高頻振搗對(duì)建筑施工混凝土強(qiáng)度的影響

， ，

(1.陜西第七建筑工程有限公司， 陜西 寶雞 721000； 2.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 3.陜西省商南縣水務(wù)局， 陜西 商洛 726300)

1 問(wèn)題的提出

混凝土振搗的密實(shí)程度直接影響混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B及抗凍等性能，對(duì)建筑工程施工質(zhì)量和使用產(chǎn)生很大的影響。在混凝土施工中，利用機(jī)械密實(shí)混凝土的工藝方法很多，如擠壓法、振動(dòng)法、離心法、碾壓法等，其中最普遍及應(yīng)用最廣泛的方法為機(jī)械振動(dòng)密實(shí)法。傳統(tǒng)的混凝土振搗密實(shí)一般選用低頻振動(dòng)器。傳統(tǒng)的振動(dòng)器導(dǎo)致混凝土質(zhì)量低下，修補(bǔ)率高，內(nèi)部外部都容易出現(xiàn)問(wèn)題，從而使混凝土的質(zhì)量可接受標(biāo)準(zhǔn)也低，導(dǎo)致我們很難有百年混凝土的工程，這是標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)實(shí)的互相影響。在混凝土施工過(guò)程中，采用低頻振動(dòng)器不僅使混凝土強(qiáng)度不高、施工質(zhì)量參差不齊，混凝土構(gòu)件外觀質(zhì)量常常不令人滿意，而且施工過(guò)程中產(chǎn)生很大噪音，嚴(yán)重影響周?chē)h(huán)境。目前，有企業(yè)在橋梁、隧道、大壩等工程開(kāi)始探索采用高頻振動(dòng)器進(jìn)行混凝土振搗施工，也有學(xué)者對(duì)高頻振動(dòng)器對(duì)加氣混凝土強(qiáng)度及抗?jié)B、抗凍性能的影響，但在建筑工程領(lǐng)域還未見(jiàn)有相關(guān)研究報(bào)道[1-5]。

本文結(jié)合陜西省七建承建的某科研辦公樓項(xiàng)目施工中采用普通振動(dòng)器產(chǎn)生的問(wèn)題而使用高頻振動(dòng)器施工的成功案例，分析高頻振動(dòng)混凝土與普通振動(dòng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)，研究探索高頻振動(dòng)對(duì)建筑工程混凝土施工質(zhì)量的影響，為今后相關(guān)工程施工提供參考。

2 混凝土高頻振搗施工優(yōu)勢(shì)

混凝土高頻振搗施工一般是指采用振動(dòng)頻率150 Hz以上的高頻振動(dòng)器對(duì)混凝土進(jìn)行振搗施工。研究表明，振動(dòng)頻率和移動(dòng)著的顆粒大小之間明顯存在某種關(guān)系，若想把水泥顆粒搗實(shí)，宜使用高頻振動(dòng)；另外，法國(guó)Romet研究發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)波破壞新拌混凝土中氣泡時(shí)，振動(dòng)波的頻率與所破壞的氣泡直徑有關(guān)。振動(dòng)頻率與其破壞的氣泡直徑的關(guān)系：

(1)

式中：ω為振動(dòng)器振動(dòng)頻率，rot/min；d為振動(dòng)能破壞的氣泡最小直徑,mm。

由(1)式按振動(dòng)頻率200 Hz計(jì)算，高頻振動(dòng)器能把混凝土拌合物中直徑超過(guò)0.01 mm的氣泡破壞，不僅有利于改善混凝土表觀質(zhì)量，同時(shí)可顯著改善混凝土的強(qiáng)度和耐久性。如果需要破壞小于0.01 mm以下的氣泡，需要采用高頻率振動(dòng)器(大于200 Hz)或采用超聲波振動(dòng)(頻率大于20 000 Hz)。

采用高頻振動(dòng)施工混凝土，混凝土流動(dòng)性強(qiáng)、可塑性好；結(jié)構(gòu)施工澆筑時(shí)間可大大縮短，施工速度快，有利于施工質(zhì)量控制；澆筑的混凝土構(gòu)件不僅強(qiáng)度高，而且可解決蜂窩麻面等混凝土外觀質(zhì)量通病，構(gòu)件表面外觀質(zhì)量明顯強(qiáng)于普通澆筑混凝土；由于振動(dòng)頻率高、振幅小，在結(jié)構(gòu)模板上消耗能量小，減少模板的變形，延長(zhǎng)模板周轉(zhuǎn)使用壽命；同時(shí)，由于高頻振動(dòng)器體積小、重量輕，使用方便；另外，高頻振動(dòng)器使用壽命是普通振動(dòng)器的4倍以上，可減少機(jī)器維修及新購(gòu)置費(fèi)用，大大降低了工程施工成本。

采用高頻振動(dòng)施工混凝土，明顯降低施工場(chǎng)地噪音。一般變頻式混凝土振動(dòng)棒的振動(dòng)施工噪音為60分貝左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)軟軸式振動(dòng)棒的工噪音90分貝，對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小，適合建筑工程在人口密集區(qū)進(jìn)行施工作業(yè)。另外，研究表明高頻振動(dòng)噪音不僅衰減快，而且較低頻振動(dòng)對(duì)人體健康影響小。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某科研辦公樓工程為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，總建筑面積為18 000 m2,層數(shù)8層，層高4.6 m；框架柱網(wǎng)間距為8 m×8 m，柱斷面為750 mm×750 mm，主梁高度為750 mm～800 mm,樓板厚度120～140 mm，筏板式連續(xù)梁基礎(chǔ)，主要混凝土構(gòu)件強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C35。該工程設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)合理，為省級(jí)優(yōu)質(zhì)工程。在施工過(guò)程中，分別采用了高頻振動(dòng)器和普通混凝土振動(dòng)器對(duì)混凝土進(jìn)行振搗作業(yè)。本文通過(guò)該工程試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，探究高頻振動(dòng)對(duì)混凝土施工質(zhì)量的影響。

3.2 施工機(jī)具選擇

本項(xiàng)目分別選用普通軟管插入式混凝土振動(dòng)器ZN50與高頻插入式混凝土振動(dòng)器(ZKF-50D)。兩種振動(dòng)器性能見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)插入式振動(dòng)器與高頻插入式振動(dòng)器性能表

3.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

采用標(biāo)準(zhǔn)試件試驗(yàn)、鉆芯取樣與回彈測(cè)定共三種方法，分別對(duì)普通振動(dòng)與高頻振動(dòng)的混凝土進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)試件為150×150×150 mm，對(duì)不同試件均采用同條件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；鉆芯取樣試件為100 mm×100 mm圓柱體，每類混凝土鉆芯取樣三個(gè)構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件各取一組，每組為三個(gè)試件；現(xiàn)場(chǎng)回彈強(qiáng)度測(cè)定沿構(gòu)件長(zhǎng)度等距離16個(gè)測(cè)點(diǎn)，回彈位置分別為梁的側(cè)面、板的底面與柱的側(cè)面；回彈儀采用山東樂(lè)陵市回彈儀廠制造，儀器編號(hào)23019(魯制2400001-1)，回彈計(jì)算采取規(guī)范(JGJ/-23-2011)計(jì)算[5-8]。

3.4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算

施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，本文僅將每類構(gòu)件回彈檢測(cè)的16個(gè)測(cè)值取平均值，再按照相應(yīng)規(guī)范方法，計(jì)算其平均值、折算強(qiáng)度、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、現(xiàn)齡混凝土強(qiáng)度推定值。測(cè)區(qū)平均回彈值從16個(gè)回彈值中剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，余下10個(gè)回彈值應(yīng)按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：Rm為測(cè)區(qū)平均回彈值，精確到0.1；Ri為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值。

混凝土折算強(qiáng)度按照規(guī)范測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表(插值)推算。

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度平均值可根據(jù)各測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度換算值計(jì)算。平均值及標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)按下列公式計(jì)算：

(3)

(4)

mfcu為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的平均值；n為對(duì)于單個(gè)檢測(cè)的構(gòu)件，取一個(gè)構(gòu)件的測(cè)區(qū)數(shù)；Sfcu為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的標(biāo)準(zhǔn)差。

當(dāng)該結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)不少于10個(gè)或批量檢測(cè)時(shí)，按下列公式計(jì)算混凝土強(qiáng)度推定值：

(5)

普通振搗混凝土(C30)回彈檢測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果如表2所示。高頻振動(dòng)混凝土(C40)混凝土回彈檢測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算計(jì)算如表3所示。

表2普通振搗混凝土(C30)回彈檢測(cè)數(shù)據(jù)表(MPa)

序號(hào)構(gòu)件回彈數(shù)值12345678910111213141516rm折算強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差最小值推定值梁36.036.235.436.136.036.836.235.736.237.236.636.837.236.735.735.536.231.80.5631.230.3柱37.235.936.636.637.337.135.635.536.136.236.136.235.936.636.336.336.331.90.5331.430.5板36.236.237.135.937.336.136.636.836.237.236.837.335.737.13736.236.632.40.5331.730.8

表3高頻振動(dòng)混凝土(C40)回彈檢測(cè)數(shù)據(jù)(MPa)

序號(hào)構(gòu)件回彈數(shù)值12345678910111213141516rm折算強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差最小值推定值梁5046484852545436364052484446465248.257.65.751.942.5柱5452585654545050525454505252485249.057.52.555.050.9板4840504240424850504644424846504445.852.43.548.943.1

3.5 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)表2與表3分析可知，普通振搗混凝土推定強(qiáng)度對(duì)C30混凝土提高很?。欢哳l振搗混凝土推定強(qiáng)度C40混凝土則提高顯著。如果考慮到C30與C40混凝土強(qiáng)度的差別，則高頻振動(dòng)較普通振搗對(duì)混凝土強(qiáng)度提高的程度應(yīng)更大。對(duì)梁板柱構(gòu)件強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析可知，兩種振搗方式均對(duì)梁構(gòu)件強(qiáng)度提高最小，普通振搗對(duì)板強(qiáng)度提高較大但三類構(gòu)件強(qiáng)度提高程度差別較小(1.0%～2.5%)，高頻振搗則對(duì)柱強(qiáng)度提高顯著(27.3%)但梁板強(qiáng)度提高程度差別不大(6.3%～7.8%)。

4 結(jié) 語(yǔ)

高頻振動(dòng)器在建筑工程中的施工應(yīng)用，能有效提高混凝土的密實(shí)程度及構(gòu)件強(qiáng)度，特別對(duì)強(qiáng)度較高的混凝土，其強(qiáng)度提高(梁板：6.3%～7.8%)超過(guò)普通振搗對(duì)混凝土(梁板：1.0%～2.5%)強(qiáng)度提高的3倍以上；高頻振動(dòng)對(duì)柱構(gòu)件強(qiáng)度提高較顯著；混凝土構(gòu)件表面平整度及光潔度也得到大幅提升；使用高頻振動(dòng)成功地解決了普通振搗混凝土容易產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題。高頻振動(dòng)器施工使用壽命較普通振動(dòng)器長(zhǎng)，且大幅度提升了施工進(jìn)度，則使用高頻振動(dòng)器的經(jīng)濟(jì)效益顯著。高頻振動(dòng)器及高頻振搗混凝土今后在建筑工程中將得到進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

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