创新振动搅拌技术激发工程材料潜能

2018-11-29陈楠枰

交通建设与管理 2018年4期

关键词：耐久性微观集料

文/本刊记者陈楠枰

长安大学二级教授、博导冯忠绪

长安大学教授冯忠绪及河南万里路桥集团研发团队发明的振动搅拌技术与设备（简称“德通振动搅拌技术与设备”），仅在不到3年时间里，便迅速推广至全国20余个省份，产值过亿。发展速度之快引起了行业内的高度关注。

这些成绩对于冯忠绪而言，得到的并不容易。从无到有，从成熟到实现产业化，花费了他和团队近30年的苦心钻研而来。

刨根究底混凝土搅拌均匀了吗？

把搅拌后宏观上均匀的混凝土中的水泥浆放在显微镜下，会发现水泥颗粒并没有均匀分散在水中。大约10%～30%的水泥颗粒三三两两聚在一起，形成微小的水泥团，这种团聚现象不仅浪费了水泥，而且影响着混凝土的和易性、强度及耐久性的提高。

长期以来，全世界混凝土的制备大多使用的都是这种静力搅拌的方法。若是仅以生产水泥混凝土时水泥浪费指标来说，我国2016年的水泥产量为24亿吨，按搅拌不均匀使10%的水泥浪费计算，则浪费水泥2.4亿吨。

“显微镜下，混凝土细观和微观结构上存在严重的不均匀结构缺陷，混凝土中的含气量与气孔直径能改变吗？同样级配和技术指标前提下，混凝土的水泥用量与用水量可再减小吗？占比很小又很难分散的添加剂弥散均匀了吗？特种混凝土中的纤维等添加料分散均匀了吗？搅拌好的材料在运输与施工中的变异性如何减小？如何有效处治半刚性基层开裂？如何解决半刚性基层强度与裂缝的矛盾？”自1988年到莫斯科汽车公路学院学习开始，关于水泥混凝土振动搅拌的一系列问题长时间困扰着冯忠绪。

他意识到，搅拌是品质工程建设的重要环节，只有搅拌实现均匀，才能防止离析和容易压实，发挥材料的最大性能。虽从20世纪30年代开始，前苏联、美国、德国、日本等国都进行了混凝土振动搅拌的试验研究，但缺乏系统性的研究，更没有与产品研发相结合研究的先例。“已有搅拌设备的‘裹覆式’对流只能保证宏观均匀，而混凝土匀质性指标也仅关注宏观匀质性。可是，各种细集料、胶凝材料、气体的微观均匀才是真正的均匀，人们都忽视了唯有微观均匀能发挥材料本身的性能。”冯忠绪说。

另辟蹊径振动搅拌技术开启全新平台

自1998年，冯忠绪团队采用振动与搅拌相结合的振动搅拌方案，设计了在工作过程中空间力系能够动平衡的单立轴振动搅拌机起，他就早已认识到，振动搅拌涉及机械工程、建筑材料、施工工艺与试验科学等学科与领域，研究搅拌机构与混凝土的相互作用机理，振动搅拌过程对混凝土结构-流变特性的变化，振动搅拌与强制搅拌相结合的较佳实现方式，都是以提高混凝土的搅拌质量与搅拌效率为出发点与落脚点。

在冯忠绪看来，振动搅拌应为宏观对流运动与微观扩散运动的有机结合，其中，对流意在拌匀，而扩散则意在拌透。

对混凝土混合料进行振动搅拌，使水泥颗粒具有一定振动频率下的振幅后处于颤动状态，破坏水泥和水的黏聚结构，能使物料间的内摩擦力大大降低，使水泥粒子充分水化，同时使各组分运动速度加快，增加有效碰撞次数，加速集料表面水化产物向液相的扩散速度。

另一方面，还有助于净化集料表面，增强水泥石与集料之间的粘结强度，对于混凝土细观与微观结构的改善、强度的增强、耐久性的提高具有显著效果，所需的密实载荷亦会明显减少。

反复试验中，冯忠绪和他的团队发现，振动搅拌有均匀、裹覆、密实3大作用，而与普通强制搅拌相区别。

振动搅拌使得混凝土的孔级配和孔分布明显改善，混凝土内部的孔隙向减小方向移动，大孔数量减少而小孔数目增加，“这说明振动搅拌在使混凝土含气量增加的同时，并不给混凝土内部带来大量的体积大的孔隙，增加的只是毛细孔隙和凝胶孔隙，因此，提高了混凝土的耐久性，且不会降低混凝土的强度。”他说。