高強度混凝土攪拌工藝比較研究

呂聰正，馮忠緒，張會華，楊 鵬

(長安大學 工程機械學院，陜西 西安 710064)

雙臥軸攪拌機在水泥混凝土攪拌設備中廣泛使用，而雙螺旋軸混凝土攪拌機采用螺旋狀的攪拌主軸替代中間直通的橫軸，可以增大攪拌機內部的物流空間，同時可以有效避免抱軸現象。二次攪拌工藝是在考慮混凝土中各組分相互均勻混合作用的基礎上，利用投料、攪拌順序對混凝土內部結構形成的影響，綜合提高混凝土性能的工藝方法［1］。國內外資料表明:在相同條件下采用不同的攪拌工藝，得到的混凝土拌合物的品質不一樣，混凝土的某些特性依賴于各組分進入攪拌的順序［2］。

本文主要研究在二次攪拌工藝下，雙螺旋軸攪拌機對C60高強度混凝土性能的影響，在相同攪拌參數下，對比分析雙螺旋軸攪拌機與其它機型對高強度混凝土攪拌性能的影響，從而選擇較優工藝，提高高強度混凝土的攪拌質量。

1 二次攪拌工藝流程

二次攪拌工藝在各國的實施各有特點，所用設備也不盡相同，但目標都是為了提高混凝土的質量和效率，節省資源［3］，歸納起來，主要的幾種攪拌工藝流程如圖1所示［4］。在二次攪拌機理分析的基礎上，本文重點對工藝流程中的先拌水泥砂漿法和粗細骨料全造殼法進行試驗研究。

圖1 混凝土攪拌工藝流程

2 二次攪拌工藝流程試驗

2.1 試驗設備和試驗材料

試驗設備為一臺容量100 L的雙螺旋攪拌機。攪拌電動機的額定功率為8 kW，輸出轉速為72 r/min。實驗過程中，通過變頻器調節電機輸出轉速實現攪拌速度的改變。采用同一配合比的試驗混凝土，設計強度等級為 C60［5］。

2.2 二次攪拌試驗

攪拌機的攪拌性能靠混凝土拌合物的質量來體現，包括混凝土的宏觀和微觀勻質性。一般來說，均勻度是混凝土強度的基礎，均勻度好是強度高的必要條件，但不是充分條件，只體現了混凝土的宏觀勻質性，其微觀勻質性則主要體現在硬化混凝土試塊的強度上，其中抗壓強度是混凝土強度的主要指標。應該用均勻度和強度指標綜合檢驗攪拌質量。

2.2.1 一次投料法

本試驗是一個二因素三水平的試驗，在混凝土配合比相同的情況下先進行一次投料法試驗，通過改變混凝土的攪拌速度、攪拌時間測得混凝土的平均抗壓強度、抗壓強度離差系數Cv和砂漿密度相對誤差△M、粗骨料質量相對誤差△G，如表1所示。

表1 一次投料法試驗數據

由表1可知，對于一次投料法，不同試驗條件下混凝土的氣體的體積分數與抗壓強度均相差不大，而在試驗3的條件下，ΔM最小，Cv與ΔG較小，且與最小值相差不大，此時，混凝土的宏觀勻質性和微觀勻質性較好，因此試驗條件選擇為t=110 s，v=1.4 m/s。

2.2.2 先拌水泥砂漿法

本試驗是一個四因素四水平的試驗，在不影響試驗效果的前提下，為盡可能減少試驗次數，采用正交設計。本試驗采用正交表L16(45)來設計，表2為先拌水泥砂漿法試驗數據。表2得到的是各水平因素不同組合情況下混凝土勻質性和強度指標。為得到各因素最佳水平的組合必須對試驗指標分別進行極差分析，并將試驗指標隨因素的水平變化情況用圖形表示出來，如表3、圖2所示，表3中因素A代表砂攪拌時間，因素B代表混凝土攪拌時間，因素C代表攪拌速度，因素D代表第一次加水量。

由表 3 可知，針對 ΔM 的優方案排序為 A3、B2、C3、D2;針對 ΔG 的優方案排序為 A1、B3、C1、D4;針對的優方案排序為A4、B3、C4、D4;針對Cv的優方案排序為A3、B4、C4、D3。不同的攪拌因素對攪拌質量的影響不同，把表3與圖2結合起來，可得出先拌水泥砂漿工藝的較優方案為:水泥砂漿攪拌時間35 s;混凝土攪拌時間為55 s;混凝土攪拌線速度為1.6 m/s;第一次加水量為60%。

表2 先拌水泥砂漿法試驗數據

表3 先拌水泥砂漿法指標極差分析表

圖2 試驗指標隨因素的水平變化圖

2.2.3 粗細骨料全造殼法

本試驗是一個5因素4水平的試驗，在不影響試驗效果的前提下，為盡可能的減少試驗次數，可以采用正交設計。本試驗采用正交表L16(45)來設計，表4為粗細骨料全造殼法試驗數據。

表4 水泥裹砂石法試驗數據

對試驗指標分別進行極差分析，試驗指標隨因素的水平變化情況如表5、圖3所示。表5中因素A代表砂石攪拌時間;因素B代表水泥砂漿攪拌時間;因素C代表混凝土攪拌時間;因素D代表攪拌速度;因素E代表第一次加水量。

表5 水泥裹砂石法指標極差分析表

由表 5 可知，針對 ΔM 的優方案排序為 A4、B4、C2、D1、E3;針對 ΔG 的優 D4方案排序為 A4、B3、C4、D2、E4;針對的優方案排序為 A1、B2、C2、D4、E3。針對 Cv的優方案排序為 A3、B4、C2、E1。不同攪拌因素對攪拌質量的影響程度是不同的，由表5圖3可得出粗細骨料全造殼工藝的較優方案為:砂石漿攪拌時間20 s;水泥砂漿攪拌時間45 s;混凝土攪拌時間為25 s;混凝土攪拌線速度1.6 m/s;第一次加水量60%。

2.3 對比試驗安排及試驗數據

C60高強度混凝土在雙螺旋軸和葉片帶孔的雙臥軸攪拌機的攪拌過程中，通過上述試驗分析得出了其在不同攪拌工藝的較優方案。在不同的攪拌工藝下，選取相同的試驗條件，對比兩種攪拌機的攪拌性能。對比試驗安排表及對比試驗的各指標如表6，7所示。

由表7試驗數據分析可得:對于C60高強混凝土，就混凝土中氣體的體積分數而言，混凝土拌合物在凝固前由于氣體的存在，使得和易性大為改善、凝聚性提高、拌合物不易分離。在雙螺旋軸攪拌機攪拌出的混凝土中氣體的體積分數均高于葉片帶孔的雙臥軸攪拌機。

對抗壓強度來說，兩者之間的差距十分微小，均符合設計要求;而就Cv來說，葉片帶孔的雙臥軸攪拌機攪拌出的混凝土抗壓強度離差系數較小。就ΔM而言，雙螺旋軸攪拌機攪拌出的混凝土砂漿密度相對誤差較高。對ΔG來說，2種攪拌機攪拌出的混凝土均滿足ΔG＜5%，雙螺旋軸攪拌機攪拌出的混凝土中，實驗2中的ΔG在對比試驗中最小;葉片帶孔的雙臥軸攪拌機攪拌出的混凝土ΔG較均勻。

圖3 試驗指標隨因素的水平變化圖

表6 C60高強度混凝土對比試驗安排表

表7 對比試驗的各指標試驗結果

3 結語

1)在C60高強混凝土攪拌中，若采用雙螺旋軸攪拌機，先拌水泥砂漿法水泥砂漿攪拌時間為35 s，混凝土攪拌時間為55 s，混凝土攪拌線速度1.6 m/s，第一次加水量為60%可以使到質量較好的混凝土。

2)采用雙螺旋軸攪拌機，粗細骨料全造殼法砂石攪拌時間為20 s，水泥砂漿攪拌時間為45 s，混凝土攪拌時間為25 s，混凝土攪拌線速度1.6 m/s，第一次加水量為60%可以得到質量較好的混凝土。

3)通過對比，采用實驗方案5結果比較理想，平均抗壓強度較高，Cv、ΔM、ΔG均符合要求且最小，所以采用葉片帶孔的雙臥軸攪拌機攪拌C60高強混凝土，得到的混凝土質量較好。

［1］宋培建.混凝土多步攪拌工藝［J］.建工技術，1997(3):29 －34.

［2］王衛中.雙臥軸攪拌機工作裝置的試驗研究［D］.西安:長安大學，2004.

［3］王衛中，馮忠緒.二次攪拌工藝對混凝土性能影響的試驗研究［J］.混凝土，2006(4):40－42.

［4］尹志府.混凝土攪拌新工藝介紹［J］.建工技術，1994(3):4 －9.

［5］呂聰正.雙螺旋混凝土攪拌機攪拌工藝分析［J］.建筑機械化，2012(3):56－59