高强度混凝土搅拌工艺比较研究

吕聪正，冯忠绪，张会华，杨 鹏

(长安大学 工程机械学院，陕西 西安 710064)

双卧轴搅拌机在水泥混凝土搅拌设备中广泛使用，而双螺旋轴混凝土搅拌机采用螺旋状的搅拌主轴替代中间直通的横轴，可以增大搅拌机内部的物流空间，同时可以有效避免抱轴现象。二次搅拌工艺是在考虑混凝土中各组分相互均匀混合作用的基础上，利用投料、搅拌顺序对混凝土内部结构形成的影响，综合提高混凝土性能的工艺方法［1］。国内外资料表明:在相同条件下采用不同的搅拌工艺，得到的混凝土拌合物的品质不一样，混凝土的某些特性依赖于各组分进入搅拌的顺序［2］。

本文主要研究在二次搅拌工艺下，双螺旋轴搅拌机对C60高强度混凝土性能的影响，在相同搅拌参数下，对比分析双螺旋轴搅拌机与其它机型对高强度混凝土搅拌性能的影响，从而选择较优工艺，提高高强度混凝土的搅拌质量。

1 二次搅拌工艺流程

二次搅拌工艺在各国的实施各有特点，所用设备也不尽相同，但目标都是为了提高混凝土的质量和效率，节省资源［3］，归纳起来，主要的几种搅拌工艺流程如图1所示［4］。在二次搅拌机理分析的基础上，本文重点对工艺流程中的先拌水泥砂浆法和粗细骨料全造壳法进行试验研究。

图1 混凝土搅拌工艺流程

2 二次搅拌工艺流程试验

2.1 试验设备和试验材料

试验设备为一台容量100 L的双螺旋搅拌机。搅拌电动机的额定功率为8 kW，输出转速为72 r/min。实验过程中，通过变频器调节电机输出转速实现搅拌速度的改变。采用同一配合比的试验混凝土，设计强度等级为 C60［5］。

2.2 二次搅拌试验

搅拌机的搅拌性能靠混凝土拌合物的质量来体现，包括混凝土的宏观和微观匀质性。一般来说，均匀度是混凝土强度的基础，均匀度好是强度高的必要条件，但不是充分条件，只体现了混凝土的宏观匀质性，其微观匀质性则主要体现在硬化混凝土试块的强度上，其中抗压强度是混凝土强度的主要指标。应该用均匀度和强度指标综合检验搅拌质量。

2.2.1 一次投料法

本试验是一个二因素三水平的试验，在混凝土配合比相同的情况下先进行一次投料法试验，通过改变混凝土的搅拌速度、搅拌时间测得混凝土的平均抗压强度、抗压强度离差系数Cv和砂浆密度相对误差△M、粗骨料质量相对误差△G，如表1所示。

表1 一次投料法试验数据

由表1可知，对于一次投料法，不同试验条件下混凝土的气体的体积分数与抗压强度均相差不大，而在试验3的条件下，ΔM最小，Cv与ΔG较小，且与最小值相差不大，此时，混凝土的宏观匀质性和微观匀质性较好，因此试验条件选择为t=110 s，v=1.4 m/s。

2.2.2 先拌水泥砂浆法

本试验是一个四因素四水平的试验，在不影响试验效果的前提下，为尽可能减少试验次数，采用正交设计。本试验采用正交表L16(45)来设计，表2为先拌水泥砂浆法试验数据。表2得到的是各水平因素不同组合情况下混凝土匀质性和强度指标。为得到各因素最佳水平的组合必须对试验指标分别进行极差分析，并将试验指标随因素的水平变化情况用图形表示出来，如表3、图2所示，表3中因素A代表砂搅拌时间，因素B代表混凝土搅拌时间，因素C代表搅拌速度，因素D代表第一次加水量。

由表 3 可知，针对 ΔM 的优方案排序为 A3、B2、C3、D2;针对 ΔG 的优方案排序为 A1、B3、C1、D4;针对的优方案排序为A4、B3、C4、D4;针对Cv的优方案排序为A3、B4、C4、D3。不同的搅拌因素对搅拌质量的影响不同，把表3与图2结合起来，可得出先拌水泥砂浆工艺的较优方案为:水泥砂浆搅拌时间35 s;混凝土搅拌时间为55 s;混凝土搅拌线速度为1.6 m/s;第一次加水量为60%。

表2 先拌水泥砂浆法试验数据

表3 先拌水泥砂浆法指标极差分析表

图2 试验指标随因素的水平变化图

2.2.3 粗细骨料全造壳法

本试验是一个5因素4水平的试验，在不影响试验效果的前提下，为尽可能的减少试验次数，可以采用正交设计。本试验采用正交表L16(45)来设计，表4为粗细骨料全造壳法试验数据。

表4 水泥裹砂石法试验数据

对试验指标分别进行极差分析，试验指标随因素的水平变化情况如表5、图3所示。表5中因素A代表砂石搅拌时间;因素B代表水泥砂浆搅拌时间;因素C代表混凝土搅拌时间;因素D代表搅拌速度;因素E代表第一次加水量。

表5 水泥裹砂石法指标极差分析表

由表 5 可知，针对 ΔM 的优方案排序为 A4、B4、C2、D1、E3;针对 ΔG 的优 D4方案排序为 A4、B3、C4、D2、E4;针对的优方案排序为 A1、B2、C2、D4、E3。针对 Cv的优方案排序为 A3、B4、C2、E1。不同搅拌因素对搅拌质量的影响程度是不同的，由表5图3可得出粗细骨料全造壳工艺的较优方案为:砂石浆搅拌时间20 s;水泥砂浆搅拌时间45 s;混凝土搅拌时间为25 s;混凝土搅拌线速度1.6 m/s;第一次加水量60%。

2.3 对比试验安排及试验数据

C60高强度混凝土在双螺旋轴和叶片带孔的双卧轴搅拌机的搅拌过程中，通过上述试验分析得出了其在不同搅拌工艺的较优方案。在不同的搅拌工艺下，选取相同的试验条件，对比两种搅拌机的搅拌性能。对比试验安排表及对比试验的各指标如表6，7所示。

由表7试验数据分析可得:对于C60高强混凝土，就混凝土中气体的体积分数而言，混凝土拌合物在凝固前由于气体的存在，使得和易性大为改善、凝聚性提高、拌合物不易分离。在双螺旋轴搅拌机搅拌出的混凝土中气体的体积分数均高于叶片带孔的双卧轴搅拌机。

对抗压强度来说，两者之间的差距十分微小，均符合设计要求;而就Cv来说，叶片带孔的双卧轴搅拌机搅拌出的混凝土抗压强度离差系数较小。就ΔM而言，双螺旋轴搅拌机搅拌出的混凝土砂浆密度相对误差较高。对ΔG来说，2种搅拌机搅拌出的混凝土均满足ΔG＜5%，双螺旋轴搅拌机搅拌出的混凝土中，实验2中的ΔG在对比试验中最小;叶片带孔的双卧轴搅拌机搅拌出的混凝土ΔG较均匀。

图3 试验指标随因素的水平变化图

表6 C60高强度混凝土对比试验安排表

表7 对比试验的各指标试验结果

3 结语

1)在C60高强混凝土搅拌中，若采用双螺旋轴搅拌机，先拌水泥砂浆法水泥砂浆搅拌时间为35 s，混凝土搅拌时间为55 s，混凝土搅拌线速度1.6 m/s，第一次加水量为60%可以使到质量较好的混凝土。

2)采用双螺旋轴搅拌机，粗细骨料全造壳法砂石搅拌时间为20 s，水泥砂浆搅拌时间为45 s，混凝土搅拌时间为25 s，混凝土搅拌线速度1.6 m/s，第一次加水量为60%可以得到质量较好的混凝土。

3)通过对比，采用实验方案5结果比较理想，平均抗压强度较高，Cv、ΔM、ΔG均符合要求且最小，所以采用叶片带孔的双卧轴搅拌机搅拌C60高强混凝土，得到的混凝土质量较好。

［1］宋培建.混凝土多步搅拌工艺［J］.建工技术，1997(3):29 －34.

［2］王卫中.双卧轴搅拌机工作装置的试验研究［D］.西安:长安大学，2004.

［3］王卫中，冯忠绪.二次搅拌工艺对混凝土性能影响的试验研究［J］.混凝土，2006(4):40－42.

［4］尹志府.混凝土搅拌新工艺介绍［J］.建工技术，1994(3):4 －9.

［5］吕聪正.双螺旋混凝土搅拌机搅拌工艺分析［J］.建筑机械化，2012(3):56－59