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机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。

1. 成型原理及工艺参数的确定

1.1 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，而水泥管模具则在工序过程中完全呈静止状态。

1.2 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。

型号	ZX-50型
振动棒直径	Φ50mm
最大激振力	≥540千克
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。

1.3 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。

直径mm	管壁厚度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

1.4 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。

1.5 立式组合管模

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。

2. 生产工艺条件及工艺流程

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

3. 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。

4. 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。