芯模振动制管与径向挤压制管优缺点分析

徐 明 凯

(太原市政建设集团有限公司辰宇公司，山西 太原 030024)

0 引言

混凝土排水管是各种工程施工中的常见构造。我国拥有较为久远的混凝土排水管生产历史。随着科学技术的进步，特别是材料科学的发展，排水管的生产技术和使用性能也发生了很大的变化。早期，排水管基本均是由简单的浇捣成型。当前，排水管的生产工艺已经发生的翻天覆地的变化，多种各具优势的排水管生产技术齐头发展。

现阶段，按照排水管的成型原理，可以将排水管的制管工艺分为几大类：振动成型工艺(芯模振动、附壁式振动、插入式振捣)、挤压成型工艺(轴向挤压、径向挤压)、离心成型工艺以及悬辊成型工艺。各种工艺都有其独自的特点。评价排水管制管工艺的性能指标中，主要是依据排水管制管的生产成本、生产效率、产品质量以及劳动强度。从这几方面综合来考量，芯摸振动和径向挤压制管工艺的性能较为优秀，在实际工程中的应用也十分广泛。为此，本文分析了芯模振动制管工艺与径向挤压制管工艺在制管技术、生产成本以及生产复杂程度等多个方面进行了对比分析。

1 芯模振动制管工艺原理及特点

1.1 芯模振动制管工艺原理

芯模振动制管工艺是工程实践中广泛应用的一种较为高效的排水管制管技术。芯模振动制管工艺的基本原理为：首先将外模和内模均在地托盘中垂直竖立，利用布料袋的圆周运动实现混凝土混合料浇筑至外模和内模中间的管模中，然后内模事前安放的高频振荡器开始传递激振力。在混凝土混合料注入的过程中，基于振荡器的强大振动力，促使混凝土液化，将混凝土充满外模和内模中间的管模。并且，在混凝土液化时，管模内的空气随着排出，增强了排水管的密实度。通常情况下，当排水管成型时，承口在下，插口在上，在排水管顶部装有插口盘。插口盘的作用集中体现排水管成型过程中的定型。需要注意的是，在芯模振动制管技术的设计阶段，插口盘的大小和形状必须与管道的插口在一定误差范围内严格地保持一致。

在高频振动的作用下，混凝土混合料的组成成分就会出现悬浮和液化。一旦在制管过程中，混凝土出现液化，就会破坏混凝土的凝聚状态。值得注意的是，受到混合料性质的影响，混凝土混合料颗粒在高频振动时会出现互相撞击，导致混凝土混合料表面的凝胶出现部分脱落的现象，增加了混凝土混合料内凝胶体的表面积。为此，芯模振动制管工艺的密实度和强度均高于一般的制管工艺。这是采用高频振动成型的一个显著优势。在芯片振动制管过程中，一定要避免使用含水量较高的混凝土。这是因为芯模振动制管的基本原理是利用高频振动成型，含水量高的混凝土难以实现振动后直接脱模，影响排水管生产质量。为此，需要在芯模振动制管过程中，采用含水量较低的干硬性混凝土。

1.2 芯模振动制管工艺的优点

芯模振动制管工艺具有如下优点：

1)芯模振动制管工艺在成型过程中，可以采用地下封闭场所，在地面实现成型过程的自动控制，相比传统的悬辊以及离心制管技术，极大地改善了排水管的制管工作环境，显著降低了制管工人的劳动强度，对于安全文明生产具有极大的推动作用。

2)采用芯模振动制管生产的排水管密实度很高。根据芯模振动制管原理，制管过程中不能采用含水量高的混凝土，制管结束后需要进行立即脱模，这都极大地增加了排水管混凝土混合料的密实度，提升了排水管生产质量。并且相比其他制管工艺，干法生产还能够极大地节约原材料，降低排水管生产成本。

3)芯模振动制管工艺在排水管成型后可以立即实现脱模，一套模具对于一个口径，确保了排水管的内外径精确度，且降低了对模具的使用。

1.3 芯模振动制管工艺的缺点

芯模振动制管工艺在排水管生产过程中，采用了干硬性混凝土，并且在制管结束后需要立即进行脱模处理。这非常不利于排水管的成型。并且，排水管脱模时还会影响排水的结构强度。在脱模过程中，芯模振动制管还容易在排水管的内外壁产生十分粗糙的拉痕，影响排水管的整体光洁度。此外，虽然芯模振动制管的主体施工位于地下，但整体噪声仍然较大。

2 径向挤压制管工艺原理及特点

2.1 径向挤压制管工艺原理

径向挤压排水管制管技术源起于20世纪80年代，首先由美国McCracken公司提出。我国后续开始引进了该制管技术以及相关制管装备。但是，径向挤压排水管的造价较高，且技术装备维护复杂，在国内并没有得到十分广泛的应用。进入21世纪以来，受到人工费用和产生过剩等诸多因素的综合影响，我国开始引入径向挤压制管技术。并且出现了一个应用径向挤压制管技术的小高潮。

径向挤压排水管制管采用的立式生产法，制管过程中模具一直垂直于底部托盘上。与芯模振动制管技术的原理有显著不同，径向挤压制管不是利用高频振动进行排水管成型的，而是利用挤压投的高速旋转实现排水管成型。在排水管生产过程中，成型头与挤压头按照一定的预设速度不断上升。需要注意的是，径向挤压制管技术需要将成型头的大小与形状在一定误差范围内与排水管保持严格一致。

2.2 径向挤压制管工艺的优点

1)相比其他排水管制管技术，径向挤压排水管制管的生产效率很高。通常情况下，一根排水管的成型时间在2 min～3 min左右。特别是，如果具备安装全自动机械手等辅助装置的条件，有望实现每小时产生多于30根小口径排水管的目标。

2)养护方法简单。径向挤压排水管制管与芯模振动工艺一样，可以采用自然保湿养护方法，显著降低了后续的保养维护成本。

3)径向挤压排水管制管过程中利用挤压成型头对混凝土作圆周抹光运动，提升了排水管的光滑程度。

2.3 径向挤压制管工艺的缺点

相比其他排水管制管技术，径向挤压制管对混凝土的原材料要求较高。这是由径向挤压制管原理所决定的。在排水管生产过程中，为了使排水管的密实度增加，需要加大混凝土原材料的细料比例，此外还需要尽量保持混凝土的颗粒均匀性。径向挤压工艺装备需要利用多个钢筋骨架定位块解决钢筋骨架扭曲问题，一旦控制不好就会出现局部裂缝，影响生产质量。此外，径向挤压制管只能生产小口径的排水管。

3 两种制管工艺的性能对比分析

3.1 工艺技术对比分析

按照我国出台的各项技术标准，芯模振动制管工艺和径向挤压制管工艺生产的混凝土排水管在各个指标的测试中均能够满足我国的相关技术规范与要求。这些指标包括排水管的抗渗性、抗压性、光滑性以及外观等。利用径向挤压制管工艺生产的排水管在光滑性和外观方面要优于芯模振动制管工艺生产的排水管。但是，从芯模振动制管工艺和径向挤压制管工艺的制管原理和实际测试结果来看，径向挤压制管生产的排水管在钢筋握裹力、致密度方面不如芯模振动制管。并且，径向挤压制管需要规格较高的原材料，要想提高制管合格率，必须要加大钢筋和水泥等粉状料用量，制管成本方面高于芯模振动制管。

3.2 经济指标对比分析

在生产成本方面，由于径向挤压制管需要较高的钢筋和水泥用量，成本高于芯模振动制管。除此之外，径向挤压制管的设备维护与更换方面的费用也高于芯模振动制管。这是因为径向挤压制管设备的挤压头易磨损，更换较为频繁。在功耗方面，径向挤压制管的能源消耗也远远大于芯模振动制管。例如一台普通的径向挤压制管机的主机的功率约为120 kW。但是，当采用芯摸振动制管时，一台标准的芯模振动制管设备的主机的功率大约为65 kW。因此，总体上，径向挤压制管的经济性不如芯模振动制管。

3.3 产生裂缝原因对比分析

芯模振动制管和径向挤压制管在排水管生产过程中，都会出现排水管裂缝的现象。这与制管技术原理有很大关系，但也与操作不当有关，我们此处只分析由于制管技术导致的排水管裂缝。首先，芯模振动制管产生裂缝的原因主要包括：脱模区域的地面不平、插口成型时碾压力过大和钢筋骨架尺寸不准。其次，径向挤压制管产生裂缝的原因主要包括挤压头设置的挤压力过大和断续布料易产生细微环向裂缝。其中挤压头设置的挤压力过大是径向挤压制管出现裂缝的主要技术原因。断续布料易产生细微环向裂缝。受到挤压工艺特性的限制，在排水管生产过程中不能存在布料断层。因此，径向挤压制管需要一定程度的自动化设备进行保障。

4 结语

排水管是各种工程应用中需求量很大的材料。当前，排水管制管工艺有很多种，科学合理地选取制管工艺是相关企业的重要工作。本文首先分析了芯模振动制管工艺和径向挤压制管工艺的制管原理以及优缺点，然后从工艺技术、经济指标和裂缝原因三个方面对比分析了两种制管工艺的性能，以期为类似工作提供一定的参考。