大流态水下混凝土振动搅拌试验研究

大流态水下混凝土振动搅拌试验研究

董志成

中铁大桥局第七工程有限公司 湖北 武汉 430050

摘要：通过采用振动搅拌与传统强制搅拌对大流态水下C35桩基混凝土进行拌和对比试验，测试其坍落度、扩展度、含气量、泌水率、容重及强度等指标，发现振动搅拌能够提高混凝土的流动性，改善混凝土的工作性，并在一定程度上提高混凝土的抗压强度。同时，通过同节奏及异节奏振动搅拌对比试验发现，振动方式的改变不是影响混凝土各项性能的原因。

关键词：混凝土；振动搅拌；坍落度；扩展度；含气量；强度

一、前言

振动搅拌技术是在目前广泛使用的双卧轴搅拌机技术的基础上设计制造而成，振动搅拌除搅拌轴低速搅拌外，振动电机带动搅拌轴还以每分钟 1500～1600的频次高频振动，又由搅拌轴带动搅拌臂和搅拌叶片一起振动，是低速搅拌和高效振动同时作用，通过振动搅拌来实现宏观的对流运动和微观的扩散运动的有效结合，能够真正实现混凝土的微观均匀，振动搅拌是一种经济的，也是有效的机械强化搅拌过程的方法。马宝亮^[1]等研究表明，振动搅拌对混凝土的工作性能显著提升，能有效降低混凝土黏度。姚运仕^[2]等研究表明，相同搅拌时间下，振动搅拌能够提高混凝土立方体抗压强度5%以上。

对于超长大直径水下桩基混凝土，由于其流动性大，凝结时间长，振动搅拌对其的影响目前并无明确定论。本文依托某斜拉桥大流态超长缓凝桩基混凝土工程，开展相关试验研究。

二、试验研究

2.1 原材料

水泥：华润P·O 42.5水泥。其基本性能指标见表1。

表1 水泥基本性能指标

砂：韩江河砂，Ⅱ区中砂。其基本性能指标见表2。

表2 砂基本性能指标

石：碎石，5～25mm连续级配。其基本性能指标见表3。

表3 石基本性能指标

外加剂：广州佳能聚羧酸高性能减水剂。减水率为31%，固含量为21.7%，初凝凝结时间差465min。

水：采用河水净化水。各项检测结果均符合《混凝土用水标准》（JGJ 63-2006）的规定。

2.2 配合比

本研究配合比设计依据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011），设计容重2400kg/m³。具体材料组成为：

表4 C35水下混凝土配合比设计表

2.3 试验内容

试验采用DT2000ZBW型振动搅拌机进行。试验分为两部分。第一部分，进行振动搅拌与非振动搅拌对比试验，振动采用全程同步振动的方式。搅拌基准时间设置为120s，并以10s为间隔梯次递减。第二部分，进行非全程振动搅拌试验，即振动时间少于搅拌时间，分为非全程同节奏振动搅拌和非全程异振动搅拌，其中，振动时间以30s为间隔梯次增加。非全程同节奏振动，即开启搅拌的同时开启振动，至搅拌中途关闭振动。以搅拌90s、振动30s为例，第0～30s振动，31～90s不振动。非全程异节奏振动，即开启搅拌的同时不开启振动，至搅拌中途开启振动。以搅拌90s、振动30s为例，第0～60s不振动，61～90s振动。

2.4 试验数据

表3 振动与不振动混凝土工作性试验结果一览表

表4 非全程振动混凝土工作性试验结果一览表

三、数据分析

3.1 振动与不振动对比分析

通过表3数据可以发现，振动搅拌60s与不振动搅拌80s、90s的混凝土坍落度、含气量、容重、强度等均相差不大，扩展度更大，说明，相比较传统强制非振动搅拌，振动搅拌能够在一定程度上提高混凝土拌和均匀性，降低混凝土拌和所需时间，提高混凝土生产效率。

通过对比振动与非振动数据发现，如图1、图2所示，在搅拌时间相同的情况下，振动搅拌能够增加混凝土的坍落度和扩展度，提高混凝土流动性，有利于桩基混凝土灌注施工，说明振动搅拌能够加速水泥颗粒的分散运动，降低水泥颗粒团聚效应，提高水泥浆体的匀质性，使混凝土易于流动扩展。

但与此同时，如图3所示，振动搅拌会降低混凝土的含气量，在坍落度较大时，会产生轻微泌水现象，这主要是由于振动导致混凝土中外加剂引气成分所产生的微小气泡聚集形成大气泡后排出混凝土，不利于混凝土锁水，对混凝土的包裹性有一定的影响。

含气量降低后，有利于提高混凝土的密实度，能够提高混凝土的力学性能。如图4所示，同步振动相较于不振动，其7d及28d立方体抗压强度均有所提高，其中7d强度最高可提高3.5%，28d强度最高可提高5.6%。

3.2 振动时间对混凝土性能的影响

通过图1～图2可以发现，振动时间越长，混凝土的坍落度、扩展度越大，这主要是由于搅拌时间越长，水泥颗粒分散越充分，混凝土中水泥浆愈加均匀，聚羧酸外加剂中憎水分子分散更充分，释放的自由水越多^[3]，混凝土流动性增加。但随着振动时间到达临界点，水泥颗粒与水接触面积增大，水泥水化加快，需水量增加，不利于混凝土坍落度及扩展度的保持，表现为坍落度损失及扩展度损失加大。

通过图4可以发现，振动时间越长，混凝土的强度越高，这主要是由于振动时间越长，水泥颗粒与水接触越充分，水化越充分，未水化的水泥比例越小，有利于混凝土强度生成，同时，振动时间越长，含气量越低，混凝土密实性越高，强度越高。^[4][5]

3.3 振动方式对混凝土性能的影响

通过图1～图2可以发现，采用同节奏振动或异节奏振动，当总振动时间相等时，混凝土的流动性、含气量、泌水率、容重及强度差异较小，这主要是由振动机理所致，振动时间相同，对水泥颗粒的分散作用程度大致相同，对混凝土各项性能的影响亦大致相同；当振动时间不相等时，影响规律及作用机理与3.2所述一致。

四、结论

振动搅拌能够节省搅拌时间，提高生产效率。振动搅拌可以提高混凝土的流动性，但坍落度及扩展度损失也会同步加大，搅拌时间越长，对混凝土的工作性能影响越明显，搅拌时间到达临界点时，产生轻微泌水。振动搅拌可小幅提高混凝土抗压强度，其中7d强度最高可提高3.5%，28d强度最高可提高5.6%。采用同节奏或异节奏振动搅拌时，在振动时间相同的情况下，对混凝土各项性能影响差异不大。

参考文献：

[1]马宝亮.C50泵送混凝土振动搅拌试验研究[J].建设机械技术与管理.2021(04)：91-92.

[2]姚运仕，刘欢建等.高性能混凝土振动搅拌试验研究[J].硅酸盐通报.2020(3)：730-733.

[3]马建峰，高育欣等.振动搅拌时间对大流态混凝土性能影响[J].试验研究.2021(08)：74-78.

[4]张海铭.振动搅拌对混凝土力学性能的影响[J].四川水泥.2021(09)：16-17.

[5]乔卫明，宋少民等.振动搅拌对高强流态混凝土性能的影响[J].混凝土世界.2017（12）：90-95.