宋淑琴 ，劉芝敏 ，張愛勤 ，李俊寶 ，艾圣蕊 ，王勝利

（1.濟(jì)南金曰公路工程有限公司檢測中心，山東 濟(jì)南 250101 ； 2. 山東交通學(xué)院 交通土建學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型及城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，我國已成為混凝土使用量最大的國家，因此提高混凝土性能研究有重要的現(xiàn)實(shí)意義與經(jīng)濟(jì)效益。為提高混凝土使用質(zhì)量，現(xiàn)如今研究方向主要集中于原材料與外加劑上，但在商砼站實(shí)際工程應(yīng)用中穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的原材料質(zhì)量與來源難以控制，外加劑的使用則增加生產(chǎn)成本。因此，有學(xué)者提出通過改變混凝土拌和方式來改善其工作性、力學(xué)強(qiáng)度與耐久性等，其中振動(dòng)攪拌就是近年來新興的一種拌和方式[1-4]。與普通強(qiáng)制攪拌相比，振動(dòng)攪拌具有強(qiáng)化振動(dòng)能力，可使混凝土原材料在拌和過程中處于顫振狀態(tài)，從而降低各組成材料顆粒間黏著力與內(nèi)摩擦力，并減少水泥顆?！皥F(tuán)聚”現(xiàn)象加快水化反應(yīng)，改善混凝土的綜合性能。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)研究原材料主要包括水泥、碎石、河砂及高效減水劑。其中，水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，粗集料采用石灰?guī)r碎石，顆粒粒徑為5～31.5 mm，連續(xù)級(jí)配；細(xì)集料采用河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8的中砂；減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率為25%。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30與C50，設(shè)計(jì)坍落度為160 mm，C30、C50混凝土配合比見表1。拌和方式選用振動(dòng)攪拌與普通強(qiáng)制攪拌，攪拌時(shí)間均為60 s；養(yǎng)護(hù)條件為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。分別測定不同攪拌方式、不同設(shè)計(jì)強(qiáng)度的新拌混凝土工作性與含氣量，養(yǎng)護(hù)齡期為7 d、28 d、56 d、90 d時(shí)混凝土力學(xué)性能及其離散系數(shù)，并分析攪拌方式對(duì)混凝土性能的影響規(guī)律。

表1 水泥混凝土配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

2.1 工作性

采用坍落度筒法對(duì)新拌混凝土進(jìn)行和易性測定，對(duì)比兩種拌和方式條件下對(duì)坍落度的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 不同攪拌方式條件下混凝土的坍落度

分析圖1可知，采用振動(dòng)攪拌時(shí)，C30與C50混凝土的坍落度均較采用普通強(qiáng)制攪拌時(shí)有所提高，其中，C30與C50混凝土坍落度分別提高2.8%、4.7%，且保水性、黏聚性良好?？梢姡駝?dòng)攪拌有利于混凝土的坍落度提高，這主要由于混凝土原材料攪拌過程中，在振動(dòng)力作用下一直處于顫振狀態(tài)，破壞了水泥顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，促進(jìn)了水泥的水化反應(yīng)，進(jìn)而使更多的水泥漿包裹于骨料表面，降低混合物之間的摩擦力；此外，未參與水化反應(yīng)的水泥顆粒分散在混合料之間亦可起到“滾珠”效果[5]。

2.2 含氣量

含氣量對(duì)混凝土的耐久性影響較大，實(shí)際工程通常采用添加引氣劑的方式，將微小氣泡引入混凝土內(nèi)部來提高混凝土耐久性，數(shù)值大小以體積百分?jǐn)?shù)表示。采用混凝土含氣量測定儀對(duì)不同攪拌方式條件下混凝土含氣量進(jìn)行測定，結(jié)果見圖2。

圖2 不同攪拌方式對(duì)混凝土坍落度的影響

由圖2看出，振動(dòng)攪拌可明顯提高混凝土的含氣量，其中，C30與C50混凝土的含氣量分別較采用普通強(qiáng)制攪拌時(shí)提高30%、34%。這主要是由于在振動(dòng)力的作用下混凝土中較大的氣泡破裂，且剩余微小氣泡也在混凝土中均勻分散；同時(shí)，振動(dòng)力可破壞混凝土各組分表面的水膜，使上部氣體更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部； 不僅改善了混凝土的工作性，還在一定程度上提高了混凝土的泵送能力[6-7]。

2.3 抗壓與抗折強(qiáng)度

試驗(yàn)分別采用振動(dòng)攪拌與普通強(qiáng)制攪拌成型抗壓與抗折強(qiáng)度試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)至7 d、28 d、56 d、90 d齡期，測定其抗壓強(qiáng)度并對(duì)比分析振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土抗壓與抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果見圖 3。

圖3 不同拌和條件混凝土抗壓與抗折強(qiáng)度變化規(guī)律

分析圖3可得，采取振動(dòng)攪拌的C30、C50混凝土抗壓與抗折強(qiáng)度均高于普通強(qiáng)制攪拌混凝土。其中，在養(yǎng)護(hù)齡期小于28 d時(shí)，混凝土抗壓與抗折強(qiáng)度增長速率較快，齡期大于28 d后，增長速率則趨于平緩。見圖3（a）、圖3（b），在養(yǎng)護(hù)齡期為28 d、90 d時(shí)，采用振動(dòng)攪拌的成型的C30、C50混凝土抗壓強(qiáng)度分別較普通強(qiáng)制攪拌成型混凝土增長7.1%、3.1%和3.8%、1.4% ；由圖3（c）、圖3（d）看出，在養(yǎng)護(hù)齡期為28 d、90 d時(shí)，采用振動(dòng)攪拌的成型的C30、C50混凝土抗壓強(qiáng)度分別較普通強(qiáng)制攪拌成型混凝土增長10.9%、6.4%和14.7%、7.5% 。這是由于在振動(dòng)力的作用下水泥顆粒一直處于震顫狀態(tài)，破壞了水泥的團(tuán)聚現(xiàn)象，有利于水泥的水化反應(yīng)，使骨料被水泥漿充分包裹，并且在振動(dòng)力作用下分布更加均勻，明顯地改善了混凝土的力學(xué)性能[8-10]。

2.4 抗壓彈性模量

抗壓彈性模量是評(píng)價(jià)混凝土抗變形能力的重要力學(xué)參數(shù)。試驗(yàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，齡期分別為7 d、28 d、56 d、90 d的混凝土抗壓彈性模量進(jìn)行測定，探究攪拌方式對(duì)抗壓彈性模量的影響。

對(duì)比兩種攪拌條件下的混凝土抗壓彈性模量可知，采用振動(dòng)攪拌的混凝土抗壓彈性模量整體高于普通強(qiáng)制攪拌混凝土且均隨齡期的增長呈先快后慢的增長趨勢。見圖4（a），在養(yǎng)護(hù)齡期為7 d、28 d、56 d、90 d時(shí)，C30振動(dòng)攪拌混凝土抗壓彈性模量分別較普通強(qiáng)制攪拌混凝土增長2.1%、5.6%、5.5%、5.7%，因此在養(yǎng)護(hù)齡期不小于28 d時(shí)，兩種拌和方式下混凝土的抗壓彈性模量差別趨于穩(wěn)定約為5.6%；同理，分析圖4（b）得出，在養(yǎng)護(hù)齡期大于28 d時(shí)，C50振動(dòng)攪拌混凝土抗壓彈性模量較普通強(qiáng)制攪拌混凝土高4.1%。這是由于拌和過程中混凝土各組成材料在振動(dòng)力作用下，減少了水泥顆粒的“團(tuán)聚”現(xiàn)象且能夠更加均勻分布于混合料中。同時(shí)，振動(dòng)攪拌加速混合料之間的相互作用，不但使水泥水化作用加快且使其水化更加充分[11-13]。此外，振動(dòng)左右凈化了集料表面，提高其與水泥的粘附力，因而提高了水泥混凝土的抗變形能力。

圖4 不同拌和條件混凝土抗壓彈性模量變化規(guī)律

2.5 抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)

試驗(yàn)研究對(duì)分別采用振動(dòng)攪拌與普通強(qiáng)制攪拌，養(yǎng)護(hù)齡期為7 d、28 d、56 d、90 d的混凝土抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以此來評(píng)價(jià)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量的均勻性，并分析其影響變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 不同拌和條件混凝土抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)變化規(guī)律

由圖5可知，采用振動(dòng)攪拌成型混凝土的離差系數(shù)低于普通強(qiáng)制攪拌的混凝土，且當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期大于7 d時(shí)，采用振動(dòng)攪拌成型的混凝土抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)趨于一致。其中，在養(yǎng)護(hù)齡期28 d時(shí)，采用振動(dòng)攪拌成型的C30與C50混凝土抗壓強(qiáng)度離差系數(shù)比采用普通強(qiáng)制攪拌成型的混凝土分別降低28.6%、33.3%。因?yàn)樵谡駝?dòng)攪拌時(shí)，混合料在筒體內(nèi)在受到振動(dòng)力作用，振動(dòng)力產(chǎn)生的振動(dòng)波可使混合料顆粒間的黏著力和摩擦力短時(shí)間內(nèi)急劇減小，有效加快了混合物的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和循環(huán)流動(dòng)，從而顯著改善混凝土拌合物的整體勻質(zhì)性[14-15]。

2.6 微觀結(jié)構(gòu)分析

采用掃描電子顯微鏡（SEM）測試手段分析混凝土微觀結(jié)構(gòu)與其拌和方式的關(guān)系，探討其改性機(jī)理。將養(yǎng)護(hù)齡期為90 d強(qiáng)度等級(jí)分別C30、C50混凝土進(jìn)行SEM觀察，見圖6。

圖6 不同拌和方式混凝土SEM照片

從圖6的SEM照片可看出，采用普通強(qiáng)制攪拌的混凝土中存在較明顯的裂縫，見圖6（a）、圖6（c），微裂縫的存在對(duì)混凝土力學(xué)有一定的影響，甚至?xí)?duì)混凝土的耐久性能產(chǎn)生一定影響影響；而采用振動(dòng)攪拌的混凝土水泥石結(jié)構(gòu)密實(shí)，無明顯的裂縫與微裂紋的存在，由水泥水化產(chǎn)生的C-S-H凝膠更加細(xì)致相聚交織成一個(gè)致密的整體[16]，即宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度的提高。這主要是由于在振動(dòng)力的作用下，水泥團(tuán)聚現(xiàn)象減少水泥水化徹底，水泥漿分布更加均勻，同時(shí)，骨料表面也得到凈化。因此，使得骨料與水泥石界面粘結(jié)性能得到提高，減少裂縫的出現(xiàn)，從而在宏觀表現(xiàn)為力學(xué)性能得到進(jìn)一步提高。

3 結(jié)語

（1）采用振動(dòng)攪拌代替普通強(qiáng)制攪拌方式，可提高混凝土拌和物的流動(dòng)性且保水性、黏聚性良好，顯著改善了混凝土的工作性。（2）與普通強(qiáng)制攪拌相比，振動(dòng)攪拌可使混凝土拌合物含氣量得到顯著提高，從而有利于混凝土耐久性的改善。（3）與普通強(qiáng)制攪拌方式相比，采用振動(dòng)攪拌制備的混凝土早期與后期抗壓、抗折強(qiáng)度均有不同幅度提高且抗壓強(qiáng)度離散程度顯著降低。因此振動(dòng)攪拌對(duì)改善混凝土拌合物勻質(zhì)性與提高硬化后強(qiáng)度有顯著作用，對(duì)于保證工程質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義。（4）采用振動(dòng)攪拌代替普通強(qiáng)制攪拌方式，混凝土抗壓彈性模量有明顯提高，說明振動(dòng)攪拌對(duì)改善混凝土抗變形能力有顯著效果。（5）SEM顯示，與普通強(qiáng)制攪拌方式相比，采用振動(dòng)攪拌制備的混凝土結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，界面黏結(jié)性能更加優(yōu)越，從而混凝土內(nèi)部微裂縫、缺陷數(shù)量得到明顯減少。