利用高速旋轉(zhuǎn)的電桿鋼模的內(nèi)壁帶動混凝土混合料運(yùn)動，在離心力、重力、粘著力與磨擦力共同作用下，使混凝土混合料沿鋼模內(nèi)壁分布、密實(shí)，并將多余水分?jǐn)D出，這樣制得高密實(shí)、高強(qiáng)度的電桿，這種工藝稱為離心成型工藝。

1 托輪式離心成型方法

目前，混凝土電桿離心成型方法主要有兩種：托輪式和車床式。托輪式由電機(jī)帶動主動輪，并依靠磨擦力帶動鋼模旋轉(zhuǎn)，優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、容易加工、操作方便，但是托輪和鋼模均為鋼制，離心時(shí)互相撞擊，噪音大，容易產(chǎn)生振動。車床式克服了托輪式離心成型方法的缺點(diǎn)，這不用托輪支撐鋼模，而用卡盤將鋼模夾牢在離心機(jī)上，電機(jī)帶動離心機(jī)，使鋼模高速旋轉(zhuǎn)，這種方法的離心轉(zhuǎn)速要比托輪式高，但是，車床式只適用于小口徑、小體積電桿的生產(chǎn)，并且這種方法構(gòu)造復(fù)雜，操作繁鎖。所以目前混凝土電桿的生產(chǎn)還是以托輪式離心成型方法為主。

圖1 托輪式離心成型方法

2 離心成型工藝的特點(diǎn)與效果

混凝土拌合物可以近似地認(rèn)為是粗集料與砂漿、砂與水泥漿、水泥與水三個(gè)懸浮系統(tǒng)。離心時(shí)，這三個(gè)系統(tǒng)是分別產(chǎn)生沉降和密實(shí)的，由一它們的沉降速度依次降低，并且速度差較大，因此，可將這三個(gè)同時(shí)開始而不同時(shí)結(jié)束的沉降過程看作是按順序進(jìn)行的，即粗集料最先在砂漿中沉降，繼而是砂在水泥漿中沉降，最后是水泥顆粒在水中沉降。混凝土拌合物在離心沉降密實(shí)之后，具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

2.1 密實(shí)度提高。一般坍落度為5～7cm、水灰比為0.4～0.5的混凝土拌合物，在離心密實(shí)之后，約有20%～35%的水分被排出，使0.4～0.5的原始水灰比降至0.28～0.35，從而顯著提高了混凝土的密實(shí)度。

2.2 形成外分層。混凝土拌合物在離心沉降密實(shí)之后，會明顯地分成外層－混凝土、中間層－砂漿、內(nèi)層－水泥漿。這種結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度通常要低于離心后配合比和密實(shí)度相同的均質(zhì)混凝土，因?yàn)橥鈱樱ɑ炷�土）往往具有較高的彈性模量，一般比內(nèi)層（水泥漿）高40%左右，加荷時(shí)，外層必然承受了較大部分的荷載，而砂漿和水泥漿則受荷較小，這種不均勻的受力狀態(tài)使得混凝土結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的總荷載值比均質(zhì)混凝土要低。

2.3 形成內(nèi)分層。外分層形成后，粗集料的堆累結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成，沉降終止，可是，處于集料堆累構(gòu)架之間的水泥砂漿仍然要繼續(xù)沉降，次序是粗砂先降，細(xì)沙及水泥粒子后降，把水份留在粗集料的底面，在粗集料顆粒的底面（離心力方向的反面）形成水膜層。水膜將粗集料表面與水泥石隔開，破壞了粗集料與水泥石之間的粘結(jié)力。如果將斷面在環(huán)向展開，則可見到水膜所形成的卵蛋形巢穴，在外力作用下，初裂就從此引發(fā)、延伸，將巢穴串聯(lián)起來形成宏觀裂縫。

由此可見，離心成型的過程不僅是混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)度提高的過程，同時(shí)還伴隨著結(jié)構(gòu)分層的破壞過程。

離心成型工藝產(chǎn)生的效果為：

2.3.1 離心成型過程中會排出多于20%的水份，流失5%～8%的水泥漿；

2.3.2 離心成型后，混凝土體積縮小10%～12%，單位體積質(zhì)量增加8%左右；

2.3.3 離心成型混凝土28天強(qiáng)度比一般成型的混凝土強(qiáng)度提高20%～30%（水灰比相同）；

2.3.4 離心成型后，混凝土的抗?jié)B性、抗凍性均有所提高。

3 離心成型工藝制度

離心制度包括離心速度和離心時(shí)間。最佳離心制度的確定必須考慮在設(shè)備允許條件下該制度能否使水的排出量盡可能多，內(nèi)外分層及沖擊破壞作用盡可能小，從而使混凝土密實(shí)性最好。通過實(shí)踐比較，現(xiàn)階段一般采用的是慢速→中速→高速四階段離心制度。

3.1 慢速階段

慢速階段為布料階段，目的是在離心力的作用下，使混合料均勻分布并初步成型，因此，鋼模的轉(zhuǎn)速必須保證混合料顆粒具有一定的離心力并足以克服重力而不至于脫落，其速度一般控制在100～150r/min之間，時(shí)間1～2min，具體應(yīng)視桿徑、坍落度及鋼模內(nèi)布料情況靈活掌握。

3.2 中速階段

中速階段是離心成型必不可少的過渡階段，其目的是使混凝土混合料進(jìn)一步分布均勻，同時(shí)混凝土開始脫水。過去，根據(jù)有關(guān)資料，取高速/2作為中速轉(zhuǎn)速，但采用四階段離心制度，中速宜適當(dāng)降低，考慮混凝土開始脫水的a在9g左右，接近高速起始階段15g的黃金分割，通過進(jìn)一步的實(shí)踐比較，最佳中速恰好在高速的黃金分割左右。因此，在生產(chǎn)中宜將高速乘以0.618取整數(shù)作為中速轉(zhuǎn)速，時(shí)間掌握在1～2min。

3.3 變速階段

變速階段是中速向高速過渡的變速旋轉(zhuǎn)過程，它通過數(shù)級變速臺階使鋼模從中速緩慢地增加到高速，有效防止離心力的突增。具體的說，轉(zhuǎn)速每增加40r/min為一個(gè)臺階，每達(dá)到一個(gè)臺階停頓0.3～0.5min，觀察鋼模無異常情況后，再上新的一個(gè)臺階，如此進(jìn)入高速階段。總的變速時(shí)間控制在1.5～2.5min。

實(shí)際上，離心成型工藝是一個(gè)由人機(jī)料法環(huán)五因素構(gòu)成的不可分割的有機(jī)系統(tǒng)，具體的說，它包括操作者素質(zhì)、離心設(shè)備精度、配合比設(shè)計(jì)、離心制度和環(huán)境溫度，這五個(gè)因素相互聯(lián)系、相互影響，對離心效應(yīng)共同起作用。其中，最為關(guān)鍵的是配合比的設(shè)計(jì)與離心制度的選擇，國內(nèi)外的許多研究已根據(jù)離心成型工藝的特點(diǎn)在這些方面積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。因此，在離心成型的過程中，就要運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法，分析比較五因素對離心效應(yīng)的影響，對離心系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)采取揚(yáng)長避短的對策，從而對各因素提出一個(gè)適當(dāng)?shù)囊�求，努力以較低的成本實(shí)現(xiàn)規(guī)定的制品強(qiáng)度和外觀質(zhì)量要求。

3.4 高速階段

高速階段是混凝土離心成型的關(guān)鍵，主要作用是排水和密實(shí)，根據(jù)理論分析，密實(shí)離心加速度越大，轉(zhuǎn)速越高，則離心成型愈快，離心效應(yīng)愈好，但最高轉(zhuǎn)速受到離心設(shè)備制造精度的限制，當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，對于我國目前慣用的拼合式電桿鋼模和多跨托輪離心機(jī)作業(yè)，將使鋼模產(chǎn)生低頻大振幅跳動，甚至有從托輪上飛出的危險(xiǎn)，為避免劇烈跳動，在生產(chǎn)中往往采用不太大的轉(zhuǎn)速而相對延長離心時(shí)間的辦法，以彌補(bǔ)高速的不足。試驗(yàn)表明，混合料開始脫水的a是9g左右，15g以上時(shí)混合料水漿明顯分離，有大量清水脫出，20g以上時(shí)，只要鋼模不產(chǎn)生劇烈跳動，對強(qiáng)度的增長無疑是有利的。長期實(shí)踐表明，根據(jù)模具情況，a在15g～25g之間取值，效果比較好。高速階段的離心時(shí)間隨不同桿型及高速轉(zhuǎn)速而變化，一般不宜低于8mm。

4 鋼纖維混凝土電桿離心成型工藝特殊要求

與普通混凝土僅由水和分散粘體組成的材料體系相比，在鋼纖維混凝土拌合料中，由于摻入一定量的鋼纖維，構(gòu)成為水、分散粘體和短線體的材料體系，受力性能有所變化，其離心成型工藝也具有一些特殊要求：

4.1 為提高新拌鋼纖維混凝土的和易性，使鋼纖維在混凝土中的分散均勻性和離心成型時(shí)鋼纖維有沿環(huán)形截面外壁分布的趨勢達(dá)到良好的平衡，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，宜提高水泥用量和砂率，同時(shí)應(yīng)暫時(shí)增大水灰比，因?yàn)槎嘤嗟乃�分在離心成型時(shí)最終可以排出；為防止鋼纖維在大顆粒骨料之間聚束和相互干擾，影響鋼纖維的運(yùn)動分散，粗集料最大粒徑不宜超過15mm。

4.2 為提高鋼纖維在拌合料中的分散均勻性，應(yīng)選用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，拌合時(shí)，宜采用先干拌后濕拌的方法，鋼纖維和石子先干拌1～1.5min，加砂和水泥再干拌1～1.5min，最后加水或外加劑溶液濕拌3min。

4.3 離心成型前，鋼纖維混凝土在鋼模中的存放時(shí)間越短越好，時(shí)間一長，鋼纖維混凝土的和易性變差，離心時(shí)鋼纖維的運(yùn)動受阻，成型后鋼纖維外露現(xiàn)象會很嚴(yán)重，這就要求兩盤料之間的間隔時(shí)間要短，合模速度要快，預(yù)應(yīng)力筋張拉工序要按時(shí)完成。

圖2 鋼纖維混凝土在鋼模中存放時(shí)間較短（左）與較長（右）時(shí)產(chǎn)生的成型效果對比

4.4 試驗(yàn)表明，為使鋼纖維在混凝土中達(dá)到一個(gè)良好的分布狀態(tài)，鋼纖維混凝土電桿離心成型時(shí)必須嚴(yán)格采用四階段離心成型工藝制度，各階段的離心速度與相同桿徑的普通混凝土電桿可基本保持一致，但各階段特別是高速階段的離心時(shí)間宜延長1～1.5min。