基于振動(dòng)攪拌的混凝土性能試驗(yàn)研究

倪 凱， 吳旭輝

(保利長大工程有限公司， 廣州 510000)

混凝土攪拌工藝可提升工作性能，對(duì)混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生直接影響[1]。攪拌工藝，尤其是振動(dòng)攪拌工藝，近些年來越來越受到重視。張良奇、馮忠緒、趙利軍等[2-4]研制了雙臥軸振動(dòng)攪拌機(jī)并對(duì)振動(dòng)攪拌技術(shù)進(jìn)行研究。秦仁杰等[5]通過高頻振動(dòng)配制機(jī)制砂C50混凝土進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)高頻振動(dòng)配制出的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)高于普通攪拌配制的混凝土，混凝土抗壓強(qiáng)度與耐久性得到改善。姚運(yùn)仕等[6]研究了振動(dòng)攪拌對(duì)高性能混凝土性能的影響，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)攪拌可降低混凝土的塑性粘度，改善混凝土工作性能和攪拌效率。黃天勇等[7]研究了振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律，分析了振動(dòng)攪拌在工業(yè)化中的應(yīng)用前景。賈蓬等[8]通過正交試驗(yàn)分析了振動(dòng)參數(shù)對(duì)混凝土強(qiáng)度和抗凍性能的影響，得出振動(dòng)拌和有助于提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗凍性的結(jié)論。郝彤等[9]研究了振動(dòng)攪拌對(duì)再生混凝土力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)通過振動(dòng)攪拌方式強(qiáng)化再生混凝土的力學(xué)性能是完全可行的。董武等[10]研究了振動(dòng)攪拌對(duì)新拌再生混凝土性能和再生混凝土力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)攪拌能改善再生混凝土的綜合性能。閆少杰、趙利軍、付昌會(huì)、馮建生等[11-15]通過一系列試驗(yàn)研究了振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果表明振動(dòng)攪拌方式有利于提高混凝土強(qiáng)度，改善混凝土耐久性。

本文依托工程實(shí)際應(yīng)用，開展了混凝土在振動(dòng)攪拌方式與普通攪拌方式下的工作性能對(duì)比試驗(yàn)研究，以期為工程應(yīng)用提供有益借鑒和參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

采用工地實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)機(jī)與拌合站工業(yè)機(jī)相結(jié)合的方式，主要對(duì)比研究振動(dòng)攪拌與普通攪拌2種攪拌方式對(duì)混凝土性能的影響。

1.2 配合比設(shè)計(jì)及攪拌工藝

1) 配合比設(shè)計(jì)

為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，不同試驗(yàn)工況采用相同的材料。

(1) 水泥：P·O 42.5，某集團(tuán)水泥股份有限公司；

(2) 砂：某礦業(yè)有限公司、Ⅱ區(qū)中砂；

(3) 碎石：某石料加工有限公司；

(4) 外加劑：江蘇某建材有限公司生產(chǎn)的CPA-R型減水劑；

(5) 水：飲用水。

各組成材料的配合比設(shè)計(jì)見表1。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2) 攪拌工藝

室內(nèi)試驗(yàn)機(jī)攪拌時(shí)間：振動(dòng)攪拌時(shí)，加水后攪拌90 s；普通攪拌時(shí)，加水后攪拌120 s。

室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備：振動(dòng)攪拌采用DT60型振動(dòng)攪拌試驗(yàn)機(jī),普通攪拌采用普通攪拌試驗(yàn)機(jī)；室外工業(yè)機(jī)攪拌時(shí)間：不同標(biāo)號(hào)，攪拌時(shí)間不同，振動(dòng)攪拌比普通攪拌減少30%。

室外工業(yè)設(shè)備：振動(dòng)攪拌采用HZS120型振動(dòng)攪拌機(jī)，普通攪拌采用普通攪拌機(jī)。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

1) 不同攪拌方式對(duì)混凝土強(qiáng)度性能影響試驗(yàn)

選取C30、C40、C50混凝土在振動(dòng)攪拌與普通攪拌工況下，7 d和28 d抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行試驗(yàn)研究?；炷猎嚰捎霉さ貙?shí)驗(yàn)室試驗(yàn)機(jī)出料成型。

選取C30混凝土3 d、7 d、28 d、90 d的抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行試驗(yàn)研究。分析振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土齡期強(qiáng)度的影響，以及比較振動(dòng)攪拌與普通攪拌下混凝土強(qiáng)度的變化情況。混凝土試件采用拌合站工業(yè)機(jī)出料成型。

2) 減小水泥用量試驗(yàn)

選取C30混凝土進(jìn)行試驗(yàn)究，對(duì)水泥用量分別減少2%、4%、6%、8%來研究減少水泥后對(duì)混凝土7 d和28 d抗壓強(qiáng)度的影響。

3) 坍落度和含氣量影響試驗(yàn)

選取C30水下混凝土和C30普通混凝土進(jìn)行坍落度和含氣量試驗(yàn)研究。分析不同攪拌方式下混凝土坍落度及含氣量變化情況?；炷猎嚰捎冒韬险竟I(yè)機(jī)出料成型?；炷梁瑲饬坎捎脟a(chǎn)CA-3型直讀式混凝土含氣量測定儀進(jìn)行檢測，將混凝土拌合物裝入缽內(nèi)，人工插搗并抹平后封蓋，從注水口注水，至水從排氣口平穩(wěn)流出，再關(guān)閉進(jìn)水口和溢流口，然后向缽內(nèi)打入一定氣壓，最后打開操作閥，使氣室內(nèi)的壓縮氣體進(jìn)入量缽，待壓力表指針穩(wěn)定后，讀出表值。

4) 碳化深度影響試驗(yàn)

選取振動(dòng)攪拌、普通攪拌方式C40混凝土墩柱各10根，以同期澆筑為一組，分為Z1、Z2、…、Z10共10組進(jìn)行對(duì)比分析。分析不同攪拌方式下混凝土墩柱碳化深度的變化情況。檢測時(shí)，在墩柱表面選定測區(qū)部位鑿出直徑約15 mm的孔洞，用洗耳球吹掉碎屑，在鑿開的混凝土表面滴1%的酚酞酒精溶液，最后用碳化深度測定儀測定碳化深度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同攪拌方式對(duì)混凝土強(qiáng)度性能影響的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

C30、C40、C50三種不同標(biāo)號(hào)混凝土在振動(dòng)攪拌與普通攪拌工況下，7 d和28 d抗壓強(qiáng)度值如圖1、圖2所示。由圖1、圖2可知，對(duì)于相同齡期，無論是C30、C40還是C50，振動(dòng)攪拌方式下的混凝土抗壓強(qiáng)度均高于普通攪拌，反映出振動(dòng)攪拌方式不只是提高某一種配合比混凝土的強(qiáng)度。此外，通過計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，C30、C40、C50混凝土28 d齡期時(shí)，振動(dòng)攪拌時(shí)的抗壓強(qiáng)度比普通攪拌分別高出19.0%、8.1%、6.2%，即隨著混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的提高，振動(dòng)攪拌方式對(duì)混凝土強(qiáng)度形成的影響逐漸減弱。主因是隨混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)提高，水灰比相應(yīng)減小，水泥含量在增加，使得骨料可以被更多的水泥漿包裹，水化反應(yīng)充分，混凝土自身性能被發(fā)掘、發(fā)揮，外部影響減弱。

圖1 不同攪拌方式下各標(biāo)號(hào)混凝土7 d抗壓強(qiáng)度

圖2 不同攪拌方式下各標(biāo)號(hào)混凝土28 d抗壓強(qiáng)度

C30混凝土在振動(dòng)攪拌與普通攪拌工況下，3 d、7 d、28 d、90 d齡期下的抗壓強(qiáng)度值如圖3所示。由圖3可知，各齡期階段，振動(dòng)攪拌方式下的混凝土抗壓強(qiáng)度均高于普通攪拌。進(jìn)一步計(jì)算，在振動(dòng)攪拌方式下，其3 d、7 d、28 d齡期抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到90 d齡期抗壓強(qiáng)度的45.4%、69.6%、93.1%；在普通攪拌方式下，其3 d、7 d、28 d齡期抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了90 d齡期抗壓強(qiáng)度的41.6%、68.0%、89.2%，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)攪拌方式下混凝土前期抗壓強(qiáng)度提升速率較快，后期變緩；而普通攪拌方式下混凝土抗壓強(qiáng)度則表現(xiàn)為后期提升速率較快。

圖3 不同攪拌方式下混凝土齡期抗壓強(qiáng)度

2.2 減小水泥用量對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

在振動(dòng)攪拌與普通攪拌工況下，水泥減少量與混凝土7 d、28 d齡期抗壓強(qiáng)度關(guān)系如圖4、圖5所示。由圖4、圖5可知，降低水泥用量后，不同齡期強(qiáng)度隨之減少；降低相同水泥用量時(shí)，振動(dòng)攪拌方式下混凝土的抗壓強(qiáng)度高于普通攪拌。

以28 d齡期抗壓強(qiáng)度來看，水泥含量從2%減小至8%時(shí)，振動(dòng)攪拌下混凝土強(qiáng)度變化幅度很小，相較于基準(zhǔn)組水泥用量減少8%時(shí)，振動(dòng)攪拌方式下混凝土抗壓強(qiáng)度降低了7.8 MPa，而普通攪拌方式下混凝土抗壓強(qiáng)度降低了10.6 MPa。二者對(duì)比分析可知，振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的提升具有積極功效，即當(dāng)水泥含量降低時(shí)，振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度具有補(bǔ)償作用。

圖4 水泥減少量與7 d齡期強(qiáng)度關(guān)系

圖5 水泥減少量與28 d齡期強(qiáng)度關(guān)系

2.3 坍落度和含氣量影響對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

不同攪拌方式下混凝土坍落度如圖6所示。由圖6可知，振動(dòng)攪拌方式下混凝土的坍落度高于普通攪拌，對(duì)于C30普通混凝土和C30水下混凝土，坍落度高出10 mm～15 mm，振動(dòng)攪拌可適當(dāng)增大混凝土的坍落度，提升了混凝土的流動(dòng)性性能。

不同攪拌方式下混凝土含氣量如圖7所示。由圖7可知，振動(dòng)攪拌方式下混凝土的含氣量高于普通攪拌，C30普通混凝土的含氣量可高出0.1%～0.4%，C30水下混凝土的含氣量可高出0.4%～0.7%，振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土具有一定的引氣效應(yīng)。

2.4 碳化深度影響對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析

分別對(duì)10組振動(dòng)攪拌和普通攪拌方式下的C40混凝土墩柱進(jìn)行碳化深度檢測，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，Z1、Z2、Z5、Z8、Z9、Z10共6組，在振動(dòng)攪拌下混凝土碳化深度小于普通攪拌；Z3、Z4、Z7共3組，在振動(dòng)攪拌下混凝土碳化深度大于普通攪拌；Z6組在振動(dòng)攪拌下混凝土碳化深度與普通攪拌相當(dāng)。以上結(jié)果表明，振動(dòng)攪拌有利于減小混凝土碳化，主因是振動(dòng)攪拌使水泥顆粒充分彌散，一定程度上增加了水泥用量，減小了水灰比，使得混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更密實(shí)，增強(qiáng)了耐久性。

圖6 不同攪拌方式下混凝土坍落度

圖7 不同攪拌方式下混凝土含氣量

圖8 不同攪拌方式下混凝土碳化深度

3 結(jié)論

1) 振動(dòng)攪拌方式下混凝土的抗壓強(qiáng)度均高于普通攪拌，振動(dòng)攪拌方式不只是提高某一種配合比混凝土的強(qiáng)度。隨著混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的提高，水灰比減小，水泥含量增加，振動(dòng)攪拌方式對(duì)混凝土強(qiáng)度形成的影響逐漸減弱。

2) 振動(dòng)攪拌方式下，混凝土前期抗壓強(qiáng)度提升速率較快，后期減緩；普通攪拌方式下混凝土抗壓強(qiáng)度則表現(xiàn)為后期提升速率較快。

3) 隨著水泥用量減少，混凝土不同齡期抗壓強(qiáng)度隨之減小；降低相同水泥用量時(shí)，振動(dòng)攪拌方式下混凝土的抗壓強(qiáng)度高于普通攪拌。

4) 振動(dòng)攪拌可適當(dāng)增大混凝土的坍落度，對(duì)混凝土具有一定的引氣效應(yīng)。

5) 振動(dòng)攪拌方式有利于增加混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)性，提高混凝土的耐久性。