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芯模振动制管设备和芯模振动制管工艺在钢筋混凝土排水管中的应用情况调查

水泥武汉双强水泥制品有限责任公司张吟秋 2008-09-30

　　一、我国芯模振动制管装备的研制开发和芯模振动制管技术的推广使用现状

　　1、芯模振动制管设备的引进

　　八十年代末,上海浦东混凝土制品有限公司（原上海成品厂）率先从丹麦佩德哈博公司引进了第一套芯模振动制管设备——Ф1350~2400双坑位钢筋混凝土排水管制管设备,填补了我国柔性接口钢筋混凝土排水管制管技术的空白。

　　九十年代开始，随着柔性接口钢筋混凝土排水管以其工程安装方便、施工进度快、接口密封性能好、管道运行安全的优势而开始被发展中的市政工程所选用，芯模振动制管设备也以其生产效率高、产品密实度好、生产过程安全的优势逐渐被国内部分骨干排水管生产企业所看好。杭州市政管业有限公司、上海闵马水泥制管有限公司、武汉宏振水泥制品厂、深圳嘉华建筑制品有限公司、河北中油建材总公司混凝土制管厂、浙江嘉善明珠混凝土制管有限公司、昆明顺弘水泥制管制品有限公司、昆山巴城水泥制品有限公司、北京远通制管有限公司、新疆天水水泥制品有限责任公司、宁夏青龙管道有限责任公司，先后从丹麦佩德哈博公司、德国祖布林公司、BFF公司、美国哈卡公司、意大利科利公司、德国非凡公司引进十余套芯模振动制管设备。然而过高的引进费用不是大多数制管企业所能承受的。

　　2、国产芯模振动制管设备的成功开发

　　2000年以后随着芯模振动制管装备先进性和芯模振动成型管材质量优良性能被普遍认可后，在我国市政工程和城镇污水治理快速发展的形势下，市场的需求和进口芯模装备过高的费用促使国产芯模振动制管设备的研制开发加紧进行，包括部分排水管生产企业率先进行了自制芯模振动制管设备的试制工作：

　　2001年厦门千秋业水泥制品有限公司、2002年浙江南洋水泥制品有限公司分别成功开发芯模振动制管设备用于本企业的钢筋混凝土排水管的生产；

　　2002年苏州混凝土水泥制品研究院经过调研立项开始了国家科技部国产芯模振动排水管生产设备项目的研发，2004年8月苏州混凝土水泥制品研究院科星混凝土装备有限公司成功试制出样机并在南宁鸿基水泥制品有限公司试验成功，成为我国首家研究开发芯模振动制管设备的设备制造厂家。四年来，该公司已向全国十多省市的二十多个企业提供了五十多个芯模振动制管工位，并向印度新德里和哈萨克斯坦出口了Ф600～Ф2000和Ф1350～Ф2400双工位芯模制管成套设备；

　　在苏州科星公司研制的芯模振动制管设备成功进入市场的同时，也引起国内其它水泥制品设备制造企业的关注。

　　2005年扬州市华光双瑞实业有限公司研制开发的 Ф1800～Ф3000芯模振动制管设备在秦皇岛抚宁县水泥制品有限责任公司试制成功； 2006年江苏华光双顺机械制造有限公司研制开发的Ф1350～Ф3000芯模振动制管设备在湖北中南水泥制品有限责任公司试制成功；2007年江苏邦威机械制造有限公司研制开发的Ф1350～Ф3000芯模振动制管设备在河北邯郸市博达水泥制品有限公司试制成功。目前这些设备制造厂也已向全国近十省市的十多个企业提供了芯模振动制管设备。

　　同时上海闵马水泥制管有限公司于2007年又成功自制Ф600～Ф1200芯模振动制管机一台，并用于本企业的生产。

　　仅三年时间采用芯模振动制管技术生产的企业已由十来个发展到目前近六十个。遍及北京、天津、上海、重庆、河北、安徽、湖南、湖北、广东、广西、云南、福建、四川、浙江、江苏、宁夏、内蒙、陕西、山东、辽宁、黑龙江、新疆等二十多个省市。可以肯定，随着国产设备购置成本的大幅度下降和国产装备技术的不断改进完善，芯模振动制管设备正在被各设计部门、工程使用部门和制管企业广泛的认可和快速推广。

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　　★据不完全统计已使用生产芯模振动制管设备的企业有：

　　北京市：北京远通制管有限公司（引进设备）

　　　　　　北京京龙管道有限公司（引进、国产设备）

　　　　北京志海水泥制品有限责任公司

　　　　首建嘉华水泥制品有限责任公司

　　上海市：上海浦东混凝土制品有限公司（引进设备）

　　　上海闵马水泥制管有限公司（引进设备）

　　天津市：天津油田工程部

　　　青龙管道有限公司天津分公司

　　四川省：重庆蓬盛水泥制品有限责任公司

　　　　　　四川省川鑫水泥制品有限公司

　　河北省：中油建材总公司混凝土制管厂（引进设备）

　　　　秦皇岛市抚宁县水泥制品有限责任公司

　　　　唐山龙禹水泥制品有限公司

　　　　　　　邯郸市博达水泥制品有限公司

　　　　　　　唐山永宏水泥制品有限责任公司

　　山东省：山东临朐水泥制品有限责任公司

　　　　　　桓台志达水泥制品厂

　　湖北省：武汉宏振水泥制品厂（引进设备）

　　　武汉双强水泥制品有限责任公司

　　　湖北中南水泥制品有限责任公司

　　　赤壁市公路水泥制品厂

　　湖南省：长沙四通管业

　　　武汉双强水泥制品有限责任公司长沙分公司

　　浙江省：杭州市政管业有限公司（引进设备）

　　　　　　浙江嘉善明珠混凝土制管有限公司（引进设备）

　　　　　　浙江南洋水泥制品有限公司

　　江苏省：昆山市巴城水泥制品有限公司（引进设备）

　　　　　　镇江华通特种管道有限公司

　　福建省：厦门千秋业水泥制品有限公司

　　　南安市方圆水泥制品有限公司

　　广东省：深圳嘉华建筑制品有限公司（引进设备）

　　　　　　汕头浮西建材有限公司

　　广西：南宁鸿基水泥制品有限公司

　　辽宁省：辽宁北票电力电杆有限公司

　　　辽阳水工水泥制品有限责任公司

　　　辽阳县小屯水泥制品厂

　　　　　　灯塔市第一水泥制品厂

　　　大连市成明水泥制品有限责任公司

　　　沈阳公铁建工程预制构件厂

　　　营口海东水泥制品有限责任公司

　　　盘锦大洼县旭东水泥制品有限公司

　　　辉南县通发水泥制品有限公司

　　　　　　沈阳市市政工程材料公司

　　黑龙江：哈尔滨天昊水泥管厂

　　　哈尔滨前进水泥管有限责任公司

　　安徽省：安徽香馨建设有限公司

　　江西省：赣州市航发新型建材有限公司

　　陕西省：西安利华水泥制品有限公司

　　云南省：昆明顺弘水泥制管制品有限公司（引进设备）

　　　　昆明预达水泥制品有限责任公司

　　内蒙古：包头建龙建材有限公司

　　　　包头杜氏建材集团

　　　　包头市工达水泥制品有限责任公司

　　宁夏：宁夏银川建材公司

　　新疆；新疆城建（集团）股份有限公司新型建材分公司（引进设备）

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　　3、几种排水管制管工艺的比较

　　★国外钢筋混凝土管生产工艺的主流方式有两种：

　　一是径向挤压法。适合于口径Ф1400mm以下的小口径管，也称PH管；

　　二是芯模振动法。尤其适用于Ф1350mm以上口径管，最大可达Ф3600mm。且可生产异型管如方涵、带底座管等。

　　★国内钢筋混凝土管生产工艺的主要方式有：

　　离心工艺（约占15%）、悬辊工艺（约占65%）、挤压工艺、立式振动工艺包括芯模振动、插入振捣、附着式振动（约占20%）。

　　★几种排水管制度工艺比较:

	离心工艺	悬辊工艺	芯模振动工艺
工艺特点	采用塑性混凝土，利用管模旋转产生的离心力使管体密实成型，可制作口径Ф200~Ф2600mm管材。	采用干硬混凝土，利用管模和管模内混凝土的自重与悬辊轴之间形成的辊压力使管子混凝土密实，可制作Ф300～Ф2200mm管材。	采用干硬性混凝土，通过芯模的高频率振动传递给混凝土，使混凝土在激振力作用下成型管体，管上采用轴向加压成型。可生产Ф300～Ф3600mm管材。
优点	1.设备简单，一次性资金投入少； 2.外观质量好； 3.产品密实度特高，内外压强度好。	1.设备简单，一次性资金投入少； 2.操作简单，小口径管生产效率较高； 3.干硬性混凝，环境污染较少。	1.生产频率高，劳动强度低； 2.可自然养护，煤耗少、大管装机容量小，电耗少； 3.一模多用，占地面积小； 4.地下成型，安全环境好，无安全隐患； 5.管材混凝土密度高，抗渗性能好； 6.骨架变形小，管材结构好，几何尺寸准确； 7.产品生产成本低，后期投入较少。
缺点	1.废浆污水多，生产环境差； 2.劳动效率低，模具数量多，后期投入较大，占地面积大； 3.蒸汽用量大，电机耗能高。 4.劳动强度大，安全保障差。	1.产品厚度合内径尺寸不易控制； 2.承插口端部密实度差，内壁较粗糙，水阻力偏大； 3.钢筋骨架位置容易偏移，混凝土抗渗密性较差； 4.劳动强度较大，安全保障性较差； 5.模具占用多，占地面积大，后期投入较大。	1.速脱模造成内外表面麻面气泡多，外观差； 2.一次性投入较高。

　　4、国内外芯模振动制管设备使用现状的对比调查

　　最近，排水管工作部对目前已生产使用的三十余家芯模振动制管生产企业的设备现状及存在问题、制管工艺参数及主要产品缺陷及市场用户对芯模产品的认可情况进行了调查。

　　★通过调查显示：国产芯模设备经过几年来的不断开发、改进及完善，其装备的主要性能绝大部分均已达到了国外引进水平。无论从油温、激振力、芯模寿命、工程能耗还是自动化程度均有所提高：厦门的千秋业水泥制品有限公司自制开发的芯模振动制管设备Ф300——Ф1400目前已经正常生产近8年产量达70000根，芯棒未更换；浙江南洋水泥制品有限公司自制开发的芯模振动制管设备自投产以来，使用情况良好；尤其是苏州混凝土水泥制品研究院科星水泥制管有限公司生产的芯摸振动制管设备已于2006年6月通过国家科技部鉴定，确认“该项目填补国内空白达到国际先进水平，部份指标超过进口设备”。2007年被评为国家科技进步二等奖，芯模制管设备也出口到国外。该公司生产的58个工位运行性状良好，芯棒最长运行时间达4年无故障。

　　★通过调查还显示：国产装备的自动化水平整体低于引进设备；不同国外芯模震动设备制造商提供的引进设备的技术水平，也有较大差距；国产装备因各制造厂吸收仿造的引进设备类型不同，其装备的技术性能也存在较大差异。

　　如油温冷却方式不一，造成部分引进设备和国产设备油温高于70℃，大部分设备均低于60℃；又如噪音效果绝大部分国产装备均接近或优于引进装备，但仍有少数企业噪音较为明显，这与芯模装备的设计和工作坑隔音处理方法有关；芯模质量：国产装备最长使用7年半，普遍均使用0-3年，目前尚未发现大的问题

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　　★ 芯模振动制管工艺参数及产品质量现状

砼强度等级	混凝土强度等级C40～C50 混凝土工作度17-45秒
原材料	水泥：42.5级砂：2.3～3.0 石子：5-31.5 粉煤灰：Ⅲ级～Ⅱ级外加剂：高级减水剂
养护制度	自然养护24h; 蒸汽养护70～80°C， 3～6h
成型完毕管上端采用定位方式	1.进口设备一般带玻璃钢帽和钢压盖帽； 2.国产设备70%未采用工具定位，30%采用钢套环和玻璃钢帽。
产品外观麻面气泡性状	国产设备绝大多数和进口设备相当；少数设备和企业因砼配石比、水灰比影响或激振力、下料速度控制不好造成蜂窝麻面较严重。
产品脱模后的内外表面修饰	基本上都要进行修饰处理其中70%采用抹光，修饰30%采用刷子
用户对产品外观质量要求	80%用户不接受芯模工艺外观缺陷，要求抹光处理 20%接受工艺特点，只需刷去大气泡不需抹光
管上端插口尺寸变形范围	带帽时：变形为2～4mm 无带帽或玻钢变形时变形为5～10mm
产品主要缺陷	1、蜂窝麻面和气泡一般 2、 50%企业出现插口上端环裂 3、管上端部分变形 4、极少数出现管身微细裂纹
产品力学性能	达到和超过国家标准指标，尤其内压抗渗性能好，最大内水压力可达0.3Mpa。
以Ф1500管为例，每根成型时间	一般为15～30分钟/根
需要配置人员数（骨架和外观修饰人员除外）	5～7人

　　二、我公司芯模振动制管情况简介

　　我公司生产钢筋混凝土排水管达55年历史，在引进芯模振动制管设备前一直采用离心法和悬辊法生产，产品规格Ф300～Ф2200mm。随着市政工程和城市污水治理工程的发展，对钢筋混凝土排水管的规格尺寸、荷载级别和抗渗性能要求不断提高，特别是大口径柔性接口管需求量快速增加，继续采用传统的离心工艺和悬辊工艺已不能满足市场的需要。模具数量和占地面积增加，电耗装机容量增大，生产效率和劳动强度远比不上芯模振动工艺。因此2004年12月我公司和苏州科星混凝土水泥制品装备公司签定了芯模振动工艺和设备合作协议。先后引进了该公司Ф1350～Ф2400mm、Ф1350～Ф3000mm、Ф1350～Ф2600mm三个工位的两套芯模振动制管设备，最大管长2500mm。三年来，已生产1350～Ф2600mm各种钢筋混凝土企口管、钢筋混凝土钢承口管，约35000m。设备投产至今运行正常，维修量低。

　　总结我公司芯模制管生产有如下体会：

　　1、严格的工艺管理，科学严谨的技术规范。认真仔细的制管操作是使用好芯模制管设备，提高芯模制管质量的关键。控制好以下几点至关重要：

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　　★控制好混凝土水灰比，以工作度20-40秒为宜。

　　如水灰比太小，易造成——蜂窝麻面，影响混凝土密实度，且脱模时摩擦阻力易产生微裂缝；

　　水灰比太大，易造成——管上端变形严重，几何尺寸超差大。

　　★控制好加料速度和加料时间，以0.2～0.25m³/min为宜。

　　如加料速度过快——混凝土混合料气泡还未完全排出，管壁麻面、气泡多，甚至出现蜂窝。

　　★控制好钢筋骨架长度（纵向保护层）和碾压力。

　　钢筋骨架过长、碾压力过大时，容易引起钢筋反弹造成混凝土结构受苦伤产生管上端环裂。

　　★保持养护区地平面整度、保证起吊垂直度是避免环裂产生的重要因素之一。

　　★减少噪音的办法之一

　　工作坑的四周墙壁加吸音板，对工作坑门采取双层板加强隔音，可减少噪音传递，效果甚好。

　　2、芯模振动制管中出现的几种缺陷分析原因及对策

　　★管上端环裂

　　产生因素：①碾压时混凝土混合料压缩过量，造成钢筋笼纵向钢筋产生变形应力，脱模卸荷后回弹拉开混凝土，在管上部产生环向裂缝；②钢筋笼纵向长度过长（应比离心、悬辊工艺略短），纵向钢筋长度太长，管口碾压时混凝土压迫纵筋，造成纵筋变形，脱模卸荷后回弹拉开混凝土；③混凝土混合料太干（工作度>50秒），造成脱模时管壁与模具摩擦力增大产生微裂缝，微裂缝随混凝土硬化过程的收缩而变大。

　　克服办法：①控制钢筋骨架长度,混凝土纵向保护层厚度1.5cm；②控制适当的碾压力1kg/m²和加料高度。 ③控制好混凝土水灰比。

　　★蜂窝麻面

　　产生因素：①混凝土混合料的干硬度大小和喂料速度控制不当引起。混合料太干（工作度>40秒），在相同的激振力作用下，混凝土不易完全振实，成型后表面蜂窝较多；混合料太湿（工作度<20秒）,混合料中含水较多,在高频振动下混合料中的水被排出,由于水泡的张力,在管壁和模具表面形成一层小水泡,脱模后,小水泡破裂.形成一片片麻面；②喂料速度过快,振动时下层混凝土混合料气泡还未完全排出,上面的混凝土混合料又喂入,阻碍了下层的混凝土混合料气泡通畅排出,增加管壁蜂窝麻面。

　　克服办法：①控制混凝土工作度20-40秒②控制喂料速度0.2m³/分左右。③启振时间为喂料（松散状）至管总长1/4高度时。

　　★插口尺寸变形

　　产生因素：①没有采取管上端保护罩措施或玻璃钢罩变形；②混凝土水灰比偏大；③养护区地面不平或起吊时不够垂直。

　　克服办法：①加保护罩尤其是不易变形的带压盖养护是最有效的；②在无条件加保护罩情况下，严格控制插口混凝土水灰比，防止偏大；可采用与插口宽度相当的封箱纸，在成型完毕起吊前将插口最上部表面贴紧缠绕二圈，避免和减少起吊和养护区过程中插口的下部变形而造。③注意垂直起吊和地面平整。

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　　三、芯模振动制管装备和制管技术的发展改进方向

　　1、芯模振动制管装备应提高整机自动化水平

　　芯模振动装备制造厂家在生产低成本、以争取销售市场的同时，更应将发展方向定在加强芯模振动装备整机的自动化水平，完善配套部位的协调与先进性，如实现加料速度、布料均匀自动化、碾压装置自动移动等性能，以保持操作流畅，控制准确，提高产品质量和工作效率，使国产芯模振动制管装备整体达到和超过引进装备水平。

　　2、开发芯模振动新产品

　　★PVC内衬式钢筋混凝土复合管

　　PVC内衬式钢筋混凝土复合管是近二年由广东省率先从台湾引进的一种耐腐蚀钢筋混凝土复合管材。具有抗腐蚀、刚性好、水阻力小、经济实用、安装方便等优点。国外普遍用于污水处理工程，管材生产普遍采用离心工艺和立式振动工艺。2008年厦门千秋业水泥制品有限公司在自制芯模制管设备上采用德国PVC防蚀内衬、广东汕头浮西建材有限公司在苏州科星混凝土水泥制品装备有限公司生产的芯模振动制管设备上采用台湾PVC防蚀内衬分别生产和试验出芯模工艺成型PVC内衬式钢筋混凝土复合管，并用于顶管工程，效果甚好。

　　★玻璃钢内衬式钢筋混凝土顶进复合管

　　为有效的克服玻璃钢刚性差、承外压和轴向承顶力小的不足，而充分利用玻璃钢水阻力小、抗渗性能好的优点，2008年长沙玻璃钢厂和我公司共同试制了玻璃钢内衬式钢筋混凝土复合输水管，用于顶进施工工程。该复合管采用承0.9mPa内水压力的玻璃钢内衬和承Ⅱ级外压载荷的钢筋混凝土管，在苏州科星芯模振动设备上成功试制了φ1500F型钢承口玻璃钢内衬式钢筋混凝土顶进复合管，产品解决了大口径顶管内安装玻璃钢输水管的复合工程，大大降低了工程费用。

　　★芯模振动工艺生产异管构件（箱涵、带底座管等）

　　随着国家城市建设的发展，预制装配化钢筋混凝土箱涵应用日益广泛，采用芯模振动工艺制作不仅工效快，而且密实度好。采用柔性橡胶圈连接，密封性好，工程安装方便，材料用量节省，产品质量优异，成本和现浇施工费用相当，装配式箱涵和带底座管一样，由于工程施工的先进性将是值得推广的方向。

　　四、芯模振动制管工艺操作规程和工艺技术参数的摸索与制定

　　目前已投入生产和正准备投入生产的大部分芯模制管企业，对芯模装备的操作和制管工艺参数的确定，尚在摸索中，产品质量还存在一定的问题，要推广这种先进的装备需尽快的参照引进设备已成熟的技术，结合国产设备的性能，通过总结交流，制订出一套较为适用可行芯模振动制管工艺技术规程来指导芯模制管生产。

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