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。以上三種運動的復合作用滿足宏觀均勻性的要求，卻不能讓細微尺寸的“黏結料團?！背浞謴浬?。

目前，傳統(tǒng)靜力攪拌技術的應用形式主要有兩類：①自落式攪拌技術，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，并且對混凝土材質有所要求，主要為塑性、半塑性等材料。②強制攪拌技術，有效提高物料攪拌劇烈程度，采用的是旋轉攪拌的方式，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攪拌，整體攪拌效果存在均質性差的問題，水泥團粒問題也較多存在，并且在追求高性能混凝土應用過程中，常規(guī)靜力攪拌技術的缺陷更為明顯。

2 振動攪拌技術原理及其優(yōu)勢

2.1 技術原理

振動攪拌示意圖如圖1所示，其所能實現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到微觀層面上的有效擴散，兩者結合可使物料攪拌達到拌勻、拌透的目的。其技術基礎仍是常規(guī)攪拌機械，以其為基礎進行技術創(chuàng)新，開發(fā)應用新的振動攪拌的模式，能夠使物料實現高頻微觀擴散，進而使混凝土性能更加優(yōu)異。

圖1 振動攪拌示意圖

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

振動攪拌的內在機理：在常規(guī)攪拌方式下，水泥顆粒更易產生聚團效應，如圖2所示，而通過應用振動攪拌的方式，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，可實現混合料顆粒的高速運動、碰撞，進而使水化反應加速，混凝土漿體轉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，使混凝土內部材料黏結力效果更佳，進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，以上各種細集料黏結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 振動攪拌技術優(yōu)勢

首先可實現混凝土品質的提升，具體體現結構強度的優(yōu)化。相較于常規(guī)攪拌方式，在保證材料品質及配比一致性情況下，振動攪拌技術可以使其強度超逾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；其次有助于水泥材料的節(jié)約，可以在更小的水泥比例下，達到設計要求的混凝土強度，而且經試驗驗證，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足夠抗壓強度，具有較好的經濟性；再次在振動攪拌機械方面，通過進行動平衡分析，振動攪拌相關機械具有更佳的性能，而且設備整體可靠性較好；最后從振動攪拌設備角度而言，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，尤其是相較于常規(guī)攪拌方式下的相關設備，清理問題得到有效簡化。詳見表1。

表1 振動攪拌技術優(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，通過進行對比試驗，分析振動攪拌與常規(guī)攪拌技術的優(yōu)劣，并逐步探索提高振動攪拌技術可靠性的具體措施，進而為混凝土的性能指標及生產效益提升創(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高速公路沿線的經濟發(fā)展，為脫貧攻堅戰(zhàn)取得好成績奠定了良好的基礎。主線起自廊坊市固安縣紀家莊村東京冀界，與北京段（新機場南北航站樓聯絡線）順接，向南經西營、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，后轉向西南經大圍河鄉(xiāng)、文安縣城西、大留鎮(zhèn)東進入滄州市境內，向南經梁召鎮(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準建設，設計速度120km/h，路基寬度34.5m。主線設知子營、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)服務型互通立交7處。設特大橋30 770m/6座，大橋2 697m/8座，中橋134m/2座，涵洞22道，通道63道。設主線上跨分離式立交2 579.3m/12座、天橋2座。設匝道收費站7處，服務區(qū)2處，停車區(qū)2處，養(yǎng)護中心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，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、排水等工程。本項目主要配置振動攪拌站，而且振動攪拌技術裝備相對成熟，采取嚴格的材料品質及堆放管理措施，較好地保障了對比試驗的準確性。本次研究的目標是利用振動活化與強制拌和有機結合的方法來生產混凝土，該技術在各個地區(qū)已得到成功應用。開展（高性能）混凝土振動拌和機理的研究，形成面向工程應用的可靠的振動攪拌技術，將為提高混凝土性能和生產效率開創(chuàng)一條更為經濟的途徑。為工程建設降本增效創(chuàng)造較大的經濟效益，為節(jié)能減排綠色生產創(chuàng)造顯著的社會效益。

3.2 試驗方案

為準確體現振動攪拌技術優(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。然后再進行分組測試，研究各標號混凝土在不同振動方式、時長下主要性能參數的差異，如坍落度、含氣量、擴展度等。具體的試驗結果如表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 試驗結果分析

經試驗數據分析可知，振動攪拌技術優(yōu)勢明顯，可促進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，其結構強度有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構強度不均勻問題，并且混凝土材料整體耐久性顯著提高。因此，當需達到設計要求的強度、均勻性等關鍵指標的情況下，振動攪拌技術更有助于水泥用量節(jié)約，進而達到較高經濟指標。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抗壓強度離差系數都不超過3%；而普通強制攪拌的離差系數比較大，最大值達到了3.5%。

通過上述實驗數據分析，根據現場實際情況，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，應將高標號外加劑與低標號外加劑進行區(qū)分使用，另外根據環(huán)境情況適時調整外加劑用量，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，進行混凝土生產施工的全過程必須要精細化控制。注重新技術對混凝土高性能化數據的對比、收集與分析。

4 結語

為實現高性能混凝土品質的進一步優(yōu)化，可從攪拌環(huán)節(jié)入手。由于傳統(tǒng)攪拌技術存在效率低、勻質性差、能耗高等不足，應創(chuàng)新應用振動攪拌技術，發(fā)揮其在混凝土性能提升、水泥節(jié)約、設備易維護等方面的優(yōu)勢，并在對比試驗下得以有效證明從而進一步推廣應用。