芯模振動制管設備和芯模振動制管工藝在鋼筋混凝土排水管中的應用情況調查
一、我國芯模振動制管裝備的研制開發(fā)和芯模振動制管技術的推廣使用現(xiàn)狀
1、芯模振動制管設備的引進
八十年代末,上海浦東混凝土制品有限公司（原上海成品廠）率先從丹麥佩德哈博公司引進了第一套芯模振動制管設備——Ф1350~2400雙坑位鋼筋混凝土排水管制管設備,填補了我國柔性接口鋼筋混凝土排水管制管技術的空白。
九十年代開始，隨著柔性接口鋼筋混凝土排水管以其工程安裝方便、施工進度快、接口密封性能好、管道運行安全的優(yōu)勢而開始被發(fā)展中的市政工程所選用，芯模振動制管設備也以其生產效率高、產品密實度好、生產過程安全的優(yōu)勢逐漸被國內部分骨干排水管生產企業(yè)所看好。杭州市政管業(yè)有限公司、上海閔馬水泥制管有限公司、武漢宏振水泥制品廠、深圳嘉華建筑制品有限公司、河北中油建材總公司混凝土制管廠、浙江嘉善明珠混凝土制管有限公司、昆明順弘水泥制管制品有限公司、昆山巴城水泥制品有限公司、北京遠通制管有限公司、新疆天水水泥制品有限責任公司、寧夏青龍管道有限責任公司，先后從丹麥佩德哈博公司、德國祖布林公司、BFF公司、美國哈卡公司、意大利科利公司、德國非凡公司引進十余套芯模振動制管設備。然而過高的引進費用不是大多數(shù)制管企業(yè)所能承受的。
2、國產芯模振動制管設備的成功開發(fā)
2000年以后隨著芯模振動制管裝備先進性和芯模振動成型管材質量優(yōu)良性能被普遍認可后，在我國市政工程和城鎮(zhèn)污水治理快速發(fā)展的形勢下，市場的需求和進口芯模裝備過高的費用促使國產芯模振動制管設備的研制開發(fā)加緊進行，包括部分排水管生產企業(yè)率先進行了自制芯模振動制管設備的試制工作：
2001年廈門千秋業(yè)水泥制品有限公司、2002年浙江南洋水泥制品有限公司分別成功開發(fā)芯模振動制管設備用于本企業(yè)的鋼筋混凝土排水管的生產；
2002年蘇州混凝土水泥制品研究院經過調研立項開始了國家科技部國產芯模振動排水管生產設備項目的研發(fā)，2004年8月蘇州混凝土水泥制品研究院科星混凝土裝備有限公司成功試制出樣機并在南寧鴻基水泥制品有限公司試驗成功，成為我國首家研究開發(fā)芯模振動制管設備的設備制造廠家。四年來，該公司已向全國十多省市的二十多個企業(yè)提供了五十多個芯模振動制管工位，并向印度新德里和哈薩克斯坦出口了Ф600～Ф2000和Ф1350～Ф2400雙工位芯模制管成套設備；
在蘇州科星公司研制的芯模振動制管設備成功進入市場的同時，也引起國內其它水泥制品設備制造企業(yè)的關注。
2005年揚州市華光雙瑞實業(yè)有限公司研制開發(fā)的 Ф1800～Ф3000芯模振動制管設備在秦皇島撫寧縣水泥制品有限責任公司試制成功； 2006年江蘇華光雙順機械制造有限公司研制開發(fā)的Ф1350～Ф3000芯模振動制管設備在湖北中南水泥制品有限責任公司試制成功；2007年江蘇邦威機械制造有限公司研制開發(fā)的Ф1350～Ф3000芯模振動制管設備在河北邯鄲市博達水泥制品有限公司試制成功。目前這些設備制造廠也已向全國近十省市的十多個企業(yè)提供了芯模振動制管設備。
同時上海閔馬水泥制管有限公司于2007年又成功自制Ф600～Ф1200芯模振動制管機一臺，并用于本企業(yè)的生產。
僅三年時間采用芯模振動制管技術生產的企業(yè)已由十來個發(fā)展到目前近六十個。遍及北京、天津、上海、重慶、河北、安徽、湖南、湖北、廣東、廣西、云南、福建、四川、浙江、江蘇、寧夏、內蒙、陜西、山東、遼寧、黑龍江、新疆等二十多個省市?？梢钥隙ǎS著國產設備購置成本的大幅度下降和國產裝備技術的不斷改進完善，芯模振動制管設備正在被各設計部門、工程使用部門和制管企業(yè)廣泛的認可和快速推廣。
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★據(jù)不完全統(tǒng)計已使用生產芯模振動制管設備的企業(yè)有：
北京市：北京遠通制管有限公司（引進設備）
北京京龍管道有限公司（引進、國產設備）
北京志海水泥制品有限責任公司
首建嘉華水泥制品有限責任公司
上海市：上海浦東混凝土制品有限公司（引進設備）
上海閔馬水泥制管有限公司（引進設備）
天津市：天津油田工程部
青龍管道有限公司天津分公司
四川?。褐貞c蓬盛水泥制品有限責任公司
四川省川鑫水泥制品有限公司
河北?。褐杏徒ú目偣净炷林乒軓S（引進設備）
秦皇島市撫寧縣水泥制品有限責任公司
唐山龍禹水泥制品有限公司
邯鄲市博達水泥制品有限公司
唐山永宏水泥制品有限責任公司
山東省：山東臨朐水泥制品有限責任公司
桓臺志達水泥制品廠
湖北?。何錆h宏振水泥制品廠（引進設備）
武漢雙強水泥制品有限責任公司
湖北中南水泥制品有限責任公司
赤壁市公路水泥制品廠
湖南省：長沙四通管業(yè)
武漢雙強水泥制品有限責任公司長沙分公司
浙江?。汉贾菔姓軜I(yè)有限公司（引進設備）
浙江嘉善明珠混凝土制管有限公司（引進設備）
浙江南洋水泥制品有限公司
江蘇?。豪ド绞邪统撬嘀破酚邢薰荆ㄒM設備）
鎮(zhèn)江華通特種管道有限公司
福建?。簭B門千秋業(yè)水泥制品有限公司
南安市方圓水泥制品有限公司
廣東?。荷钲诩稳A建筑制品有限公司（引進設備）
汕頭浮西建材有限公司
廣 西：南寧鴻基水泥制品有限公司
遼寧省：遼寧北票電力電桿有限公司
遼陽水工水泥制品有限責任公司
遼陽縣小屯水泥制品廠
燈塔市第一水泥制品廠
大連市成明水泥制品有限責任公司
沈陽公鐵建工程預制構件廠
營口海東水泥制品有限責任公司
盤錦大洼縣旭東水泥制品有限公司
輝南縣通發(fā)水泥制品有限公司
沈陽市市政工程材料公司
黑龍江：哈爾濱天昊水泥管廠
哈爾濱前進水泥管有限責任公司
安徽?。喊不障丬敖ㄔO有限公司
江西?。黑M州市航發(fā)新型建材有限公司
陜西?。何靼怖A水泥制品有限公司
云南?。豪ッ黜樅胨嘀乒苤破酚邢薰荆ㄒM設備）
昆明預達水泥制品有限責任公司
內蒙古：包頭建龍建材有限公司
包頭杜氏建材集團
包頭市工達水泥制品有限責任公司
寧 夏：寧夏銀川建材公司
新 疆；新疆城建（集團）股份有限公司新型建材分公司（引進設備）
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3、幾種排水管制管工藝的比較
★國外鋼筋混凝土管生產工藝的主流方式有兩種：
一是徑向擠壓法。適合于口徑Ф1400mm以下的小口徑管，也稱PH管；
二是芯模振動法。尤其適用于Ф1350mm以上口徑管，最大可達Ф3600mm。且可生產異型管如方涵、帶底座管等。
★國內鋼筋混凝土管生產工藝的主要方式有：
離心工藝（約占15%）、懸輥工藝（約占65%）、擠壓工藝、立式振動工藝包括芯模振動、插入振搗、附著式振動（約占20%）。
★幾種排水管制度工藝比較:
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離心工藝 |
懸輥工藝 |
芯模振動工藝 |
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工
藝
特
點 |
采用塑性混凝土，利用管模旋轉產生的離心力使管體密實成型，可制作口徑Ф200~Ф2600mm管材。 |
采用干硬混凝土，利用管模和管模內混凝土的自重與懸輥軸之間形成的輥壓力使管子混凝土密實，可制作Ф300～Ф2200mm管材。 |
采用干硬性混凝土，通過芯模的高頻率振動傳遞給混凝土，使混凝土在激振力作用下成型管體，管上采用軸向加壓成型。可生產Ф300～Ф3600mm管材。 |
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優(yōu)
點 |
1.設備簡單，一次性資金投入少；
2.外觀質量好；
3.產品密實度特高，內外壓強度好。 |
1.設備簡單，一次性資金投入少；
2.操作簡單，小口徑管生產效率較高；
3.干硬性混凝，環(huán)境污染較少。 |
1.生產頻率高，勞動強度低；
2.可自然養(yǎng)護，煤耗少、大管裝機容量小，電耗少；
3.一模多用，占地面積?。?/DIV>
4.地下成型，安全環(huán)境好，無安全隱患；
5.管材混凝土密度高，抗?jié)B性能好；
6.骨架變形小，管材結構好，幾何尺寸準確；
7.產品生產成本低，后期投入較少。 |
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缺
點 |
1.廢漿污水多，生產環(huán)境差；
2.勞動效率低，模具數(shù)量多，后期投入較大，占地面積大；
3.蒸汽用量大，電機耗能高。
4.勞動強度大，安全保障差。 |
1.產品厚度合內徑尺寸不易控制；
2.承插口端部密實度差，內壁較粗糙，水阻力偏大；
3.鋼筋骨架位置容易偏移，混凝土抗?jié)B密性較差；
4.勞動強度較大，安全保障性較差；
5.模具占用多，占地面積大，后期投入較大。 |
1.速脫模造成內外表面麻面氣泡多，外觀差；
2.一次性投入較高。 |
4、國內外芯模振動制管設備使用現(xiàn)狀的對比調查
最近，排水管工作部對目前已生產使用的三十余家芯模振動制管生產企業(yè)的設備現(xiàn)狀及存在問題、制管工藝參數(shù)及主要產品缺陷及市場用戶對芯模產品的認可情況進行了調查。
★通過調查顯示：國產芯模設備經過幾年來的不斷開發(fā)、改進及完善，其裝備的主要性能絕大部分均已達到了國外引進水平。無論從油溫、激振力、芯模壽命、工程能耗還是自動化程度均有所提高：廈門的千秋業(yè)水泥制品有限公司自制開發(fā)的芯模振動制管設備Ф300——Ф1400目前已經正常生產近8年產量達70000根，芯棒未更換；浙江南洋水泥制品有限公司自制開發(fā)的芯模振動制管設備自投產以來，使用情況良好；尤其是蘇州混凝土水泥制品研究院科星水泥制管有限公司生產的芯摸振動制管設備已于2006年6月通過國家科技部鑒定，確認“該項目填補國內空白達到國際先進水平，部份指標超過進口設備”。2007年被評為國家科技進步二等獎，芯模制管設備也出口到國外。該公司生產的58個工位運行性狀良好，芯棒最長運行時間達4年無故障。
★通過調查還顯示：國產裝備的自動化水平整體低于引進設備；不同國外芯模震動設備制造商提供的引進設備的技術水平，也有較大差距；國產裝備因各制造廠吸收仿造的引進設備類型不同，其裝備的技術性能也存在較大差異。
如油溫冷卻方式不一，造成部分引進設備和國產設備油溫高于70℃，大部分設備均低于60℃；又如噪音效果絕大部分國產裝備均接近或優(yōu)于引進裝備，但仍有少數(shù)企業(yè)噪音較為明顯，這與芯模裝備的設計和工作坑隔音處理方法有關；芯模質量：國產裝備最長使用7年半，普遍均使用0-3年，目前尚未發(fā)現(xiàn)大的問題
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★ 芯模振動制管工藝參數(shù)及產品質量現(xiàn)狀
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砼強度等級 |
混凝土強度等級C40～C50 混凝土工作度17-45秒 |
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原材料 |
水泥：42.5級
砂：2.3～3.0
石子：5-31.5
粉煤灰：Ⅲ級～Ⅱ級
外加劑：高級減水劑 |
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養(yǎng)護制度 |
自然養(yǎng)護24h;
蒸汽養(yǎng)護70～80°C， 3～6h |
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成型完畢管上端
采用定位方式 |
1.進口設備一般帶玻璃鋼帽和鋼壓蓋帽；
2.國產設備70%未采用工具定位，30%采用鋼套環(huán)和玻璃鋼帽。 |
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產品外觀麻面
氣泡性狀 |
國產設備絕大多數(shù)和進口設備相當；
少數(shù)設備和企業(yè)因砼配石比、水灰比影響或激振力、下料速度控制不好造成蜂窩麻面較嚴重。 |
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產品脫模后的
內外表面修飾 |
基本上都要進行修飾處理
其中70%采用抹光，修飾30%采用刷子 |
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用戶對產品
外觀質量要求 |
80%用戶不接受芯模工藝外觀缺陷，要求抹光處理
20%接受工藝特點，只需刷去大氣泡不需抹光 |
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管上端插口
尺寸變形范圍 |
帶帽時：變形為2～4mm
無帶帽或玻鋼變形時變形為5～10mm |
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產品主要缺陷 |
1、 蜂窩麻面和氣泡一般
2、 50%企業(yè)出現(xiàn)插口上端環(huán)裂
3、 管上端部分變形
4、 極少數(shù)出現(xiàn)管身微細裂紋 |
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產品力學性能 |
達到和超過國家標準指標，尤其內壓抗?jié)B性能好，最大內水壓力可達0.3Mpa。 |
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以Ф1500管為例，每根成型時間 |
一般為15～30分鐘/根 |
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需要配置人員數(shù)
（骨架和外觀
修飾人員除外） |
5～7人 |
二、我公司芯模振動制管情況簡介
我公司生產鋼筋混凝土排水管達55年歷史，在引進芯模振動制管設備前一直采用離心法和懸輥法生產，產品規(guī)格Ф300～Ф2200mm。隨著市政工程和城市污水治理工程的發(fā)展，對鋼筋混凝土排水管的規(guī)格尺寸、荷載級別和抗?jié)B性能要求不斷提高，特別是大口徑柔性接口管需求量快速增加，繼續(xù)采用傳統(tǒng)的離心工藝和懸輥工藝已不能滿足市場的需要。模具數(shù)量和占地面積增加，電耗裝機容量增大，生產效率和勞動強度遠比不上芯模振動工藝。因此2004年12月我公司和蘇州科星混凝土水泥制品裝備公司簽定了芯模振動工藝和設備合作協(xié)議。先后引進了該公司Ф1350～Ф2400mm、Ф1350～Ф3000mm、Ф1350～Ф2600mm三個工位的兩套芯模振動制管設備，最大管長2500mm。三年來，已生產1350～Ф2600mm各種鋼筋混凝土企口管、鋼筋混凝土鋼承口管，約35000m。設備投產至今運行正常，維修量低。
總結我公司芯模制管生產有如下體會：
1、嚴格的工藝管理，科學嚴謹?shù)募夹g規(guī)范。認真仔細的制管操作是使用好芯模制管設備，提高芯模制管質量的關鍵?？刂坪靡韵聨c至關重要：
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★控制好混凝土水灰比，以工作度20-40秒為宜。
如水灰比太小，易造成——蜂窩麻面，影響混凝土密實度，且脫模時摩擦阻力易產生微裂縫；
水灰比太大，易造成——管上端變形嚴重，幾何尺寸超差大。
★控制好加料速度和加料時間，以0.2～0.25m3/min為宜。
如加料速度過快——混凝土混合料氣泡還未完全排出，管壁麻面、氣泡多，甚至出現(xiàn)蜂窩。
★控制好鋼筋骨架長度（縱向保護層）和碾壓力。
鋼筋骨架過長、碾壓力過大時，容易引起鋼筋反彈造成混凝土結構受苦傷產生管上端環(huán)裂。
★保持養(yǎng)護區(qū)地平面整度、保證起吊垂直度是避免環(huán)裂產生的重要因素之一。
★減少噪音的辦法之一
工作坑的四周墻壁加吸音板，對工作坑門采取雙層板加強隔音，可減少噪音傳遞，效果甚好。
2、芯模振動制管中出現(xiàn)的幾種缺陷分析原因及對策
★管上端環(huán)裂
產生因素：①碾壓時混凝土混合料壓縮過量，造成鋼筋籠縱向鋼筋產生變形應力，脫模卸荷后回彈拉開混凝土，在管上部產生環(huán)向裂縫；②鋼筋籠縱向長度過長（應比離心、懸輥工藝略短），縱向鋼筋長度太長，管口碾壓時混凝土壓迫縱筋，造成縱筋變形，脫模卸荷后回彈拉開混凝土；③混凝土混合料太干（工作度>50秒），造成脫模時管壁與模具摩擦力增大產生微裂縫，微裂縫隨混凝土硬化過程的收縮而變大。
克服辦法：①控制鋼筋骨架長度,混凝土縱向保護層厚度1.5cm；②控制適當?shù)哪雺毫?kg/m2和加料高度。 ③控制好混凝土水灰比。
★蜂窩麻面
產生因素：①混凝土混合料的干硬度大小和喂料速度控制不當引起。混合料太干（工作度>40秒），在相同的激振力作用下，混凝土不易完全振實，成型后表面蜂窩較多；混合料太濕（工作度<20秒）,混合料中含水較多,在高頻振動下混合料中的水被排出,由于水泡的張力,在管壁和模具表面形成一層小水泡,脫模后,小水泡破裂.形成一片片麻面；②喂料速度過快,振動時下層混凝土混合料氣泡還未完全排出,上面的混凝土混合料又喂入,阻礙了下層的混凝土混合料氣泡通暢排出,增加管壁蜂窩麻面。
克服辦法：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啟振時間為喂料（松散狀）至管總長1/4高度時。
★插口尺寸變形
產生因素：①沒有采取管上端保護罩措施或玻璃鋼罩變形；②混凝土水灰比偏大；③養(yǎng)護區(qū)地面不平或起吊時不夠垂直。
克服辦法：①加保護罩尤其是不易變形的帶壓蓋養(yǎng)護是最有效的；②在無條件加保護罩情況下，嚴格控制插口混凝土水灰比，防止偏大；可采用與插口寬度相當?shù)姆庀浼?，在成型完畢起吊前將插口最上部表面貼緊纏繞二圈，避免和減少起吊和養(yǎng)護區(qū)過程中插口的下部變形而造。③注意垂直起吊和地面平整。
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三、芯模振動制管裝備和制管技術的發(fā)展改進方向
1、芯模振動制管裝備應提高整機自動化水平
芯模振動裝備制造廠家在生產低成本、以爭取銷售市場的同時，更應將發(fā)展方向定在加強芯模振動裝備整機的自動化水平，完善配套部位的協(xié)調與先進性，如實現(xiàn)加料速度、布料均勻自動化、碾壓裝置自動移動等性能，以保持操作流暢，控制準確，提高產品質量和工作效率，使國產芯模振動制管裝備整體達到和超過引進裝備水平。
2、開發(fā)芯模振動新產品
★PVC內襯式鋼筋混凝土復合管
PVC內襯式鋼筋混凝土復合管是近二年由廣東省率先從臺灣引進的一種耐腐蝕鋼筋混凝土復合管材。具有抗腐蝕、剛性好、水阻力小、經濟實用、安裝方便等優(yōu)點。國外普遍用于污水處理工程，管材生產普遍采用離心工藝和立式振動工藝。2008年廈門千秋業(yè)水泥制品有限公司在自制芯模制管設備上采用德國PVC防蝕內襯、廣東汕頭浮西建材有限公司在蘇州科星混凝土水泥制品裝備有限公司生產的芯模振動制管設備上采用臺灣PVC防蝕內襯分別生產和試驗出芯模工藝成型PVC內襯式鋼筋混凝土復合管，并用于頂管工程，效果甚好。
★玻璃鋼內襯式鋼筋混凝土頂進復合管
為有效的克服玻璃鋼剛性差、承外壓和軸向承頂力小的不足，而充分利用玻璃鋼水阻力小、抗?jié)B性能好的優(yōu)點，2008年長沙玻璃鋼廠和我公司共同試制了玻璃鋼內襯式鋼筋混凝土復合輸水管，用于頂進施工工程。該復合管采用承0.9mPa內水壓力的玻璃鋼內襯和承Ⅱ級外壓載荷的鋼筋混凝土管，在蘇州科星芯模振動設備上成功試制了φ1500F型鋼承口玻璃鋼內襯式鋼筋混凝土頂進復合管，產品解決了大口徑頂管內安裝玻璃鋼輸水管的復合工程，大大降低了工程費用。
★芯模振動工藝生產異管構件（箱涵、帶底座管等）
隨著國家城市建設的發(fā)展，預制裝配化鋼筋混凝土箱涵應用日益廣泛，采用芯模振動工藝制作不僅工效快，而且密實度好。采用柔性橡膠圈連接，密封性好，工程安裝方便，材料用量節(jié)省，產品質量優(yōu)異，成本和現(xiàn)澆施工費用相當，裝配式箱涵和帶底座管一樣，由于工程施工的先進性將是值得推廣的方向。
四、芯模振動制管工藝操作規(guī)程和工藝技術參數(shù)的摸索與制定
目前已投入生產和正準備投入生產的大部分芯模制管企業(yè)，對芯模裝備的操作和制管工藝參數(shù)的確定，尚在摸索中，產品質量還存在一定的問題，要推廣這種先進的裝備需盡快的參照引進設備已成熟的技術，結合國產設備的性能，通過總結交流，制訂出一套較為適用可行芯模振動制管工藝技術規(guī)程來指導芯模制管生產。
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