周國超

（中交四航局廣州南沙工程有限公司，廣東 廣州 510230）

1 強制式混凝土攪拌機介紹

強制式混凝土攪拌機是混凝土生產(chǎn)設(shè)備的核心部件，主流強制式攪拌機的攪拌方式可以分為立軸行星式（以下簡稱行星式）和雙臥軸葉片式（以下簡稱葉片式）兩大類。國內(nèi)多數(shù)攪拌機的主機為雙臥軸葉片式，該機型攪拌普通混凝土效率高、卸料速度較快、設(shè)備購置成本相對較低。隨著建筑結(jié)構(gòu)裝配化的發(fā)展，預(yù)制件的應(yīng)用越來越普及，由于預(yù)制件多采用高性能混凝土，使立軸行星式攪拌主機近年來在國內(nèi)得到了快速發(fā)展，下面從立軸行星式攪拌主機的結(jié)構(gòu)原理、特點及對混凝土的影響來闡述。

2 立軸行星式攪拌主機的結(jié)構(gòu)原理

立軸行星式攪拌主機是一種立式攪拌機，如圖1 所示，結(jié)構(gòu)上包括攪拌機鍋體、液壓卸料機構(gòu)、觀察檢修口、耐磨合金襯板、攪拌機機蓋、驅(qū)動電機、行星減速箱、攪拌臂及葉片等八個部分，其工作原理為驅(qū)動電機6 啟動以后，通過行星式減速箱7 傳動，攪拌主機鍋體1 內(nèi)多組攪拌混合槳葉8 圍繞攪拌機鍋體1 公轉(zhuǎn)的同時，攪拌混合槳葉8 又以不同的轉(zhuǎn)速圍繞自身軸線自轉(zhuǎn)，使攪拌機鍋體1 內(nèi)的物料受到強烈的剪切和搓合，達到充分分散和混合的目的。

圖1 立軸行星式攪拌主機

3 立軸行星式攪拌主機的特點

（1）維護保養(yǎng)方便。立軸行星式攪拌主機采用立式結(jié)構(gòu)，無須靠潤滑脂的壓力來平衡主機內(nèi)水泥漿的壓力，沒有軸端漏漿的困擾，潤滑脂的加注量遠小于雙臥軸葉片式主機，且攪拌主機內(nèi)腔空間大，底部為平面，更換襯板、葉片較為便利，整體維護保養(yǎng)極為方便。

（2）無抱軸問題，日常清理工作少。立軸行星式攪拌主機攪拌臂在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的過程中物料都有一定的線速度，不存在抱軸的問題，葉片式攪拌機的攪拌軸附近的顆粒速度接近于0，由于靠近攪拌軸的顆粒速度很低，黏稠物料容易粘結(jié)到主軸上，如果不及時清理形成結(jié)塊，慢慢地長大就形成了抱軸。

（3）卸料口布置靈活。立軸行星式攪拌主機內(nèi)混合料沿攪拌主機做旋轉(zhuǎn)運動，主機底部圓周方向任何位置均可開卸料口，且可以同時開多個卸料口，這對于裝配式預(yù)制構(gòu)件廠多點受料的工況非常適用。如果采用雙臥軸葉片式攪拌主機，要實現(xiàn)多個卸料口，只能在主機底部卸料口加分料口，但這帶來大量的日常清理工作。

（4）無低效區(qū)，攪拌效率高。立軸行星式攪拌主機的攪拌臂在公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的運動過程中，可以到達桶內(nèi)一定高度內(nèi)所有的位置，桶內(nèi)物料都有一定的線速度，同時，在攪拌臂公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)的作用下，混合料料流速度較快，這樣不存在低效區(qū)，整體攪拌效率高。而雙臥軸葉片式攪拌機由于主軸附近沒有攪拌葉片，且由于攪拌軸附近線速度接近于0，只能靠物料之間的擠壓碰撞獲得很小的運動速度，故其低效區(qū)會較大，低效區(qū)的存在會導(dǎo)致攪拌效率的降低。

（5）不會積料、材料損耗低。立軸行星式攪拌主機是“平底鍋”結(jié)構(gòu)，屬于平面結(jié)構(gòu)卸料，卸料結(jié)構(gòu)上除攪拌葉片撥料卸料外，還設(shè)計有底刮葉片輔助卸料，卸料門可以布置多個大開口卸料門，雙臥軸是雙弧“歐米伽”結(jié)構(gòu)，卸料門結(jié)構(gòu)在中間，一般是窄形長條卸料口，大部分物料要靠攪拌葉片強制撥料卸料，尤其是低坍落度黏性混凝土，容易積在兩邊凹弧底部形成結(jié)塊，造成額外的材料消耗，增加清理工作，這從“每班次后洗鍋水那里積水就看得出來”。

4 立軸行星式攪拌方式對混凝土性能的影響

4.1 物料混合好，不易離析

立軸行星式攪拌臂推動物料做公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)運動，盡管物料也會沿豎直方向上有一些運動，但豎直運動相對于旋轉(zhuǎn)周期運動幅度很小，立軸行星攪拌機內(nèi)的物料主要運動是平面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。雙臥軸葉片式攪拌裝置中間區(qū)域主要是將物料從底部帶起來，向上拋撒，離心力和重力共同對物料作用，離心力是豎直往上的，而重力是豎直往下的，離心力和重力的方向相反，在兩側(cè)物料下落的過程中，離心力是往下的和重力方向相同，因此，物料受到的作用力較強。在攪拌過程中，重力起到了重要的作用，強制其沿螺旋方向運動，而行星式的重力沿豎直方向，而離心力則沿水平方向，故二者方向垂直，這樣的攪拌就比較溫和，骨料不容易離析，成品混凝土的質(zhì)量就會較高。

4.2 局部交錯范圍大，利于水泥的水化反應(yīng)

局部交錯流動主要發(fā)生在攪拌區(qū)域重合的部分，對于立軸行星式攪拌主機而言，凡是行星輪軸共同圍起來的地方就是攪拌區(qū)域重合部分，局部交錯流動范圍會很大，立軸行星式攪拌主機局部交錯區(qū)域大約占總面積的40%以上。不同物料的顆粒在此范圍內(nèi)都有可能發(fā)生碰撞，形成局部交錯對流流動，顆粒在交錯區(qū)域互相碰撞逆流進行充分混合，這就非常有利于打散水泥團顆粒，方便水泥與水接觸發(fā)生水化反應(yīng)。

而雙臥軸葉片式攪拌主機的交錯區(qū)域是雙軸上攪拌臂重合的部分，大約只占整個截面積的1/4，故更易形成小的水泥顆粒團，不利于水泥的水化。

4.3 纖維混凝土的攪拌

隨著我國石油化工行業(yè)的發(fā)展，纖維的產(chǎn)量越來越大，生產(chǎn)成本越來越低。纖維混凝土在抗拉強度、抗裂、韌性及壽命均有明顯的優(yōu)勢，因此，纖維混凝土是未來發(fā)展的趨勢。立軸行星式攪拌在纖維混凝土攪拌尤其是鋼纖維混凝土方面，明顯優(yōu)于雙臥軸攪拌方式。

雙臥軸葉片式在攪拌槽內(nèi)部需要許多攪拌槳葉和攪拌臂。這些幾何形狀為放置在攪拌機中的水泥纖維提供了許多用于結(jié)塊的結(jié)構(gòu)表面，如攪拌軸、攪拌臂、軸端附近、雙弧底部等。該物質(zhì)在日常生產(chǎn)過程中會積累，直到通過振動或在其自身重量作用下落入混合物中，然后，保留在表面上，不再能混合或分解。而立軸行星式攪拌主機即便主機鍋體容積再大，也僅需幾個旋轉(zhuǎn)混合臂，因此，結(jié)塊的結(jié)構(gòu)表面要小得多。此外，相當快的葉片速度會產(chǎn)生很高的分散混合力：發(fā)生的任何結(jié)塊都被拋回到混合物中，在那里塊狀物再次破碎。

在立軸行星式攪拌主機鍋體內(nèi)，混合物料的混合和運輸彼此分開。輸送是通過公轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的攪拌底刮葉片進行的，而攪拌是通過已適應(yīng)特定攪拌任務(wù)的自轉(zhuǎn)又能公轉(zhuǎn)攪拌葉片（稱為行星轉(zhuǎn)子葉片組）進行的。混合任務(wù)的這種分離提供了設(shè)計混合軌跡獨特和獨特的自由速度（行星轉(zhuǎn)子公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)速度疊加）2.0 ～4.0m/s。立軸行星式混合機上的旋轉(zhuǎn)攪拌系統(tǒng)在圓形槽內(nèi)的循環(huán)路徑軌跡上高速旋轉(zhuǎn)，這會使物料混合物在每個循環(huán)過程中受到高效剪切力，從而導(dǎo)致所需的精細分散（即水泥、填料和添加劑的精細分散和精細分布）包括纖維分散效果。立軸行星攪拌葉片組幾乎不需要與弧壁襯板接觸，這意味著，它可以按照需要的高速度運行。這不僅有助于提供完美的纖維混凝土混合質(zhì)量，而且還可以縮短混合時間。

5 結(jié)語

綜上所述，立軸行星式相較傳統(tǒng)的雙臥軸葉片式攪拌方式在設(shè)備維護保養(yǎng)、攪拌效率及對混凝土的性能、纖維混凝土攪拌方面均有優(yōu)勢。但其制造成本較高，且由于結(jié)構(gòu)原因其卸料門較小，卸料速度慢，攪拌低標號混凝土?xí)r能耗高，故立軸行星式攪拌方式適合對混凝土質(zhì)量要求較高的固定場所，如裝配式建筑及橋梁、隧道管片等預(yù)制構(gòu)件廠，而在山區(qū)高速、商品混凝土或其他對混凝土要求不高的臨時場合雙臥軸攪拌方式更有優(yōu)勢。