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立式振动钢模成型大口径柔性水泥管的工艺研究

时间:2016-11-03|阅读:
本文阐述的是,在不采用芯模振动等专用水泥制管设备的情况下,使用简单的插入式混凝土振动器,在工厂预制口径在1400mm至2600mm的企口、钢承口等各种接口形式的钢筋混凝土排水管道的工艺研究。

随着城市市政工程建设的发展,对大口径的钢筋混凝土排水管,特别是带有橡胶密封圈接口的排水管道,以及用于地下顶进施工的专用顶管需求量大增。而一般水泥管厂的生产规模都不大,使用传统的离心和悬辊制管设备已无法适应大口径排水管道的生产,企业遇到生产能力不适应的问题。

在此情况下,中铁十六局四公司大胆采用立式振动模具,配合普通的插入振动密实方法,由工人手持插入式振捣棒,将分步装填的混凝土逐段振动密实。同时,也改进了混凝土搅拌、混凝土上料、以及蒸汽养生工序,成功地实现了大口径钢筋混凝土排水管道的批量预制,并在施工中得到成功地应用,为企业扩大生产、增加企业效益做出了贡献。

一、成型原理及工艺参数的确定

(一)成型原理

在插入式振动棒的有效激振力作用范围内,管壁预拌混凝土中砂、石骨料等的全部固体粒子同步产生振动,并在振动时克服粒子之间界面的磨阻力而产生移动,进行有序的排列,互相包裹,互相填充。同时,在呈沸腾状的预拌混凝土中的气泡,沿振动棒表面向上连续均匀排除,混凝土得到最大限度的密实。

本工艺成型的管子,管身混凝土密实均匀,结构强度高,混凝土中无明显残存气泡;管子结构尺寸不受成型工艺的影响,成品内外壁光滑,其内在质量和外观质量均优于其他任何工艺成型的管子。

本工艺的关键,在于将预拌混凝土下料、振动棒振动、振动棒起升等综合在一起,而管模则在工序过程中完全呈静止状态。

(二)插入振动器的选择

根据生产管径的不同,选用国产优质ZX50型行星式高频插入式振动器,工作电源为普通电网交流50Hz、380V,单个振动电机功率为1.1或1.5kW,转速2800转/分。该插入振动器与普通插入式制动器的工作原理不同:由电机驱动软轴,带动振动棒内滚锥旋转,滚锥在振动棒内筒壁的滚道上作行星式滚动,打击滚道,使棒体产生径向高频激振力。该插入振动器的主要技术参数见表1。
表1
技术参数 ZX-50型
振动棒直径 Φ50mm
最大激振力 ≥540kg
空载振幅 ≥1.0mm
振动频率 ≥11000次/分
坍落度3~4cm时生产率 ≥5立方米/时

生产实践证明,使用该种插入振动器可以迅速地使混凝土得到密实,如果采用了普通的偏心块振动方式的插入制动器,适当延长停滞时间,也完全可以满足了混凝土密实工艺要求。

(三)插入振动器的多点布置

由于混凝土管壁是圆环形薄壁结构,插入振动器必须采用截面范围内的多点水平布置,根据单个插入振动器的激振力有效作用半径,使其激振范围相互衔接,以形成沿管壁圆周均匀、有效的激振力共同作用。单只振动棒的高效激振半径为30-40cm,考虑到钢筋混凝土排水管为薄壁构件,且在试验中发现,混凝土中的钢筋和内外模具的钢板有反射激振力和谐振的作用。试验证明,在两只插入振动棒相衔接的部位,混凝土得到的激振强度不但没有减小,由于叠加作用,反而有增强的趋势。根据以上理由,将插入振动器的多点水平布置的间距(弧长)确定为等距的60cm左右。插入振动器多点水平布置方案见表2。
表2
直径/mm 壁厚/mm 平均周长/mm 振动器数量与弧长
12只 14只 16只
2000 170 6817 568    
2400 210 8200   585  
2600 230 8890     556

(四)插入振动器的振动时间

插入振动器的振动时间即振动棒在混凝土中的停滞时间。停滞时间过短,混凝土不能够得到充分密实,混凝土中的游离气泡也不能完全排除;停滞时间过长,则有可能使混凝土产生离析,混凝土中的粗集料颗粒下沉,水分上浮,即形成混凝土由于过振产生的泌水现象。一般混凝土配合比情况下,当预拌混凝土坍落度为3-4cm时,规范要求同一工作点的持续振动时间为20秒-30秒,而使用高频插入振动器的最短持续振动时间不得短于10秒钟。插入振动器的振动时间还与混凝土存料多少有关。当混凝土布料堆积厚度较大时,振动棒在混凝土中的停滞时间应当适当延长。所以,振动棒振动时间应结合混凝土布料速度、堆积料层厚度决定,以保证混凝土恰好振动密实为宜。

(五)立式振动模具

装配式外模:为两半圆结构,半圆接口采用错茬式合口缝,以保证不漏水泥浆。两半模间采用螺拴紧固;整体缩径式内模:为圆形带有缩径机构的整体模,其收缩条向内收拢,然后两侧圆筒同步向内收缩;端口圈:分为下部的承口底圈和上部的插口圈,为铸钢加工件,决定生产出的管子接口尺寸。

二、生产工艺条件及工艺流程

(一)生产工艺条件

立式振动成型用的混凝土原材料,同悬辊制管生产工艺要求基本一致。但在以下方面还存在区别的:水泥采用号早强型硅酸盐水泥,以减轻泌水现象和获得早强效果;石子的最大粒径稍大,以获得较高混凝土强度,为0.5-3.2cm,颗粒级配符合质量要求;砂子选用细度模数为2.3-3.0的中砂,砂率在34%-35%,比悬辊工艺稍大;混凝土加水量必须要严格控制,水灰比为0.38-0.40,控制预拌混凝土坍落度在2-4cm。

采用养护罩式低温蒸汽养生,管子制作完毕后,待满足一个小时的静停时间,使混凝土达到初凝强度后,即加养护罩通蒸汽加热。混凝土经升温、恒温、降温过程,达到混凝土的脱模强度后,先脱掉内模,再脱掉外模,管子脱模后尚需要补充自然养生阶段。

(二)工艺布置

中铁十六局四公司采用的是室外露天生产和养护罩低温蒸汽养生,即在生产现场的混凝土地坪上安装承口底圈,装配管模。一台门形吊车,用以起吊内外模、钢筋骨架、管子和混凝土料斗;在吊车轨道的一端就近安排混凝土搅拌设备。

(三)工艺流程

在承口底座内侧组装内模及底圈,同时涂刷隔离剂,吊装成型好的钢筋骨架套在内模外面,在承口底座和内模上已经分别涂刷隔离剂;在钢筋骨架的外面合上外模,外模的内侧也预先涂刷隔离剂;在内模上部安装混凝土倾料顶盖,将拌制好的混凝土卸到布料顶盖上,向内外模之间的空腔下料;在管壁周圈各点安排插入振动器,分层振动密实混凝土;振动成型结束,将布料顶盖移开,压下插口圈,锁紧楔销,人工修正并成型上部管口;加蒸汽养护罩,养护混凝土;待管体混凝土达到脱模强度后,收缩内模并吊开外模,移至下一个工位,清理模型,与新的承口底圈组装。产品留在原处继续养护,达到起吊强度后,运走管子,脱开底圈。

三、生产工艺特点分析

第一,能生产非圆形管,如:椭圆、蛋圆、上圆下方、带基础管等;也能生产带有柔性橡胶圈接口的企口或各种类型的承插口管。第二,节约能源:以悬辊工艺生产Φ2000管为例,其主机容量在90KW左右,本工艺耗能仅为其五分之一左右。第三,生产同样规格的产品,投资可节省一半以上,生产利润高;并可生产特大口径产品。第四,由于省去了复杂笨重的主机及主机基础,安装方便,对场地要求低及便于移动,可利用工厂现成场地,也可在施工现场预制,产品上马快。第五,因为模具不用旋转,无严重磨损,使用寿命长。具有设备简单,便于维修和安全性能好的优点。第六,在生产过程中没有管子与模具同时起吊的要求,龙门式起重机的起重量要求仅为悬辊工艺的二分之一左右。第七,噪音低,无废料、废液排出,有利于文明生产和环境保护。第八,无跑浆、分层、麻面、超厚、塌落、漏筋等质量蔽病,且由于内壁、外壁、承口及插口均为模具成型,表面光滑,产品的外观漂亮、结构尺寸及内在质量均有保证。

四、工艺推广前景

随着市场经济的发展,城市扩建和环境治理工程对大口径钢筋混凝土排水管的需求量激增;同时要求大口径钢筋混凝土排水管材料工程预算价格中运费部分大幅度减小。所以,今后大口径钢筋混凝土排水管的生产运输半径将会更加缩短。市场竞争形势必然会促进小规模企业上马大口径钢筋混凝土排水管,有条件在施工现场预制大口径钢筋混凝土排水管,就近安装施工。

继续改进插入振动成型工艺,研究专用成套设备,比如组合振动装置,减少人工劳动强度,提高机械化程度,完善工艺方案和设备配套,进一步提高生产效率,其工艺推广前景会更好。
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