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        高性能混凝土振動攪拌技術(shù)研究

        2022-08-15 07:45:52王智慧
        交通世界 2022年21期
        關(guān)鍵詞:振動常規(guī)混凝土

        王智慧

        (中交二公局第六工程有限公司,陜西 西安 710003)

        1 傳統(tǒng)攪拌技術(shù)的不足

        傳統(tǒng)攪拌機的攪拌運動方式分為三種:周向運動、軸向運動和徑向運動。以上三種運動的復(fù)合作用滿足宏觀均勻性的要求,卻不能讓細(xì)微尺寸的“黏結(jié)料團(tuán)?!背浞謴浬ⅰ?/p>

        目前,傳統(tǒng)靜力攪拌技術(shù)的應(yīng)用形式主要有兩類:①自落式攪拌技術(shù),主要是借助于攪拌葉片的分割及提升作用,帶動混合物料上升,然后當(dāng)物料重力破壞摩擦力平衡,則會自由下落,如此以往便能使物料攪拌足夠均勻。其技術(shù)優(yōu)勢在于功耗相對低,且攪拌機械不易受磨損,但也因其達(dá)不到較高攪拌強度,而使其面臨混凝土攪拌效率低的問題,并且對混凝土材質(zhì)有所要求,主要為塑性、半塑性等材料。②強制攪拌技術(shù),有效提高物料攪拌劇烈程度,采用的是旋轉(zhuǎn)攪拌的方式,具有更強的靜力作用,混合料可受到擠壓、剪切、翻滾等攪拌效果,因而整體攪拌效率顯著提升,但也帶來攪拌設(shè)備的極大損耗。同時,在使用中也有局限性,干硬性、輕骨料混凝土可采用該攪拌方式。整體而言,常規(guī)靜力攪拌方式下,普遍存在攪拌速度受限的問題,而且物料中心位置不易得到充分?jǐn)嚢?,整體攪拌效果存在均質(zhì)性差的問題,水泥團(tuán)粒問題也較多存在,并且在追求高性能混凝土應(yīng)用過程中,常規(guī)靜力攪拌技術(shù)的缺陷更為明顯。

        2 振動攪拌技術(shù)原理及其優(yōu)勢

        2.1 技術(shù)原理

        振動攪拌示意圖如圖1所示,其所能實現(xiàn)的不僅是混凝土宏觀上的攪拌、對流,還能借助振動作用而達(dá)到微觀層面上的有效擴散,兩者結(jié)合可使物料攪拌達(dá)到拌勻、拌透的目的。其技術(shù)基礎(chǔ)仍是常規(guī)攪拌機械,以其為基礎(chǔ)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,開發(fā)應(yīng)用新的振動攪拌的模式,能夠使物料實現(xiàn)高頻微觀擴散,進(jìn)而使混凝土性能更加優(yōu)異。

        圖1 振動攪拌示意圖

        其技術(shù)核心在于:首先是采取了“位移式”激振的方式,使之與攪拌裝置相結(jié)合,該技術(shù)在常規(guī)邊攪拌邊振動方式基礎(chǔ)上進(jìn)行了創(chuàng)新,可保證其在規(guī)定物料質(zhì)量范圍內(nèi)維持均勻振幅,不再受物料多寡影響,振動攪拌效果得以提升;其次是采用了先進(jìn)的振動能量定向傳播技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)在攪拌軸振動過程中而有效降低攪拌設(shè)備殼體的振動幅度,省去了減振環(huán)節(jié),降低設(shè)備成本及能量損耗。為此,通過綜合運用以上兩項技術(shù),位移激振的方式使得混凝土攪拌更為高效,而振動能量定向傳播技術(shù)可實現(xiàn)能量利用率提升,減少振動能量損耗。

        振動攪拌的內(nèi)在機理:在常規(guī)攪拌方式下,水泥顆粒更易產(chǎn)生聚團(tuán)效應(yīng),如圖2所示,而通過應(yīng)用振動攪拌的方式,可打破這種黏聚狀態(tài),保證水泥顆粒分布均勻性。不僅如此,在振動攪拌方式下,可實現(xiàn)混合料顆粒的高速運動、碰撞,進(jìn)而使水化反應(yīng)加速,混凝土漿體轉(zhuǎn)化為液相的速度也大幅提升。正是因為振動攪拌下可獲得更佳的水化效果,從氣相成分及分布來說,相較于常規(guī)攪拌方式,也有很大提升。同時,振動攪拌還有其他效果,有助于集料表面的凈化,使混凝土內(nèi)部材料黏結(jié)力效果更佳,進(jìn)而使高性能混凝土耐久性得以優(yōu)化。微觀均勻是水泥顆粒3~80μm,粉煤灰顆粒45μm 左右,水滴最小直徑20μm。因此,添加劑用量更少、顆粒直徑更小,以上各種細(xì)集料黏結(jié)料顆粒均勻分布才是微觀均勻。

        圖2 微觀水泥顆粒分布對比

        2.2 振動攪拌技術(shù)優(yōu)勢

        首先可實現(xiàn)混凝土品質(zhì)的提升,具體體現(xiàn)結(jié)構(gòu)強度的優(yōu)化。相較于常規(guī)攪拌方式,在保證材料品質(zhì)及配比一致性情況下,振動攪拌技術(shù)可以使其強度超逾8%,并且還能減少持續(xù)攪拌的時長,同時還具有較小的離差系數(shù);其次有助于水泥材料的節(jié)約,可以在更小的水泥比例下,達(dá)到設(shè)計要求的混凝土強度,而且經(jīng)試驗驗證,相較于常規(guī)攪拌方式,即使水泥用量降低5%,利用振動攪拌的方式同樣可達(dá)足夠抗壓強度,具有較好的經(jīng)濟(jì)性;再次在振動攪拌機械方面,通過進(jìn)行動平衡分析,振動攪拌相關(guān)機械具有更佳的性能,而且設(shè)備整體可靠性較好;最后從振動攪拌設(shè)備角度而言,因其采用的是自身振動的原理,能夠避免混凝土的黏連附著,攪拌軸、缸體等部位更加便于清理和維護(hù),尤其是相較于常規(guī)攪拌方式下的相關(guān)設(shè)備,清理問題得到有效簡化。詳見表1。

        表1 振動攪拌技術(shù)優(yōu)勢對比

        3 混凝土攪拌試驗分析

        為深入研究振動攪拌機理及實用效果,本文依托于實際工程,在相同材料及配比條件下,通過進(jìn)行對比試驗,分析振動攪拌與常規(guī)攪拌技術(shù)的優(yōu)劣,并逐步探索提高振動攪拌技術(shù)可靠性的具體措施,進(jìn)而為混凝土的性能指標(biāo)及生產(chǎn)效益提升創(chuàng)造條件。

        3.1 工程概況

        京德高速公路起于北京大興區(qū)國際機場(新機場高速北線),經(jīng)北京、河北、山東2 省1 市,起點位于故城縣城東刁南莊與吳夏莊之間衛(wèi)運河(冀魯省界),與德州-上饒高速公路(G0321)連接,是中國高速公路網(wǎng)中的一條南北縱線。京德高速作為雄安新區(qū)“四縱三橫”區(qū)域高速公路網(wǎng)中縱四線,是雄安新區(qū)通往北京新機場與冀東南、魯西之間的重要聯(lián)系通道,也是北京新機場“五縱兩橫”地面綜合交通體系中縱向機場高速的重要組成部分,

        該條高速公路建成通車后將有力促進(jìn)高速公路沿線的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,為脫貧攻堅戰(zhàn)取得好成績奠定了良好的基礎(chǔ)。主線起自廊坊市固安縣紀(jì)家莊村東京冀界,與北京段(新機場南北航站樓聯(lián)絡(luò)線)順接,向南經(jīng)西營、知子營、大辛閣、養(yǎng)馬莊,龍虎莊、康仙莊,在蘇橋鎮(zhèn)跨越大清河及趙王新河,后轉(zhuǎn)向西南經(jīng)大圍河鄉(xiāng)、文安縣城西、大留鎮(zhèn)東進(jìn)入滄州市境內(nèi),向南經(jīng)梁召鎮(zhèn),終于任丘市梁召鎮(zhèn)與津石高速交叉處,路線全長87.256km。

        主線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),設(shè)計速度120km/h,路基寬度34.5m。主線設(shè)知子營、千人目、徐各莊、梁召樞紐互通立交4處,機場、永清西、永清南、霸州東、文安西、文安北、大留鎮(zhèn)服務(wù)型互通立交7處。設(shè)特大橋30 770m/6座,大橋2 697m/8座,中橋134m/2座,涵洞22道,通道63道。設(shè)主線上跨分離式立交2 579.3m/12座、天橋2座。設(shè)匝道收費站7處,服務(wù)區(qū)2處,停車區(qū)2處,養(yǎng)護(hù)中心1處,監(jiān)控通信分中心1處。

        本單位所承建的京德高速ZT6標(biāo),為雙向六車道高速公路,主要包含路基工程6.48km,路面工程21.269km,還包括橋涵、防護(hù)、排水等工程。本項目主要配置振動攪拌站,而且振動攪拌技術(shù)裝備相對成熟,采取嚴(yán)格的材料品質(zhì)及堆放管理措施,較好地保障了對比試驗的準(zhǔn)確性。本次研究的目標(biāo)是利用振動活化與強制拌和有機結(jié)合的方法來生產(chǎn)混凝土,該技術(shù)在各個地區(qū)已得到成功應(yīng)用。開展(高性能)混凝土振動拌和機理的研究,形成面向工程應(yīng)用的可靠的振動攪拌技術(shù),將為提高混凝土性能和生產(chǎn)效率開創(chuàng)一條更為經(jīng)濟(jì)的途徑。為工程建設(shè)降本增效創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益,為節(jié)能減排綠色生產(chǎn)創(chuàng)造顯著的社會效益。

        3.2 試驗方案

        為準(zhǔn)確體現(xiàn)振動攪拌技術(shù)優(yōu)勢,通過以下對比試驗的方式。以本項目工程中常用的C50、C40、C35 三種不同標(biāo)號混凝土為試驗對象,研究其在不同攪拌條件下常規(guī)攪拌與振動攪拌兩種方式的差異。首先進(jìn)行抗壓強度的對比,通過建立時間梯度(3d、7d、28d),分析不同時限下混凝土強度參數(shù)。然后再進(jìn)行分組測試,研究各標(biāo)號混凝土在不同振動方式、時長下主要性能參數(shù)的差異,如坍落度、含氣量、擴展度等。具體的試驗結(jié)果如表2~5所示。

        表2 配合比

        表3 原材料信息

        表4 不同攪拌方式下抗壓強度對比

        表5 不同攪拌方式下工作性能對比

        3.3 試驗結(jié)果分析

        經(jīng)試驗數(shù)據(jù)分析可知,振動攪拌技術(shù)優(yōu)勢明顯,可促進(jìn)混凝土材料均勻性優(yōu)化,并且相較于常規(guī)攪拌方式混凝土,其結(jié)構(gòu)強度有3MPa 的提升,混凝土性能獲較大提升。通過振動攪拌的方式,可有效避免非振動攪拌下可能存在的結(jié)構(gòu)強度不均勻問題,并且混凝土材料整體耐久性顯著提高。因此,當(dāng)需達(dá)到設(shè)計要求的強度、均勻性等關(guān)鍵指標(biāo)的情況下,振動攪拌技術(shù)更有助于水泥用量節(jié)約,進(jìn)而達(dá)到較高經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。振動攪拌與普通攪拌相比,其坍落度值平均要增加10~25mm,相應(yīng)的擴展度與含氣量均有提高。通過混凝土外觀狀態(tài)觀察及實測坍落度指標(biāo)測試都顯示出振動攪拌對提升混凝土的和易性具有一定的優(yōu)勢,混合物不離析、不泌水,更易于施工。與普通攪拌相比,在振動攪拌條件下混凝土3d、28d平均抗壓強度分別提高4%和5%以上。振動攪拌與普通強制攪拌相比,其3d和28d抗壓強度離差系數(shù)都不超過3%;而普通強制攪拌的離差系數(shù)比較大,最大值達(dá)到了3.5%。

        通過上述實驗數(shù)據(jù)分析,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,攪拌過程中打開振動。由于外加劑固含量較高,摻量較低,敏感性強,應(yīng)將高標(biāo)號外加劑與低標(biāo)號外加劑進(jìn)行區(qū)分使用,另外根據(jù)環(huán)境情況適時調(diào)整外加劑用量,避免過摻。開啟振動攪拌后,凈攪拌時間比普通攪拌減少30%左右。為提升混凝土的性能與品質(zhì),進(jìn)行混凝土生產(chǎn)施工的全過程必須要精細(xì)化控制。注重新技術(shù)對混凝土高性能化數(shù)據(jù)的對比、收集與分析。

        4 結(jié)語

        為實現(xiàn)高性能混凝土品質(zhì)的進(jìn)一步優(yōu)化,可從攪拌環(huán)節(jié)入手。由于傳統(tǒng)攪拌技術(shù)存在效率低、勻質(zhì)性差、能耗高等不足,應(yīng)創(chuàng)新應(yīng)用振動攪拌技術(shù),發(fā)揮其在混凝土性能提升、水泥節(jié)約、設(shè)備易維護(hù)等方面的優(yōu)勢,并在對比試驗下得以有效證明從而進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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