关于混凝土振动搅拌设备的特点分析-中国期刊网

关于混凝土振动搅拌设备的特点分析

郭奎艾君

中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司湖北武汉 430014

摘要：当前社会建筑行业都离不开混凝土，但混凝土的质量离不开搅拌设备，好的搅拌设备可以为混凝土的质量锦上添花。振动搅拌技术，可激发混凝土材料本身潜能，改善混凝土材料的微观结构，使混凝土工作性质、力学性能以及耐久性能得到革命性提升。随着振动搅拌技术的不断推广普及，振动搅拌技术标准体系已初步形成，并在国家和地方重大项目品质工程建设中起到了重要的支撑作用。基于振动搅拌技术的“振动搅拌绿色高性能混凝土”和“抗裂稳定土振动搅拌关键技术及设备开发”等重大科研技术创新成果已入选交通运输部重大科技成果推广项目。

关键词：混凝土；振动搅拌；成本；效益

1 振动搅拌原理

振动搅拌是宏观对流运动和微观扩散运动的完美结合（图1），是在普通搅拌机所具有的宏观对流运动的基础上，创新性的采用振动和搅拌一体化技术，使振动搅拌机具有了独特的高频微观扩散运动。前者使物料在宏观上“拌匀”，后者让物料各组分在微观上“拌透”（图2），振动搅拌实现了短时间内宏观和微观的同步均匀，极大提升了搅拌质量和效率。

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图1 振动搅拌原理图2 不同搅拌技术的微观水泥颗粒分布对比

2 振动搅拌设备经济性分析

2.1 技术优势

传统搅拌设备多采用双卧轴搅拌机，这种搅拌技术1888年起源于德国，主要结构形式为刮刀式或螺带式。传统搅拌设备与振动搅拌设备的对比见表1。

表1 传统强制搅拌设备与同型号振动搅拌设备的对比

主要技术性能指标	传统搅拌设备（螺带式或刮刀式）	本项目振动搅拌设备
搅拌技术	双卧轴强制搅拌技术	双卧轴振动搅拌技术
搅拌形式	机械性的强制搅拌	强制搅拌+振动搅拌
搅拌作用力	静力，只有低速搅拌	静力+振动力，是低速搅拌+高频振动的复合
国标规定的匀质性指标	宏观均匀	高频振动作用使水泥水化更充分，实现了宏观和微观同步均匀，在保证和易性的同时，粘聚性更佳，搅拌质量明显提升；同时，强度均值离差系数减小30%以上，降低了施工难度，这对控制施工质量的一致性尤为重要。
骨料界面强度与混凝土宏观强度	强度满足设计值，骨料与水泥石界面是薄弱环节	界面粘结强度增强，混凝土强度均值提高6%以上
水泥利用率	10%-30%的水泥颗粒结团	水泥颗粒充分弥散，水化反应更充分，高性能混凝土可节约水泥5%以上
含气量与气孔分布	气孔平均直径值较大	总含气量略有提升，同时，气孔平均直径显著减小，可显著提升混凝土结构物的耐久性
混凝土的工作性	满足要求	和易性更佳，更易于施工，易密实
混凝土结构表观质量和内在品质	表面往往存在大气孔，颜色很难一致，说明内部也会存在大气孔，密实性仍有提升的潜力	无大气孔，表面光滑，颜色一致性好，美观，具有“内实外光”的效果，可明显提升工程质量形象
对多种材料的适应性	一般	适用多种材料，除普通混凝土外，对高性能混凝土和UHPC等效果更佳
搅拌轴中心的低效区	有；易抱轴	无；不易抱轴，易清锅，可节约劳动力，降低安全隐患
搅拌时间	基本满足国标要求	可减少20%以上；标号越高，越省时间
设备可靠性	正常	由于采用振动能量定向传播技术，搅拌机的壳体和机架不振，与普通搅拌机或螺带式工作状态一样，可靠性相同；振动搅拌特有的激振器，无需减振，可靠性高

2.2 直接经济效益

(1)达到同样质量要求，采用振动搅拌，每方混凝土至少节省10kg水泥，标号越高，节省越多。按每公斤0.5元算，100万方高性能混凝土就可节约500万元，经济效益显著；

(2)达到同样质量要求，相同配合比时，振动搅拌节省搅拌时间20%以上，产能提升明显，整站2套顶3套用；

(3)振动搅拌不易抱轴，节省大量劳动力成本，降低搅拌轴清理安全隐患；

(4)离差系数可降低30%，工程质量一致性好，易控制。

2.3 间接经济效益和社会效益

(1)混凝土更均匀，变异系数小，工程质量更稳定，施工好组织；

(2)混凝土和易性好，易振捣密实，工程质量隐患少；

(3)混凝土结构内实外光，可树立施工质量标杆，为施工企业创造良好形象；

(4)节省水泥可降低碳排放，符合节能环保绿色施工要求，社会效益明显。

2.4设备采购和使用成本分析

同型号振动搅拌设备比普通搅拌设备高30-50万，按每方混凝土最少节省10kg水泥算，生产6万-10万方混凝土达到平衡（由于产能提升，每方混凝土用电量仅增加0.1元左右，与节省水泥费用相比，可忽略）。

混凝土总方量越大，经济效益越大。简单的说，达到平衡点后，每方高性能混凝土可节约至少5元。普通搅拌无此优势。

3 振动搅拌与普通搅拌对比分析

3.1 试验过程对比

（a）普通搅拌（b）振动搅拌

图3 坍落度对比

（a）普通搅拌（b）振动搅拌

图4 含气量对比

（a）普通搅拌（b）振动搅拌

图5 破碎试块剖面对比

3.2 部分试验结果及分析

表1 中交二航局河南某重点项目C50混凝土性能试验结果

工程名称		中交二航局河南某重点项目
浇筑部位		箱梁	砼强度等级		C50
试验名称		强度测试	取样地点		拌和站
搅拌方式		测试项目			时间
振动搅拌		坍落度（mm）	210		2018.11.26
普通搅拌		坍落度（mm）	190
龄期（d）	搅拌方式	实测强度值（MPa）			离差系数（%）
3	振动搅拌	45.1	46.9	47.5	2.69
		均值46.5
	普通搅拌	39.5	43.8	42.5	5.26
		均值41.9
7	振动搅拌	59.6	56.8	57.1	2.66
		均值57.8
	普通搅拌	49.8	51.3	54.9	5.04
		均值52.0
28	振动搅拌	63.5	66.2	63.8	2.29
		均值64.5
	普通搅拌	55.4	57.9	60.7	4.57
		均值58.0

表2 中交二航局河南某重点项目混凝土性能试验结果

工程名称		中交二航局河南某重点项目
浇筑部位		右幅9-3#箱梁		砼强度等级		C50
试验名称		强度测试		取样地点		拌和站
搅拌方式		测试项目				时间
振动搅拌		坍落度（mm）		225		2018.10.23
普通搅拌		坍落度（mm）		210
龄期（d）	搅拌方式	实测强度值（MPa）				离差系数（%）
3	振动搅拌	47.8	49.1		48.2	1.39
		均值48.4
	普通搅拌	42.4	44.8		43.2	2.81
		均值43.5
7	振动搅拌	61.9	62.1		64.2	2.02
		均值62.7
	普通搅拌	53.5	59.4		57.4	5.28
		均值56.8
28	振动搅拌	68.3	69.8		70.1	1.38
		均值69.4
	普通搅拌	62.6	65.7		60.3	4.31
		均值62.9

表3 中交二航局河南某重点项目混凝土性能试验结果

工程名称		河南某项目
浇筑部位		箱梁		砼强度等级		C55
试验名称		强度测试		取样地点		拌和站
搅拌方式		测试项目				时间
振动搅拌		坍落度（mm）		210		2018.11.12
普通搅拌		坍落度（mm）		180
龄期（d）	搅拌方式	实测强度值（MPa）				离差系数（%）
3	振动搅拌	52.1	53.5		53.3	1.43
		均值53.0
	普通搅拌	50.4	46.7		47.4	4.09
		均值48.2
7	振动搅拌	62.4	64.3		62.1	1.89
		均值62.9
	普通搅拌	59.8	56.1		53.9	5.27
		均值56.6
28	振动搅拌	70.3	73.3		71.6	2.09
		均值71.7
	普通搅拌	66.2	60.8		65.3	4.51
		均值64.1

表4 中交二航局河南某重点项目混凝土性能试验结果

工程名称		河南某项目
浇筑部位		梁区基础			砼强度等级			C30
试验名称		强度测试			取样地点			拌和站
搅拌方式		测试项目						时间
振动搅拌		坍落度（mm）			190			2018.9.20
普通搅拌		坍落度（mm）			165
龄期（d）	搅拌方式	实测强度值（MPa）						离差系数（%）
3	振动搅拌	25.7	24.8			25.9		2.32
		均值25.5
	普通搅拌	21.4	23.4			21.6		4.97
		均值22.1
7	振动搅拌	28.6	29.4			30.2		2.72
		均值29.4
	普通搅拌	24.2	26.6			24.3		5.43
		均值25.0
28	振动搅拌	35.8		33.6			37.6	2.45
		均值36.7
	普通搅拌	30.9		32.8			29.6	5.18
		均值31.1

表5 C55混凝土不同搅拌时间下抗压强度对比

强度等级	龄期（d）	实测强度值（MPa）
		振动搅拌搅拌时间（130s）			普通搅拌搅拌时间（180s）			普通试验机搅拌搅拌时间（180s）
C55	3	50.4	50.4	49.3	50.6	52.6	48.0	52.9	49.2	47.2
		均值50.0 变异系数：1.3%			均值50.4 变异系数：4.6%			均值49.8 变异系数：5.8%