芯模振動(dòng)工藝十三年回顧
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我公司自國(guó)外引進(jìn)芯模振動(dòng)制管設(shè)備，屈指13年了。當(dāng)年盛況猶歷歷在目：錚亮的主機(jī)，巍峨的輔機(jī)，高矗的鋼模，寬大的廠房；中外人員合作努力；及至試產(chǎn)之日，芯模一聲吼，業(yè)內(nèi)震動(dòng)，一種前所未聞的排水管制造新工藝在杭州出現(xiàn)了。十多年來(lái)，此生產(chǎn)線共生產(chǎn)了直徑1350～2400mm排水管10余萬(wàn)根，總長(zhǎng)290余公里。為杭州（2006年搬至長(zhǎng)沙）及周邊地區(qū)、鄰近省、市的大、中型排水治污工程作出了貢獻(xiàn)。
新工藝新在哪里？新就新在濕法脫模上。
由于濕法脫模，才得以在同一個(gè)機(jī)坑里，用同一個(gè)芯模，一根接一根地澆入和脫出濕潤(rùn)的制品，像面點(diǎn)師印制糕團(tuán)一樣迅捷。以一個(gè)機(jī)坑和巋然不動(dòng)的芯模為中心，實(shí)現(xiàn)定位的機(jī)械喂料，從而完成整個(gè)生產(chǎn)線的高度集約化，這就是高度機(jī)械化、高效率、高產(chǎn)量的奧秘所在。它一改水泥制品車間勞動(dòng)力密集，環(huán)境臟亂的舊貌，令人耳目一新！
由于濕法脫模，必須防止半成品坍塌變形，由此限定管子的細(xì)長(zhǎng)比要大，口徑要大，管身要短，此外，壁厚要厚，鋼筋骨架要加強(qiáng)（無(wú)筋管固然不行，Ⅰ級(jí)管的配筋也嫌單?。Ｒ虼?，濕法脫模注定只與此類特征的排水管結(jié)緣。
由于濕法脫模，無(wú)法使用塑性砼，只能采用干硬性砼。干硬性砼內(nèi)摩擦力大，工作性差，又不允許摻入塑化劑。如何振搗才能密實(shí)呢？必須尋找一種新的振動(dòng)方法，它能夠沿著制品全長(zhǎng)，強(qiáng)力而周到，它要以制品的內(nèi)壁振動(dòng)為主（因?yàn)樗艿墓ぷ髅媸莾?nèi)壁），又要兼顧外壁和全壁厚的振動(dòng)。回頭看來(lái)，芯模振動(dòng)方式是最為可供選擇的。如果說(shuō)芯模振動(dòng)對(duì)塑性砼和干硬性砼都可用的話，那么，對(duì)干硬性砼濕法脫模（立式）來(lái)說(shuō)，那就是非寄望于芯模振動(dòng)不可了。可見(jiàn)，芯模振動(dòng)工藝是服務(wù)于濕法脫模工藝的。本芯模振動(dòng)工藝的實(shí)質(zhì)是濕法脫模工藝。
但是，麻煩的是，濕法脫模觸犯了水泥制品一大忌。預(yù)應(yīng)力（含自應(yīng)力）制品固不待言，即使是非預(yù)應(yīng)力制品，也僅僅對(duì)于建筑砌塊，送電線路三盤(pán)之類的形狀簡(jiǎn)單、外形扁平、尺度甚小的水泥制品，以及其它可用擠壓成型獲得較高的初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的某些水泥制品，濕法脫模才是允許的，而對(duì)于有承插配合要求和一系形狀要求的各類排水管，它們的形位誤差和尺寸誤差都有嚴(yán)格的限制，它們的拆模強(qiáng)度都有嚴(yán)格的要求，是萬(wàn)萬(wàn)不允許濕法脫模的。然而，多虧我們國(guó)外的同行們，偏偏要在不可能的事情上找出可能來(lái)，終于有一條路走通了，這就是上文所說(shuō)的某些種類排水管。
雖然可以用濕法脫模工藝制作某些種類的排水管，但濕法脫模的與生俱來(lái)的負(fù)面作用卻始終是一種客觀存在，不容忽視。十多年來(lái)，我們想方設(shè)法克服濕法脫模的隱患，發(fā)揮芯模振動(dòng)工藝的優(yōu)勢(shì)，制作出大量的合格的丹麥管和F型頂管。茲分述如下：
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一、氣孔麻面和管身密實(shí)度問(wèn)題
這兩個(gè)問(wèn)題其實(shí)是同一個(gè)問(wèn)題，就是管身密實(shí)度差。濕法脫模所需的干硬性砼，坍落度為零，工作度為維勃稠度20～30S左右，這種砼拌和物內(nèi)摩擦力很大，一般須用擠壓加振動(dòng)、輥壓加振動(dòng)、插入式振動(dòng)等等方式進(jìn)行澆搗，如帶著內(nèi)外鋼模整體振動(dòng)，像振動(dòng)臺(tái)、附著式振動(dòng)器，則效果甚差。濕脫模用芯模振動(dòng)，就保證能行嗎？對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們的回答是：不一定！理論上說(shuō)，芯模振動(dòng)可以設(shè)計(jì)得盡善盡美，采用變頻裝置，按集料顆粒對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)度（共振）來(lái)選擇和變動(dòng)頻率，同時(shí)按管徑大小料層厚度和高度的遞增，實(shí)時(shí)改變振幅和其他振動(dòng)參數(shù)，還要保證讓芯部振動(dòng)較好地傳遞到外模。芯模振動(dòng)制管設(shè)備發(fā)展到今天，振動(dòng)系統(tǒng)有很大完善，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，理論上既無(wú)懸念，實(shí)用上諒必也毫無(wú)問(wèn)題。但我們?cè)缙谝M(jìn)的設(shè)備，調(diào)節(jié)頻率要換皮帶輪，不是無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)激振力（借以調(diào)節(jié)振幅）也很不理想。激振力一大，管身砼是密實(shí)起來(lái)，氣孔麻面既少又小，但噪音受不了，超出100dB(A)，耳朵發(fā)脹，心臟發(fā)慌，腳底都發(fā)麻，甚至振動(dòng)芯棒振斷，軸承振碎，底盤(pán)振裂；激振力一減小，噪音減小了，但砼密實(shí)度減得更快，氣孔多且大，成品的砼容重會(huì)降到2200kg/m3以下（離心管的砼容重2550 kg/m3以上）。
幸而，在重力排水管道內(nèi)水壓很低的條件下，一定程度的氣孔存在，不會(huì)造成太大的危害。例如氣孔大小在5mm以下，每100cm2面積上5～6孔的情況下，看起來(lái)怪不舒服，但多年的水壓試驗(yàn)（0.1 MPa）均未發(fā)現(xiàn)管壁滲漏。這可能是由于芯模振動(dòng)已經(jīng)能夠振坍氣孔與氣孔之間的通道，也有可能由于管壁厚，氣孔之間貫通的概率減小了。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)管壁氣孔亦無(wú)規(guī)定，麻面的要求也不苛刻，合格是沒(méi)有問(wèn)題的。但外觀不好看，用戶多有微詞，有的用戶很在意；管內(nèi)壁的麻面也影響通水的光潔度（后述）和使用壽命；有的工程內(nèi)水壓要求比0.1 MPa高（有壓排水），使用上多了一層限制。對(duì)于用戶的意見(jiàn)，用國(guó)標(biāo)的規(guī)定和水壓檢驗(yàn)結(jié)果加以解釋，用戶是會(huì)理解的。上海曾有個(gè)用戶主動(dòng)要求廠家不要抹平這種麻面，以免掩蓋更大的缺陷，而麻面他要。
但廠家還是必須注意提高密實(shí)度和改善氣孔麻面，除了從根本上選擇好振動(dòng)參數(shù)強(qiáng)化振動(dòng)效果之外，在砼拌合物本身也有文章可做，例如，拌合物不要太干，卵石比碎石易密實(shí)，中細(xì)砂比中粗砂易密實(shí)（以上提示可減小內(nèi)摩擦力），攪拌時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，即拌即用，也較易密實(shí)（提示與拌合物觸變性有關(guān)）。
麻面既出，還得靠手工抹掉，特別是管子內(nèi)圓面；有的麻孔較大較深，抹不掉，可以用機(jī)坑中碾壓（旋壓）管口時(shí)擠出的砂漿來(lái)填補(bǔ)，可做到色澤一致、美觀。
二、管子內(nèi)圓面的光潔度問(wèn)題
此問(wèn)題和上述氣孔麻面有關(guān)系，但性質(zhì)不相同。讓我們?cè)O(shè)想一下，如果振搗獲得理想狀態(tài)，沒(méi)有氣孔麻面，這時(shí)，濕法脫模也不會(huì)光潔；不可能達(dá)到蒸養(yǎng)后脫模那種光潔度。事實(shí)上正是如此。
濕法脫模工藝在本案是拖模，拖過(guò)后的濕砼表面，留下鋼模斷斷續(xù)續(xù)的拖痕，再檢視內(nèi)外模的表面，遍布著星星點(diǎn)點(diǎn)的砼碴，清除這些砼碴很麻煩，似乎也無(wú)必要，反正總是需要手工抹面，把拖痕和麻面一起抹掉就行。
手工抹面能否解決表面光潔度的問(wèn)題呢？也不一定！在濕脫模的表面，抹掉麻面和拖痕，又會(huì)產(chǎn)生新的抹刀痕。砼未初凝，無(wú)法壓光。抹得不細(xì)心，還是凹凸不平，留著手工的痕跡。
排水管的內(nèi)圓面光潔度的好壞，是排水工程運(yùn)行的重要指標(biāo)。它關(guān)系到沿程水頭損失，管線坡度取值，影響到流速、流量，并最終關(guān)系到工程造價(jià)和運(yùn)行壽命。砼管（含砼渠道）內(nèi)壁光潔度的衡量指標(biāo)是粗糙系數(shù)，又稱糙率。糙率可以在運(yùn)行的管線上實(shí)地加以測(cè)定，選一段直線管段，上、下游各開(kāi)一個(gè)測(cè)流孔，用U形壓差計(jì)測(cè)定兩孔間的壓差，再用畢托管測(cè)定水流的平均流速，應(yīng)用哲才公式和巴甫洛夫斯基公式，即可求得該管道的糙率，命名為n，無(wú)量綱（注一）。
較重要的排水工程，對(duì)糙率n都有明確的要求，通常寫(xiě)明n≤0.014。面對(duì)合同上這個(gè)要求，管線尚未鋪設(shè)，如何測(cè)定n值呢？這里我們可以參照水工建筑的經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)資料（注二），從砼表面成型方式和糙率的關(guān)系入手，作比照確定，茲列表如下：
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序號(hào) |
砼表面成型方式 |
糙率n |
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1 |
抹光的水泥表面 |
0.012 |
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2 |
未抹光的水泥表面 |
0.014 |
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3 |
光滑的砼護(hù)面、平整的噴漿護(hù)面 |
0.015 |
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4 |
粗糙的砼護(hù)面 |
0.017 |
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5 |
不平整的噴漿護(hù)面 |
0.018 |
如果用戶要求是n≤0.014，比照上表，應(yīng)是未抹光的水泥表面。這個(gè)關(guān)于砼表面的成型方式與我們的工藝相符合，因?yàn)槲覀儩穹撃：蠼?jīng)手工抹平，尚無(wú)法進(jìn)行手工加壓抹光，應(yīng)歸入未抹光一類。但是注意須抹平，就是要把鋼模的拖痕和麻面抹掉，還要對(duì)新出現(xiàn)的抹刀痕仔細(xì)加以修平，這樣才算達(dá)到n≤0.014。如果要求再提高，就要等到砼稍有凝結(jié)，再進(jìn)行初步的加壓抹光。如有爭(zhēng)議，只有等待安裝之后測(cè)試驗(yàn)證。
三、管體變形與接口變形問(wèn)題
如果把上述（一）（二）問(wèn)題看作是濕法脫模的“微觀”問(wèn)題的話，那么，管體和接口變形則是濕法脫模引起的“宏觀”問(wèn)題了。濕法脫了模之后，制品沿全長(zhǎng)頓時(shí)沒(méi)有了束縛，這個(gè)半成品，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可能只有若干個(gè)KPa，便孤立無(wú)援地佇立在地面上?？匆豢刺崞鹜饽５牟僮?，酷似一次大型坍落度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果將與標(biāo)準(zhǔn)坍落度試驗(yàn)大不相同，坍落度不再是零，而是坍落幾十毫米，此數(shù)值隨配筋量的大小，振動(dòng)密實(shí)度好壞和拌合物干濕而有差異，常超過(guò)管長(zhǎng)公差的規(guī)定。管子在工地安裝時(shí)，管長(zhǎng)的積累誤差有時(shí)造成與窨井錯(cuò)位，引起糾紛和返工。另外，由于砼的坍落，管長(zhǎng)縮短的同時(shí)上口變厚，有時(shí)也會(huì)造成內(nèi)徑超小。對(duì)于管長(zhǎng)的變短，解決的辦法是同規(guī)格的管子力求材料和工藝參數(shù)一致，使它們的縮短量大致相同，這樣，就可以在圖紙上減去這種管子的平均縮短量，寫(xiě)出新的管長(zhǎng)名義尺寸和公差，舉例說(shuō)，原先圖紙上寫(xiě)的管長(zhǎng)2500+20；-14mm，經(jīng)抽樣測(cè)定后，將圖紙修改為管長(zhǎng)2478+20；-14mm，將新圖紙?zhí)峤皇┕挝蛔鳛楣こ谭啪€打樁依據(jù)，這樣，當(dāng)鋪管和窨井并行施工時(shí)就不會(huì)錯(cuò)位了。
比管體變形更頭疼的是接口的變形，它關(guān)系到安裝的難度和接口漏水問(wèn)題。立式制管只有一頭朝下，它由底模保證精度，待砼固化后才卸底模；但朝上的一頭就難控制了。由于砼的坍落，不但接口變厚，配合尺寸也發(fā)生改變。能不能像底模那樣，戴一個(gè)鋼板圈在頭頂上呢？絕對(duì)是受不了！我們是用定制的較輕便的塑料“定型圈”，分內(nèi)、外圈各一只。出坑前，將內(nèi)“定型圈”套在插口內(nèi)壁，而把外“定型圈”罩住插口外壁。等到砼初凝到某個(gè)程度，才小心地摘帽。這樣做好像很周到，實(shí)際上并非理想。塑料“定型圈”本身就不太精確，使用中又容易老化變形，它對(duì)插口變形的限制功能非常有限。除了塑料圈本身要把好質(zhì)量關(guān)，時(shí)時(shí)檢測(cè)并及時(shí)更換新圈之外，我們也嘗試一種“二次蒸養(yǎng)法”：制品脫去外模后，就卸去內(nèi)“定型圈“，用刷子手工修抹內(nèi)壁，然后罩上帆布罩，開(kāi)小汽蒸半小時(shí)后，關(guān)汽掀布罩，此時(shí)插口內(nèi)壁不大可能再變形了，插口外壁因蒸過(guò)一陣子也稍有強(qiáng)度，以上是第一次蒸養(yǎng)；接著就卸去外定型圈，用刷子手工修正插口工作面并修抹管子外壁，再罩上帆布開(kāi)大汽蒸3h，最后關(guān)汽開(kāi)罩用砂紙打磨插口工作面，（不用磨光機(jī)）。這種辦法其實(shí)是不大相信塑料定型圈，而更多地依靠人工修抹打磨。
如果是做F管，就安排插口朝下，讓它由底模保證。朝上的是F圈，經(jīng)脹圓機(jī)脹至屈服強(qiáng)度以上，便獲得精確圓度和尺寸，只要在制管過(guò)程中維持F圈這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)形狀，防止因剛性不佳發(fā)生變形走樣，就能得到合格的鋼承口了。我們的方法有二：（1）用蜘蛛狀的定圓器，撐住F圈內(nèi)徑，使F圈保持正圓無(wú)法變形。此“蜘蛛”有六條腿，腿尖有螺丁可調(diào)節(jié)腿長(zhǎng)。使用時(shí)，事先將六條腿調(diào)節(jié)一個(gè)正圓，再去撐住F圈，連成牢固的整體，再把F圈焊到骨架上去。一直等到制品初凝之后，才可卸去“蜘蛛”；或者（2），先把F圈單獨(dú)焊到骨架上去，焊接時(shí)，F(xiàn)圈靠住外模，以外模的內(nèi)壁作基準(zhǔn)找圓，焊接完工后，再把“蜘蛛”放入，調(diào)節(jié)螺丁撐緊F圈，直到制品初凝。
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選擇合適形狀和硬度的膠圈，對(duì)補(bǔ)救接口的變形也至關(guān)重要。企口管我們選用拉密爾膠圈，因其對(duì)承插口間隙不均勻有較強(qiáng)的適應(yīng)性，曾嘗試改用楔形膠圈，沒(méi)有成功；對(duì)于F管，我們用楔形膠圈、試改O型膠圈代替，也沒(méi)有成功；O型膠圈對(duì)不均勻的配合間隙較為敏感。
還有一種變形發(fā)生在脫外模時(shí)，若吊勾中心與外模重心不重合，會(huì)引起外模歪斜，造成管子上口端面傾斜，引起超差。外模歪斜還會(huì)造成摩擦力增大，引起制品外表面惡化和誘發(fā)裂縫。
四、裂縫問(wèn)題
裂縫問(wèn)題是水泥制品的共同課題。有許多共通性。但濕法脫模有它的特殊性。
?。?）龜裂：龜裂在水泥制品中人們并不陌生，是制品表面失水干縮引起的裂紋，各向同性，隨機(jī)分布。若與其它因素疊加作用（骨架限制收縮，自重或堆疊負(fù)荷……等），也會(huì)顯出某些方向性。龜裂輕度時(shí)防礙美觀，引起用戶疑慮；嚴(yán)重時(shí)，特別是與其它因素疊加作用時(shí)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)中容許龜裂應(yīng)是指輕度龜裂。
濕法脫模后，制品表面完全暴露在空氣中，如天氣熱，氣候干燥，則濕表面蒸發(fā)很快，這是其它帶模養(yǎng)護(hù)的制品工藝所沒(méi)有的。濕脫模后如能立即罩上帆布罩靜?；蛘羝蜔嵴麴B(yǎng)，可以減緩表面蒸發(fā)；可惜此刻須要人工修抹插口和內(nèi)外表面，耽誤了寶貴的時(shí)間。盛夏晴熱，只稍半個(gè)小時(shí)，就開(kāi)始龜裂。一個(gè)小時(shí)后就很可觀了。先裂外圓面，稍后內(nèi)圓面也跟上。車間若有穿堂風(fēng)，關(guān)窗都來(lái)不及。解決的辦法是提前關(guān)閉窗戶，關(guān)掉降溫用的軸流通風(fēng)機(jī)，必要時(shí)用噴霧器對(duì)表面進(jìn)行噴霧補(bǔ)濕。此外，還可以錯(cuò)開(kāi)上班時(shí)間，避開(kāi)中午及下午的高溫，加速人工抹面（同時(shí)抹掉初出現(xiàn)的龜裂），以便盡快罩上帆布罩。
?。?）結(jié)構(gòu)性裂縫：
指的是在成品上縱深發(fā)展成為貫穿性的裂縫。這是一種危險(xiǎn)的裂縫，它導(dǎo)致水泥制品的報(bào)廢。
芯模振動(dòng)濕法脫模制管過(guò)程中，有一種結(jié)構(gòu)性裂縫頗為特殊。它是在濕脫模過(guò)程中，發(fā)生在濕潤(rùn)的半成品上的；是本工藝特有的。
試觀察脫模過(guò)程共分三步脫模：第一步是制品從芯模中抽出；第二步是外模從制品上吊出，以上兩步都是濕脫模；第三步是等到制品凝固到有足夠強(qiáng)度（蒸養(yǎng)或自養(yǎng)）后，用翻管機(jī)將制品吊離底模。第三步屬干法脫模。
第一步脫模即當(dāng)制品從芯模中抽出時(shí)，制品受壓縮，這個(gè)壓縮力通過(guò)砼自身的粗集料的架構(gòu)作用，傳力于鋼筋骨架，使縱向鋼筋受壓彎曲；接著到了第二步，行車吊提外模時(shí)，制品受力方向驟然改變，變成受拉伸，既拉伸制品砼，又連帶拉伸鋼筋骨架，使先前受壓彎曲的鋼筋骨架，盡力地舒展伸直，這種頂伸作用，使砼受拉更為嚴(yán)重。隨著外模一步步升高，已脫模的下面部分因坍落作用也加劇拉伸，制品砼的累積伸長(zhǎng)量步步加大，直到出現(xiàn)環(huán)向裂縫（提示環(huán)向裂縫多出現(xiàn)在高處），出現(xiàn)環(huán)裂后，外模繼續(xù)上升，拉力就會(huì)擴(kuò)大裂縫。
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觀察還在繼續(xù)：當(dāng)外模升到頂端，脫離制品后，制品就會(huì)開(kāi)始新一輪自重壓縮過(guò)程和坍落過(guò)程，這時(shí)，程度較輕的環(huán)向裂縫，會(huì)因壓緊而水化愈合，因?yàn)轫派刑幱诔跄跗?，愈合后不?huì)留下什么傷痕。但是有一部分環(huán)向裂縫太寬，自重坍落的壓緊力不夠（特別是高處的環(huán)裂），或遇到粗集料阻隔發(fā)生錯(cuò)位，或因裂口水分蒸發(fā)過(guò)快喪失了水化所需的水分，砼中的膠凝物質(zhì)不能互相貼緊，其分子不能再次產(chǎn)生交聯(lián)，無(wú)法恢復(fù)原狀，便形成了結(jié)構(gòu)的斷裂。
預(yù)防方法：管端碾壓成型時(shí)，用力不要過(guò)猛，要輕壓慢旋，使壓彎的鋼筋有釋放能量的機(jī)會(huì)。脫芯模和外模時(shí)也要緩慢，脫芯模開(kāi)始和脫外模終了都是砼和鋼筋變形最大的時(shí)候，尤其要小心進(jìn)行，防止震動(dòng)。還要注意防止失水干縮，避免干縮與環(huán)裂的疊加。應(yīng)當(dāng)指出，一旦形成結(jié)構(gòu)性環(huán)裂，雖然還只是半成品，也絕不允許涂抹掩蓋，而必須堅(jiān)決予以報(bào)廢。
結(jié)語(yǔ)：以濕法脫模為根本特征的芯模振動(dòng)工藝，機(jī)械化，集約化程度高、生產(chǎn)率高，產(chǎn)量大。適用于大口徑，大壁厚、大配筋、大承載能力排水管的生產(chǎn)，不適于生產(chǎn)中、小口徑、小細(xì)長(zhǎng)比、較輕型、壁厚較薄的，承載力較低的排水管。因此，須注意其局限性，注意用得其所，揚(yáng)長(zhǎng)避短；同時(shí)，要努力克服濕法脫模的種種弊端，消除或減輕這些弊端，才能做出合格的產(chǎn)品，避免誤入量多質(zhì)次的境地；最后，也正由于它的某些局限性，生產(chǎn)廠家必須兼?zhèn)淦渌に嚨纳a(chǎn)線，兼容并蓄，以組織各類排水管的生產(chǎn)，才能滿足市場(chǎng)的各種需求，實(shí)現(xiàn)資源的合理配置和綜合利用?！@是我們13年回顧的小結(jié)，作為拋磚引玉，就教于業(yè)內(nèi)同仁和專家學(xué)者。
注一：浙江省水科院《渡槽與水泥管》P457
注二：何維華編著：《城市給水管道》，四川人民出版社出版，P663
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