1、二種混凝土排水管先進生產工藝及裝備比較中國混凝土與水泥制品協會排水管工作部專家組 專家褚建中一簡述： 自1890年（光緒十六年），工部局在上海設立工場，引進英國木模，生產直徑100230毫米圓形水泥管和蛋形污水管， 至今我國已有120多年的混凝土排水管生產歷史。排水管產品的性能和生產工藝技術也隨之不斷發展，由最簡單的澆搗成型發展為多種制管工藝并存的生產方式。 按現有的排水管成型原理，主要可分為：離心成型（離心工藝）；擠壓成型（懸輥工藝、徑向擠壓工藝）；振動成型（芯模振動、附壁式振動、插入振搗）。 由于從產品質量、生產效率、生產成本、勞動強度等諸多方面考慮，芯模振動、徑

2、向擠壓等先進的制管工藝方式正受到業內重視。就個人的一些體會，將芯模振動、徑向擠壓成型工藝、技術、裝備進行比較，與業內技術人員探討。二工藝原理及特性： 1. 芯模振動芯模振動工藝是內、外模垂直豎立于地坑內的底托（盤）上，通過圓周運動的布料裝置把混凝土澆入內、外管模中間，安裝于內模中的高頻振動器通過漲緊連接環傳遞激振力由內模再傳遞至管模中的混凝土，混合料受到強大的高頻振動力作用，使混凝土混合料液化，充滿模型和排出空氣，逐漸密實；一般管道成型承口在下，插口在上，底托盤就是承口成型的模具，管子的上端部配有定型插口盤，插口盤形狀就是管道的插口模具形狀，當管身振動密實成型，由專用裝置碾壓搓動插口盤使管道插

3、口部分密實成型。混凝土混合物料受振時，它的組份顆粒在高頻沖擊力作用下，產生懸浮和液化，混合物原世凝聚裝態被破壞，水泥顆粒在撞擊過程中，膠凝體表面一定程度的脫落，使原有混凝土內的膠凝體數量和膠凝體表面積增加，所以芯模振動制管工藝可以提高管道的密實度和強度。由于芯模振動工藝的環向的高頻振動成型原理，管道成型時采用干硬性混凝土，管道成型后可立即脫模。芯模振動制管工藝由丹麥Pedershaab公司首創，是一種機械化、自動化程度較高的生產工藝方式，我國早在上世紀80年代就引進了該生產工藝和裝備，由于裝備造價及其它條件所限，沒有得到很好的推廣，直至近6-7年間，在我國制管行業得到了大量的應用。芯模振動混凝

4、土排水管制管工藝具有以下主要優點：地面控制，地下封閉立式成型，可自動控制，相對離心、懸輥等工藝的生產條件，工作環境得到了改善，工人勞動強度低，有利于安全文明生產；采用干法生產，一般混凝土的工作度為20至60間，芯模高頻整體振動，使混凝土密實度極高，產品質量得到保障，與其它生產工藝相比，可減少一定的原材料成本。成型后可立即脫模去內外模，每種口徑只需一套模具，保證了每根管子的內徑和外徑尺寸精度一致，且模具投資費用大大減少；一般氣溫在20以上不需蒸汽養護，利用水泥的水化熱，進行保濕、保溫養護，20多小時后即可吊運至露天堆場，節約了大量能源。即便在冬季或為底托快速周轉使用蒸汽養護，能源消耗是離心、懸輥

5、等工藝的一半左右。振動的頻率、振幅和激振力可以根據生產不同口徑大小的管子方便地進行調整，設備對產品適應性強，一般生產300-3000的排水管只需二套設備即可完成；能滿足產品大規格、多樣化生產，能成型特大口徑的管子（最大口徑可到3600mm）可成型異型管道，如檢查井、箱涵、帶底座管以及防腐內襯管等；生產效率較高，可確保大工程以及應急工程對管材的需求，在保證底托數量的情況下，每條生產線一天一般能生產中大口徑排水管150米以上，小口徑排水管300米以上。芯模振動混凝土排水管制管工藝缺陷：由于立式干法生產，且成型后立即脫去內外模，脫模時的混凝土還沒有初凝，此時管道只有物料堆積的結構強度，雖然混凝土的高

6、度密實克服了脫模時的拉拔應力，但脫模時的拉拔應力對管道的結構強度還是有細微的影響，一般小口徑管超過3米后，管長與管徑間的比例過大會造成管道彎曲率大，影響混凝土排水管的質量。雖然國內裝備制造廠也曾成功制造出4米振動器，用于芯模振動生產（600mm-1200mm）×4000mm管道長期運轉情況良好。但鑒于上述原因，生產的管子長度建議控制在2.5米左右。脫模時內外壁易產生粗糙拉痕和毛面，光潔度不如離心、懸輥工藝帶模養護的管道。脫模環節是芯模振動制管工藝的一個重要的工藝控制點，雖然不影響混凝土排水管的質量，且在國標GB11836-2009中作了專門說明，但由于離心、懸輥工藝管道長期使用對混凝

7、土排水管形成的習慣認知，以至于許多地區的芯模振動管道需抹面后出廠銷售。 芯模振動制管生產盡管主要工序在地坑內成型，但還會伴有較大的噪音，由于是高頻振動，隔音和隔振措施是工作坑土建施工中的關鍵控制點，有許多企業已成功解決，但也有一些單位難以通過環保鑒定。由于是高頻噪音，建議借鑒國外的防護經驗，操作人員配備耳罩等防護用品。 2. 徑向擠壓以美國McCracken公司為代表的徑向擠壓小口徑混凝土排水管制管工藝技術，我國制管企業在上世紀80年代引進了該生產工藝和裝備。同樣，由于造價及其它技術問題，沒有得到廣泛的應用，近1-2年，由于小口徑混凝土排水管產能、人工費用等矛盾的突出，同時國外在徑向擠壓工藝和

8、裝備技術上有了較大的提高，我國制管行業對該工藝生產小口徑混凝土排水管重新產生了濃厚的興趣。該工藝采用立式生產方法，模具垂直豎立于地面上的底托盤上，承口振動及工位旋轉機構置于地坑內，擠壓及升降等主要結構均在地面上。徑向擠壓制管工藝采用半干硬性混凝土，布料機構向管模內喂料，通過擠壓成型頭的高速旋轉擠壓管模間的混凝土，擠壓成型頭的直徑尺寸就是管道的內徑尺寸，擠壓同時成型頭以一定速度上升，使之成型。一般可制作口徑3001200mm圓形普通管材。徑向擠壓制管工藝生產承插口管時由于承口部分的斜度單靠擠壓難以使混凝土密實，承口部分的成型須配以輔助振動，一般還需噴灑少量的水，以調整承口部分混凝土的塑性，加大塑

9、化充滿承口模具。 徑向擠壓小口徑混凝土排水管制管工藝具有以下主要優點： 生產頻率高，一般3001200mm混凝土管道的擠壓成型部分時間在2-3min左右，如配置全自動機械手等脫模、裝運輔助裝置，據國外裝備生產廠家的介紹，每小時可生產30多根小口徑混凝土排水管。 與芯模振動工藝相似，一定氣溫下不用蒸汽，可采用自然保濕養護，節約大量能源。成型后可立即脫模去模具，為節約生產耗時，每種口徑需2-3套模具，其中一套在成型制管、一套等待、一套脫模， 但每套模具只有外模，無需內模。由于擠壓成型頭提升時抹光環對混凝土的圓周抹光運動，徑向擠壓成型后的管道內外表面光滑。抹光環的作用對擠壓密實也有一定效果。由于采用

10、半干硬性混凝土甚至是硬性混凝土生產，生產過程中不產生廢水、廢漿。徑向擠壓工藝在生產過程中除承插口管承口成型振動時伴有一定的噪音，整套工藝過程中沒有噪音產生，非常有利于勞動安全和環保。徑向擠壓小口徑混凝土排水管制管工藝缺陷：徑向擠壓制管工藝對砂石原材料要求高，由于都屬擠壓成型工藝，可以想象，把徑向擠壓橫過來生產（當然是不現實的），就與懸輥工藝很相似，懸輥工藝管密實度差，混凝土空隙必須用細骨料和粉料來填充，它不能通過離心力、振動力使混凝土再次液化排列密實，徑向擠壓工藝為使管道達到一定的密實度，必須比其它工藝加大細物料的用量，同時在一根管內還需始終保持混凝土顆粒的均勻。徑向擠壓制管工藝只適合3001

11、200mm小口徑混凝土普通圓形排水管的生產，但據資料，有些國外企業能制造1650mm口徑混凝土管，但管徑越大，管壁增厚，作用于單位面積上的擠壓力相應同比增加會非常困難。同時大口徑管用小顆粒混凝土制作，無論是抗滲質量和制造成本都會成為重要的問題。現有的徑向擠壓工藝裝備為解決鋼筋骨架扭曲及保護層厚度可控，在模具上增加了多個鋼筋骨架定位塊，使之壓住鋼筋骨架以防自由扭動，骨架定位塊難以做到剛好壓緊但又不使骨架受力，一旦定位塊釋放后，鋼筋骨架會帶動混凝土產生一定的反彈，控制不好就會局部產生裂紋，影響管道的抗滲性能。現有工藝裝備對擠壓成型頭作了大量的技術改進，3-4個正反向的旋轉層來保證擠壓時鋼筋骨架局部

12、不扭曲。但擠壓成型頭的技術改進只能使骨架局部不扭曲，但在擠壓過程中鋼筋骨架始終處于受力-釋放、再受力-再釋放這樣一個往復疲勞過程，所以，徑向擠壓制管工藝對鋼筋骨架，無論是鋼筋用量、焊接質量、在模具中骨架的垂直度都有很高要求。相對芯模振動工藝而言，徑向擠壓工藝生產管道品種單一，只能生產小口徑混凝土普通圓形排水管，防腐內襯管、檢查井、箱涵、帶底座管等異型管道均不能生產。三主要指標比較：小口徑芯模振動雙根制管工藝裝備與徑向擠壓制管工藝裝備均采用電腦自動控制技術，一般主機操作2人就可，自動化程度高，勞動強度低。二者的生產效率比較請見下表，表中RC150(雙芯)和KXSG1200(雙芯)分別為國外、國內

13、制造的小口徑雙管芯模制管設備；表中實測值中芯模制管設備生產的管道為2.5米/根，徑向擠壓制管設備為3.5米/根；RC150(雙芯)設備由于條件所限，缺少實測值。項目 管徑設備30060080010001200成型時間（min)RC150(雙芯)2（2根）1.9（2根）22.12.5KXSG1200(雙芯)8（2根）6（2根）6（2根）88國外徑向擠壓11.51.822.2工藝周期時間（min)RC150(雙芯)2.6（2根）2.5(2根）2.62.73KXSG1200(雙芯)1210101212國外徑向擠壓1.622.32.62.9數量/小時(理論值)RC150(雙芯)4648232220KX

14、SG1200(雙芯)10121255國外徑向擠壓3930262321數量/小時(實測值)RC150(雙芯)/KXSG1200(雙芯)89844國外徑向擠壓109887芯模振動雙根制管工藝裝備與徑向擠壓制管工藝裝備生產的普通混凝土排水管的抗滲、抗壓、外觀等指標均能通過國家標準，徑向擠壓管外觀比芯模振動管光滑漂亮。但從二種生產工藝的原理特性以及實際測試情況，進行深入比較，由于擠壓工藝特性，生產的管道鋼筋握裹力、致密度均較差，同時對鋼筋骨架（一般無論口徑大小，縱徑須在6mm以上，鋼筋骨架不應有脫焊或虛焊點）及細顆粒物料有更高的要求，要制造出合格管道，鋼筋和水泥等粉狀料必須加大使用量。二種工藝一組試驗

15、對比：（800口徑級管） 項目工藝每立方混凝土原材料用量（kg)鋼筋/m（kg)抗滲(MPA)水泥42.5粉煤灰中砂石5-15水芯模振動320707401130140100.3徑向擠壓4509076594015513.50.2從上表中可以看出，徑向擠壓工藝的生產成本要高出芯模振動工藝，此外在實際生產過程中，擠壓頭易磨損、裝機容量大（根據國外廠商提供的資料，徑向擠壓工藝主機120kw左右, 國產KXSG1200芯模振動雙根制管設備主機65kw）也加大了生產成本。 由于還沒有國產的徑向擠壓設備投入使用（無法參預價格對比），同樣國外設備RC150(雙芯)與國外引進的徑向擠壓主機設備價格相似，國產KX

16、SG1200芯模振動雙根制管主機設備是它們的約1/4價格，由于徑向擠壓的每規格需2-3套模具，且模具帶鋼筋定位裝置、3瓣內襯鋁模，造價高于芯模振動模具，總體裝備投入大于芯模振動雙根制管設備。 通過上述分析，下表所示二種工藝裝備的主要經濟技術指標比較：序號 工藝型式項目芯模振動工藝徑向擠壓1生產效率高高+2勞動強度低低3自動化程度高+高4產品規格（口徑）大小5產品對工程適應性強弱6生產規格多少7異型管道能不能8內襯管道能不能9品種更換困難困難10每規格模具數量一套2-3套11養護條件可自然養護可自然養護12生產占地面積小小13生產成本低高14水泥用量低高15鋼筋用量低高16一次投入高高17生產線

17、投入低高18噪音大小19廢漿、污水無無20尺寸精度高高21外壓強度高中22抗摻性能好低23外觀毛糙好24成品率高中四常見的一些問題的探討： 1. 二種工藝生產管道的裂縫產生： 芯模振動工藝管道的裂縫產生主要有三個原因：脫模區域地面不水平：脫模區域地面不水平導致外模重心與管體重心不一直線，外模與管體相互傾斜受力，拉壞管體產生裂縫，與此相似的是若采用單電葫蘆脫模，隨鋼絲繩排列，脫模起始點與外模脫模至上部插口時重心位移，外模打口產生裂縫或破壞管口；插口成型時碾壓力過大：碾壓插口時，碾壓力過大造成縱向筋彎曲，碾壓力釋放后，縱筋反彈，產生插口附近環裂；鋼筋骨架尺寸不準以致保護層厚度太小：鋼筋骨架橢圓或直

18、徑大，插口成型碾壓時，碾壓通過骨料傳力致鋼筋骨架，碾壓釋放后，環筋局部反彈，產生插口附近環裂或部分環裂。徑向擠壓工藝管道的裂縫一般由于：擠壓頭設置的擠壓力過大，形成鋼筋骨架整體或局部產生較大的因力，釋放過后，逐步恢復造成反彈，帶出混凝土裂縫產生；相同的情況，如鋼筋骨架定位裝置壓入太深、骨架直徑偏大或骨架有虛焊點，上述情況必然發生；由于擠壓工藝特性，管道生產中不能有布料斷層，斷續布料易產生細微環向裂縫。一般配套該工藝的攪拌站在產能及自動化程度上應有一定的保障。2. 模具要求：制管模具與主機同樣重要，徑向擠壓生產過程中由于擠壓頭高速旋轉，為使擠壓力均勻，模具圓度必須保證，特別是流行的2開和3開模具

19、，因為每根管道開合一次，須對模具進行定期檢查和維護；在模具制造時應采取消除焊接和桶體彎曲應力處理。芯模振動工藝需盡可能最大限度地把振動器所發生的振力通過模具傳遞至混凝土中，所以在保證模具耐磨性能、光潔度、內外模同心度、圓度精準的情況下，越輕質對工藝越有利，以模具重量論價格、論質量是錯誤的。為保證模具上述性能要求，模具生產時摩擦部分使用耐磨鋼材，精度控制點必須精加工，制造完畢后應作變形處理，消除焊接和桶體彎曲應力。3. 芯模振動工藝振動頻率：芯模振動工藝振動頻率通常叫做芯棒轉速，它是芯模振動工藝中的最重要指標，為保證混凝土在高頻振動力作用下，逐步液化密實，需處理好激振力、振動頻率、振幅間的關系。物料受到的強迫振動頻率接近或略超物料的自激頻率時，振動效果最好，激振力與轉速間的關系：pm×w2×e （p:激振力, m:偏心質量，w:角速度，e:偏心距）可以從上面的公式中得到，轉速的增加，可帶來激振力的幾何倍數的增加。通過計算，混凝土物料的振動頻率推算成轉