（鄭州三和水工機(jī)械有限公司，河南 鄭州 450120）

混凝土攪拌機(jī)按攪拌機(jī)理的不同，可分為自落式和強(qiáng)制式兩種型式。在水電大壩建造中，主要采用雙錐形，上仰15°，前端進(jìn)料，傾翻出料的機(jī)型。該攪拌機(jī)由美國(guó)約翰遜公司推出，在美國(guó)上世紀(jì)前、中期水電大規(guī)模開(kāi)發(fā)時(shí)得到廣泛應(yīng)用。其后，在法國(guó)、意大利、日本以及我國(guó)生產(chǎn)的攪拌樓上，也主要配用此機(jī)型。

強(qiáng)制式攪拌機(jī)起源于德國(guó)，并在世界各地得到廣泛應(yīng)用，強(qiáng)制式攪拌機(jī)有立式盤形和單臥軸、雙臥軸等多種機(jī)型。雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)于1888年由德國(guó)BHS-桑索霍芬公司發(fā)明推出。經(jīng)過(guò)上百年的競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展，目前，雙臥軸型式已確立為主導(dǎo)機(jī)型。

1 自落式和強(qiáng)制式攪拌機(jī)的定性比較分析（相同容量機(jī)型）

1）設(shè)備結(jié)構(gòu)和制造難度，自落式較簡(jiǎn)單；

2）設(shè)備自重，兩者差別不大；

3）生產(chǎn)效率，強(qiáng)制式比自落式高1倍以上；

4）攪拌性能和質(zhì)量，強(qiáng)制式遠(yuǎn)優(yōu)于自落式；

5）電動(dòng)機(jī)功率，強(qiáng)制式比自落式大1～2倍，但以單方混凝土計(jì)的單位能耗兩者基本相當(dāng)，或強(qiáng)制式比自落式更??；

6）對(duì)粗骨料粒徑的適應(yīng)性，自落式適應(yīng)性強(qiáng)，而強(qiáng)制式只有較大的機(jī)型才能攪拌較大骨料粒徑的水工混凝土；

7）磨損件的消耗，強(qiáng)制式遠(yuǎn)高于自落式；

8）強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)料口與進(jìn)料通道間是固定的，密封性好，而自落式的進(jìn)料口回轉(zhuǎn)，只能盡量減少而不易防止灰料不揚(yáng)出。

2 攪拌機(jī)原理分析

混凝土攪拌機(jī)的作用是將分別計(jì)量的各種組分材料混合均勻，并使粗、細(xì)骨料的表面均勻裹上一層膠凝灰漿。

自落式攪拌機(jī)的攪拌過(guò)程主要是“拌”，而“攪”則居次。其攪拌過(guò)程由兩部分組成：一是大部分物料堆積在拌筒下部，隨葉片沿回轉(zhuǎn)方向前進(jìn)過(guò)程中，靠前的物料不斷向后沿后續(xù)料堆表面滾落，起到攪拌作用；二是當(dāng)葉片回轉(zhuǎn)至一定高度時(shí)，把尚存于葉片上部的物料繼續(xù)向上提升，后在重力作用下陸續(xù)灑落、拌合。根據(jù)美國(guó)混凝土建筑手冊(cè)的推薦和我國(guó)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，攪拌筒內(nèi)徑最大處或葉片外緣處的線速度宜在1.42～1.58m/s之間。雙錐形自落式攪拌機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速按出料容量計(jì)1.0m3、1.5m3、3.0m3和4.5～5.0m3分別為15、13、10.5和9.5r/min。為獲得合格的攪拌質(zhì)量，根據(jù)試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，需要較長(zhǎng)的純攪拌時(shí)間，分別為60～90s、75～90s、90～120s和100～130s，攪拌的混凝土坍落度高時(shí)取較短值，低時(shí)取較長(zhǎng)值，但骨料粒徑大小對(duì)純攪拌時(shí)間并無(wú)明顯影響。

雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)則是“攪”“拌”并重，其呈ω形的攪拌槽是固定的，通過(guò)設(shè)在槽內(nèi)兩個(gè)平行、相對(duì)回轉(zhuǎn)軸具有一定偏角的葉片，深入混凝土組料對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)制性攪動(dòng)，使槽內(nèi)物料不斷地進(jìn)行左右、前后和上下三維交換。同時(shí)，由于物料是在相互間具有很大壓強(qiáng)的情況下進(jìn)行剪切滑動(dòng)，大大提高了骨料表面的裹漿效率。

因此，強(qiáng)制式攪拌與自落式相比，具有以下兩大顯著優(yōu)點(diǎn)：一是生產(chǎn)效率高，純攪拌時(shí)間僅需20～30s[1]，僅為自落式的40～50%；二是攪拌出的混凝土質(zhì)量高，雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的攪拌軸上一般各設(shè)有7片（也有多至8～10片）鏟刀，極大部分時(shí)間都是深入在組料內(nèi)部對(duì)其進(jìn)行攪動(dòng)，且在全部攪拌區(qū)內(nèi)不存在攪拌死角，攪拌出的混凝土中，各種組料尤其是膠凝粉料分布均勻，攪拌質(zhì)量遠(yuǎn)優(yōu)于自落式攪拌機(jī)，具體體現(xiàn)在采用相同配比時(shí)混凝土可獲得更高的強(qiáng)度，或獲得相同的強(qiáng)度時(shí)可節(jié)省10%左右水泥用量。同時(shí)，其攪拌出的混凝土在同一盤次中或前后盤次間離差系數(shù)小。

同時(shí)，其攪拌出的混凝土在同一盤次中或前后盤次間強(qiáng)度波動(dòng)變化小，即離差系數(shù)或歐洲國(guó)家所稱的強(qiáng)度變化系數(shù)小。

3 雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)在水工混凝土生產(chǎn)應(yīng)用中的分析

雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)具有生產(chǎn)效率高和攪拌質(zhì)量好兩大突出優(yōu)點(diǎn)，所以目前在世界各地和我國(guó)絕大部分混凝土生產(chǎn)中都已采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)。在水工碾壓混凝土（RCC）生產(chǎn)中，我國(guó)目前大部分也已經(jīng)采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)。但在四級(jí)配常態(tài)混凝土生產(chǎn)中，業(yè)內(nèi)主導(dǎo)意見(jiàn)還是宜采用自落式攪拌機(jī)。

3.1 技術(shù)適應(yīng)性

自落式攪拌機(jī)的葉片與筒體是固定的，相互間空間較大，因此，即使小型機(jī)也能攪拌最大骨料為150mm的四級(jí)配混凝土。而雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)由于有在物料內(nèi)攪動(dòng)的葉片，且攪拌阻力隨骨料粒徑的增大而增加，因此小型機(jī)不適應(yīng)攪拌具有大尺寸骨料的混凝土。按實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，攪拌最大骨料粒徑80mm的三級(jí)配混凝土應(yīng)采用2.5～3.0立方及以上機(jī)型，骨料粒徑150mm的四級(jí)配混凝土應(yīng)采用4.5立方及以上機(jī)型。所以，雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)應(yīng)用于四級(jí)配常態(tài)混凝土在技術(shù)上是適用的，只是由于攪拌大骨料混凝土?xí)r攪拌阻力要大一些，因此選用時(shí)應(yīng)比攪拌一般建筑用商品混凝土加大一級(jí)機(jī)型[2]。

我國(guó)采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌四級(jí)配大壩混凝土始于上世紀(jì)90年代初的水口水電站二期混凝土系統(tǒng)。其后，三峽工程98.7高程混凝土系統(tǒng)、錦屏一級(jí)大壩、龍灘混凝土系統(tǒng)均采用德國(guó)BHS公司的雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)。在經(jīng)受嚴(yán)酷工況和長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)高強(qiáng)度的運(yùn)行中，該攪拌機(jī)不僅適用于攪拌四級(jí)配混凝土，且其攪拌效率和攪拌質(zhì)量也遠(yuǎn)優(yōu)于自落式攪拌機(jī)。因此，只要選型得當(dāng)，雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)不僅能夠適應(yīng)四級(jí)配混凝土，而且能夠攪拌出比自落式質(zhì)量更優(yōu)的各種類型的水工混凝土。

3.2 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

1）雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)經(jīng)濟(jì)性的最大正面因素是攪拌質(zhì)量好。在水口水電站實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)比結(jié)果如下：

①同一標(biāo)號(hào)且相同配比的混凝土，強(qiáng)制式比自落式的強(qiáng)度均值高11.5%～18.3%。

②當(dāng)獲得相同強(qiáng)度時(shí)，強(qiáng)制式比自落式攪拌可減少水泥用量10%～15%；

③強(qiáng)制式攪拌混凝土的離差系數(shù)均值為0.14，而自落式為0.17，即前者不同盤次和同一盤次中取樣的混凝土比較均勻，強(qiáng)度波動(dòng)小20%左右。

2)雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)經(jīng)濟(jì)性的最大負(fù)面因素是葉片和襯板的磨損比較大；磨琢性高的石英砂巖和花崗巖與磨琢性最低的灰?guī)r和安山巖相比，葉片、襯板等耐用壽命可相差5～10倍。水口水電站的骨料為天然砂卵石，其中少部份大骨料由超徑料人工破碎。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中下部最易磨損部位的襯板平均耐用壽命為1.2萬(wàn)盤次，葉片為1.7萬(wàn)盤次。平均每攪拌1m3混凝土的耗鋼量為0.05kg，按當(dāng)時(shí)價(jià)格折合費(fèi)用為0.2元/m3。

3）攪拌能耗。就攪拌二級(jí)配普通混凝土而言，相同容量的雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的功率約為自落式的2倍，強(qiáng)制式攪拌時(shí)間短，不到自落式的一半，所以攪拌單方混凝土的電耗低20%以上。但攪拌大骨料的水工混凝土?xí)r，強(qiáng)制式的機(jī)型要加大一擋，電機(jī)功率約為自落式的3倍，但考慮到攪拌時(shí)間，兩種機(jī)型攪拌單方混凝土的電耗基本相當(dāng)。

4 攪拌機(jī)攪拌時(shí)間

1）我國(guó)DL/T5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》規(guī)定的最少拌和時(shí)間，拌和機(jī)容量大于1m3小于等于3m3時(shí)，自落式為120s，強(qiáng)制式為75s，大于3m3時(shí),自落式為150s，強(qiáng)制式為90s。

通過(guò)攪拌機(jī)電機(jī)電流的變化可以辨別混凝土攪拌的成熟程度，一般規(guī)律是開(kāi)始進(jìn)料后電機(jī)電流迅即上升，并隨進(jìn)料的增加而增大，約10～15s時(shí)達(dá)到峰值，隨著攪拌的進(jìn)行，電流均值逐漸下降，漸趨平緩，表明混凝土已基本攪拌成熟。大型機(jī)功率曲線的拐點(diǎn)約在進(jìn)料結(jié)束后30～35s，此后電流雖還會(huì)有些下降，但更趨平緩。

2）攪拌碾壓混凝土?xí)r是否需要延長(zhǎng)攪拌時(shí)間

攪拌機(jī)的作用，一是將組料拌勻，二是使骨料表面充分裹漿。碾壓混凝土的密實(shí)過(guò)程是，在碾輪的重力和激振力的作用下，將粗骨料向較小的組料中擠，砂漿、漿液和空氣則被擠流向較粗組料的空隙中。碾壓時(shí)，碾輪下的混凝土形成三角形分布，漿液在大壓力條件下沿骨料表面進(jìn)行擠動(dòng)，使骨料表面得到又一次裹漿的機(jī)會(huì)，即使在攪拌時(shí)有一部分表面裹漿不太好的骨料，經(jīng)多次反復(fù)碾壓，裹漿情況會(huì)得到補(bǔ)償而改善[3]。而常態(tài)混凝土的密實(shí)過(guò)程是利用振搗器的振動(dòng)力使周邊混凝土組料處于振動(dòng)狀態(tài)而減少內(nèi)磨擦，在重力作用下，較細(xì)的物料流向并填充較粗物料間的空隙，多余的漿液浮向表層，并將絕大部分的空氣趕出。

因此，碾壓混凝土的攪拌時(shí)間，不僅不需延長(zhǎng)，甚至可以適當(dāng)減少，以提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，并節(jié)省成本。

5 小結(jié)

1）雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的攪拌機(jī)理比自落式先進(jìn)，具有攪拌質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高等顯著優(yōu)勢(shì)，已成為各行業(yè)攪拌混凝土的首選機(jī)型。

2）雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)用于攪拌水工混凝土?xí)r，只要選用與骨料最大粒徑相適應(yīng)的較大機(jī)型，技術(shù)和性能上不存任何障礙，且同樣具有攪拌質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)。

3）強(qiáng)制式攪拌機(jī)純攪拌時(shí)間應(yīng)按廠家規(guī)定而不再人為延長(zhǎng)，以避免無(wú)謂的增大能耗、磨耗和攪拌熱，并降低攪拌成本。