混凝土排水管芯模振動成型工藝及設備的現(xiàn)狀和發(fā)展
一、概述
由于經(jīng)濟的發(fā)展、城市規(guī)模的擴大，我國城市污水排放量不斷上升；環(huán)保意識的增加，污水處理廠、城市污水管網(wǎng)和合流污水治理工程的大量新建，中大口徑排水管的需量逐年大幅度增加，原有傳統(tǒng)的鋼筋混凝土排水管生產(chǎn)工藝在產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等方面均不能完全滿足要求。并且由于人工費用上升，電、煤等能源日趨緊張等諸多原因，鋼筋混凝土排水管生產(chǎn)成本急劇加大，利潤空間越來越小，市場競爭激烈，并隨之而來偽劣產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)。
隨著上述矛盾不斷加劇，近年來，一種先進的鋼筋混凝土排水管生產(chǎn)工藝--芯模振動制管工藝由于它相對其它傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝具有生產(chǎn)效率、自動化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，節(jié)能、環(huán)保，產(chǎn)品對工程適應性強等優(yōu)點，越來越受到制管行業(yè)的重視和青睞。
特別是國家實行輸水管生產(chǎn)許可證制度后產(chǎn)品質(zhì)量意識的加強，以及通過多年的努力，國產(chǎn)設備的成熟過關，大力促進了芯模振動制管工藝的發(fā)展。
二、排水管生產(chǎn)工藝簡要比較
離心制管工藝我國生產(chǎn)排水管較早的工藝，生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低，排水管在堆放過程中易產(chǎn)生內(nèi)壁干縮裂縫，脫模時易粘皮，浮漿影響管體強度和內(nèi)壁光滑，模具合縫處易跑漿漏水。
懸輥制管工藝輥壓過程中管子鋼筋骨架易移位變形，超過1.5米管徑的管子易產(chǎn)生內(nèi)壁塌落，外壁沉陷，內(nèi)壁超厚和承口不密實是該工藝最易發(fā)生的問題。
濕法振搗的混凝土管，內(nèi)部組織致密性差，毛細孔及細微裂縫較多，吸水率高，抗?jié)B性能差，污水腐蝕的耐久性差，管道開裂，鋼筋侵蝕膨脹，導致管體破壞現(xiàn)象時有發(fā)生。
芯模振動是一種機械化、自動化程度較高的新工藝，它具有以下優(yōu)點：
（1）地面控制，地下封閉立式成型，相對離心、懸輥工藝地面臥式生產(chǎn)條件，工作環(huán)境得到了改善，工人勞動強度低，有利于安全文明生產(chǎn)；
?。?）采用干法生產(chǎn)，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(chǎn)品質(zhì)量得到保障；
（3）成型后可立即脫模去內(nèi)外模，每種口徑只需一套模具，保證了每根管子的內(nèi)徑和外徑尺寸精度一致，且模具投資費用大大減少；
?。?）一般不需蒸汽養(yǎng)護，利用水泥的水化熱，進行保濕、保溫養(yǎng)護，20多小時后即可吊運至露天堆場，節(jié)約了大量能源；
?。?）振動的頻率、振幅和激振力可以根據(jù)生產(chǎn)不同口徑大小的管子方便地進行調(diào)整，設備對產(chǎn)品適應性強，一般生產(chǎn)Φ600-Φ3000的排水管只需二套設備即可完成；
（6）能滿足產(chǎn)品大規(guī)格、多樣化生產(chǎn)，能成型特大口徑的管子，可成型異型管道，如檢查井、箱涵、帶底座管以及防腐內(nèi)襯管等；
（7）生產(chǎn)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(shù)量的情況下，每工位一天一般能生產(chǎn)中大口徑排水管100米以上；
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常用的幾種排水管制管工藝主要技術(shù)經(jīng)濟指標比較
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序號 |
工藝型式
項目 |
立式內(nèi)模振動 |
離心工藝 |
懸輥工藝 | |
|
1 |
生產(chǎn)效率 |
高 |
低 |
低 | |
|
2 |
勞動強度 |
低 |
高 |
高 | |
|
3 |
自動化程度 |
高 |
中 |
中 | |
|
4 |
產(chǎn)品規(guī)格 |
大 |
中 |
小 | |
|
5 |
產(chǎn)品對工程適應性 |
強 |
一般 |
弱 | |
|
6 |
生產(chǎn)占地面積 |
小 |
大 |
大 | |
|
7 |
生產(chǎn)成本 |
低 |
高 |
高 | |
|
8 |
生
產(chǎn)
線
造
價 |
一次投入 |
高 |
低 |
低 |
|
設備投入 |
低 |
中 |
中 | ||
|
生產(chǎn)線投入 |
低 |
高 |
高 | ||
|
9 |
廢漿、污水 |
無 |
多 |
少 | |
|
10 |
模具數(shù)量 |
一套 |
多 |
多 | |
|
11 |
養(yǎng)護條件 |
脫模自然養(yǎng)護 |
帶模蒸氣養(yǎng)護 |
帶模蒸氣養(yǎng)護 | |
|
12 |
產(chǎn)
品
質(zhì)
量 |
尺寸精度 |
高 |
中 |
低 |
|
外壓強度 |
高 |
中 |
低 | ||
|
抗摻性能 |
好 |
一般 |
低 | ||
|
外觀 |
一般 |
好 |
一般 | ||
|
成品率 |
高 |
中 |
低 | ||
三、我國芯模振動制管設備的發(fā)展現(xiàn)狀
芯模振動制管設備相對其他傳統(tǒng)工藝裝備比較復雜，融合了機、電、液壓和自動控制技術(shù)，它代表了混凝土制管領域裝備的較高水平，自20世紀80年代末期上海率先引進芯模振動制管設備以來，至2004年杭州、武漢、嘉善、昆山、北京等多家企業(yè)相繼引進了丹麥佩德哈博、意大利科力、德國祖布林、施洛斯—非凡、寶姆格特納的芯模振動制管生產(chǎn)設備，隨后，國內(nèi)企業(yè)對此工藝設備進行了研制，至今已有近30家企業(yè)采用國內(nèi)自行研制的芯模振動制管設備。
2002年7月，蘇州混凝土水泥制品研究院、科星混凝土水泥制品裝備有限公司立項申請，科技部撥款下達科研項目“立式內(nèi)模振動排水管生產(chǎn)設備的開發(fā)研究”。
2004年8月蘇州科星混凝土水泥制品裝備公司Ф1350-Ф2400長度2.5m立式內(nèi)模振動制管設備試制完成，在南寧鴻基水泥制品公司的大力配合下，成功地進行了七種規(guī)格的混凝土排水管生產(chǎn)中試，此后不斷進行調(diào)整、改進，2005年上半年正常生產(chǎn)運行，情況良好，隨后又對大小口徑的芯模振動制管設備進行了研究、試制，從而覆蓋了長度3m及以下，口徑從Ф600-Ф3000的排水管生產(chǎn)能力，并制定廠標，形成了裝備系列。
2004年12月，與武漢雙強水泥制品公司合作，形成該產(chǎn)品的第一套的產(chǎn)品銷售。
2006年6月，“立式芯模振動排水管生產(chǎn)設備的開發(fā)研究”項目通過部級鑒定，確定該項目為：填補了國內(nèi)行業(yè)空白，達到國際先進水平，部分指標超過進口設備。
為規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量，2006年10月，國家有關部門下達“芯模振動制管設備”的國家標準項目，由蘇州混凝土水泥制品研究院、科星混凝土水泥制品裝備有限公司負責制定。
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2007年6月，由蘇州科星混凝土水泥制品裝備公司制造的Ф1350-Ф2400單工位國產(chǎn)設備第一次出口至哈薩克斯坦。
2007年10月，由蘇州混凝土水泥制品研究院、科星混凝土水泥制品裝備公司完成的“立式內(nèi)模振動制管設備”項目獲國家部級科技進步二等獎。
作為“立式內(nèi)模振動制管設備開發(fā)項目”的延伸項目，2008年4月 ，科技部下達 “預制裝備式公用箱涵生產(chǎn)工藝及裝備”科研開發(fā)項目，由蘇州混凝土水泥制品研究院、科星混凝土水泥制品裝備公司負責完成。
2008年6月，由科星混凝土水泥制品裝備有限公司研制的先進國產(chǎn)設備在唐山永宏水泥制品廠運行成功，該設備集中了計算機自動控制、生產(chǎn)自動監(jiān)控記錄、安全防護裝置、自動定位布料、自動漲緊連接、碾壓行程壓力選擇自動控制等多項先進功能。
至2008年7月，科星混凝土水泥制品裝備有限公司的“芯模振動制管設備”已與26個單位合作，形成了58個生產(chǎn)工位的銷售，運行情況良好，其中主機系統(tǒng)、芯棒最長運行4年無故障。
四、芯模振動制管工藝在國內(nèi)水泥制品企業(yè)的應用情況
芯模振動工藝在我國是一種新興的制管工藝，已采用芯模振動工藝的企業(yè)在全國近千家排水管生產(chǎn)單位中所占比例還很小，約占5％左右，而在先進發(fā)達國家占80％以上，但由于這些企業(yè)是排水管行業(yè)的骨干力量，無論生產(chǎn)能力、技術(shù)實力、管理經(jīng)驗還是質(zhì)量保證方面都具有明顯的優(yōu)勢，因而其產(chǎn)品在當?shù)丶爸苓叺貐^(qū)的市政建設和管道工程中得到了廣泛的應用，取得了非常明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，對芯模振動工藝的推廣和促進排水管行業(yè)的科技進步起到了重要的作用。
1．通過對部分已采用芯模振動工藝的企業(yè)調(diào)研，主要產(chǎn)品質(zhì)量指標：
武漢雙強水泥制品有限公司，企口式Ф1500×175×2500鋼筋混凝土排水管（Ⅰ級）檢測結(jié)果為：產(chǎn)品達到和超過國家標準，其中裂縫荷載為國標要求的2.25倍，內(nèi)水壓力為國標要求的5倍，破壞荷載為國標值1.6倍時裂縫寬度0.21mm，產(chǎn)品未破壞。
鋼承口式Ф1500×175×2500頂進施工法鋼筋混凝土排水管（Ⅱ級）檢測結(jié)果為：產(chǎn)品達到和超過國家標準，其中裂縫荷載為國標要求的1.93倍，內(nèi)水壓力為國標要求的5倍，破壞荷載為國標值1.6倍時裂縫寬度0.28mm，產(chǎn)品未破壞。
南寧鴻基水泥制品有限公司，企口式Ф2400×235×2500鋼筋混凝土排水管（ Ⅱ級）檢測結(jié)果為：產(chǎn)品達到和超過國家標準，其中裂縫荷載為國標要求的2.1倍，內(nèi)水壓力為國標要求的4.5倍，破壞荷載為國標值1.5倍時裂縫寬度0.23mm，產(chǎn)品未破壞。
汕頭浮西建材有限公司，企口式Ф2000×200×2500鋼筋混凝土排水管（ Ⅱ級）檢測結(jié)果為：產(chǎn)品達到和超過國家標準，其中裂縫荷載為國標要求的1.45倍，內(nèi)水壓力為國標要求的2倍，破壞荷載為國標值1.2倍時裂縫寬度0.2mm，產(chǎn)品未破壞。
遼寧北票電力電桿有限公司，企口式Ф1500×175×2000鋼筋混凝土排水管（Ⅰ級）檢測結(jié)果為：齡期僅４天，產(chǎn)品達到和超過國家標準，其中裂縫荷載為國標要求的1.54倍，破壞荷載為國標值1.33倍時裂縫寬度0.24mm，產(chǎn)品未破壞。
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2．與其它工藝相比，生產(chǎn)成本調(diào)研：
（以Ⅱ級排水管生產(chǎn)為例，芯模振動與懸輥工藝比較，以每立方米混凝土為單位）
|
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工藝
項目 |
懸輥工藝 |
芯模振動工藝 |
差值 |
折合成人民幣（元） | |
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1 |
水泥用量 |
400㎏ |
370㎏ |
30㎏ |
10.5元 | |
|
2 |
蒸氣
耗煤 |
冬季 |
100㎏ |
50㎏ |
50㎏ |
30元 |
|
其它季節(jié) |
-- |
-- |
60元 | |||
|
3 |
人工 |
2.6工時 |
0.6工時 |
2工時 |
25 | |
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4 |
用電量 |
18.8度 |
5.2度 |
13.6度 |
11.6元 | |
|
5 |
其它（相同費用不作比較） | |||||
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6 |
總計：每立方米混凝土相差77.1元（冬季）～107.1元 | |||||
注：a.懸輥工藝每班16人用50m3混凝土，芯模振動每班11人用150m3混凝土，每班8小時，每人每天人工費用以100元計。
b. 以￠2000 L2500管道為例，3.6 m3混凝土用量，懸輥工藝功率90kw，每根管主機運轉(zhuǎn)45分鐘，芯模振動工藝功率70kw, 每根管主機運轉(zhuǎn)15分鐘，每度電費以0.85元計。
c.蒸氣耗煤以每噸600元計，水泥以每噸350元計。
根據(jù)上述生產(chǎn)成本調(diào)研結(jié)果，一個中型排水管生產(chǎn)企業(yè)，排水管生產(chǎn)用混凝土在6萬m3以上，全年可節(jié)約生產(chǎn)成本500萬元以上。
3.采用芯模振動工藝的企業(yè)產(chǎn)品規(guī)格種類調(diào)研：
國內(nèi)的一些水泥制品企業(yè)對芯模振動工藝及設備的應用進行了廣泛的研究，成功地生產(chǎn)了異形管道和大口徑排水管。
南寧鴻基水泥制品公司等單位采用了管材的預埋吊錨，極大地方便了管子的吊運和施工中的安裝對接。
廈門千秋管業(yè)采用自行研制的芯模振動裝備率先生產(chǎn)了帶底座的鋼筋混凝土排水管，這種管材開槽施工時可不澆注混凝土基礎，能夠適應管線施工速度快的要求。
北京京龍管道公司采用芯模振動工藝成功批量生產(chǎn)了3米大口徑排水管。
武漢雙強水泥制品公司、汕頭浮西建材有限公司用芯模振動制管設備成功地生產(chǎn)了內(nèi)襯軟PVC材料的防腐排水管。由于PVC具有極強的耐腐蝕性能，因此該種管材可用來輸送含有腐蝕性介質(zhì)的污水，經(jīng)后的應用面很廣。
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五、存在的一些問題
相對其它帶模養(yǎng)護成型工藝，芯模振動成型的排水管管體表面光潔度較差，雖然不影響排水管的任何質(zhì)量，但由于施工等有關單位的習慣理解，此問題確實成為了推廣芯模振動制管工藝應用的一個最大問題。即將發(fā)布的混凝土排水管國家行業(yè)修訂標準對該問題作出了明確的定義，隨著混凝土排水管修訂標準的頒布，將會逐步解決對芯模振動成型工藝特點的理解問題。
由于我國的水泥制品產(chǎn)品長期處于微利狀態(tài)，多數(shù)排水管生產(chǎn)廠家設備陳舊、資金緊張，由于企業(yè)資金不足，一次性投入有困難，從而影響開發(fā)推廣力度。
六、芯模振動制管工藝發(fā)展前景
我國對于芯模振動工藝應用還處于起步階段，由于工藝優(yōu)勢明顯，整體裝備投入以及生產(chǎn)成本的節(jié)約給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟效益，預計近幾年會有持續(xù)迅速的發(fā)展。
參照先進發(fā)達國家的芯模振動工藝的發(fā)展過程，結(jié)合行業(yè)的發(fā)展趨勢，應對該工藝及裝備進一步研究：
中小口徑多根管同時生產(chǎn)的自動化芯模振動制管設備會受到很大歡迎。
除主機以外的配套設備，如混凝土攪拌系統(tǒng)、專用的起吊裝運設備、性能優(yōu)良的雙層鋼筋骨架焊機、各類異型模具等應進一步開發(fā)完善。
針對芯模振動成型工藝特點，繼續(xù)對原材料的適應性、生產(chǎn)工藝進行探索，對特大口徑管道、檢查井、方涵，特殊的異形管道等各規(guī)格、各品種產(chǎn)品進行研究、試制、生產(chǎn)。
七、結(jié)語
芯模振動制管工藝問世已有幾十年的歷史，而在我國水泥制品企業(yè)的應用只有短短的幾年，但由于優(yōu)勢明顯，并通過實踐證明它是一種成熟、先進的制管工藝。
由于諸多原因，多種工藝并存的局面短時間不會打破，但從長遠的觀點看，采用先進的制管工藝、合理的選用裝備，開發(fā)出適銷對路的管材應是排水管企業(yè)發(fā)展的方向，同時促進企業(yè)自身和排水管行業(yè)的技術(shù)進步是一種必然的趨勢。
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