高強(qiáng)度混凝土攪拌工藝比較研究

呂聰正，馮忠緒，張會(huì)華，楊 鵬

(長(zhǎng)安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710064)

雙臥軸攪拌機(jī)在水泥混凝土攪拌設(shè)備中廣泛使用，而雙螺旋軸混凝土攪拌機(jī)采用螺旋狀的攪拌主軸替代中間直通的橫軸，可以增大攪拌機(jī)內(nèi)部的物流空間，同時(shí)可以有效避免抱軸現(xiàn)象。二次攪拌工藝是在考慮混凝土中各組分相互均勻混合作用的基礎(chǔ)上，利用投料、攪拌順序?qū)炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)形成的影響，綜合提高混凝土性能的工藝方法［1］。國(guó)內(nèi)外資料表明:在相同條件下采用不同的攪拌工藝，得到的混凝土拌合物的品質(zhì)不一樣，混凝土的某些特性依賴于各組分進(jìn)入攪拌的順序［2］。

本文主要研究在二次攪拌工藝下，雙螺旋軸攪拌機(jī)對(duì)C60高強(qiáng)度混凝土性能的影響，在相同攪拌參數(shù)下，對(duì)比分析雙螺旋軸攪拌機(jī)與其它機(jī)型對(duì)高強(qiáng)度混凝土攪拌性能的影響，從而選擇較優(yōu)工藝，提高高強(qiáng)度混凝土的攪拌質(zhì)量。

1 二次攪拌工藝流程

二次攪拌工藝在各國(guó)的實(shí)施各有特點(diǎn)，所用設(shè)備也不盡相同，但目標(biāo)都是為了提高混凝土的質(zhì)量和效率，節(jié)省資源［3］，歸納起來(lái)，主要的幾種攪拌工藝流程如圖1所示［4］。在二次攪拌機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)對(duì)工藝流程中的先拌水泥砂漿法和粗細(xì)骨料全造殼法進(jìn)行試驗(yàn)研究。

圖1 混凝土攪拌工藝流程

2 二次攪拌工藝流程試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)材料

試驗(yàn)設(shè)備為一臺(tái)容量100 L的雙螺旋攪拌機(jī)。攪拌電動(dòng)機(jī)的額定功率為8 kW，輸出轉(zhuǎn)速為72 r/min。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)攪拌速度的改變。采用同一配合比的試驗(yàn)混凝土，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C60［5］。

2.2 二次攪拌試驗(yàn)

攪拌機(jī)的攪拌性能靠混凝土拌合物的質(zhì)量來(lái)體現(xiàn)，包括混凝土的宏觀和微觀勻質(zhì)性。一般來(lái)說(shuō)，均勻度是混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)，均勻度好是強(qiáng)度高的必要條件，但不是充分條件，只體現(xiàn)了混凝土的宏觀勻質(zhì)性，其微觀勻質(zhì)性則主要體現(xiàn)在硬化混凝土試塊的強(qiáng)度上，其中抗壓強(qiáng)度是混凝土強(qiáng)度的主要指標(biāo)。應(yīng)該用均勻度和強(qiáng)度指標(biāo)綜合檢驗(yàn)攪拌質(zhì)量。

2.2.1 一次投料法

本試驗(yàn)是一個(gè)二因素三水平的試驗(yàn)，在混凝土配合比相同的情況下先進(jìn)行一次投料法試驗(yàn)，通過(guò)改變混凝土的攪拌速度、攪拌時(shí)間測(cè)得混凝土的平均抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)Cv和砂漿密度相對(duì)誤差△M、粗骨料質(zhì)量相對(duì)誤差△G，如表1所示。

表1 一次投料法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可知，對(duì)于一次投料法，不同試驗(yàn)條件下混凝土的氣體的體積分?jǐn)?shù)與抗壓強(qiáng)度均相差不大，而在試驗(yàn)3的條件下，ΔM最小，Cv與ΔG較小，且與最小值相差不大，此時(shí)，混凝土的宏觀勻質(zhì)性和微觀勻質(zhì)性較好，因此試驗(yàn)條件選擇為t=110 s，v=1.4 m/s。

2.2.2 先拌水泥砂漿法

本試驗(yàn)是一個(gè)四因素四水平的試驗(yàn)，在不影響試驗(yàn)效果的前提下，為盡可能減少試驗(yàn)次數(shù)，采用正交設(shè)計(jì)。本試驗(yàn)采用正交表L16(45)來(lái)設(shè)計(jì)，表2為先拌水泥砂漿法試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表2得到的是各水平因素不同組合情況下混凝土勻質(zhì)性和強(qiáng)度指標(biāo)。為得到各因素最佳水平的組合必須對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)分別進(jìn)行極差分析，并將試驗(yàn)指標(biāo)隨因素的水平變化情況用圖形表示出來(lái)，如表3、圖2所示，表3中因素A代表砂攪拌時(shí)間，因素B代表混凝土攪拌時(shí)間，因素C代表攪拌速度，因素D代表第一次加水量。

由表 3 可知，針對(duì) ΔM 的優(yōu)方案排序?yàn)?A3、B2、C3、D2;針對(duì) ΔG 的優(yōu)方案排序?yàn)?A1、B3、C1、D4;針對(duì)的優(yōu)方案排序?yàn)锳4、B3、C4、D4;針對(duì)Cv的優(yōu)方案排序?yàn)锳3、B4、C4、D3。不同的攪拌因素對(duì)攪拌質(zhì)量的影響不同，把表3與圖2結(jié)合起來(lái)，可得出先拌水泥砂漿工藝的較優(yōu)方案為:水泥砂漿攪拌時(shí)間35 s;混凝土攪拌時(shí)間為55 s;混凝土攪拌線速度為1.6 m/s;第一次加水量為60%。

表2 先拌水泥砂漿法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 先拌水泥砂漿法指標(biāo)極差分析表

圖2 試驗(yàn)指標(biāo)隨因素的水平變化圖

2.2.3 粗細(xì)骨料全造殼法

本試驗(yàn)是一個(gè)5因素4水平的試驗(yàn)，在不影響試驗(yàn)效果的前提下，為盡可能的減少試驗(yàn)次數(shù)，可以采用正交設(shè)計(jì)。本試驗(yàn)采用正交表L16(45)來(lái)設(shè)計(jì)，表4為粗細(xì)骨料全造殼法試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表4 水泥裹砂石法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)分別進(jìn)行極差分析，試驗(yàn)指標(biāo)隨因素的水平變化情況如表5、圖3所示。表5中因素A代表砂石攪拌時(shí)間;因素B代表水泥砂漿攪拌時(shí)間;因素C代表混凝土攪拌時(shí)間;因素D代表攪拌速度;因素E代表第一次加水量。

表5 水泥裹砂石法指標(biāo)極差分析表

由表 5 可知，針對(duì) ΔM 的優(yōu)方案排序?yàn)?A4、B4、C2、D1、E3;針對(duì) ΔG 的優(yōu) D4方案排序?yàn)?A4、B3、C4、D2、E4;針對(duì)的優(yōu)方案排序?yàn)?A1、B2、C2、D4、E3。針對(duì) Cv的優(yōu)方案排序?yàn)?A3、B4、C2、E1。不同攪拌因素對(duì)攪拌質(zhì)量的影響程度是不同的，由表5圖3可得出粗細(xì)骨料全造殼工藝的較優(yōu)方案為:砂石漿攪拌時(shí)間20 s;水泥砂漿攪拌時(shí)間45 s;混凝土攪拌時(shí)間為25 s;混凝土攪拌線速度1.6 m/s;第一次加水量60%。

2.3 對(duì)比試驗(yàn)安排及試驗(yàn)數(shù)據(jù)

C60高強(qiáng)度混凝土在雙螺旋軸和葉片帶孔的雙臥軸攪拌機(jī)的攪拌過(guò)程中，通過(guò)上述試驗(yàn)分析得出了其在不同攪拌工藝的較優(yōu)方案。在不同的攪拌工藝下，選取相同的試驗(yàn)條件，對(duì)比兩種攪拌機(jī)的攪拌性能。對(duì)比試驗(yàn)安排表及對(duì)比試驗(yàn)的各指標(biāo)如表6，7所示。

由表7試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得:對(duì)于C60高強(qiáng)混凝土，就混凝土中氣體的體積分?jǐn)?shù)而言，混凝土拌合物在凝固前由于氣體的存在，使得和易性大為改善、凝聚性提高、拌合物不易分離。在雙螺旋軸攪拌機(jī)攪拌出的混凝土中氣體的體積分?jǐn)?shù)均高于葉片帶孔的雙臥軸攪拌機(jī)。

對(duì)抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，兩者之間的差距十分微小，均符合設(shè)計(jì)要求;而就Cv來(lái)說(shuō)，葉片帶孔的雙臥軸攪拌機(jī)攪拌出的混凝土抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)較小。就ΔM而言，雙螺旋軸攪拌機(jī)攪拌出的混凝土砂漿密度相對(duì)誤差較高。對(duì)ΔG來(lái)說(shuō)，2種攪拌機(jī)攪拌出的混凝土均滿足ΔG＜5%，雙螺旋軸攪拌機(jī)攪拌出的混凝土中，實(shí)驗(yàn)2中的ΔG在對(duì)比試驗(yàn)中最小;葉片帶孔的雙臥軸攪拌機(jī)攪拌出的混凝土ΔG較均勻。

圖3 試驗(yàn)指標(biāo)隨因素的水平變化圖

表6 C60高強(qiáng)度混凝土對(duì)比試驗(yàn)安排表

表7 對(duì)比試驗(yàn)的各指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

1)在C60高強(qiáng)混凝土攪拌中，若采用雙螺旋軸攪拌機(jī)，先拌水泥砂漿法水泥砂漿攪拌時(shí)間為35 s，混凝土攪拌時(shí)間為55 s，混凝土攪拌線速度1.6 m/s，第一次加水量為60%可以使到質(zhì)量較好的混凝土。

2)采用雙螺旋軸攪拌機(jī)，粗細(xì)骨料全造殼法砂石攪拌時(shí)間為20 s，水泥砂漿攪拌時(shí)間為45 s，混凝土攪拌時(shí)間為25 s，混凝土攪拌線速度1.6 m/s，第一次加水量為60%可以得到質(zhì)量較好的混凝土。

3)通過(guò)對(duì)比，采用實(shí)驗(yàn)方案5結(jié)果比較理想，平均抗壓強(qiáng)度較高，Cv、ΔM、ΔG均符合要求且最小，所以采用葉片帶孔的雙臥軸攪拌機(jī)攪拌C60高強(qiáng)混凝土，得到的混凝土質(zhì)量較好。

［1］宋培建.混凝土多步攪拌工藝［J］.建工技術(shù)，1997(3):29 －34.

［2］王衛(wèi)中.雙臥軸攪拌機(jī)工作裝置的試驗(yàn)研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2004.

［3］王衛(wèi)中，馮忠緒.二次攪拌工藝對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2006(4):40－42.

［4］尹志府.混凝土攪拌新工藝介紹［J］.建工技術(shù)，1994(3):4 －9.

［5］呂聰正.雙螺旋混凝土攪拌機(jī)攪拌工藝分析［J］.建筑機(jī)械化，2012(3):56－59