技术资料
组合式水泥制管模具生产大口径钢承口管的技术研究
时间：2014-12-16|阅读：次
由于顶进施工不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，因此，它的应用越来越广泛。作为顶进施工的优选管材——柔性接口钢承口管具有强度高、有效受力面积大、顶进施工时容易纠偏等特点而被广泛采用。大口径柔性接口钢承口管的生产工艺多种多样，有离心工艺、悬辊工艺、立式芯模振动工艺以及立式组合插入振动工艺等。而我们采用的人工振动、快速脱模工艺同上述几种工艺相比，具有成本低、日产量高、管身混凝土密实性好等特点。特别是青州市海煜重工有限公司研发的组合式多用途水泥制管模具，使一套模具通过简单的组合，能生产出平口、企口、柔性接口钢承口等多种接口形式的管材，在经济上、技术上均有一定的优势。现以Φ2400mm×2000mm大口径柔性接口钢承口管为例作简单介绍。
1 管材的结构尺寸与水泥制管模具的设计
1.1 管材的结构尺寸
我们在这几年为解决企业对水泥制管模具需求数量大，但资金短缺，不能大量购进水泥管模具的矛盾，参考国外设备技术，开始进行快速脱模技术的研究，主要目的就是加快水泥涵管模具的周转效率。当时主要用于悬辊机的Φ800mm~Φ1500mm平口管生产。我先后成功组织了Φ2400mm×1500mm人工振动平口管、Φ2400mm×2000mm悬辊工艺企口管和平口管等大口径管材的生产。凭借以上经验，试制Φ2400mm×2000mm大口径柔性接口钢承口管采用人工振动，管端一次成型、快速脱模工艺，管材的有效长度、壁厚沿用企口管标准，管材的结构尺寸、接口尺寸参照JC/T640-1996《顶井施工法用钢筋混凝土排水管》标准设计，具体尺寸如图1和图2所示。
1.2 水泥制管模具的设计
钢承口管与企口管（企口管接口形式见图3）相比，只是接口形式不一样，因此，用快速脱模方式生产钢承口管，关键在于解决如何成型钢承口和插口及成型后快速脱模。比较其他工艺，由于成型后的水泥管模具必须垂直一次性竖立脱模与成型混凝土管分离，如对插口端模具不做特殊处理，会在脱模过程中破坏插口造型。根据插口形状及成型后应易于脱模的要求，插口端模设计分两部分，上半部分是整体式定位盖（见图4），下半部分是插口成型模具二片式颈圈（见图5）。
插口成型模（二片颈圈）与主体模具之间用螺栓连接，为保证成品精度，插口成型模与顶口定位盖连接平面设计有两处定位配合凹凸槽。脱模时先拆去连接螺栓，分别脱去插口成型颈圈，使插口端与管体及钢承口端与主体模具分离，从而使快速竖式脱模成为可能。考虑到钢承口端成型如用碾压方式，工艺过于复杂，水泥制管模具费用偏高，而且钢筋笼的焊接组装较为困难等因素，所以采用钢承口端朝下，插口端朝上的成型方式。这样的设计既能保证插口的形状，又有利于钢筋骨架的焊接拼装，还有利于快速脱模的实现。
2 振动成型、快速脱模工艺技术
2.1 生产流程（生产流程见图6）
2.2 混凝土及原材料
根据长距离、曲线顶进施工的特点，产品混凝土强度设计等级为C50，蒸养后混凝土强度能达到40MPa以上。在混凝土搅拌及原材料选用上应注意以下几个方面：混凝土宜采用强制式单/双轴卧式搅拌机搅拌；外加剂应选用适合蒸汽养护的早强型高效减水剂，外加剂的掺量与加入方法应进行实验；混凝土为干硬性，坍落度为0，手搓能成团，触及会粉碎；水泥宜先用不低于52.5级的普通硅酸盐水泥。每m3混凝土水泥用量不宜低于400kg；细骨料宜选用中砂，细度模数为2.3~3.0，含泥量应小于1%，砂率控制在35%~38%为宜；粗骨料宜先用5~30mm连续级配的碎石，最大粒径不应大于31.5mm，针片状颗粒含量不宜大于5.0%，含泥量应小于1%，泥块含量（重量比）不应大于0.5%；钢筋宜选用冷轧带肋钢筋，配筋应满足技术规范要求；承口钢套环宜先用16Mn钢板制作。
2.3 钢筋骨架拼装
钢筋骨架宜采用滚焊成型，钢承口环内外焊缝应磨平，尺寸偏差不大于1.5mm，钢筋内架套上内、外模后，钢承口环与内层钢筋骨架应通过锚固筋焊接定位，确保钢筋骨架、钢承口环在模具内相对固定，振动成型时不发生偏移。
2.4 成型原理及成型制度
振动棒宜选用不同直径的国产优质50mm或70mm电动软轴行星式高频内部插入振动器，其振动频率应不小于11000次/min。振动器配置数量4~6个。一人一棒围模作业。人工振捣过程中应注意发挥整体作用，首先使喂入模具内的混凝土具有流动性，充满模型并排出气体，从而得到密实的混凝土结构。其次，由于混凝土施加的是高频振动，水泥颗粒也产生了极大的相对振动，在撞击过程中使水泥颗粒表面产生的凝胶体壳脱落，不断露出新的表面，加强了水化作用，增强了吸附分散和化学分散，提高了单位体积内胶体的数量，从而提高了水泥石的密实度与强度。为了使管端混凝土更加密实，并成型出插口形状，具体的成型制度如下：喂料皮带机把混凝土料均匀地喂入内外模的间隔内，待混凝土混合料喂入的高度达到管长的1/3时开始人工振动，混凝土边喂边振动至模具上端时，混凝土在模内应保持一个水平的平面高度，不能一边高一边低，一边干一边过于水渍。料上至模顶端平面后，应继续喂料堆高6~10cm，然后盖上顶口定位盖，人工碾压使混凝土端口平面密实并与内外模间隔板齐平。管材成型后，马上罩上蒸养帆布罩，进行罩式带模蒸汽养护。蒸养完成后，管材前期强度基本达到65%~70%。马上脱去芯模、顶端插口模、外模。脱模后对内外表面特别是外表面进行全面的修饰，保证外表面光滑平整。
2.5 蒸养制度
蒸汽养护时宜采用罩式蒸汽养护，具体蒸养制度如表1所示。
2.6 钢套的防腐处理及钢套处凹槽处理
钢套处凹槽四周的浮浆除去后用聚氨脂双组份密封胶密封，确保钢套与混凝土结合处不渗水；对钢套的裸露部分除锈后用环氧富锌漆做底漆，漆二度，每度约30u，环氧沥表漆二度，每度约80u，确保钢承口环的防腐性能。
3 管材性能
Φ2400mm×2000mm柔性接口钢承口管的外压荷载，内水压力是按照GB/T11836《混凝土和钢筋混凝土排水管》中Ⅱ级管标准设计的，外荷载、内水压实际测试结果均超过标准要求。混凝土实测28d强度均在50MPa以上。
4 工程应用
南宁市江南污水干管工程，在管线经过邕江一桥下时，由于客观条件的限制，Φ2400mm污水干管无法采用大开挖埋设，只能采用顶进施工，整个工程顶管长度为54m，采用两头开顶，中间对接的施工方法。考虑到该顶管工程的距离、曲线顶进（曲率半径为60m）、大口径等特点，设计单位选用柔性接口钢承口管作为顶管管材。曲线顶进长度为34m，其中圆弧长度为18m，两端同时顶进，在地下顺利进行了暗接。
5 结语
利用人工振动、快速脱模工艺技术生产大口径柔性钢承口管，一方面设备投入较少，只是在原有平口模具的基础上添加了底模和插口成型模圈，外加几套振动棒；另一方面又继承了人工振动、快速脱模工艺的技术特点，特别是组合式、多用途模具的设计成功，使企业生产大口径混凝土管找到了既经济又快捷的途径，既适应了市场需求又满足顶进施工的技术要求，具有良好的经济和社会效益。
1 管材的结构尺寸与水泥制管模具的设计
1.1 管材的结构尺寸
我们在这几年为解决企业对水泥制管模具需求数量大，但资金短缺，不能大量购进水泥管模具的矛盾，参考国外设备技术，开始进行快速脱模技术的研究，主要目的就是加快水泥涵管模具的周转效率。当时主要用于悬辊机的Φ800mm~Φ1500mm平口管生产。我先后成功组织了Φ2400mm×1500mm人工振动平口管、Φ2400mm×2000mm悬辊工艺企口管和平口管等大口径管材的生产。凭借以上经验，试制Φ2400mm×2000mm大口径柔性接口钢承口管采用人工振动，管端一次成型、快速脱模工艺，管材的有效长度、壁厚沿用企口管标准，管材的结构尺寸、接口尺寸参照JC/T640-1996《顶井施工法用钢筋混凝土排水管》标准设计，具体尺寸如图1和图2所示。
钢承口管与企口管（企口管接口形式见图3）相比，只是接口形式不一样，因此，用快速脱模方式生产钢承口管，关键在于解决如何成型钢承口和插口及成型后快速脱模。比较其他工艺，由于成型后的水泥管模具必须垂直一次性竖立脱模与成型混凝土管分离，如对插口端模具不做特殊处理，会在脱模过程中破坏插口造型。根据插口形状及成型后应易于脱模的要求，插口端模设计分两部分，上半部分是整体式定位盖（见图4），下半部分是插口成型模具二片式颈圈（见图5）。
2 振动成型、快速脱模工艺技术
2.1 生产流程（生产流程见图6）
根据长距离、曲线顶进施工的特点，产品混凝土强度设计等级为C50，蒸养后混凝土强度能达到40MPa以上。在混凝土搅拌及原材料选用上应注意以下几个方面：混凝土宜采用强制式单/双轴卧式搅拌机搅拌；外加剂应选用适合蒸汽养护的早强型高效减水剂，外加剂的掺量与加入方法应进行实验；混凝土为干硬性，坍落度为0，手搓能成团，触及会粉碎；水泥宜先用不低于52.5级的普通硅酸盐水泥。每m3混凝土水泥用量不宜低于400kg；细骨料宜选用中砂，细度模数为2.3~3.0，含泥量应小于1%，砂率控制在35%~38%为宜；粗骨料宜先用5~30mm连续级配的碎石，最大粒径不应大于31.5mm，针片状颗粒含量不宜大于5.0%，含泥量应小于1%，泥块含量（重量比）不应大于0.5%；钢筋宜选用冷轧带肋钢筋，配筋应满足技术规范要求；承口钢套环宜先用16Mn钢板制作。
2.3 钢筋骨架拼装
钢筋骨架宜采用滚焊成型，钢承口环内外焊缝应磨平，尺寸偏差不大于1.5mm，钢筋内架套上内、外模后，钢承口环与内层钢筋骨架应通过锚固筋焊接定位，确保钢筋骨架、钢承口环在模具内相对固定，振动成型时不发生偏移。
2.4 成型原理及成型制度
振动棒宜选用不同直径的国产优质50mm或70mm电动软轴行星式高频内部插入振动器，其振动频率应不小于11000次/min。振动器配置数量4~6个。一人一棒围模作业。人工振捣过程中应注意发挥整体作用，首先使喂入模具内的混凝土具有流动性，充满模型并排出气体，从而得到密实的混凝土结构。其次，由于混凝土施加的是高频振动，水泥颗粒也产生了极大的相对振动，在撞击过程中使水泥颗粒表面产生的凝胶体壳脱落，不断露出新的表面，加强了水化作用，增强了吸附分散和化学分散，提高了单位体积内胶体的数量，从而提高了水泥石的密实度与强度。为了使管端混凝土更加密实，并成型出插口形状，具体的成型制度如下：喂料皮带机把混凝土料均匀地喂入内外模的间隔内，待混凝土混合料喂入的高度达到管长的1/3时开始人工振动，混凝土边喂边振动至模具上端时，混凝土在模内应保持一个水平的平面高度，不能一边高一边低，一边干一边过于水渍。料上至模顶端平面后，应继续喂料堆高6~10cm，然后盖上顶口定位盖，人工碾压使混凝土端口平面密实并与内外模间隔板齐平。管材成型后，马上罩上蒸养帆布罩，进行罩式带模蒸汽养护。蒸养完成后，管材前期强度基本达到65%~70%。马上脱去芯模、顶端插口模、外模。脱模后对内外表面特别是外表面进行全面的修饰，保证外表面光滑平整。
2.5 蒸养制度
蒸汽养护时宜采用罩式蒸汽养护，具体蒸养制度如表1所示。
表1 蒸养制度
| 升温温度/℃ | 恒温温度/℃ | 降温时间 | 合计用时 | |||
| 第1h | 第2h | 第3h | 第4h | 第5h | /h | /h |
| 40±5 | 60±5 | 80±5 | 80±5 | 80±5 | 1 | 6 |
2.6 钢套的防腐处理及钢套处凹槽处理
钢套处凹槽四周的浮浆除去后用聚氨脂双组份密封胶密封，确保钢套与混凝土结合处不渗水；对钢套的裸露部分除锈后用环氧富锌漆做底漆，漆二度，每度约30u，环氧沥表漆二度，每度约80u，确保钢承口环的防腐性能。
3 管材性能
Φ2400mm×2000mm柔性接口钢承口管的外压荷载，内水压力是按照GB/T11836《混凝土和钢筋混凝土排水管》中Ⅱ级管标准设计的，外荷载、内水压实际测试结果均超过标准要求。混凝土实测28d强度均在50MPa以上。
4 工程应用
南宁市江南污水干管工程，在管线经过邕江一桥下时，由于客观条件的限制，Φ2400mm污水干管无法采用大开挖埋设，只能采用顶进施工，整个工程顶管长度为54m，采用两头开顶，中间对接的施工方法。考虑到该顶管工程的距离、曲线顶进（曲率半径为60m）、大口径等特点，设计单位选用柔性接口钢承口管作为顶管管材。曲线顶进长度为34m，其中圆弧长度为18m，两端同时顶进，在地下顺利进行了暗接。
5 结语
利用人工振动、快速脱模工艺技术生产大口径柔性钢承口管，一方面设备投入较少，只是在原有平口模具的基础上添加了底模和插口成型模圈，外加几套振动棒；另一方面又继承了人工振动、快速脱模工艺的技术特点，特别是组合式、多用途模具的设计成功，使企业生产大口径混凝土管找到了既经济又快捷的途径，既适应了市场需求又满足顶进施工的技术要求，具有良好的经济和社会效益。
