振动搅拌技术在混凝土生产中的应用

　　水泥混凝土是一种以水泥为胶结材料，将水泥和沙子、石子、水按一定比例配合，经过搅拌、浇注和硬化而成的复合材料。

　　水泥混凝土作为一种重要的建筑材料，为了满足施工和工程应用的要求，必须具备强度、和易性、耐久性等技术性能。而水泥混凝土的这些性能指标是由混凝土的内部结构决定的，其主要体现为混凝土中的各种组成材料的配合比、密实度和匀质性。在混凝土各种组成材料、外加剂和配合比一定的情况下，为了达到各种组成材料的均匀分布，形成良好的内部微观组传感器的形式与骨料基本相同。

　　水泥计量斗和粉煤灰计量斗上部与螺旋输送机出口用防水帆布连接，应防止帆布绷得过紧或水泥结块以便保证称量精度。

　　水泥计量斗和粉煤灰计量斗下部装有由气缸开关的蝶阀，其开关由微机发出信号进行控制，计量斗出口与搅拌机上盖由防水帆布连接。

　　水泥斗和粉煤灰计量斗上端设有除尘口与搅拌罐连通，达到除尘及通气效果。

　　水计量系统由水泵、输送管、蝶阀、水秤及溜水槽等组成0）。水泵一经起动就一直运转，使管路保持一定的压力，当控制系统发出供水信号，气动蝶阀开启，水经计量斗计量后投放到搅拌罐内。水秤的计量原理与水泥秤相同。

　　统外加剂储料仓，外加剂秤组成（1）。外加剂由水泵从储料仓中泵入外加剂秤，计量后投放到搅拌罐内，储罐备有两台水泵，其中一台往计量筒中泵送液体，另一台用于对外加剂进行1.外加剂秤2.外加剂储料仓搅拌防止沉淀。外加剂1外加计量剂系统（待续）织和结构，搅拌作为混凝土基本的制备方法，起着极为重要的作用。搅拌质量的好坏，直接影响着混凝土生产的质量和水平。本文从宏观和微观的两个角度，分析混凝土的搅拌技术对混凝土质量的影响。

　　1混凝土搅拌的意义混凝土各组份的尺寸从0.它是分散性的多相混合物，各相界面间的表面现象对混合物的形成有很大的影响。影响搅拌过程的重要因素有：骨料流动性决定的吸收弥散过程的速度、活化的相间表面大小、粘性成分的分散性、搅拌过程的工序特点等。水泥混凝土是分散介质分子的水化物薄膜层粘结各相颗粒而形成的凝聚结构，水化物薄膜连结形成了具有高的剪切强度、粘性、弹性模量、内应力释放时间的物理、力学性能的空间结构，剪切强度和粘性使得骨料和粘性组份均匀分散的搅拌过程变得特别困难。只有当每一颗粒都被水化物薄膜包围时，也就是各组份完全均匀分布时，凝聚混合物结构才具有大的强度。

　　因此，从宏观和微观两个方面考虑，水泥混凝土搅拌的目的在于：促使混凝土中各组份均匀分布，达到宏观及微观上的均质；消除水泥颗粒的团聚现象，使其各颗粒表面被水浸润，加快水泥水化作用，提高活化性能，促使弥散现象的发展；破坏水泥颗粒表面的初始水化物薄膜包裹层，促使水泥颗粒与其它物料颗粒的结合，形成理想的水化生成物；）由于物料表面常常覆盖有一层薄薄灰尘及粘土，有碍于界面结合层的形成，故应使物料颗粒之间进行多次碰撞和相互摩擦，以减少灰尘薄膜的影响；）提高混合料各单元体参与运动的次数和运动轨迹的交叉频率，以加速达到匀质化。

　　搅拌就是通过混合料各物料间的相互碰撞、对流和扩散，促使物料颗粒，特别是水泥颗粒的弥散分布，达到混凝土宏观及微观结构上的匀质。评价搅拌质量好坏的标准为搅拌后得到的混凝土拌合物的匀质性程度和硬化混凝土的抗压强度。混凝土拌合物的匀质性和硬化混凝土试块的抗压强度反映了混凝土搅拌的宏观和微观上的均匀程度。从保证搅拌质量的意义上看，两者是统一的。

　　振动搅拌的提出传统的混凝土搅拌形式有自落式和强制式。这两种搅拌形式的搅拌机搅拌混凝土，一般在很短时间内就可以达到宏观上的均匀。但对这种拌和料仔细观察时，发现有些骨料表面是干燥的，另外还有一些干的小水泥团。如果把搅拌后宏观的均匀的混凝土中的水泥浆放在显微镜下，会发现水泥颗粒并没有均匀地分散在水中，有10'30的水泥颗粒零散地聚在一起，形成微小的水泥团，如（a）。水泥的这种团聚现象影响着混凝土和易性和强度的提高。因为水泥的水化作用只在水泥颗料的表面进行，如果水泥颗粒团聚，则水化作用的面积减少。所以必须把团聚的水泥颗粒分开，使其尽可能接近（0）所示的理想分布状态。

　　建设机械技术与管理2000.5 15就自落式和强制式搅拌原理而言，要增加物料颗粒间的碰撞次数，提高混合料各单元参与运动的次数和运动轨迹交叉的频率，在保证生产率不变的情况下，就必须提高工作机构的转速。而对于自落式搅拌机，当其滚筒转速超过临界转速时，物料在离心力的作用下会依附于滚筒壁内侧与之共转，不能达到搅拌的目的。对于强制式搅拌机，搅拌速度过快，混凝土硬化后的强度较低，搅拌效果不佳见）。这是因产品。技术为离心力较大，混合料中的质量不同的各组份会以不同的速度抛离搅拌叶片，造成物料离析，使物料难于均匀分布。

　　可见，按现有的搅拌原理和设备，难以使建筑混合料达到微观上的均匀分布，必须采用其他的辅助方式或新的搅拌原理。为此，必须研究混凝土拌和的动态过程，研究搅拌机工作机构与混凝土混合料相互作用的结构流变特性。

　　混凝土搅拌过程中伴随着拌匀和离析同时存在的两种现象，是一种动态的发展和变化过程。这可以用曲线来定性描述，如。

　　开始阶段的搅拌主要是靠物料的循环流动来实现！段）。此时搅拌过程在宏观水平进行。组份间的相界面小，因此各组份间的扩散现象不明显。离析的影响小，搅拌过程的发展速度主要取决于物料流的特点。

　　时刻起各组份在搅拌室内的扩散分布加快，循环流动与扩散运动在拌和过程中起的作用趋于相近。此时各组份，包括粘性组份的重新分布在微观水平上进行，并且从某一时刻起扩散运动起主要作用诅段），与此同时，粘结在一起的各组份再分离的过程也加快。拌匀与离析这两种相反的过程从某一时刻起基本上趋于动态平衡。此后，搅拌的意义不大，因为均匀度变化很小段）。个别情况时，上述相反过程的平衡要比均匀度好的时刻稍晚段曲线2）。在段"和段物料颗粒重新分布的速度不仅取决于物料的运动特点，而且取决于物料的结构流变特性：颗粒的大小、相间表面的大小及粘结力的值等。

　　水泥混凝土在搅拌过程中，各组份间不仅存在着物理作用，而且存在着化学作用；不仅混合物总容积发生了量的变化，而且其状态和性能也发生了质的变16建设机械技术与管理2000.5化。各相间面的表面现象对混合物形成的过程有很大的影响。相表面间不仅存在着物理吸附作用，还存在着水化反应等作用。对搅拌过程来说影响表面现象的主要因素是相表面间的吸附与扩散的速度。它取决于骨料颗粒的移动性、活化的相表面的大小、粘性组份的分散程度、搅拌过程的工序特点和其他因素。众所周知，水泥混凝土是分散的介质分子的水化物薄膜层粘结各相颗粒而形成的胶凝结构。这种结构是具有高的剪切强度、粘性、弹性模量、内应力释放时间等物理一力学性能的空间结构。前两者使得混合料各组份均匀分散的搅拌过程变得特别困难。只有当所有组份均匀分布和每一骨料都被水化物薄膜包围时，换言之，各相成分从微观上也达到均匀分布时，混合物的胶凝结构才稳定。这样的结构消除了混凝土内部的宏观及微观缺陷，凝固后才会具有大强度。搅拌的目的应在于此。

　　为了达到这一目的，搅拌过程中物料的位移必须由两种运动来实现。种称为对流运动，各组份在宏观上的均布，主要由搅拌室内的循环流动来保证。

　　这种运动在搅拌过程中是主要的，特别是在搅拌的开始阶段。现有的搅拌机械主要就是按这种要求来设计工作机构的，但是，只有这种运动是不够的。为了使各相表面间良好的结合，达到微观上的均匀，主要是粘性组份水泥和水、沥青等）的均布，相间还必须形成较快的扩散运动。附加振动作用、电磁波作用等辅助机构，主要是强化扩散运动，并为环流运动创造条件。种运动只能保证混凝土使用的基本要求，第二种运动则能改善混凝土性能。

　　因此，我们认为比较完善的搅拌过程，物料的位移必须由良好配合的对流运动和扩散运动来完成，这就是新提出的搅拌理论。

　　振动搅拌技术在混凝土生产中的应用振动搅拌技术的研究20世纪30年代始于前苏联。前苏联曾在转盘式强制式搅拌机中安装了两台频73kW的插入式振动器进行了振动搅拌试验，其结果如表1.由表可知，当水泥用量不变时，28天抗压强度约提高50，流动度略有提高；当混凝土强度不变时，大约可节约水泥301.由上述实验结果，混凝土的振动搅拌效益显著。

　　表1混凝土水泥搅拌时间塌落度工作度抗压强度MPa标号用天320普通搅拌建设机械技术与管理2000.5 17我校科研人员近年致力于新型混凝土机械的研制。按新的搅拌理论，提出了强制搅拌和振动搅拌相结合的方案：3.1立轴周期式振动搅拌如，此振动搅拌机主要有搅拌叶片驱动机构、激振器驱动轴、搅拌叶片、激振器、搅拌筒、上料口、出料口等组成。

　　搅拌机有两套驱动机构，即振动驱动机构和搅拌叶片驱动机构。振动机构动力由电机输出，经激振器驱动轴输给振动轴，偏心振动轴高速旋转使激振器壳体发生振动，从而对搅拌筒内物料施加了振动作用。

　　搅拌机构动力由电机输出，经减速器和齿轮传动减速后输给搅拌叶片轴，使搅拌叶片旋转，对物料进行搅拌。搅拌叶片除了对物料进行分割、推压和翻滚等作用外，还将物料不断地向上提升，并把物料推向激振器壳体。物料在自身重力和激振器的作用下，不断地向下向外洒落，从而形成对流循环。混合料由上料口装入，搅拌均匀后从出料口卸出。这样在振动和叶片搅拌的共同作用下，来实现混合料的均匀拌和。

　　3.2单卧轴式混凝土振动搅拌如，此振动搅拌机主要有搅拌叶片驱动机构、搅拌轴密封装置）、振动轴、搅拌叶片、搅拌筒、上料口、出料口等组成。搅拌机有两套独立驱动机构，即振动轴驱动机构和搅拌轴叶片驱动机构。振动机构动力由电机输出，偏心振动轴高速旋转使低速旋转的搅拌轴发生振动，从而对搅拌筒内物料施加了振动作用。偏心振动轴可以设计成为两端偏心ei=e2即双端等幅偏心），也可以设计成为两端偏心eie-即双端变幅偏心），乃至ei<0即为ei <0的单端偏心）。搅拌机构动力由电机输出，经减速器和齿轮传动减速后输给搅拌叶片轴，使搅拌叶片旋转，并与内装的振动轴一起，完成对物料进行搅拌。搅拌叶片旋向对称，除了可以对物料进行分割、推压和翻滚等作用外，物料将按一定的流向由进料口向筒体中部流动后，再向两端反向流动，待搅拌均匀后从出料口卸出。单卧轴式混凝土振动搅拌机由于搅拌轴随同搅拌叶片在振动轴的强迫振动作用下产生高频小振幅的振动，比立轴周期式振动搅拌的作用效果，更为理想的。此外，单卧轴式振动搅拌机的设计也为更高效率的双卧轴式振动搅拌机的研制提供了重要的依据。

　　3.3连续式振动搅拌为该振动搅拌机的工作原理示意图。其主要由螺旋工作机构、拌筒、深度激振器、螺旋作机构驱动装置、进料口、卸料口等组成。螺旋工作机构边旋转边振动，当混合料由进料口进入拌筒后，高频低幅的强振使混合料间的粘滞力可基本消除，在螺旋工作机构四种工况下的试验结果表3俗+±々仲搅拌时间混凝土拌合的匀质性硬化混凝土试块的抗压强度不同搅拌条件时混凝土强度的概率分布曲线推动下混合料向前盘旋运动的过程中获得快速而均匀的拌和。

　　根据连续搅拌的原理，结合单卧轴式混凝土振动搅拌机的结构形式，可以设计连续式振动搅拌机。

　　依据方案1立轴强制式出料容量50L）制作了试验样机，并通过大量实验比较证实了振动搅拌与普通强制搅拌在搅拌混凝土的微观匀质性、提高混凝土强度上的差异。同时在混凝土配合比、搅拌时间、试验方法等相同，而在不同搅拌条件的情况下，测定混凝土的匀质性和硬化混凝土试块的抗压强度。试验工况分四种：湿拌30s；试验证明：利用强制搅拌实现宏观的对流运动的同时，附加振动作用来强化物料的扩散运动，犹如在振动搅拌的试验结果表2混凝土拌和物的匀质性硬化混凝土试块的抗压强度强制搅拌机叶片运动的空隙中插入深度振动棒，使混合料的粘性和内摩擦力基本消除。振动强化和强制搅拌的良好配合，有效地改善了混凝土的搅拌性能，保证了混凝土的搅拌质量。所得拌和物中砂浆容重的相对误差AM <0.8，单位体积粗骨料重量的相对误差AG<5，符合国家标准。试验混凝土设计强度为C20，混凝土拌和物的塌落度为10~30mm，水泥用425普通硅酸盐水泥，细骨料用中砂。测得混凝土平均抗压强度R、强度标准差和离差系数Cv见表2、表3.可见在各种工况条件下，混凝土拌合物的匀质性相差并不大，而硬化混凝土试块的抗压强度表现出较大的差异性。振动搅拌与强制搅拌相比，混凝土抗压强度有大的提高，而强度的标准差、离差系数却大为下降，强度概率分布曲线窄而高，离散程度较小。这充分说明了振动搅拌在完成搅拌的同时，又改善了混凝土的微观结构，提高了混凝土微观匀质性。

　　从表中数据可知，运用振动搅拌技术，当水泥用量不变时，除混凝土强度提高外，搅拌时间大为缩短，搅拌机生产率提高，这都说明了振动搅拌的优越性。

　　结论与建议振动搅拌与传统的强制式搅拌相比，当水泥用量不变时，混凝土强度要提高20~35；当混凝土强度不变时，大约可节约水泥15 ~20.同时搅拌时间可缩短一半，节能约25.这个结论是基于在同等搅拌条件下，振动搅拌提高了混凝土的微观匀质性，混凝土的主要性能都有所改善。因此，致力于水泥及水泥混凝土微观机理的研究的同时，加强对水泥混凝土生产工艺的研究，可以生产出更高品质的混凝土。