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我國預應力混凝土管樁行業技術創新概述

放大字體  縮小字體 發布日期:2011-01-19  來源:中國混凝土網  作者:中國建材報
核心提示:我國預應力混凝土管樁行業技術創新概述
  筆者從事預應力混凝土管樁行業技術研發和技術服務已20多年,針對我國預應力混凝土管樁生產的現狀,并結合自己的工作經驗,提出了目前迫切需要開展技術創新的幾個方面。
  
  管樁生產線信息化管理技術
  
  縱觀我國早期從日本引進的管樁生產流水線,和對日本流水線進行消化吸收再創新研發的生產工藝裝備至今,我國現有的500多家管樁生產企業管樁生產工藝技術和裝備基本上仍停留在日本上世紀60~70年代的技術水平上。管樁各生產工序環節仍以單機運作為主,單機與單機之間的聯系仍靠操作工人手工作業,沒有開展單機與單機之間聯動作業的技術開發,這樣造成一條生產線所需的工人數量居高不下,客觀上在工人工資大幅提高的今天,使勞動力成本在產品成本中所占比例不斷提高,同時使這種勞動密集型產業仍主要依靠手工作業的產品品質的不確定性增加,產品質量難以滿足建設工程的要求,同時大量重體力勞作造成企業工傷事故頻發,使管樁成為建材行業的高危產業,影響行業的健康發展。
  
  1996年,中國混凝土與水泥制品工業協會預制混凝土樁專業委員會組織專家考察日本時了解到,日本等科技先進的國家,已經實現了管樁生產線的全自動信息化控制,1條年產100萬米的PHC管樁生產線僅需5~6位操作控制管理人員。相比之下,我國相同產能的管樁生產線,需要操作工人50~60人,幾乎是日本的10倍。
  
  20多年來,我國機械生產企業研發了用于管樁生產的混凝土雙臥軸攪拌機、離心機、預應力張拉機、鋼筋定長切斷機、鐓頭機、骨架焊接機、蒸汽養護溫控儀、起重行車、蒸壓釜等,其單機性能已經達到或基本達到國外同類產品的性能指標,但是有關企業均以單機組織生產,還沒有一家企業開展整條生產線自動化的研發。
  
  信息技術高速發展到數字化的今天,管樁行業現行的生產線裝備已經遠遠落后于時代的發展。利用現代信息技術改造傳統產業,已經被確定為我國下一個階段工業產業發展的工作重點。目前我國已經具備研發管樁全自動生產控制技術和裝備開發的實力。
  
  管樁生產的高效節能技術
  
  管樁生產中的能源消耗主要體現在:1)管樁生產中各種機械設備正常運轉所需的電力能耗;2)管樁離心成型后的兩次蒸汽養護過程中的能耗。
  
  離心作業是管樁生產中電力能耗的主要環節,近年來大力發展的變頻技術在管樁離心成型設備的應用,節省了30%左右管樁生產的離心電耗,被行業同仁們確定為一項高效節能技術,取得了非常顯著的經濟效益。變頻控制技術若能在管樁起重設備、混凝土攪拌設備、鋼筋加工設備、混凝土喂料設備、空壓機和卷揚機等開發推廣應用,同樣將大大節省電力的消耗,產生顯著的經濟效益。
  
  在管樁生產中,傳統的PHC管樁必須經過二次蒸汽養護:常溫初級養護和高溫高壓蒸汽養護。初級養護可以使混凝土強度得到迅速增長,實現快速脫模,提高模具的周轉;高溫高壓蒸汽養護使管樁能在短時間內出廠供樁,同時充分保證混凝土強度及管樁的質量。但是,近年來生產蒸汽所需要的重油或燃煤價格的大幅提升,大大提高了管樁的生產成本。
  
  同時,管樁在二次蒸汽養護過程中造成熱能的低效利用,也是需要我們給予重視的一個問題。一些企業在管樁生產線設計建造過程中,為了節省設計費用,讓一些管樁生產企業的技術人員提供早期的蒸汽養護池結構圖,而早期的蒸汽養護池往往沒有充分考慮節能環節,造成如下技術隱患:養護池壁和養護池蓋沒有采用高效的節能材料或干脆沒有填充節能材料;養護池的池底沒有進行基礎加固,造成養護池基礎沉降、開裂和蒸汽泄漏;養護池壁過于單薄,池壁在管樁吊運過程中磕碰、破損、開裂,造成蒸汽泄漏;養護池蓋的鋼板破損,水蒸氣進入保溫材料,保溫材料吸水后失去保溫功能;養護池蓋變形后與養護池的密封沒有達到設計要求,造成大量蒸汽無為泄漏;養護池內蒸汽管道著地放置,管道的通氣孔被池內冷凝水堵塞,蒸汽出汽不暢,或出汽時必須先加熱池內的冷凝水,使之汽化后再加熱管樁,造成傳熱效率大大降低等等。
  
  在管樁高壓蒸汽養護過程中,同樣也存在改進的方面:1)多條蒸壓釜之間高壓余汽的合理利用;2)蒸壓釜余汽互通利用后,釜內剩余低壓余汽通入常壓養護池的利用問題;3)蒸壓釜內大量高溫冷凝水的余熱回收;4)將熱電廠低壓蒸汽人工升壓為高壓蒸汽,以滿足管樁生產需要等等。
  
  上世紀80年代大力推廣的前蘇聯“熱介質定向循環”課題,在一些混凝土電桿、混凝土管道、混凝土房屋建筑構件等生產企業中取得了較好的應用,但這項技術目前已經很少見到應用,如果能夠在現階段高新科技發展背景下,融合新技術的成果,相信在管樁生產節能領域再次發揮出良好的效果。
  
  管樁生產線的減排技術
  
  目前,管樁生產中產生的環境問題有:1)管樁離心成型作業中產生的大量廢漿處理問題;2)離心作業中離心機與鋼模之間摩擦碰撞產生的高分貝噪音;3)砂石等原材料清洗過程中產生的泥質廢水處理問題;4)混凝土攪拌機、喂料機、擺渡車等日常清洗產生的廢水處理問題;5)養護池、高壓釜等高溫高堿性的冷凝廢水的排放問題;6)燃煤鍋爐工作時產生的廢氣排放;7)水泥、硅砂粉、粉煤灰、礦渣微粉等在運輸、裝罐等過程中溢流和散落等問題。
  
  近年來,廣東一些生產企業已經開展了離心混凝土廢漿在管樁生產中循環利用工作,并取得了很好的經濟效益。但是,離心作業過程中產生高分貝噪音,不僅嚴重影響生產操作工人的身心健康,同時還影響了工廠周圍的人居環境。交通部三航局(上海)混凝土預制構件廠1987年從日本休謨公司引進整條生產線時的離心機噪音隔音罩機構,蘇州混凝土水泥制品研究院已經進行了消化吸收,但由于該裝備安裝后會一定程度上影響生產效益的提高,同時增加投資成本,所以一直沒有在國內管樁生產企業中得到推廣應用。
  
  混凝土布料自動化技術
  
  自1987年引進日本預應力混凝土管樁生產技術以來,我國管樁生產中,混凝土布料工藝沒有進行大的改動,還是習慣采用一種方式是將裝有新拌混凝土的布料車沿鋼模方向作移動,同時將混凝土以自由落體運動,下放至鋼模下半模喂料;另一種方式是采用固定式的輸送混凝土的絞龍,隨著放置下半鋼模的平板小車的往返移動,將新拌混凝土布料到下半鋼模中。
  
  上述兩種混凝土布料方式的特點是混凝土的布料情況可以實時觀察,布料的多少可以隨時監控,管樁兩端的混凝土量可以根據需要適當添加,同時混凝土的工作性能情況也能及時反映。但是,這兩種布料方式也存在很大的問題,操作人員偏多,操作人員的技術水平、責任心、協同作業等對管樁產品的質量影響較大,布料車、混凝土絞龍、平臺小車等生產運輸時,對人員的安全操作存在很大的隱患,特別是這兩種布料作業方式,在實際作業時,會有一定數量的混凝土下落到平臺小車或車間地坪上。若不及時清掃處理,很短時間內就會大量的堆積,同時造成混凝土材料的浪費。有些企業為了減少損失,將散落平臺小車或車間地坪上的混凝土與其他新拌混凝土一起重復使用,但由于一些散落的混凝土已經部分硬化,對混凝土管樁的產品質量將產生嚴重的質量影響。
  
  近年來,日本等一些發達國家已經將預拌混凝土的泵送技術應用到管樁生產中,并取得了非常好的效果。我國上海二十冶混凝土構件公司在2002~2007年研發預制高強混凝土薄壁鋼管樁(注:非預應力)時,也采用混凝土泵送技術,完全可以滿足生產要求,產品大量用于寶鋼二期建設工程,該產品及生產技術獲得上海市科技進步三等獎。
  
  預應力混凝土管樁生產中混凝土布料采用泵送工藝技術,這是管樁生產技術發展的必然趨勢,目前需要解決的是研發適應低塌落度(3~10厘米)混凝土的泵送機械,以及適應高速離心成型的高強混凝土的配制技術。
  
  免壓蒸PHC管樁生產技術
  
  隨著高減水率混凝土外加劑的研發和高活性混凝土摻合料技術的發展,免壓蒸C80混凝土管樁生產已經成為發展趨勢。聚羧酸減水劑的減水率達到25%~35%,與傳統的減水劑相比,減水率大大提高,同時使用后的新拌混凝土的和易性、耐久性等也可以得到很大的改善,非常適合管樁生產應用。聚羧酸減水劑在日本建設工程的使用量已經達到60%~80%,混凝土制品中的使用也很普及。
  
  越南潘武管樁有限公司是越南最大的管樁生產集團,該公司采用早強型的聚羧酸減水劑、用52.5號硅酸鹽水泥,進行75℃左右6小時的恒溫養護,生產免壓蒸800~1200毫米的PHC大直徑管樁,脫模混凝土強度達80兆帕,自然養護(越南胡志明市當地的氣溫30℃左右,濕度較大)3天后的混凝土強度可達90兆帕,完全可以滿足工程施工的要求。
  
  我國長江以南地區,平均氣溫較高,采用早強型的聚羧酸減水劑,使用52.5號硅酸鹽水泥及高活性混凝土摻合料,完全可以采用免壓蒸工藝生產出性能優良的PHC管樁。
  
  聚羧酸減水劑的產品類型很多,研發國產化與管樁生產工藝相適應的早強型聚羧酸減水劑技術,是目前階段需研發的關鍵技術。同時,在保證生產成本增加不大的前提下,高活性混凝土摻合料(不能全部采用高成本的硅灰摻合料)的研發也是急需的技術。
  
  安全生產技術
  
  近年來,我國管樁生產企業發生安全事故的頻率不斷增加,已經成為工業行業中的高危行業。大量的安全事故,不僅給當事人及家庭帶來了極大的痛苦和巨大的損失,給管樁生產企業的正常生產造成很大的影響,同時,也給管樁行業的健康發展提出了嚴肅的命題。
  
  管樁行業在安全生產方面主要存在以下幾個方面的問題:1)工藝設計對安全隱患的考慮不夠周到;2)一些企業對安全生產認識不足;3)安全管理機構設置不健全;4)安全管理方面的規章制度缺失;5)安全生產制度不落實;6)安全設施投入不足;7)重大危險源管理不完善;8)應急救援工作不到位。一些生產企業制定了安全生產的有關技術規定,但沒有系統性,缺少規范性的操作標準;不少新建的管樁生產企業還沒有建立安全生產的相關制度,給管樁行業的安全生產帶來很大的隱患。
  
  對已經發生的管樁生產安全事故分析可見,既有人的不安全因素,也存在物的不安全因素、環境的不安全因素和管理的不安全因素,但是對于管樁生產,生產設備的不安全狀態是安全事故發生的主要隱患。
  
  生產線設計的高效能技術
  
  目前,我國管樁生產線設計主要采用兩種工藝布局:縱向流水作業和橫向循環流水作業。從實際投入產出情況分析,縱向流水作業布局需要的建筑面積較小,車間內行車吊運的頻率較少,車間的作業空間相對較小,安全事故隱患較大,但若管理得當、各工種協調有序的話,這種生產布局的產能較大;相比之下,橫向循環流水作業布局需要的建筑面積較大,車間內行車的吊運頻率較大,安全事故發生的概率較低,但若管理不當、各工種協調不好的話,產能將下降。上述兩種方式各有利弊,研發具有安全可靠、高產能、自動化程度高、用工少等特點的管樁生產工藝流水線是我國管樁技術人員今后的工作重點。
  
  寧波市一中管樁有限公司經過10多年的探索,在大量研究開發的基礎上,結合大直徑管樁生產特點,獨創性開發了利用26米以上的長鋼模一次性生產2~3節管樁的生產工藝,同時將廢漿循環利用、安全生產技術等完美結合,生產線具有產能高、無廢漿外排、安全事故少、清潔生產、用工少、建筑面積小等特點,生產線總體水平達到國內首創、國際領先的水平。該公司申報了20多項發明專利和實用新型專利,大部分已經授權。同時,2009年該公司還是國內首家通過安全認證的管樁生產企業。
  
  多組分混凝土摻合料在管樁生產中的應用開發
  
  與普通混凝土生產中使用多組分摻合料技術一樣,管樁生產中多組分摻合料技術的應用,不但可以減少優質高標號水泥的用量,同時可以改善管樁用混凝土的性能,利用工業固體廢棄物,降低管樁的生產成本。
  
  近年來使用的單組分混凝土摻合料有:硅砂粉、粉煤灰、礦渣微粉、硅粉等,單組分摻合料一般摻量在15%~35%,具體與摻合料的活性、蒸汽養護、制品類型等相關,但由于硅粉價格昂貴,在管樁生產中幾乎沒有實際應用。復合摻合料有:硅砂粉-礦渣微粉、粉煤灰-礦渣微粉、粉煤灰-硅砂粉等,可以等量替代優質高標號水泥40%~60%,目前已經在一些企業中獲得良好的應用,取得顯著的經濟效益。
  
  但是,多組分混凝土摻合料在管樁生產中的應用開發,常常帶來混凝土技術的另外一個問題———單位立方混凝土中水泥用量小于標準要求的300千克/立方米。混凝土中過少的水泥用量,將難以保證混凝土的堿度,pH值小于標準規定的最小值,將對混凝土中鋼材的長期耐久性產生嚴重的不利影響,如何確定管樁用離心混凝土的最小水泥用量,也將是一個需要開展的基礎理論課題。
  
  人工砂替代河砂生產管樁的應用技術
  
  隨著建筑工業技術的發展,河砂等自然資源不斷減少,河砂的市場價格高居不下,管樁生產成本不斷上漲;采用人工砂替代優質河砂生產管樁將是技術發展的必然。日本等國家早就開展人工砂生產應用技術,我國自1998年起對石屑(也稱石粉)代替優質河砂生產管樁就有研究,并在工程中得到很好的應用。
  
  人工砂應用技術目前主要表現為混凝土強度指標,但對人工砂替代河砂后的混凝土耐久性,特別是混凝土的抗滲性等研究迫切需要行業技術專家進行系統研究。
 
 
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