建筑施工混凝土振搗技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

姜良波， 馮 旭， 謝 艷

(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)

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建筑施工混凝土振搗技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

姜良波1， 馮 旭2， 謝 艷3

(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)

摘要：介紹了混凝土振搗技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析研究了混凝土施工的振搗原理，通過(guò)某科研樓工程高頻振搗混凝土的案例歸納其應(yīng)用特點(diǎn)，供相關(guān)單位參考。

關(guān)鍵詞：建筑施工； 混凝土振搗； 高頻振搗

1混凝土振搗工藝發(fā)展動(dòng)態(tài)

混凝土性能受到材料，環(huán)境，施工以及標(biāo)準(zhǔn)等許多因素的影響。從施工角度對(duì)混凝土性能的影響來(lái)看,混凝土振搗工藝無(wú)疑是最為重要的影響因素?；炷琳駬v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。

目前，國(guó)內(nèi)的混凝土振搗工藝處于極為落后的狀態(tài)，僅達(dá)到國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家40年以前的水平，主要存在三個(gè)方面的不足：

1.1振搗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)低，檢測(cè)手段落后

水泥混凝土制品及混凝土拌合物質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，振搗頻次及混凝土本體的內(nèi)部質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)缺乏。檢驗(yàn)手段落后。缺乏直觀的振搗頻率測(cè)量?jī)x器和標(biāo)準(zhǔn)以便于在施工來(lái)把握數(shù)據(jù)。

國(guó)內(nèi)混凝土產(chǎn)品本身設(shè)定的振搗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)低，同時(shí)，由于國(guó)內(nèi)混凝土施工水平不高，落后的振搗工藝仍有存在的余地。混凝土振搗質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格，缺少相應(yīng)的檢驗(yàn)手段，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)品質(zhì)量低下。如在混凝土隧道管片標(biāo)準(zhǔn)中，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土保護(hù)層的厚度比國(guó)外的要求低的多；另外，有些項(xiàng)目仍應(yīng)用振搗棒振搗，增加不穩(wěn)定因素；目前，國(guó)外的混凝土保護(hù)層尺寸用紅外測(cè)量，后期用射線來(lái)檢驗(yàn)內(nèi)部質(zhì)量缺陷，能最大地減低質(zhì)量的危險(xiǎn)性。國(guó)內(nèi)的混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范僅有施工過(guò)程隱蔽工程質(zhì)量驗(yàn)收，對(duì)混凝土成品沒(méi)有檢測(cè)要求及相應(yīng)的檢測(cè)手段。

1.2振搗設(shè)備水平低，振搗效果差

目前，國(guó)內(nèi)混凝土振搗普遍使用低頻振搗器及軟軸式振動(dòng)棒，振動(dòng)頻率約3 000轉(zhuǎn)/分，此外頻率在混凝土中還要衰減20%以上[1]。振搗器大多質(zhì)量低下，損壞頻率極高。尤其是高頻振動(dòng)器的部件和工藝與國(guó)外仍有巨大差距。據(jù)美國(guó)的相關(guān)報(bào)道其混凝土振搗典型頻率為15，000轉(zhuǎn)的只需5～15秒，目前內(nèi)部振動(dòng)器大多數(shù)為空載12，000～17，000轉(zhuǎn)。國(guó)外普遍使用高頻振搗器，通過(guò)高頻振搗作用引氣劑才能更好地使氣泡的體積變小并使之均勻分布，提高混凝土的耐久性。

1.3模板設(shè)計(jì)與振搗工藝參數(shù)嚴(yán)重脫節(jié)

模板的設(shè)計(jì)制造普遍和振搗系統(tǒng)脫節(jié)，不能體現(xiàn)動(dòng)態(tài)下模板作用及附著方式對(duì)混凝土搗實(shí)的特性的影響，振搗方案存在參數(shù)和混凝土特性的不匹配。國(guó)外的模板上普遍使用頻率測(cè)定儀，測(cè)量來(lái)自振動(dòng)器、模板及混凝土的問(wèn)題，并可以據(jù)此制定出合理的工藝參數(shù)，保證工程管理的可控性，量化性。

目前，國(guó)內(nèi)混凝土振搗器操作人員對(duì)設(shè)備使用大多不熟練，運(yùn)用附著式振搗器通過(guò)模板振搗的方式減少人工的使用量，提高混凝土拌合物的質(zhì)量。以混凝土箱梁生產(chǎn)為例，腹板澆筑主要以插入式振搗棒振搗為主，人工使用量為12～18，混凝土振搗質(zhì)量控制受到了操作者技術(shù)、責(zé)任心和體力狀況等因素影響，難以保證質(zhì)量；國(guó)外同樣的箱梁施工，腹板連底板，兩上翼板都是通過(guò)附著式振動(dòng)器控制下料及內(nèi)部振搗，在端頭張拉預(yù)應(yīng)力筋的地方使用振搗棒操作。在北京輕軌施工中，支撐軌道的墩柱也是在用人工振搗棒自上而下地進(jìn)行振搗，在這些類似的混凝土制品上由于內(nèi)部鋼筋網(wǎng)密集，實(shí)際上有許多操作的困難而且易造成質(zhì)量的問(wèn)題，降低混凝土的使用壽命。

2混凝土振搗工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

基于目前混凝土振搗工藝存在的問(wèn)題，需要從混凝土振搗方式及振搗工藝參數(shù)(包括振搗頻率、振搗加速度及振搗持續(xù)時(shí)間)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)考慮，提高混凝土的振搗質(zhì)量。

2.1混凝土振搗方式的選擇

混凝土振搗機(jī)具的選擇主要從混凝土振搗質(zhì)量、勞動(dòng)力數(shù)量及技術(shù)可操作性等方面考慮。選擇外部振動(dòng)器還是內(nèi)部振搗棒，國(guó)外一般采用從模板的內(nèi)部進(jìn)行振搗的內(nèi)部振搗模式，實(shí)際上用外部振動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。以軌道板的生產(chǎn)為例，國(guó)外一般的振動(dòng)方案是2個(gè)氣動(dòng)外部振動(dòng)器，保證不破壞內(nèi)部樹(shù)脂涂層的鋼筋塑料包頭的振搗棒插入振搗四個(gè)角，，在拐角以及厚度超過(guò)振搗范圍的時(shí)候，采用內(nèi)部振搗方式解決。

2.2振搗頻率的選擇

美國(guó)混凝土制品標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)對(duì)振搗器的頻率和使用要求，一定產(chǎn)品必須使用多少頻率的振搗器，而中國(guó)沒(méi)有要求。提高混凝土強(qiáng)度的重要一點(diǎn)就是降低水灰比，而高頻振動(dòng)器可以在相對(duì)較低的水灰比的情況下較好振搗，從而提高了其耐久性。

相同體積的混凝土振搗質(zhì)量和效率是和作用在混凝土的振搗頻率、振幅及激振力有直接關(guān)系。混凝土振搗過(guò)程實(shí)際上是使?jié)补嗪蟮幕炷僚c骨料之間失去空隙，達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，也是混凝土的一種液化過(guò)程，當(dāng)振搗的振動(dòng)頻率與骨料固有的自振頻率相接近時(shí)，就能大大的促進(jìn)混凝土的液化，獲得良好的振搗效果。對(duì)于一定的混凝土，振幅和振動(dòng)頻率的選擇應(yīng)互相協(xié)調(diào),既要使顆粒的振動(dòng)衰減小，又不致使顆粒在振動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)振動(dòng)速度超過(guò)極限速度值時(shí)，顆粒的振幅還必須超過(guò)某一極限振幅值(一般約0.04 mm)混凝土才能液化，故所選用的振幅不宜過(guò)小。但振幅過(guò)大也會(huì)降低振動(dòng)效果，因這將使顆粒產(chǎn)生跳躍搗擊，而不是作諧振運(yùn)動(dòng)，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生渦流致使混凝土呈現(xiàn)分層現(xiàn)象，且顆粒在跳躍過(guò)程中會(huì)吸入大量空氣，降低混凝土的密實(shí)度。合適的振幅值與骨料顆粒的粒徑和混凝土的流動(dòng)性有關(guān)。隨著骨料粒徑的減小，振幅宜減小,但振動(dòng)頻率則應(yīng)相應(yīng)地增大，以保持必要的振動(dòng)速度。 當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率與顆粒的固有頻率相同時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，這時(shí)振動(dòng)的衰減最小，振幅可達(dá)最大。

由于混凝土中顆粒粒徑大小不同，不可能分別對(duì)各種粒徑都采用相應(yīng)的振動(dòng)頻率，而只能在一定的粒組成范圍選擇一個(gè)適宜的平均振動(dòng)頻率值。骨料顆粒直徑較大時(shí)宜用頻率較低的振搗棒。顆粒較小時(shí)，宜用頻率較高的振搗棒。根據(jù)國(guó)外的資料，低于1 500 r/min 的低頻可以振動(dòng)大的骨料，中頻3 000～6 000 r/min可以振動(dòng)小粒徑的砂石，而12 000～20 000 r/min的頻率才用于振動(dòng)砂漿和水泥，一方面使砂漿流動(dòng)起到潤(rùn)滑作用，另外砂漿的本身也被聚集振實(shí)，最經(jīng)濟(jì)有效的辦法是使用高頻振動(dòng)。

2.3振動(dòng)加速度及振動(dòng)持續(xù)時(shí)間

試驗(yàn)研究表明，振動(dòng)加速度對(duì)混凝土拌合物粘度的降低有很大影響。對(duì)一般流動(dòng)性混凝土拌合物，當(dāng)加速度接近0.5 g(g為重力加速度)時(shí)，混凝土開(kāi)始密實(shí)，然后隨著加速度的增加，密實(shí)效果呈直線提高。但當(dāng)加速度超過(guò)4 g后，密實(shí)效果則不再提高了。

合適的振幅、振動(dòng)頻率、振動(dòng)速度以及振動(dòng)加速度值的選擇，是以在一定的振動(dòng)延續(xù)時(shí)間內(nèi)保證混凝土能達(dá)到要求的密實(shí)度為條件來(lái)確定的。當(dāng)振幅與振動(dòng)頻率已選定保持不變時(shí)，對(duì)于一定流動(dòng)性的混凝土所需的振動(dòng)延續(xù)時(shí)間有一臨界值。低于這一臨界值，混凝土不能充分搗實(shí)，高于臨界值，混凝土的密實(shí)度也不會(huì)有顯著的增長(zhǎng),而且當(dāng)振動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生離析現(xiàn)象，反而降低混凝土的質(zhì)量。

在最新的混凝土工程結(jié)構(gòu)施工規(guī)范(GB50666-2011)中對(duì)混凝土拌合物的振搗時(shí)間沒(méi)有給出具體時(shí)間限定，但在規(guī)范的第8.4.3條款中指出：當(dāng)混凝土表面無(wú)明顯坍塌、有水泥漿出現(xiàn)、不再冒氣泡，應(yīng)結(jié)束該部位振搗”。目前，一般混凝土拌合物振搗時(shí)間為20 s～30 s。

3高頻振搗混凝土施工應(yīng)用

目前，高頻混凝土振搗工藝在交通橋梁工程施工中使用較為廣泛，但在建筑工程施工中較少見(jiàn)。本文以陜西省第七建筑公司在某科研樓施工中采用高頻插入式混凝土振動(dòng)器(VAF50 變頻式振動(dòng)棒)的工程為案例。該工程使用的振動(dòng)器的技術(shù)參數(shù):振動(dòng)棒轉(zhuǎn)速12 000 r/min，作業(yè)幅度1.6 mm，激振力280 kg，質(zhì)量4.2 kg，作業(yè)速度9～12 m3/h， 振搗棒長(zhǎng)度360 mm，膠管長(zhǎng)度6 m。

某科研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C40?；炷猎噳K試驗(yàn)強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析表明，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%)。

通過(guò)分析和實(shí)踐應(yīng)用,在建筑工程施工使用高頻混凝土器具有以下顯著優(yōu)點(diǎn):

(1)高頻振動(dòng)器壽命至少達(dá)10年以上,能連續(xù)工作30 000 h?？杀苊獬霈F(xiàn)目前每個(gè)項(xiàng)目購(gòu)置振動(dòng)器數(shù)量多且維修頻率高的現(xiàn)象,節(jié)省了振動(dòng)器的購(gòu)置成本和維修成本。節(jié)省了高頻變頻裝置的購(gòu)置費(fèi)用和由此導(dǎo)致的損壞和維修成本。

(2)高頻振搗頻率可達(dá)12 000 r/min以上,迅速排氣，混凝土無(wú)氣泡、滲透性強(qiáng)，混凝土拌合物振搗質(zhì)量好，可增強(qiáng)混凝土密實(shí)，混凝土強(qiáng)度顯著提高。

(3)振搗頻率高,振幅小,減少了對(duì)模具的損壞,增加了模具使用壽命。模板的固有頻率為2 000～6 000 Hz，每次振搗器起動(dòng)加速都會(huì)通過(guò)這個(gè)頻率范圍對(duì)模板損害大，而高頻振動(dòng)器可迅速越過(guò)模板頻率，從而減小對(duì)模板的損害程度。

(4)高頻振動(dòng)棒的振動(dòng)噪音小(65分貝左右)，滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 12523的規(guī)定，鋼筋加工、混凝土拌制、振搗等施工作業(yè)在施工場(chǎng)界的允許噪聲級(jí)：晝間為70 dB(A聲級(jí))。而目前傳統(tǒng)軟軸式振動(dòng)棒噪聲達(dá)90分貝，已不滿足GB 12523有關(guān)環(huán)境保護(hù)要求。

(5)振動(dòng)棒輸入電壓42 V，為安全電壓。電機(jī)直接內(nèi)置于棒內(nèi)，效率高、耗電省，僅為傳統(tǒng)振動(dòng)棒的60%；另外，手持部位振感極小，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度小。

4結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析高頻振搗混凝土的發(fā)展動(dòng)態(tài)，仔細(xì)研究混凝土施工質(zhì)量與高頻振搗的密切關(guān)系，探索分析高頻振搗混凝土的振搗原理，并以某科研樓工程的高頻振搗混凝土的施工案例，歸納高頻振搗混凝土施工特點(diǎn)，供相關(guān)建筑施工單位參考。

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[5]GB 12523-2011，建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

Development on Concrete Vibration Technology

in Construction and Its Application

JIANG Liang-bo1， FENG Xu2， XIE Yan3

(1.Shaanxi No.7 Construction Engineering Group Co. Ltd., Baoji, Shaanxi 721000, China;

2.Yangling Vocational and Technical College, Yangling, Shaanxi 712100, China;

3. Water Affairs Bureau of Shangnan County, Shangluo, Shaanxi 726300, China)

Abstract:This paper described the development of concrete vibration technology, and analyzed the theory on concrete vibration of high frequency, with a case study of a scientific and research building, the advantages about concrete vibration of high-frequency were presented.

Key words:construction; concrete vibration; high-frequency vibration

基金項(xiàng)目：西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年基金項(xiàng)目(2014YB05)

中圖分類號(hào)：TU755

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9131(2015)01-0035-03

作者簡(jiǎn)介：姜良波(1968-)，男，陜西榆林人，高級(jí)工程師，主要從事建筑工程施工技術(shù)研究與管理工作。

收稿日期：2014-10-09 2014-12-30