振動攪拌對混凝土力學(xué)性能的影響

張海銘

（銀川三建集團(tuán)有限公司， 寧夏 銀川 750000）

0 引言

振動攪拌技術(shù)是混凝土制作工藝中一項(xiàng)重要工序，同時也是混凝土最新制作技術(shù)之一，主要是通過振動器攪拌裝置對混凝土進(jìn)行攪拌。由于該項(xiàng)技術(shù)目前在國內(nèi)混凝土制作實(shí)踐應(yīng)用中尚未廣泛推廣使用，并且實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)有限，對于該項(xiàng)技術(shù)對混凝土力學(xué)性能的影響尚未得知，為此提出振動攪拌對混凝土力學(xué)性能的影響研究。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

試驗(yàn)以制作的長方體混凝土試件為實(shí)驗(yàn)對象，試件的數(shù)量為100個，以振動攪拌的方式制作長方體混凝土試件50個，設(shè)定為觀察組；以普通攪拌方式制作長方體混凝土試件50個，設(shè)定為對照組。每組試件各50個，兩組試件除攪拌方式不同以外，其余制作材料、配合比設(shè)計(jì)以及養(yǎng)護(hù)方式均相同。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

本文主要討論振動攪拌對混凝土力學(xué)性能的影響，設(shè)定振動攪拌和普通攪拌方式以及混凝土試件基體強(qiáng)度為研究因素，以混凝土試件基體強(qiáng)度作為主要考察對象。比較混凝土在普通攪拌和振動攪拌情況下，混凝土試件在7d、14d、21d、28d、35d、42d、56d時抗壓強(qiáng)度值，最后根據(jù)抗壓強(qiáng)度值分析振動攪拌對混凝土力學(xué)性能的影響。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料主要為混凝土混合料，主要為水泥和粗細(xì)骨料等原材料。

實(shí)驗(yàn)中水泥采用的是四川雙馬水泥股份有限公司生產(chǎn)的GY36.1級普通硫鋁酸鹽水泥，水泥材料符合《GY36.1級普通硫鋁酸鹽水泥》（HB3614-2010）的規(guī)定，其初凝時間、終凝時間、燒失量、抗壓強(qiáng)度以及安定性等基本性能都符合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，具體如下表所示。

表1 實(shí)驗(yàn)水泥材料基本性能指標(biāo)

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粗骨料選用的是外表比較堅(jiān)硬且易于獲取的碎石，粗骨料粒徑大小為4.5 mm-17.5mm，其吸水率為0.345%，孔隙率為36.48%，壓碎指標(biāo)為4.65%，密度值為2654 kg/m3,經(jīng)檢驗(yàn)各方面指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)中使用的細(xì)骨料選用的是混凝土配級良好的細(xì)砂，經(jīng)檢驗(yàn)各方面指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)[1]。用于攪拌混凝土的水采用的是普通自來水，而減水劑材料采用的是聚羧酸減水劑，其減水效率大于28%，此外實(shí)驗(yàn)中使用的粉煤灰材料采用的是優(yōu)質(zhì)一級粉煤灰。

實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備儀器主要包括振動攪拌機(jī)、壓力機(jī)以及彈性模量測量儀。振動攪拌機(jī)是混凝土制作的主要設(shè)備，根據(jù)混凝土振動攪拌需求，選取了許昌德通振動攪拌技術(shù)有限公司生產(chǎn)的BSHJD-S4D/SDS4E5型號側(cè)臥式振動攪拌機(jī)，該振動攪拌機(jī)振動強(qiáng)度可以到達(dá)1.86G，振動功率為5.5kw，攪拌功率為1.56kw，機(jī)身容積為75L，整體尺寸為2000mm×2000mm×1500mm。壓力機(jī)采用的是南京長平電子有限公司生產(chǎn)的HIG-D574型號恒壓壓力機(jī)，該壓力機(jī)主要用于測量混凝土試件抗壓強(qiáng)度[2]。實(shí)驗(yàn)中使用的彈性模量測定儀主要是用于測量混凝土試件彈性模量力學(xué)性能數(shù)值，根據(jù)要求采用的是BGUUD-558型彈性模量測定儀。

1.4 實(shí)驗(yàn)過程

首先按照混凝土常規(guī)配比準(zhǔn)備制作材料，其配比為水泥9.2kg、水5.5kg、粗骨料39.45kg、細(xì)骨15.46kg、粉煤灰3.16kg、減水劑0.34kg，將準(zhǔn)備好的材料按照上述配比將其倒入BSHJD-S4D/SDS4E5型號側(cè)臥式振動攪拌機(jī)中進(jìn)行振動攪拌，根據(jù)《混凝土振動攪拌技術(shù)規(guī)范》GB265145-2010規(guī)定，混凝土混合料振動攪拌時間不宜過長，也不宜過短，振動攪拌時間過短無法達(dá)到混凝土試件的均勻性；而如果振動攪拌時間過長則會增加混凝土制作材料的離析程度，而且還會增加BSHJD-S4D/SDS4E5型號側(cè)臥式振動攪拌機(jī)能耗，不符合振動攪拌技術(shù)規(guī)范[3]。因此根據(jù)振動攪拌技術(shù)要求，先對其進(jìn)行干拌振動4.5min，然后再對其進(jìn)行濕拌振動1.5min。運(yùn)用普通攪拌技術(shù)對對照組混凝土試件進(jìn)行制作，普通攪拌技術(shù)不是本文研究重點(diǎn)，因此在此不做過多解釋。振動攪拌完成之后，將BSHJD-S4D/SDS4E5型號側(cè)臥式振動攪拌機(jī)中混合料倒入模具中，并且將模具放到振動臺上打開振動，在10℃-25℃條件下使磨具中混合料凝固[4]。待完全凝固后對其進(jìn)行脫模，并且加以養(yǎng)護(hù)，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

然后將制作好的兩組混凝土試件進(jìn)行強(qiáng)度測試，其中包括劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度。將制作好的兩組試件中心軸線位置繪制出劈裂位置，利用壓力機(jī)對其進(jìn)行測試，在相同荷載條件下記錄兩組混凝土試件的損壞荷載以及劈裂面積，根據(jù)這兩組數(shù)值計(jì)算出混凝土試件的劈裂抗拉強(qiáng)度，其計(jì)算公式如下：

公式（1）中， f表示混凝土試件劈裂抗拉強(qiáng)度； k表示混凝土試件損壞荷載； e為混凝土試件劈裂面積。再利用壓力機(jī)向混凝土試件施加均勻且連續(xù)的荷載，記錄混凝土試件破壞荷載值以及斷裂深度，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算出混凝土試件的抗折強(qiáng)度，其計(jì)算公式如下：

公式（2）中， g表示混凝土試件的抗折強(qiáng)度； d表示混凝土試件破壞荷載值； a表示混凝土試件斷裂深度[5]。最后利用BGUUD-558型彈性模量測定儀測定混凝土試件彈性模量，根據(jù)測量到的混凝土試件彈性模量等數(shù)據(jù)，計(jì)算出兩組試件的抗壓強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照以上過程分別測試混凝土試件在7d、14d、21d、28d、35d、42d、56d時劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度，記錄測試數(shù)據(jù)用于振動攪拌對混凝土力學(xué)性能的影響分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表2 兩組試件強(qiáng)度測試值

從上表中數(shù)據(jù)可以看出，振動攪拌制作而成的混凝土隨著時間的增加，劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及抗壓強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)都在不斷地增加，且均高于普通攪拌制作的混凝土。并且根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，振動攪拌制作的混凝土力學(xué)性能各個指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)，且力學(xué)性能有所提升，這說明振動攪拌對混凝土力學(xué)性能具有一定的影響，能夠起到提高混凝土力學(xué)性能的作用。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

從上文實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出振動攪拌對混凝土力學(xué)能力具有一定的影響，可以有效提高混凝土力學(xué)性能。這是因?yàn)樵诨炷林谱鬟^程中，通過不斷的振動攪拌可以改變混凝土的每部結(jié)構(gòu)，令混凝土混合料攪拌的更加均勻和充分，使混凝土每部結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，減少各個配料之間的縫隙，從而降低混凝土的孔隙率，進(jìn)而提高混凝土力學(xué)性能。此外，由于混凝土本身屬于一種碳纖維結(jié)構(gòu)，在對其澆筑和攪拌制作時，碳纖維結(jié)構(gòu)會受到自身的局限性使結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生很容易影響到混凝土增韌作用，從而使混凝土增韌作用受到限制。

在其制作過程增加了振動攪拌，使混凝土制作材料始終處于振動狀態(tài)，增加各種制作原料之間的摩擦力，并且減小混凝土制作原料的粘聚力，從而增加混凝土制作原料在灌內(nèi)的流動性，在這種狀態(tài)下不利于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，進(jìn)而也就不會限制到混凝土混合料的增韌作用，制作出來的混凝土韌性更強(qiáng)。綜上所述，振動攪拌對于混凝土制作來說具有良性影響作用，在外力的振動作用影響下，破壞了混凝土混合料之間的孔隙，同時也增強(qiáng)了混凝土材料的均勻性，有效避免出現(xiàn)混凝土內(nèi)部結(jié)團(tuán)現(xiàn)象的發(fā)生，從而增強(qiáng)了混凝土的力學(xué)性能，在混凝土制作方面具有良好的推廣意義，以此完成了振動攪拌對混凝土力學(xué)性能的影響研究。

4 結(jié)束語

振動攪拌作為混凝土制作工藝的一種新理念、新方法以及新技術(shù)，已經(jīng)被逐漸應(yīng)用到混凝土制作中，本文基于振動攪拌技術(shù)平臺，對比振動攪拌與普通攪拌技術(shù)工藝下混凝土的力學(xué)性能，分析出振動攪拌對混凝土力學(xué)性能具有良好影響，可以提高混凝土力學(xué)性能。此次研究對振動攪拌在混凝土制作中廣泛應(yīng)用起到了良好的推廣作用，同時也對混凝土實(shí)際加工生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。由于此次研究時間有限，對于具體的影響機(jī)理沒有詳細(xì)的分析和探究，并且在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)上不夠充分，因此研究內(nèi)容方面可能存在一些不足，今后將會在以下兩個方面開展研究，第一是混凝土振動攪拌技術(shù)設(shè)計(jì)及實(shí)踐，第二是振動攪拌對混凝土力學(xué)性能影響機(jī)理，從這兩個方面開展深入研究，促進(jìn)混凝土制作工藝不斷發(fā)展和優(yōu)化。