在我國絕大多數(shù)廠家都用離心制管工藝生產(chǎn)大口徑、超大口徑混凝土輸水管，不僅生產(chǎn)效率低，而且產(chǎn)品質(zhì)量差，抗?jié)B性能不合格，至今未見使用國際上處于領(lǐng)先水平的芯模旋振工藝的報(bào)道。青海省重點(diǎn)工程－－湟中縣水峽二級水電站急需一批非標(biāo)的Φ1700超大口徑混凝土輸水管，許多廠家無法生產(chǎn)，甘肅預(yù)應(yīng)力制管廠在有關(guān)單位的支持下，經(jīng)過對比研究管芯的三種振動(dòng)制管工藝，從中優(yōu)選出在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上具有優(yōu)越性的芯模旋振工藝，成功地開發(fā)出500根SYG-1700Ⅰ、Ⅱ級混凝土輸水管，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1. 原材料

1.1 水泥

甘肅永登水泥廠生產(chǎn)的525#普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能如下：細(xì)度為0.08mm方孔篩篩余5.6%；初凝時(shí)間2h，終凝時(shí)間2h13min，3d抗壓強(qiáng)度27.0MPa，3d抗折強(qiáng)度5.9MPa，7d抗壓強(qiáng)度37.2MPa，7d抗折強(qiáng)度6.9MPa，28d抗壓強(qiáng)度56.2MPa，28d抗折強(qiáng)度8.5MPa；SO3含量2.15%，MgO含量1.80%，燒失量0.40%；安定性合格。

1.2 砂

甘肅永登莊浪河產(chǎn)的河砂，表觀密度2590kg/m³，堆積密度1670kg/m³，空隙率36.0%，含泥量0.4%，含水率3.0%，細(xì)度模數(shù)2.4，中砂，Ⅱ區(qū)級配。

1.3 石

甘肅永登莊浪河產(chǎn)的河卵石，表觀密度2690kg/m³，堆積密度1640kg/m³，空隙率39.0%，含泥量0.5%，針片狀顆粒含量11.3%，5～20連續(xù)級配。

1.4 外加劑

自行研制的FDN型萘系復(fù)合高效減水劑，含有減水、早強(qiáng)、增密等組份，不含氯鹽，減水率15%以上。

1.5 鋼絲

咸陽特種鋼絲廠生產(chǎn)的飛龍牌矯直回火鋼絲，直徑Φ5，抗拉強(qiáng)度等級為1570MPa。咸陽石油鋼管鋼絲廠生產(chǎn)的三環(huán)牌冷拉鋼絲，直徑Φ5，抗拉強(qiáng)度分別為1580、1605MPa，伸長率均為3%，反復(fù)彎曲5次。

1.6 水

欽用水。

2. 管芯混凝土的配合比與性能

根據(jù)GB5696-1994《預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管（管芯纏絲工藝）》的設(shè)計(jì)要求：管芯混凝土強(qiáng)度等級要達(dá)到C40，脫模強(qiáng)度不低于28MPa，口徑Φ1400以上的Ⅰ、Ⅱ級預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管的管芯纏絲強(qiáng)度分別不低于28、40MPa。由此可見，原標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求不盡合理，因此我們在研究過程中確定管芯混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C50。經(jīng)過優(yōu)選實(shí)驗(yàn)確定的混凝土配合比為：水泥450kg/m³，砂692kg/m³，石1188kg/m³，水147kg/m³，W/C=0.33，F(xiàn)DN型萘系復(fù)合高效減水劑摻量1%，混合料的坍落度為5～15mm。管芯混凝土的蒸養(yǎng)脫模強(qiáng)度為36.70MPa，標(biāo)準(zhǔn)差2.86MPa，變異系數(shù)7.8%；管芯混凝土的纏絲強(qiáng)度為44.80MPa，標(biāo)準(zhǔn)差1.27MPa，變異系數(shù)2.8%；28d強(qiáng)度為57.80MPa，標(biāo)準(zhǔn)差3.74MPa，變異系數(shù)6.5%。

3. 生產(chǎn)工藝

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

由于SYG-1700預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管屬于非標(biāo)產(chǎn)品，我們首先參照GB5696標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了SYG-1700的基本尺寸和承口、插口的細(xì)部尺寸等參數(shù)。

管體基本尺寸如下：公稱直徑=1700mm，管體內(nèi)徑=1700mm，外徑=1940mm，管體長度＝4170mm，有效長度＝4000mm，安裝間隙＝20mm，管體芯厚＝100mm，保護(hù)層厚度＝20mm。

管體參考重量8700kg，混凝土用量3.48m³。

承口的細(xì)部尺寸如下：管芯承口外徑=2242mm，外導(dǎo)坡直徑＝1994mm，工作面直徑＝1956mm，內(nèi)導(dǎo)坡直徑＝2096mm，平直段長度=190mm，斜坡投影長度=1140mm。

插口的細(xì)部尺寸如下：管芯筒體外徑＝1940mm，工作面直徑＝1922mm。止膠臺(tái)外徑＝1950mm。

3.2 模具設(shè)計(jì)

根據(jù)上述尺寸要求，我們設(shè)計(jì)制作了25套水泥管模具，模具由外模、芯模和承口模型環(huán)等組成。外模由4片四分之一圓弧形模片用螺栓連接組成半圓形，使用時(shí)再合成整模，內(nèi)模為空心圓柱筒形，筒內(nèi)中部設(shè)置可沿環(huán)向振動(dòng)的震動(dòng)器，振動(dòng)時(shí)芯�？删徛�旋轉(zhuǎn)，使用時(shí)模具立放在成型坑內(nèi)，承口朝上，便于壓放承口模型環(huán)，并有利于起吊脫模時(shí)用鋼絲繩套住管體承口。

3.3 生產(chǎn)工藝流程

生產(chǎn)工藝流程見圖1所示。

圖1 芯模旋振工藝生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管（管芯纏絲工藝）的工藝流程

3.4 主要工藝參數(shù)

（1）計(jì)量：每盤混凝土攪拌量按112.5kg水泥進(jìn)行配料，采用地磅稱量，計(jì)量誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（2）攪拌：采用500L強(qiáng)制式攪拌機(jī)，先將水泥、砂、石和外加劑干拌60～90s，再按配合比計(jì)量加水?dāng)嚢?0～90s，控制混凝土混合料的坍落度為5～15mm。

（3）吊裝外模：用雙梁起重機(jī)吊裝外模入成型坑內(nèi)，人工合模，涂隔離劑。

（4）張拉縱筋：人工穿縱向梁筋，沿圓周均勻布置，人工張拉，張拉控制應(yīng)力為鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值的0.7倍。

（5）套內(nèi)模：用雙梁起重機(jī)吊入內(nèi)模，內(nèi)模表面人工涂隔離劑，之后安放澆注下料斗。

（6）澆注、振動(dòng)成型混凝土：開動(dòng)芯模振動(dòng)器，芯模開始緩慢旋轉(zhuǎn)，連續(xù)澆注混凝土混合料，每根管芯需要8盤混凝土，連續(xù)澆注時(shí)間以50～70min為宜。

（7）壓放承口模型環(huán)：澆注后用大鐵錘將承口模型環(huán)打入上部內(nèi)外模之間的混凝土中，在管芯端部形成承口形狀。

（8）初次靜停養(yǎng)護(hù)：澆注后必須靜停養(yǎng)護(hù)90min，以保證混凝土具有一定的初始強(qiáng)度，避免提出內(nèi)模時(shí)管體混凝土坍塌破壞。

（9）提動(dòng)內(nèi)模：為防止內(nèi)模脫模困難，從開始澆注時(shí)起至第150～170min應(yīng)該用雙梁起重機(jī)提動(dòng)內(nèi)模。

（10）二次靜停養(yǎng)護(hù)：提動(dòng)內(nèi)模后必須再靜停養(yǎng)護(hù)30min。

（11）提出內(nèi)模：為防止內(nèi)模脫模困難，從開始澆注時(shí)起至第180～190min應(yīng)該用雙梁起重機(jī)提出內(nèi)模。

（12）內(nèi)表面抹漿：為提高管芯的抗?jié)B能力和內(nèi)表面光潔度，在提出內(nèi)模以后，立即用1:3的細(xì)水泥砂漿對內(nèi)表面進(jìn)行抹壓、收光，砂漿的W/C必須小于0.50，可內(nèi)摻1%的FDN型萘系復(fù)合高效減水劑。

（13）蒸汽養(yǎng)護(hù)：將混凝土管芯帶外模吊入養(yǎng)護(hù)坑中進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，在通入蒸汽1h后要求升溫到40～45℃，2h后升溫到60℃，3h后升溫到80～85℃，然后恒溫3h，每小時(shí)測溫1次。養(yǎng)護(hù)溫度曲線如圖2所示。

（14）坑內(nèi)折模：蒸汽養(yǎng)護(hù)降溫結(jié)束后，在養(yǎng)護(hù)坑內(nèi)拆除外模，用雙梁起重機(jī)將管體用鋼絲繩套住吊出坑外，立放在成型車間的半成品堆放區(qū)。

（15）澆水養(yǎng)護(hù)：管芯在堆放1d后，澆水養(yǎng)護(hù)3d，以保證達(dá)到纏絲強(qiáng)度。

（16）配重法纏絲：當(dāng)纏絲強(qiáng)度達(dá)到40MPa時(shí)，用配重法纏絲工藝在管體纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，鋼絲應(yīng)力用鋼絲測力計(jì)測量。

圖2 蒸汽養(yǎng)護(hù)溫度曲線

（17）噴保護(hù)層砂漿：由砂漿輥射機(jī)噴射纏有環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲的混凝土管芯的砂漿保護(hù)層，該砂漿為配比1:2的干硬性細(xì)水泥砂漿，內(nèi)摻1%FDN型萘系復(fù)合高效減水劑。

（18）靜養(yǎng)與修補(bǔ)內(nèi)表面：將噴好保護(hù)層砂漿的管體水平放置在成型車間的半成品堆放區(qū)，對砂漿保護(hù)層靜停養(yǎng)護(hù)3d。在靜養(yǎng)過程中，用環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)內(nèi)表面的缺陷。修補(bǔ)前先鑿毛被修補(bǔ)處，沖洗干凈，烘干，刷上環(huán)氧樹脂基液，然后再用環(huán)氧樹脂砂漿認(rèn)真修補(bǔ)，以保證修補(bǔ)質(zhì)量。

（19）水養(yǎng)：經(jīng)過車間靜養(yǎng)與修補(bǔ)內(nèi)表面后的預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管，再在室外養(yǎng)護(hù)池水中養(yǎng)護(hù)7d，以保證產(chǎn)品的出廠強(qiáng)度。

（20）水壓檢驗(yàn)：每根管子出廠前必須按照GB5696《預(yù)應(yīng)力混凝土輸水管（管芯纏絲工藝）》的要求進(jìn)行靜水壓力檢驗(yàn)，其抗?jié)B性能和接頭密封性能均要符合要求，并隨機(jī)抽取2根進(jìn)行抗裂性水壓檢驗(yàn)。如一次檢驗(yàn)不合格，可用環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)后重新進(jìn)行水壓檢驗(yàn)，合格后允許出廠使用，如仍不合格者則應(yīng)降級處理，Ⅱ級降為Ⅰ級。