淺談裝配式混凝土構(gòu)件組合模具系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李寧

（中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司）

0 引言

伴隨裝配式混凝土構(gòu)件在高速公路領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我國模具行業(yè)根據(jù)市場需求結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，模具發(fā)展越來越趨向于大型化、精密化。一方面，現(xiàn)有混凝土預(yù)制構(gòu)件模具多采用塑料單一模具，模板利用率低，且無法進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，混凝土強(qiáng)度提升慢。另一方面現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)，需要大量人工，造成了人工的浪費(fèi)。主要存在以下問題：①采用單一模具方式效率低、人工占用率高、不適用于大規(guī)模產(chǎn)量生產(chǎn)；②單一模具方式不適用于大規(guī)模產(chǎn)量預(yù)制，無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1 組合模具在裝配式混凝土構(gòu)件中的重要性

1.1 組合模具重要性

高速公路混凝土構(gòu)件種類繁多，采用單一模具，成本高、壽命低、周期長，不適用于大規(guī)模生產(chǎn)，需采用重復(fù)率高的組合模具加工生產(chǎn)。裝配式混凝土構(gòu)件組合模具，是指通過零星定型模板結(jié)構(gòu)形式，重新組成的一種產(chǎn)品。此外，它也是一種生產(chǎn)工具，能成批生產(chǎn)出同樣尺寸要求和規(guī)格的混凝土構(gòu)件。裝配式混凝土構(gòu)件組合模具所生產(chǎn)的構(gòu)件在質(zhì)量、外觀、成品率等各方面實(shí)現(xiàn)了大幅提升，特別是它的高效、高一體化、高性能化以及高精度等技術(shù)特點(diǎn)。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

我國的單一構(gòu)件模具起步較晚，發(fā)展緩慢，技術(shù)水平較低，相互影響制約了組合模具的發(fā)展速度。形式眾多的混凝土預(yù)制構(gòu)件需要設(shè)計(jì)、制造大量的模具，目前構(gòu)件模具存在的主要問題：①由于模具易受水泥與水腐蝕，在預(yù)制構(gòu)件澆筑后需要養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致構(gòu)件模具壽命低，周轉(zhuǎn)率低、周轉(zhuǎn)次數(shù)少。②預(yù)制構(gòu)件模具結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響了裝配式混凝土構(gòu)配件的質(zhì)量與精度，模具尺寸大而重，變形大。③目前構(gòu)件模具通用性差，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。

2 組合模具系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 組合模具概況

現(xiàn)有的裝配式混凝土構(gòu)件模具系統(tǒng)可分為獨(dú)立式模具及大底模式模具兩種。獨(dú)立式模具材料消耗大，適用于構(gòu)件類型單一且重復(fù)次數(shù)多的工程項(xiàng)目；大底模式模具底膜可共用，只需加工側(cè)模，底模還可在別的工程項(xiàng)目上使用。本文組合模具系統(tǒng)設(shè)計(jì)在大底模式模具基礎(chǔ)上提升優(yōu)化，為適應(yīng)高速公路對(duì)混凝土構(gòu)件要求，裝配式混凝土構(gòu)件組合模具以鋼模為主，支撐結(jié)構(gòu)以型鋼為主，規(guī)格根據(jù)模具形式選擇，模具要具有足夠的承載力、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能承受構(gòu)件生產(chǎn)時(shí)澆筑混凝土的重量、側(cè)壓力及工作荷載，組合模具安、拆便捷，組合模具各部件間連接牢靠，嚴(yán)絲合縫。

2.2 組合模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)組合模具設(shè)置由鋼制模臺(tái)、模腔、內(nèi)膜、定型橫隔板及吊裝杠組成，模具主材選用Q235 鋼板制作。見圖1。模臺(tái)尺寸長2780mm×寬1500mm×高60mm，模臺(tái)內(nèi)部根據(jù)構(gòu)件預(yù)制尺寸均勻分割成12 塊模腔，模臺(tái)與模腔共同組合成大底模式模具。每個(gè)模腔內(nèi)由定型橫隔板（側(cè)模）組合成各種型號(hào)的內(nèi)膜。組合模具運(yùn)輸、蒸養(yǎng)、脫模通過吊裝杠實(shí)現(xiàn)。組合模具裝置操作方便、適用范圍廣，能夠有效地提高預(yù)制構(gòu)件使用模具及生產(chǎn)效率，保證預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量，降低人工比重，達(dá)到成本節(jié)約，適用于大規(guī)模小型構(gòu)件生產(chǎn)。

圖1 大底膜式組合模具結(jié)構(gòu)圖

2.3 組合模具設(shè)計(jì)實(shí)施方案

⑴組合模具采用鋼制模臺(tái)及模腔，模腔采用厚度不小于6mm 的酸洗板材質(zhì)，鋼制模腔縱向通過焊接固定在模臺(tái)上，為固定尺寸，好處是通過模臺(tái)的統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸、吊裝、脫模等工序的機(jī)械化作業(yè)。并于外側(cè)設(shè)置吊裝杠，用于吊裝和脫模。

⑵內(nèi)模根據(jù)小型預(yù)制塊的種類和形狀設(shè)置定型橫隔板（圖1“4”），采用承插活動(dòng)式排布到整張模臺(tái)模腔內(nèi)（圖1“2”）生產(chǎn)構(gòu)件，為避免漏漿，待定型橫隔板安裝完成后，采用壓條封閉縫隙。適用于多種形狀小型預(yù)制塊一模成型，并通過智能蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，鋼制模具的循環(huán)使用周期可達(dá)500 次以上。

⑶根據(jù)預(yù)制塊種類尺寸的不同，在模具內(nèi)設(shè)置不同尺寸的腔模，保證模臺(tái)鋼板利用率，使生產(chǎn)效益最大化。

⑷為確保脫模及清理方便，腔模采用酸洗板材質(zhì)，這樣可以確保順利脫模避免粘模，可使用高壓水槍進(jìn)行清理。

⑸根據(jù)智能化蒸養(yǎng)工藝需求，為避免腔模變形，需試驗(yàn)確定腔模剛度。經(jīng)驗(yàn)證，采用不小于6mm 厚度鋼板可有效防止模板蒸養(yǎng)變形，充分發(fā)揮材料周轉(zhuǎn)性能，節(jié)約成本。

⑹因預(yù)制塊種類多，重心多為偏心，整體腔模難以滿足脫模要求，嚴(yán)重影響成品構(gòu)件質(zhì)量，因此本組合模具系統(tǒng)設(shè)計(jì)腔?？v向采用固定式，橫向采用活動(dòng)承插式，可以保證各種形狀的混凝土預(yù)制塊實(shí)現(xiàn)有效脫模，防止預(yù)制構(gòu)件成品損壞。

2.4 組合模具側(cè)壓力

側(cè)壓力即新澆混凝土對(duì)模板的側(cè)向壓力，根據(jù)國內(nèi)外試驗(yàn)研究，當(dāng)側(cè)邊模板高度H=2.5～3.0m、最大側(cè)壓力為50MPa 時(shí)，在2.1m 處以上按三角形分布，在2.1m處以下按矩形分布。

側(cè)壓力與混凝土骨料的種類、塌落度、澆筑速度及外加劑有關(guān)。當(dāng)用內(nèi)部振搗器時(shí)，新澆混凝土作用于模板上的側(cè)壓力，在澆筑速度v＜6m/h 時(shí)，可以用下列兩式計(jì)算，取兩式中的較小值。

式中，

P——新澆混凝土的最大側(cè)壓力（KN/m2）；

V——混凝土澆筑速度（m/h）；

T——混凝土澆筑溫度（℃）；

H——混凝土計(jì)算位置至新澆混凝土頂面的總高度（m）；

Ks——混凝土塌落度影響修正系數(shù)，見表1；

表1 Ks 坍落度修正系數(shù)

Kw——外加劑影響修正系數(shù)，見表2。

表2 Kw 外加劑修正系數(shù)

本構(gòu)件組合模具系統(tǒng)側(cè)壓力計(jì)算：模具所選主材均為Q235 鋼板，厚度6mm，彈性模量E=2.06×105MPa，抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[?]=215MPa，面板擾度按面板變形1.5mm 控制，普通混凝土澆筑自重取值24N/m3，坍落度取值12cm，施工氣溫取值20℃，混凝土澆筑速度3.5m/h，代入計(jì)算公式：

通過驗(yàn)算組合模具系統(tǒng)側(cè)壓力所得結(jié)果取值遠(yuǎn)小于模具屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215MPa。見圖2。

圖2 組合模具受力模型

3 組合模具系統(tǒng)使用要點(diǎn)

⑴排號(hào)使用：由于每套組合模具內(nèi)膜定型橫隔板被分割較零碎，需根據(jù)不同模腔尺寸排號(hào)配套使用，防止錯(cuò)用導(dǎo)致安裝不到位。

⑵拼裝組合要點(diǎn)：內(nèi)膜定型橫隔板承插到位，必須嚴(yán)絲合縫，防漏漿部件壓條必須安裝到位。

⑶組合模具拆除要點(diǎn)：當(dāng)混凝土構(gòu)件脫模時(shí)，首先將內(nèi)膜上的壓條全部拆除，為了保證模具各部件的使用壽命，禁止使用大錘強(qiáng)力拆除。

⑷組合模具養(yǎng)護(hù)要求：在模具暫時(shí)不使用期間，需在模具上涂刷一層機(jī)油，防止腐蝕。

4 結(jié)束語

裝配式混凝土構(gòu)件組合鋼模具采用“一模多腔”組合模具，對(duì)模具的模腔設(shè)置可調(diào)節(jié)的臨時(shí)模板，使其具備生產(chǎn)多種預(yù)制塊型號(hào)的能力，并解決脫模困難的難題，從而提高模板周轉(zhuǎn)率，加快構(gòu)件預(yù)制速度，具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、效果好的優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化了混凝土施工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，能夠有效降低人工占用率、減少成本攤銷，提高構(gòu)件模具的利用率，從而被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。目前國內(nèi)外依靠組合模具集中化生產(chǎn)混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)線和技術(shù)均處于探索階段，面對(duì)這些亟待解決的問題，我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)。所以，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的現(xiàn)場生產(chǎn)施工需要，找到存在的不足，進(jìn)而合理地不斷改進(jìn)，發(fā)揮組合模具最大的功效，進(jìn)一步推廣組合模具在裝配式混凝土構(gòu)件領(lǐng)域中的應(yīng)用。