热带雨林气候条件下水泥管预制成套技术

杨 易，王文广

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066002；2.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

1 工程概况

科特迪瓦PK24工业园一期项目位于科特迪瓦经济首都阿比让西北部24 km，占地约127公顷，为典型的市政项目。

项目为127公顷园区和园区外公共部分的土地整治项目，包含道路工程修建、停车场及集装箱堆放区硬化、雨排系统、污水系统、输变电及照明工程、供水管及水塔、蓄水池施工、通信系统施工等内容。其中雨排水管网总长度约为2.1×104m，均为混凝土管，直径由300 mm至2 000 mm不等。计划工期184天。平均每日生产管节约110 m，工期较为紧张。

2 预制工艺选择

离心法、悬辊法、立式振捣、芯模振动是目前国内混凝土管生产的四种常用工艺。各工艺优缺点见表1。

表1 常用预制工艺优缺点对比表

其中悬辊工艺制造水泥管是中国应用最为广泛的一种水泥制管工艺，是指制管机在电机驱动下，辊轴带动钢模产生旋转，由于离心力和辊压力的作用，钢模内的混凝土随着不断地均匀喂料，管壁逐渐增厚，当内壁超出模板口时，管内混凝土与旋转的辊轴直接接触，不断地旋转辊压，使干硬性混凝土产生一定密实度，从而完成混凝土管预制，随着辊压过程进行，管体不断压实，表面光滑致密。结合项目实际情况和后续市场开发，选择悬辊预制工艺。

3 干硬性混凝土研究

干硬性混凝土是指水灰比较低，拌合物塌落度小于10 mm。稠度检测主要有两种方法，分别为坍落度和维勃稠度。干硬性混凝土比较干稠，不易流动，则用维勃稠度S表示。维勃稠度划分等级见表2。

表2 维勃稠度等级划分表

因采用悬棍法预制混凝土管，为保证混凝土质量及成型率，采用V2型干硬性混凝土。

根据设计强度C25/30计算配置强度，采用水胶比分别为（W/C）A=0.31、（W/B）B=0.36、（W/B）C=0.41三组不同配合比（其中A组砂率减少1%，C组砂率增加1%），分别配制混凝土拌和物。试配拌制成型后，经测定坍落度符合要求，混凝土工作性良好，并分别进行7天、28天抗压强度试验，各组试验结果见表3。

表3 配合比汇总表

根据干硬性与工作性要求满足混凝土设计及施工要求，确定配合比为：水泥∶水∶碎石∶砂=389∶140∶1216∶655=1∶0.36∶3.12∶1.68。

合适的混凝土配合比是钢筋混凝土预制的前提和关键技术，施工中要注意以下几点。

（1）选择满足要求的原材料：①高强度干硬性混凝土配制时，宜采用标号较高的水泥，本项目选用CPA42.5R硅酸盐水泥；②干硬性混凝土的用砂应选用吸水率小、级配良好的粗、中砂，并严格控制含泥量，含泥量过多将导致砂石无法与水泥产生较好的黏结，石料含泥量不得大于1%。

（2）投料计量要精确：①拌合前检测砂石含水率，计算拌合用水量。准确控制水灰比，避免混凝土太干或太湿造成涵管表面出现蜂窝麻面或不易成型、内壁坍落等质量问题；②混凝土用料计量要准确，骨料允许误差不得超过±2%，水及水泥允许误差不得超过±1%；③雨季时料仓、上料斗都要增加防雨措施，防止骨料含水率增加而导致混凝土坍落度较大；④由于干硬性混凝土用水量较少，且不掺外加剂，骨料、水泥不易拌合均匀，且搅拌时间一般为120~150 s，热带雨林气候温差大、气温高，为保证混凝土性能，每盘混凝土拌合量要控制在单根管涵的用量。

（3）混凝土拌和与布料：①在混凝土的运输过程中，运输工具应加遮盖，以免水分过多蒸发，应尽量减少倒运次数，缩短运输时间及混凝土停放时间；②小直径管节预制时，要控制每盘混凝土生产量，做到即拌即用，减少混凝土的水分蒸发。

4 制管参数研究

4.1 悬辊机转速研究

悬辊机可控制刚滚轴在调速范围内无极调速，因悬辊过程中滚轴与管模为面接触，故管模转速VB与滚轴转速VA换算关系为：

VB=VA·r/R，VA=VB·R/r （式中r为滚轴直径，R为管模内径）

各直径混凝土管悬辊机转速见表4。

表4 悬辊机转速对比表

（1）喂料阶段。

喂料阶段管模板转速设置的原则是：在离心力作用下使混凝土贴附于模板内壁，随着喂料地不断进行，混凝土均匀平整地摊铺在管模内壁。

喂料工序转速设置为600 r/min，待管模达到预定转速稳定旋转后，利用自动喂料机均匀喂料，过程中不应断料和避免不均匀喂料使管模发生跳动。对于直径较小的混凝土管可一次喂满，喂料过程不宜过快，并均匀地从承口端退行喂料，边喂料边辊压成型。

喂料时间一般不做硬性规定，最长不可超过25 min，喂料量控制在混凝土超过管模钢挡圈3~5 mm为宜，并保持转速延长旋转1~2 min。

（2）净辊阶段。

逐渐增大滚轴转速至1 200 r/min并维持最大转速1~4 min，目测确定管内壁已压实压平后逐渐减速停机，减速过程中向管内均匀喷洒少量水和1∶2水泥拌细沙以形成致密光滑的内壁并防止管壁粘轴。

停稳后，使用龙门吊将管模吊下机架，转移至拆模养护区。

4.2 拆模时间研究与优化

预制管初期采取的养护工艺是覆盖洒水养护，前期混凝土强度增长较慢，影响模板周转速度，平均拆模时间超过12小时，模板周转率较低，无法满足施工生产需要。为加快模板周转，在管节悬辊完毕后，由龙门吊将管模与管体整体吊运至养护堆放区进行静置成型，在预制管内增加蒸养炭盒。蒸养炭盒内一半装充分燃烧的木炭，一半装适量水，并将管断密封，提供高温蒸汽环境，提高预制管内部的温度与湿度，加快混凝土强度增长。高温蒸养工艺见图1。

图1 高温蒸养示意图

同时，派专人控制进风口出风口开合，监控管内温度。0~1小时为低温时间，温度在30 ℃，1~5小时为高温时间，温度升至70~80 ℃，随后自然冷却1 h，便可进行模板拆除。拆模时间从一开始的超过12 h缩短至6~7 h，大大加快了模板周转率，管节预制速度成倍提高。

5 预制管施工质量控制与工艺优化

5.1 承口混凝土蜂窝

原因分析：

由于干硬性混凝土流动性差，在预制初期时，管口可能出现填料不满的情况，混凝土完全靠模板悬转过程中的离心力贴附于模板表面，导致辊压不密实。此外，制管所在地属于热带雨林气候，气温较高，混凝土料生产后未及时使用，混凝土性能变差，导致承口区域混凝土不密实，产生蜂窝。

解决办法：

针对此情况，对混凝土管管口的混凝土配合比进行优化设计。由于出现此现象的原因基本为干硬性混凝土流动性差，且承插口管壁厚度小，混凝土难以压实，故拌合时适当增大混凝土坍落度，通过调整管口混凝土工作性能的方式来解决。

同时优化喂料工艺和喂料方法，使用人工辅助承口部分喂料，同时在安装模板时固定模板安装方向，将模板承插口方向远离喂料机出料方向。并进行均匀缓慢地退行上料，保证承口企口不易辊压地部分上料饱满密实。

根据试验情况，确定混凝土制备后必须在25分钟内使用完毕。在电机负荷范围内改变传动轴尺寸，加快喂料机传送带传送速度。通过调整，上料时间可缩短至20分钟以内，保证了制管时混凝土性能。

5.2 管外壁麻面

原因分析：

模板使用后没有及时清理干净；脱模剂涂抹不均；喂料时不均匀，或局部缺料，辊轴对混凝土辊压不密实，造成麻面；制管采取干硬性混凝土，加之天气炎热，混凝土入模时模板温度过高。

解决办法：

派专人负责模板清理，拆模后及时安排人打磨，均匀涂脱模剂；喂料时控制喂料机匀速移动，确保喂料均匀，管壁适当超厚，确保管体在辊压轴的作用下密实，避免麻坑。根据天气情况和模板温度，制管前按需对模板洒水降温。工艺优化后，混凝土管外壁麻面显著减少。

5.3 管内壁坍塌

原因分析：

项目所在地属热带雨林气候，降雨多，导致骨料含水量增大，从而影响混凝土的性能，在制作大尺寸管节时，加大内壁坍塌的可能性。

因钢筋骨架活动空间过大、保护层垫块脱落等原因，导致钢筋笼偏向一侧，顶部如有保护层过大，尤其是在制作完成吊运至堆放场地时，可能发生混凝土内壁坍塌。

解决办法：

在自动配料机料仓上方增加防雨顶棚，优化上料方法，优先使用料场顶部含水量较小的骨料。

安装模板前，加强对钢筋骨架的检查，优化保护层垫块设计，加入扎丝绑扎，轻吊轻放，在堆管区采用缓冲措施。

5.4 管内壁起皮、裂纹

原因分析：

为满足生产进度需要，预制施工分两班进行，项目所在地属热带雨林气候，制管周期跨雨季和旱季，白天炎热，原材料和模板温度高，晚上温度低，风速存在一定变化，但施工配合比未及时调整。

不同管径的管节生产时长不一样，大尺寸管的预制时间相对较长，容易发生起皮或裂纹。

制管时因转速不足，导致混凝土掉落在辊轴，辊轴残留混凝土与内壁混凝土易发生起皮。

解决办法：

通过总结制管经验，确定不同气候条件下的施工配合比。

确定不同尺寸管节的制管最佳时长，适当增加大尺寸管节预制时混凝土的用水量，重点控制结尾阶段的混凝土性能，改善内壁外观质量。如有必要，将水泥和砂的混合物抛入，可改善起皮现象。

确定不同管径制管时的最低转速和不同阶段最佳转速，避免管壁混凝土由于离心力不足而掉落，改善内壁起皮现象。

优化前后混凝土管内壁效果对比见图2。

图2 优化前后混凝土管内壁效果

6 结语

通过对不同管径水泥管预制的干硬性混凝土配合比、制管参数、养护工艺的深入研究，对遇到的常见问题进行原因分析、制定解决措施，攻克制管过程中遇到的难题，提出热带雨林气候条件下悬辊工艺制管质量控制方法，形成水泥管预制成套施工技术。推动了标准化生产，创造了良好的经济效益及社会效益。