宋淑琴 ，刘芝敏 ，张爱勤 ，李俊宝 ，艾圣蕊 ，王胜利

（1.济南金曰公路工程有限公司检测中心，山东 济南 250101 ； 2. 山东交通学院 交通土建学院，山东 济南 250357）

引言

随着我国经济产业转型及城镇化建设的进一步推进，我国已成为混凝土使用量最大的国家，因此提高混凝土性能研究有重要的现实意义与经济效益。为提高混凝土使用质量，现如今研究方向主要集中于原材料与外加剂上，但在商砼站实际工程应用中稳定优质的原材料质量与来源难以控制，外加剂的使用则增加生产成本。因此，有学者提出通过改变混凝土拌和方式来改善其工作性、力学强度与耐久性等，其中振动搅拌就是近年来新兴的一种拌和方式[1-4]。与普通强制搅拌相比，振动搅拌具有强化振动能力，可使混凝土原材料在拌和过程中处于颤振状态，从而降低各组成材料颗粒间黏着力与内摩擦力，并减少水泥颗粒“团聚”现象加快水化反应，改善混凝土的综合性能。

1 试验方案

1.1 试验原材料

试验研究原材料主要包括水泥、碎石、河砂及高效减水剂。其中，水泥采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥，粗集料采用石灰岩碎石，颗粒粒径为5～31.5 mm，连续级配；细集料采用河砂，细度模数为2.8的中砂；减水剂为聚羧酸高效减水剂，减水率为25%。

1.2 试验方法

试验混凝土设计强度为C30与C50，设计坍落度为160 mm，C30、C50混凝土配合比见表1。拌和方式选用振动搅拌与普通强制搅拌，搅拌时间均为60 s；养护条件为标准养护。分别测定不同搅拌方式、不同设计强度的新拌混凝土工作性与含气量，养护龄期为7 d、28 d、56 d、90 d时混凝土力学性能及其离散系数，并分析搅拌方式对混凝土性能的影响规律。

表1 水泥混凝土配合比

2 试验结果对比分析

2.1 工作性

采用坍落度筒法对新拌混凝土进行和易性测定，对比两种拌和方式条件下对坍落度的影响规律，试验结果见图1。

图1 不同搅拌方式条件下混凝土的坍落度

分析图1可知，采用振动搅拌时，C30与C50混凝土的坍落度均较采用普通强制搅拌时有所提高，其中，C30与C50混凝土坍落度分别提高2.8%、4.7%，且保水性、黏聚性良好。可见，振动搅拌有利于混凝土的坍落度提高，这主要由于混凝土原材料搅拌过程中，在振动力作用下一直处于颤振状态，破坏了水泥颗粒团聚现象，促进了水泥的水化反应，进而使更多的水泥浆包裹于骨料表面，降低混合物之间的摩擦力；此外，未参与水化反应的水泥颗粒分散在混合料之间亦可起到“滚珠”效果[5]。

2.2 含气量

含气量对混凝土的耐久性影响较大，实际工程通常采用添加引气剂的方式，将微小气泡引入混凝土内部来提高混凝土耐久性，数值大小以体积百分数表示。采用混凝土含气量测定仪对不同搅拌方式条件下混凝土含气量进行测定，结果见图2。

图2 不同搅拌方式对混凝土坍落度的影响

由图2看出，振动搅拌可明显提高混凝土的含气量，其中，C30与C50混凝土的含气量分别较采用普通强制搅拌时提高30%、34%。这主要是由于在振动力的作用下混凝土中较大的气泡破裂，且剩余微小气泡也在混凝土中均匀分散；同时，振动力可破坏混凝土各组分表面的水膜，使上部气体更容易进入混凝土内部； 不仅改善了混凝土的工作性，还在一定程度上提高了混凝土的泵送能力[6-7]。

2.3 抗压与抗折强度

试验分别采用振动搅拌与普通强制搅拌成型抗压与抗折强度试件，在标准养护条件下养护至7 d、28 d、56 d、90 d龄期，测定其抗压强度并对比分析振动搅拌对混凝土抗压与抗折强度的影响规律。试验结果见图 3。

图3 不同拌和条件混凝土抗压与抗折强度变化规律

分析图3可得，采取振动搅拌的C30、C50混凝土抗压与抗折强度均高于普通强制搅拌混凝土。其中，在养护龄期小于28 d时，混凝土抗压与抗折强度增长速率较快，龄期大于28 d后，增长速率则趋于平缓。见图3（a）、图3（b），在养护龄期为28 d、90 d时，采用振动搅拌的成型的C30、C50混凝土抗压强度分别较普通强制搅拌成型混凝土增长7.1%、3.1%和3.8%、1.4% ；由图3（c）、图3（d）看出，在养护龄期为28 d、90 d时，采用振动搅拌的成型的C30、C50混凝土抗压强度分别较普通强制搅拌成型混凝土增长10.9%、6.4%和14.7%、7.5% 。这是由于在振动力的作用下水泥颗粒一直处于震颤状态，破坏了水泥的团聚现象，有利于水泥的水化反应，使骨料被水泥浆充分包裹，并且在振动力作用下分布更加均匀，明显地改善了混凝土的力学性能[8-10]。

2.4 抗压弹性模量

抗压弹性模量是评价混凝土抗变形能力的重要力学参数。试验对标准养护条件，龄期分别为7 d、28 d、56 d、90 d的混凝土抗压弹性模量进行测定，探究搅拌方式对抗压弹性模量的影响。

对比两种搅拌条件下的混凝土抗压弹性模量可知，采用振动搅拌的混凝土抗压弹性模量整体高于普通强制搅拌混凝土且均随龄期的增长呈先快后慢的增长趋势。见图4（a），在养护龄期为7 d、28 d、56 d、90 d时，C30振动搅拌混凝土抗压弹性模量分别较普通强制搅拌混凝土增长2.1%、5.6%、5.5%、5.7%，因此在养护龄期不小于28 d时，两种拌和方式下混凝土的抗压弹性模量差别趋于稳定约为5.6%；同理，分析图4（b）得出，在养护龄期大于28 d时，C50振动搅拌混凝土抗压弹性模量较普通强制搅拌混凝土高4.1%。这是由于拌和过程中混凝土各组成材料在振动力作用下，减少了水泥颗粒的“团聚”现象且能够更加均匀分布于混合料中。同时，振动搅拌加速混合料之间的相互作用，不但使水泥水化作用加快且使其水化更加充分[11-13]。此外，振动左右净化了集料表面，提高其与水泥的粘附力，因而提高了水泥混凝土的抗变形能力。

图4 不同拌和条件混凝土抗压弹性模量变化规律

2.5 抗压强度离差系数

试验研究对分别采用振动搅拌与普通强制搅拌，养护龄期为7 d、28 d、56 d、90 d的混凝土抗压强度离差系数进行计算，以此来评价混凝土生产质量的均匀性，并分析其影响变化规律。试验结果见图5。

图5 不同拌和条件混凝土抗压强度离差系数变化规律

由图5可知，采用振动搅拌成型混凝土的离差系数低于普通强制搅拌的混凝土，且当养护龄期大于7 d时，采用振动搅拌成型的混凝土抗压强度离差系数趋于一致。其中，在养护龄期28 d时，采用振动搅拌成型的C30与C50混凝土抗压强度离差系数比采用普通强制搅拌成型的混凝土分别降低28.6%、33.3%。因为在振动搅拌时，混合料在筒体内在受到振动力作用，振动力产生的振动波可使混合料颗粒间的黏着力和摩擦力短时间内急剧减小，有效加快了混合物的扩散运动和循环流动，从而显著改善混凝土拌合物的整体匀质性[14-15]。

2.6 微观结构分析

采用扫描电子显微镜（SEM）测试手段分析混凝土微观结构与其拌和方式的关系，探讨其改性机理。将养护龄期为90 d强度等级分别C30、C50混凝土进行SEM观察，见图6。

图6 不同拌和方式混凝土SEM照片

从图6的SEM照片可看出，采用普通强制搅拌的混凝土中存在较明显的裂缝，见图6（a）、图6（c），微裂缝的存在对混凝土力学有一定的影响，甚至会对混凝土的耐久性能产生一定影响影响；而采用振动搅拌的混凝土水泥石结构密实，无明显的裂缝与微裂纹的存在，由水泥水化产生的C-S-H凝胶更加细致相聚交织成一个致密的整体[16]，即宏观表现为强度的提高。这主要是由于在振动力的作用下，水泥团聚现象减少水泥水化彻底，水泥浆分布更加均匀，同时，骨料表面也得到净化。因此，使得骨料与水泥石界面粘结性能得到提高，减少裂缝的出现，从而在宏观表现为力学性能得到进一步提高。

3 结语

（1）采用振动搅拌代替普通强制搅拌方式，可提高混凝土拌和物的流动性且保水性、黏聚性良好，显著改善了混凝土的工作性。（2）与普通强制搅拌相比，振动搅拌可使混凝土拌合物含气量得到显著提高，从而有利于混凝土耐久性的改善。（3）与普通强制搅拌方式相比，采用振动搅拌制备的混凝土早期与后期抗压、抗折强度均有不同幅度提高且抗压强度离散程度显著降低。因此振动搅拌对改善混凝土拌合物匀质性与提高硬化后强度有显著作用，对于保证工程质量具有现实意义。（4）采用振动搅拌代替普通强制搅拌方式，混凝土抗压弹性模量有明显提高，说明振动搅拌对改善混凝土抗变形能力有显著效果。（5）SEM显示，与普通强制搅拌方式相比，采用振动搅拌制备的混凝土结构更为密实，界面黏结性能更加优越，从而混凝土内部微裂缝、缺陷数量得到明显减少。