在我国绝大多数厂家都用离心制管工艺生产大口径、超大口径混凝土输水管，不仅生产效率低，而且产品质量差，抗渗性能不合格，至今未见使用国际上处于领先水平的芯模旋振工艺的报道。青海省重点工程－－湟中县水峡二级水电站急需一批非标的Φ1700超大口径混凝土输水管，许多厂家无法生产，甘肃预应力制管厂在有关单位的支持下，经过对比研究管芯的三种振动制管工艺，从中优选出在技术经济上具有优越性的芯模旋振工艺，成功地开发出500根SYG-1700Ⅰ、Ⅱ级混凝土输水管，达到了国内领先水平。

1. 原材料

1.1 水泥

甘肃永登水泥厂生产的525#普通硅酸盐水泥，其物理力学性能如下：细度为0.08mm方孔筛筛余5.6%；初凝时间2h，终凝时间2h13min，3d抗压强度27.0MPa，3d抗折强度5.9MPa，7d抗压强度37.2MPa，7d抗折强度6.9MPa，28d抗压强度56.2MPa，28d抗折强度8.5MPa；SO3含量2.15%，MgO含量1.80%，烧失量0.40%；安定性合格。

1.2 砂

甘肃永登庄浪河产的河砂，表观密度2590kg/m³，堆积密度1670kg/m³，空隙率36.0%，含泥量0.4%，含水率3.0%，细度模数2.4，中砂，Ⅱ区级配。

1.3 石

甘肃永登庄浪河产的河卵石，表观密度2690kg/m³，堆积密度1640kg/m³，空隙率39.0%，含泥量0.5%，针片状颗粒含量11.3%，5～20连续级配。

1.4 外加剂

自行研制的FDN型萘系复合高效减水剂，含有减水、早强、增密等组份，不含氯盐，减水率15%以上。

1.5 钢丝

咸阳特种钢丝厂生产的飞龙牌矫直回火钢丝，直径Φ5，抗拉强度等级为1570MPa。咸阳石油钢管钢丝厂生产的三环牌冷拉钢丝，直径Φ5，抗拉强度分别为1580、1605MPa，伸长率均为3%，反复弯曲5次。

1.6 水

钦用水。

2. 管芯混凝土的配合比与性能

根据GB5696-1994《预应力混凝土输水管（管芯缠丝工艺）》的设计要求：管芯混凝土强度等级要达到C40，脱模强度不低于28MPa，口径Φ1400以上的Ⅰ、Ⅱ级预应力混凝土输水管的管芯缠丝强度分别不低于28、40MPa。由此可见，原标准的设计要求不尽合理，因此我们在研究过程中确定管芯混凝土的设计强度等级为C50。经过优选实验确定的混凝土配合比为：水泥450kg/m³，砂692kg/m³，石1188kg/m³，水147kg/m³，W/C=0.33，FDN型萘系复合高效减水剂掺量1%，混合料的坍落度为5～15mm。管芯混凝土的蒸养脱模强度为36.70MPa，标准差2.86MPa，变异系数7.8%；管芯混凝土的缠丝强度为44.80MPa，标准差1.27MPa，变异系数2.8%；28d强度为57.80MPa，标准差3.74MPa，变异系数6.5%。

3. 生产工艺

3.1 产品设计

由于SYG-1700预应力混凝土输水管属于非标产品，我们首先参照GB5696标准设计了SYG-1700的基本尺寸和承口、插口的细部尺寸等参数。

管体基本尺寸如下：公称直径=1700mm，管体内径=1700mm，外径=1940mm，管体长度＝4170mm，有效长度＝4000mm，安装间隙＝20mm，管体芯厚＝100mm，保护层厚度＝20mm。

管体参考重量8700kg，混凝土用量3.48m³。

承口的细部尺寸如下：管芯承口外径=2242mm，外导坡直径＝1994mm，工作面直径＝1956mm，内导坡直径＝2096mm，平直段长度=190mm，斜坡投影长度=1140mm。

插口的细部尺寸如下：管芯筒体外径＝1940mm，工作面直径＝1922mm。止胶台外径＝1950mm。

3.2 模具设计

根据上述尺寸要求，我们设计制作了25套水泥管模具，模具由外模、芯模和承口模型环等组成。外模由4片四分之一圆弧形模片用螺栓连接组成半圆形，使用时再合成整模，内模为空心圆柱筒形，筒内中部设置可沿环向振动的震动器，振动时芯模可缓慢旋转，使用时模具立放在成型坑内，承口朝上，便于压放承口模型环，并有利于起吊脱模时用钢丝绳套住管体承口。

3.3 生产工艺流程

生产工艺流程见图1所示。

图1 芯模旋振工艺生产预应力混凝土输水管（管芯缠丝工艺）的工艺流程

3.4 主要工艺参数

（1）计量：每盘混凝土搅拌量按112.5kg水泥进行配料，采用地磅称量，计量误差控制在标准范围内。

（2）搅拌：采用500L强制式搅拌机，先将水泥、砂、石和外加剂干拌60～90s，再按配合比计量加水搅拌60～90s，控制混凝土混合料的坍落度为5～15mm。

（3）吊装外模：用双梁起重机吊装外模入成型坑内，人工合模，涂隔离剂。

（4）张拉纵筋：人工穿纵向梁筋，沿圆周均匀布置，人工张拉，张拉控制应力为钢丝标准强度值的0.7倍。

（5）套内模：用双梁起重机吊入内模，内模表面人工涂隔离剂，之后安放浇注下料斗。

（6）浇注、振动成型混凝土：开动芯模振动器，芯模开始缓慢旋转，连续浇注混凝土混合料，每根管芯需要8盘混凝土，连续浇注时间以50～70min为宜。

（7）压放承口模型环：浇注后用大铁锤将承口模型环打入上部内外模之间的混凝土中，在管芯端部形成承口形状。

（8）初次静停养护：浇注后必须静停养护90min，以保证混凝土具有一定的初始强度，避免提出内模时管体混凝土坍塌破坏。

（9）提动内模：为防止内模脱模困难，从开始浇注时起至第150～170min应该用双梁起重机提动内模。

（10）二次静停养护：提动内模后必须再静停养护30min。

（11）提出内模：为防止内模脱模困难，从开始浇注时起至第180～190min应该用双梁起重机提出内模。

（12）内表面抹浆：为提高管芯的抗渗能力和内表面光洁度，在提出内模以后，立即用1:3的细水泥砂浆对内表面进行抹压、收光，砂浆的W/C必须小于0.50，可内掺1%的FDN型萘系复合高效减水剂。

（13）蒸汽养护：将混凝土管芯带外模吊入养护坑中进行蒸汽养护，在通入蒸汽1h后要求升温到40～45℃，2h后升温到60℃，3h后升温到80～85℃，然后恒温3h，每小时测温1次。养护温度曲线如图2所示。

（14）坑内折模：蒸汽养护降温结束后，在养护坑内拆除外模，用双梁起重机将管体用钢丝绳套住吊出坑外，立放在成型车间的半成品堆放区。

（15）浇水养护：管芯在堆放1d后，浇水养护3d，以保证达到缠丝强度。

（16）配重法缠丝：当缠丝强度达到40MPa时，用配重法缠丝工艺在管体缠绕环向预应力钢丝，钢丝应力用钢丝测力计测量。

图2 蒸汽养护温度曲线

（17）喷保护层砂浆：由砂浆辊射机喷射缠有环向预应力钢丝的混凝土管芯的砂浆保护层，该砂浆为配比1:2的干硬性细水泥砂浆，内掺1%FDN型萘系复合高效减水剂。

（18）静养与修补内表面：将喷好保护层砂浆的管体水平放置在成型车间的半成品堆放区，对砂浆保护层静停养护3d。在静养过程中，用环氧树脂砂浆修补内表面的缺陷。修补前先凿毛被修补处，冲洗干净，烘干，刷上环氧树脂基液，然后再用环氧树脂砂浆认真修补，以保证修补质量。

（19）水养：经过车间静养与修补内表面后的预应力混凝土输水管，再在室外养护池水中养护7d，以保证产品的出厂强度。

（20）水压检验：每根管子出厂前必须按照GB5696《预应力混凝土输水管（管芯缠丝工艺）》的要求进行静水压力检验，其抗渗性能和接头密封性能均要符合要求，并随机抽取2根进行抗裂性水压检验。如一次检验不合格，可用环氧树脂砂浆修补后重新进行水压检验，合格后允许出厂使用，如仍不合格者则应降级处理，Ⅱ级降为Ⅰ级。