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1、二种混凝土排水管先进生产工艺及装备比较中国混凝土与水泥制品协会排水管工作部专家组 专家褚建中（13606207102）一简述： 自1890年（光绪十六年），工部局在上海设立工场，引进英国木模，生产直径100230毫米圆形水泥管和蛋形污水管， 至今我国已有120多年的混凝土排水管生产历史。排水管产品的性能和生产工艺技术也随之不断发展，由最简单的浇捣成型发展为多种制管工艺并存的生产方式。 按现有的排水管成型原理，主要可分为：离心成型（离心工艺）；挤压成型（悬辊工艺、径向挤压工艺）；振动成型（芯模振动、附壁式振动、插入振捣）。 由于从产品质量、生产效率、生产成本、劳动强度等诸多方面考虑，芯模振动、径
2、向挤压等先进的制管工艺方式正受到业内重视。就个人的一些体会，将芯模振动、径向挤压成型工艺、技术、装备进行比较，与业内技术人员探讨。二工艺原理及特性： 1. 芯模振动芯模振动工艺是内、外模垂直竖立于地坑内的底托（盘）上，通过圆周运动的布料装置把混凝土浇入内、外管模中间，安装于内模中的高频振动器通过涨紧连接环传递激振力由内模再传递至管模中的混凝土，混合料受到强大的高频振动力作用，使混凝土混合料液化，充满模型和排出空气，逐渐密实；一般管道成型承口在下，插口在上，底托盘就是承口成型的模具，管子的上端部配有定型插口盘，插口盘形状就是管道的插口模具形状，当管身振动密实成型，由专用装置碾压搓动插口盘使管道插
3、口部分密实成型。混凝土混合物料受振时，它的组份颗粒在高频冲击力作用下，产生悬浮和液化，混合物原世凝聚装态被破坏，水泥颗粒在撞击过程中，胶凝体表面一定程度的脱落，使原有混凝土内的胶凝体数量和胶凝体表面积增加，所以芯模振动制管工艺可以提高管道的密实度和强度。由于芯模振动工艺的环向的高频振动成型原理，管道成型时采用干硬性混凝土，管道成型后可立即脱模。芯模振动制管工艺由丹麦Pedershaab公司首创，是一种机械化、自动化程度较高的生产工艺方式，我国早在上世纪80年代就引进了该生产工艺和装备，由于装备造价及其它条件所限，没有得到很好的推广，直至近6-7年间，在我国制管行业得到了大量的应用。芯模振动混凝
4、土排水管制管工艺具有以下主要优点：地面控制，地下封闭立式成型，可自动控制，相对离心、悬辊等工艺的生产条件，工作环境得到了改善，工人劳动强度低，有利于安全文明生产；采用干法生产，一般混凝土的工作度为20至60间，芯模高频整体振动，使混凝土密实度极高，产品质量得到保障，与其它生产工艺相比，可减少一定的原材料成本。成型后可立即脱模去内外模，每种口径只需一套模具，保证了每根管子的内径和外径尺寸精度一致，且模具投资费用大大减少；一般气温在20以上不需蒸汽养护，利用水泥的水化热，进行保湿、保温养护，20多小时后即可吊运至露天堆场，节约了大量能源。即便在冬季或为底托快速周转使用蒸汽养护，能源消耗是离心、悬辊
5、等工艺的一半左右。振动的频率、振幅和激振力可以根据生产不同口径大小的管子方便地进行调整，设备对产品适应性强，一般生产300-3000的排水管只需二套设备即可完成；能满足产品大规格、多样化生产，能成型特大口径的管子（最大口径可到3600mm）可成型异型管道，如检查井、箱涵、带底座管以及防腐内衬管等；生产效率较高，可确保大工程以及应急工程对管材的需求，在保证底托数量的情况下，每条生产线一天一般能生产中大口径排水管150米以上，小口径排水管300米以上。芯模振动混凝土排水管制管工艺缺陷：由于立式干法生产，且成型后立即脱去内外模，脱模时的混凝土还没有初凝，此时管道只有物料堆积的结构强度，虽然混凝土的高
6、度密实克服了脱模时的拉拔应力，但脱模时的拉拔应力对管道的结构强度还是有细微的影响，一般小口径管超过3米后，管长与管径间的比例过大会造成管道弯曲率大，影响混凝土排水管的质量。虽然国内装备制造厂也曾成功制造出4米振动器，用于芯模振动生产（600mm-1200mm）4000mm管道长期运转情况良好。但鉴于上述原因，生产的管子长度建议控制在2.5米左右。脱模时内外壁易产生粗糙拉痕和毛面，光洁度不如离心、悬辊工艺带模养护的管道。脱模环节是芯模振动制管工艺的一个重要的工艺控制点，虽然不影响混凝土排水管的质量，且在国标GB11836-2009中作了专门说明，但由于离心、悬辊工艺管道长期使用对混凝土排水管形成
7、的习惯认知，以至于许多地区的芯模振动管道需抹面后出厂销售。 芯模振动制管生产尽管主要工序在地坑内成型，但还会伴有较大的噪音，由于是高频振动，隔音和隔振措施是工作坑土建施工中的关键控制点，有许多企业已成功解决，但也有一些单位难以通过环保鉴定。由于是高频噪音，建议借鉴国外的防护经验，操作人员配备耳罩等防护用品。 2. 径向挤压以美国McCracken公司为代表的径向挤压小口径混凝土排水管制管工艺技术，我国制管企业在上世纪80年代引进了该生产工艺和装备。同样，由于造价及其它技术问题，没有得到广泛的应用，近1-2年，由于小口径混凝土排水管产能、人工费用等矛盾的突出，同时国外在径向挤压工艺和装备技术上有
8、了较大的提高，我国制管行业对该工艺生产小口径混凝土排水管重新产生了浓厚的兴趣。该工艺采用立式生产方法，模具垂直竖立于地面上的底托盘上，承口振动及工位旋转机构置于地坑内，挤压及升降等主要结构均在地面上。径向挤压制管工艺采用半干硬性混凝土，布料机构向管模内喂料，通过挤压成型头的高速旋转挤压管模间的混凝土，挤压成型头的直径尺寸就是管道的内径尺寸，挤压同时成型头以一定速度上升，使之成型。一般可制作口径3001200mm圆形普通管材。径向挤压制管工艺生产承插口管时由于承口部分的斜度单靠挤压难以使混凝土密实，承口部分的成型须配以辅助振动，一般还需喷洒少量的水，以调整承口部分混凝土的塑性，加大塑化充满承口模
9、具。 径向挤压小口径混凝土排水管制管工艺具有以下主要优点： 生产频率高，一般3001200mm混凝土管道的挤压成型部分时间在2-3min左右，如配置全自动机械手等脱模、装运辅助装置，据国外装备生产厂家的介绍，每小时可生产30多根小口径混凝土排水管。 与芯模振动工艺相似，一定气温下不用蒸汽，可采用自然保湿养护，节约大量能源。成型后可立即脱模去模具，为节约生产耗时，每种口径需2-3套模具，其中一套在成型制管、一套等待、一套脱模， 但每套模具只有外模，无需内模。由于挤压成型头提升时抹光环对混凝土的圆周抹光运动，径向挤压成型后的管道内外表面光滑。抹光环的作用对挤压密实也有一定效果。由于采用半干硬性混凝
10、土甚至是硬性混凝土生产，生产过程中不产生废水、废浆。径向挤压工艺在生产过程中除承插口管承口成型振动时伴有一定的噪音，整套工艺过程中没有噪音产生，非常有利于劳动安全和环保。径向挤压小口径混凝土排水管制管工艺缺陷：径向挤压制管工艺对砂石原材料要求高，由于都属挤压成型工艺，可以想象，把径向挤压横过来生产（当然是不现实的），就与悬辊工艺很相似，悬辊工艺管密实度差，混凝土空隙必须用细骨料和粉料来填充，它不能通过离心力、振动力使混凝土再次液化排列密实，径向挤压工艺为使管道达到一定的密实度，必须比其它工艺加大细物料的用量，同时在一根管内还需始终保持混凝土颗粒的均匀。径向挤压制管工艺只适合3001200mm小
11、口径混凝土普通圆形排水管的生产，但据资料，有些国外企业能制造1650mm口径混凝土管，但管径越大，管壁增厚，作用于单位面积上的挤压力相应同比增加会非常困难。同时大口径管用小颗粒混凝土制作，无论是抗渗质量和制造成本都会成为重要的问题。现有的径向挤压工艺装备为解决钢筋骨架扭曲及保护层厚度可控，在模具上增加了多个钢筋骨架定位块，使之压住钢筋骨架以防自由扭动，骨架定位块难以做到刚好压紧但又不使骨架受力，一旦定位块释放后，钢筋骨架会带动混凝土产生一定的反弹，控制不好就会局部产生裂纹，影响管道的抗渗性能。现有工艺装备对挤压成型头作了大量的技术改进，3-4个正反向的旋转层来保证挤压时钢筋骨架局部不扭曲。但挤
12、压成型头的技术改进只能使骨架局部不扭曲，但在挤压过程中钢筋骨架始终处于受力-释放、再受力-再释放这样一个往复疲劳过程，所以，径向挤压制管工艺对钢筋骨架，无论是钢筋用量、焊接质量、在模具中骨架的垂直度都有很高要求。相对芯模振动工艺而言，径向挤压工艺生产管道品种单一，只能生产小口径混凝土普通圆形排水管，防腐内衬管、检查井、箱涵、带底座管等异型管道均不能生产。三主要指标比较：小口径芯模振动双根制管工艺装备与径向挤压制管工艺装备均采用电脑自动控制技术，一般主机操作2人就可，自动化程度高，劳动强度低。二者的生产效率比较请见下表，表中RC150(双芯)和KXSG1200(双芯)分别为国外、国内制造的小口径
13、双管芯模制管设备；表中实测值中芯模制管设备生产的管道为2.5米/根，径向挤压制管设备为3.5米/根；RC150(双芯)设备由于条件所限，缺少实测值。项目 管径设备30060080010001200成型时间（min)RC150(双芯)2（2根）1.9（2根）22.12.5KXSG1200(双芯)8（2根）6（2根）6（2根）88国外径向挤压11.51.822.2工艺周期时间（min)RC150(双芯)2.6（2根）2.5(2根）2.62.73KXSG1200(双芯)1210101212国外径向挤压1.622.32.62.9数量/小时(理论值)RC150(双芯)4648232220KXSG1200
14、(双芯)10121255国外径向挤压3930262321数量/小时(实测值)RC150(双芯)/KXSG1200(双芯)89844国外径向挤压109887芯模振动双根制管工艺装备与径向挤压制管工艺装备生产的普通混凝土排水管的抗渗、抗压、外观等指标均能通过国家标准，径向挤压管外观比芯模振动管光滑漂亮。但从二种生产工艺的原理特性以及实际测试情况，进行深入比较，由于挤压工艺特性，生产的管道钢筋握裹力、致密度均较差，同时对钢筋骨架（一般无论口径大小，纵径须在6mm以上，钢筋骨架不应有脱焊或虚焊点）及细颗粒物料有更高的要求，要制造出合格管道，钢筋和水泥等粉状料必须加大使用量。二种工艺一组试验对比：（80
15、0口径级管） 项目工艺每立方混凝土原材料用量（kg)钢筋/m（kg)抗渗(MPA)水泥42.5粉煤灰中砂石5-15水芯模振动320707401130140100.3径向挤压4509076594015513.50.2从上表中可以看出，径向挤压工艺的生产成本要高出芯模振动工艺，此外在实际生产过程中，挤压头易磨损、装机容量大（根据国外厂商提供的资料，径向挤压工艺主机120kw左右, 国产KXSG1200芯模振动双根制管设备主机65kw）也加大了生产成本。 由于还没有国产的径向挤压设备投入使用（无法参预价格对比），同样国外设备RC150(双芯)与国外引进的径向挤压主机设备价格相似，国产KXSG1200芯模振动双根制管主机设备是它们的约1/4价格，由于径向挤压的每规格需2-3套模具，且模具带钢筋定位装置、3瓣内衬铝模，造价高于芯模振动模具，总体装备投入大于芯模振动双根制管设备。 通过上述分析，下表所示二种工艺装备的主要
