在我國絕大多數廠家都用離心制管工藝生產大口徑、超大口徑混凝土輸水管，不僅生產效率低，而且產品質量差，抗滲性能不合格，至今未見使用國際上處于領先水平的芯模旋振工藝的報道。青海省重點工程－－湟中縣水峽二級水電站急需一批非標的Φ1700超大口徑混凝土輸水管，許多廠家無法生產，甘肅預應力制管廠在有關單位的支持下，經過對比研究管芯的三種振動制管工藝，從中優選出在技術經濟上具有優越性的芯模旋振工藝，成功地開發出500根SYG-1700Ⅰ、Ⅱ級混凝土輸水管，達到了國內領先水平。

1. 原材料

1.1 水泥

甘肅永登水泥廠生產的525#普通硅酸鹽水泥，其物理力學性能如下：細度為0.08mm方孔篩篩余5.6%；初凝時間2h，終凝時間2h13min，3d抗壓強度27.0MPa，3d抗折強度5.9MPa，7d抗壓強度37.2MPa，7d抗折強度6.9MPa，28d抗壓強度56.2MPa，28d抗折強度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%，細度模數2.4，中砂，Ⅱ區級配。

1.3 石

甘肅永登莊浪河產的河卵石，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連續級配。

1.4 外加劑

自行研制的FDN型萘系復合高效減水劑，含有減水、早強、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的飛龍牌矯直回火鋼絲，直徑Φ5，抗拉強度等級為1570MPa。咸陽石油鋼管鋼絲廠生產的三環牌冷拉鋼絲，直徑Φ5，抗拉強度分別為1580、1605MPa，伸長率均為3%，反復彎曲5次。

1.6 水

欽用水。

2. 管芯混凝土的配合比與性能

根據GB5696-1994《預應力混凝土輸水管（管芯纏絲工藝）》的設計要求：管芯混凝土強度等級要達到C40，脫模強度不低于28MPa，口徑Φ1400以上的Ⅰ、Ⅱ級預應力混凝土輸水管的管芯纏絲強度分別不低于28、40MPa。由此可見，原標準的設計要求不盡合理，因此我們在研究過程中確定管芯混凝土的設計強度等級為C50。經過優選實驗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，FDN型萘系復合高效減水劑摻量1%，混合料的坍落度為5～15mm。管芯混凝土的蒸養脫模強度為36.70MPa，標準差2.86MPa，變異系數7.8%；管芯混凝土的纏絲強度為44.80MPa，標準差1.27MPa，變異系數2.8%；28d強度為57.80MPa，標準差3.74MPa，變異系數6.5%。

3. 生產工藝

3.1 產品設計

由于SYG-1700預應力混凝土輸水管屬于非標產品，我們首先參照GB5696標準設計了SYG-1700的基本尺寸和承口、插口的細部尺寸等參數。

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

管體參考重量8700kg，混凝土用量3.48m³。

承口的細部尺寸如下：管芯承口外徑=2242mm，外導坡直徑＝1994mm，工作面直徑＝1956mm，內導坡直徑＝2096mm，平直段長度=190mm，斜坡投影長度=1140mm。

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

3.2 模具設計

根據上述尺寸要求，我們設計制作了25套水泥管模具，模具由外模、芯模和承口模型環等組成。外模由4片四分之一圓弧形模片用螺栓連接組成半圓形，使用時再合成整模，內模為空心圓柱筒形，筒內中部設置可沿環向振動的震動器，振動時芯模可緩慢旋轉，使用時模具立放在成型坑內，承口朝上，便于壓放承口模型環，并有利于起吊脫模時用鋼絲繩套住管體承口。

3.3 生產工藝流程

生產工藝流程見圖1所示。

圖1 芯模旋振工藝生產預應力混凝土輸水管（管芯纏絲工藝）的工藝流程

3.4 主要工藝參數

（1）計量：每盤混凝土攪拌量按112.5kg水泥進行配料，采用地磅稱量，計量誤差控制在標準范圍內。

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

（3）吊裝外模：用雙梁起重機吊裝外模入成型坑內，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，張拉控制應力為鋼絲標準強度值的0.7倍。

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

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

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

（8）初次靜停養護：澆注后必須靜停養護90min，以保證混凝土具有一定的初始強度，避免提出內模時管體混凝土坍塌破壞。

（9）提動內模：為防止內模脫模困難，從開始澆注時起至第150～170min應該用雙梁起重機提動內模。

（10）二次靜停養護：提動內模后必須再靜停養護30min。

（11）提出內模：為防止內模脫模困難，從開始澆注時起至第180～190min應該用雙梁起重機提出內模。

（12）內表面抹漿：為提高管芯的抗滲能力和內表面光潔度，在提出內模以后，立即用1:3的細水泥砂漿對內表面進行抹壓、收光，砂漿的W/C必須小于0.50，可內摻1%的FDN型萘系復合高效減水劑。

（13）蒸汽養護：將混凝土管芯帶外模吊入養護坑中進行蒸汽養護，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，每小時測溫1次。養護溫度曲線如圖2所示。

（14）坑內折模：蒸汽養護降溫結束后，在養護坑內拆除外模，用雙梁起重機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。

（15）澆水養護：管芯在堆放1d后，澆水養護3d，以保證達到纏絲強度。

（16）配重法纏絲：當纏絲強度達到40MPa時，用配重法纏絲工藝在管體纏繞環向預應力鋼絲，鋼絲應力用鋼絲測力計測量。

圖2 蒸汽養護溫度曲線

（17）噴保護層砂漿：由砂漿輥射機噴射纏有環向預應力鋼絲的混凝土管芯的砂漿保護層，該砂漿為配比1:2的干硬性細水泥砂漿，內摻1%FDN型萘系復合高效減水劑。

（18）靜養與修補內表面：將噴好保護層砂漿的管體水平放置在成型車間的半成品堆放區，對砂漿保護層靜停養護3d。在靜養過程中，用環氧樹脂砂漿修補內表面的缺陷。修補前先鑿毛被修補處，沖洗干凈，烘干，刷上環氧樹脂基液，然后再用環氧樹脂砂漿認真修補，以保證修補質量。

（19）水養：經過車間靜養與修補內表面后的預應力混凝土輸水管，再在室外養護池水中養護7d，以保證產品的出廠強度。

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