盒內(nèi)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(huán)境，提高預(yù)制管內(nèi)部的溫度與濕度，加快混凝土強(qiáng)度增長。高溫蒸養(yǎng)工藝見圖1。

圖1 高溫蒸養(yǎng)示意圖

同時，派專人控制進(jìn)風(fēng)口出風(fēng)口開合，監(jiān)控管內(nèi)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(jìn)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(zhuǎn)率，管節(jié)預(yù)制速度成倍提高。

5 預(yù)制管施工質(zhì)量控制與工藝優(yōu)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(yù)制初期時，管口可能出現(xiàn)填料不滿的情況，混凝土完全靠模板懸轉(zhuǎn)過程中的離心力貼附于模板表面，導(dǎo)致輥壓不密實(shí)。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(chǎn)后未及時使用，混凝土性能變差，導(dǎo)致承口區(qū)域混凝土不密實(shí)，產(chǎn)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(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。由于出現(xiàn)此現(xiàn)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(shí)，故拌合時適當(dāng)增大混凝土坍落度，通過調(diào)整管口混凝土工作性能的方式來解決。

同時優(yōu)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(yuǎn)離喂料機(jī)出料方向。并進(jìn)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(shí)。

根據(jù)試驗(yàn)情況，確定混凝土制備后必須在25分鐘內(nèi)使用完畢。在電機(jī)負(fù)荷范圍內(nèi)改變傳動軸尺寸，加快喂料機(jī)傳送帶傳送速度。通過調(diào)整，上料時間可縮短至20分鐘以內(nèi)，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(shí)，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(fù)責(zé)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(jī)勻速移動，確保喂料均勻，管壁適當(dāng)超厚，確保管體在輥壓軸的作用下密實(shí)，避免麻坑。根據(jù)天氣情況和模板溫度，制管前按需對模板灑水降溫。工藝優(yōu)化后，混凝土管外壁麻面顯著減少。

5.3 管內(nèi)壁坍塌

原因分析：

項(xiàng)目所在地屬熱帶雨林氣候，降雨多，導(dǎo)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(jié)時，加大內(nèi)壁坍塌的可能性。

因鋼筋骨架活動空間過大、保護(hù)層墊塊脫落等原因，導(dǎo)致鋼筋籠偏向一側(cè)，頂部如有保護(hù)層過大，尤其是在制作完成吊運(yùn)至堆放場地時，可能發(fā)生混凝土內(nèi)壁坍塌。

解決辦法：

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

安裝模板前，加強(qiáng)對鋼筋骨架的檢查，優(yōu)化保護(hù)層墊塊設(shè)計，加入扎絲綁扎，輕吊輕放，在堆管區(qū)采用緩沖措施。

5.4 管內(nèi)壁起皮、裂紋

原因分析：

為滿足生產(chǎn)進(jìn)度需要，預(yù)制施工分兩班進(jìn)行，項(xiàng)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(fēng)速存在一定變化，但施工配合比未及時調(diào)整。

不同管徑的管節(jié)生產(chǎn)時長不一樣，大尺寸管的預(yù)制時間相對較長，容易發(fā)生起皮或裂紋。

制管時因轉(zhuǎn)速不足，導(dǎo)致混凝土掉落在輥軸，輥軸殘留混凝土與內(nèi)壁混凝土易發(fā)生起皮。

解決辦法：

通過總結(jié)制管經(jīng)驗(yàn)，確定不同氣候條件下的施工配合比。

確定不同尺寸管節(jié)的制管最佳時長，適當(dāng)增加大尺寸管節(jié)預(yù)制時混凝土的用水量，重點(diǎn)控制結(jié)尾階段的混凝土性能，改善內(nèi)壁外觀質(zhì)量。如有必要，將水泥和砂的混合物拋入，可改善起皮現(xiàn)象。

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

優(yōu)化前后混凝土管內(nèi)壁效果對比見圖2。

圖2 優(yōu)化前后混凝土管內(nèi)壁效果

6 結(jié)語

通過對不同管徑水泥管預(yù)制的干硬性混凝土配合比、制管參數(shù)、養(yǎng)護(hù)工藝的深入研究，對遇到的常見問題進(jìn)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(zhì)量控制方法，形成水泥管預(yù)制成套施工技術(shù)。推動了標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。