聞寶聯(lián)

（建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，北京 100024）

一位攪拌站的朋友對(duì)一個(gè)問題百思不得其解：同一個(gè)站兩條生產(chǎn)線，一樣的原材料、配合比工序及攪拌時(shí)間，但是，一條線生產(chǎn)的混凝土總比另外一條生產(chǎn)線的抗壓強(qiáng)度高 2～3MPa，工作狀態(tài)也好，坍落度損失也小。這個(gè)問題一直困擾著他，來向我咨詢。我問他一直如此還是最近才這樣？有規(guī)律性的現(xiàn)象總是有跡可循的，偶爾產(chǎn)生或是至少不經(jīng)常出現(xiàn)的問題很難找到癥結(jié)。他說一直如此。我問攪拌形式是否一樣？因?yàn)椴煌瑥S家的攪拌機(jī)，有的機(jī)子是攪拌臂，有的是螺旋帶（圖1），螺旋帶的攪拌效果要強(qiáng)于攪拌臂。

圖1 不同形式的攪拌機(jī)

結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩條生產(chǎn)線攪拌機(jī)雖是不同廠家的，但都是雙臥軸攪拌臂。這下我也有點(diǎn)搞不懂了，但隨即感覺，可能是輸入功率不一樣，于是爬上攪拌樓，看了主機(jī)的銘牌，一個(gè)主機(jī)功率是 55kW，另一個(gè)是 45kW，問題就出在這里。輸入功率不一樣，但攪拌時(shí)間一樣，混凝土狀態(tài)自然不同，攪拌過程中的機(jī)械對(duì)拌合物有強(qiáng)行“擾動(dòng)”，使其拌合物中的材料強(qiáng)行位移。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越快、攪拌力度越大，對(duì)材料的剪切和撥動(dòng)效果越好，攪拌就是通過混合料各物料間的相互碰撞、對(duì)流和擴(kuò)散，促使物料顆粒，特別是水泥等細(xì)微顆粒的彌散分布，達(dá)到混合料宏觀及微觀的勻質(zhì)性，表現(xiàn)為外加劑的分散性和效果更突出，后期強(qiáng)度也更高。后來將功率低的機(jī)組延長攪拌時(shí)間 20% 以上，結(jié)果自然好了不少。正如圖 2 所示，隨著攪拌時(shí)間的適當(dāng)延長，強(qiáng)度變異系數(shù)也就越小，高速公路以及高鐵項(xiàng)目都要求攪拌時(shí)間在120～180s，也是出于此考慮！

圖2 混凝土抗壓強(qiáng)度變異系數(shù)與攪拌時(shí)間的關(guān)系

同樣的，也可在攪拌的基礎(chǔ)上再加上振動(dòng)——振動(dòng)攪拌，加大對(duì)拌合物的擾動(dòng)，拌合物中的水泥顆粒處于振顫狀態(tài)，從而破壞粘聚的水泥團(tuán)單元體，使水泥顆粒得以快速均勻的分布。振動(dòng)攪拌是宏觀對(duì)流運(yùn)動(dòng)和微觀擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的疊合，是在普通攪拌機(jī)所具有的宏觀對(duì)流運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，采用振動(dòng)和攪拌一體化技術(shù)，使振動(dòng)攪拌機(jī)具有了高頻微觀擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。前者使物料在宏觀上“拌勻”，后者讓物料各組分在微觀上“拌透”，振動(dòng)攪拌實(shí)現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)宏觀和微觀的同步均勻，提升了攪拌質(zhì)量和效率。此外，振動(dòng)作用還可凈化集料表面，增加水泥和集料間的界面粘結(jié)力，提高混凝土抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，這項(xiàng)技術(shù)可以穩(wěn)定提高抗壓強(qiáng)度和工作性能，在低碳環(huán)保大環(huán)境下，這也是一項(xiàng)值得關(guān)注的技術(shù)。

混凝土生產(chǎn)過程如此，施工過程也是一樣。振搗棒、振動(dòng)梁以及附著式振搗器在流態(tài)混凝土中也是通過加強(qiáng)擾動(dòng)來提高混凝土中各組分的分散性和勻質(zhì)性。

混凝土原材料體系中，隨著膠凝材料和用水量的不斷降低，流動(dòng)性越來越差。如碾壓混凝土，就是一種干硬性貧水泥的混凝土，使用水泥、摻合料、水、外加劑、砂和分級(jí)控制的粗骨料拌制成。膠凝材料用量，包括水泥與摻合料 120～160kg/m3，這種無坍落度的干硬性混凝土要用振動(dòng)碾分層壓實(shí)，靠靜壓成型，不能滿足工程的要求。

在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)降低膠凝材料和用水量，就逐漸成了路基用的水泥穩(wěn)定碎石或是石灰、粉煤灰碎石類的半剛性基層材料，半剛性材料在振動(dòng)擊實(shí)作用下，材料處于振動(dòng)狀態(tài)，水分的離析作用使得材料顆粒的外層裹覆一層水膜，形成了顆粒運(yùn)動(dòng)的潤滑劑，減小了材料間的摩擦力和粘結(jié)力，顆粒更容易移動(dòng)到密實(shí)狀態(tài)，顆粒間的相對(duì)位置在振動(dòng)狀態(tài)下發(fā)生變化，出現(xiàn)了相互填充現(xiàn)象，此時(shí)，材料內(nèi)骨架顆粒之間相互嵌擠所產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力和結(jié)合料與骨料間的粘結(jié)力都很大，形成骨架密實(shí)型嵌擠結(jié)構(gòu)，具有較高的承載能力和穩(wěn)定性。

基于振動(dòng)成型方式，相對(duì)早期靜壓成型，級(jí)配形式可以進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)榭障堵实慕档?，可適當(dāng)增加粗集料含量，提高材料顆粒間的嵌擠性，通過增強(qiáng)振動(dòng)碾壓來增加骨架顆粒間的內(nèi)摩阻力，從而適當(dāng)降低水泥劑量，在保證強(qiáng)度的前提下提高抗裂效果。

根據(jù)振動(dòng)壓實(shí)理論，每一種材料都有不同的自振頻率，激振頻率與自振頻率一致時(shí)可達(dá)到最好的壓實(shí)效果。振動(dòng)壓路機(jī)設(shè)計(jì)頻率一般比被壓材料的自振頻率變化范圍大一些。目前用于壓實(shí)的大中型振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)頻率范圍是：壓實(shí)路基 25～30Hz，壓實(shí)底基層 25～40Hz，對(duì)壓實(shí)粒狀材料和結(jié)合料的穩(wěn)定基層為33～55Hz。且從常用的振動(dòng)壓路機(jī)的參數(shù)來看，壓路機(jī)的常用振動(dòng)頻率為 30Hz、35Hz、40Hz 等，最大為48Hz，當(dāng)然振動(dòng)設(shè)備振動(dòng)頻率實(shí)現(xiàn) 50Hz 以內(nèi)是可調(diào)的。

而對(duì)于振動(dòng)壓實(shí)也曾一度有認(rèn)識(shí)上的差異，原因是早期的路基路面用的是靜力壓實(shí)工藝，靠壓路機(jī)的自重進(jìn)行碾壓，以室內(nèi)重型擊實(shí)法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定最大干密度及最佳含水量，用靜壓法試件強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制石灰、粉煤灰或水泥摻量。

最初的配比設(shè)計(jì)是室內(nèi)采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，以確定材料的最大干密度和最佳含水量，采用靜壓成型試件測定 7 天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，重型擊實(shí)法設(shè)計(jì)配合比對(duì)應(yīng)著靜力壓實(shí)工藝是合適的、匹配的。而后來施工現(xiàn)場大多采用振動(dòng)壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。很明顯，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)場碾壓工況不匹配，室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確反映和控制現(xiàn)場施工質(zhì)量，室內(nèi)試驗(yàn)確定半剛性基層混合料最大干密度、最佳含水量的重型擊實(shí)試驗(yàn)方法及測定混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試件成型方式與現(xiàn)場碾壓方式不一致。由此衍生了一系列問題：

試驗(yàn)室設(shè)計(jì)的配比壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)偏低、級(jí)配不良，現(xiàn)場測試超百的問題嚴(yán)重，促使施工方在現(xiàn)有壓實(shí)設(shè)備下，無需對(duì)施工工藝嚴(yán)格控制也能達(dá)到較高的壓實(shí)度——事實(shí)上正是在虛假的壓實(shí)度容易達(dá)到的情況下，基層的壓實(shí)被忽視，這在很多工程上出現(xiàn)了嚴(yán)重問題。不匹配的室內(nèi)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已嚴(yán)重阻礙了科技進(jìn)步及生產(chǎn)的發(fā)展，直到后來開發(fā)能夠模擬現(xiàn)場壓實(shí)工況的室內(nèi)試件成型方式——振動(dòng)成型配合比設(shè)計(jì)方法，在材料設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)指標(biāo)及試驗(yàn)方法上與工程實(shí)際一致，這個(gè)問題才得以解決。

這也提出另外一個(gè)問題，絕大多數(shù)攪拌樓是雙臥軸強(qiáng)制攪拌，而試驗(yàn)室配置的基本都是單臥軸攪拌機(jī)，試驗(yàn)室試驗(yàn)如果與生產(chǎn)過程差異過大，如何有效指導(dǎo)生產(chǎn)？這也應(yīng)該是大家需要關(guān)注的問題！

雄安新區(qū)特聘專家。中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會(huì)副主任，中國散裝水泥協(xié)會(huì)混凝土分會(huì)副秘書長，數(shù)十項(xiàng)國家重點(diǎn)工程混凝土專項(xiàng)技術(shù)指導(dǎo)。

發(fā)表論文一百余篇，獲得省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，三等獎(jiǎng)三項(xiàng)，兩次帶隊(duì)獲全國混凝土設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)，主編地方規(guī)范兩部。