振动拌和对提高混凝土强度的机理分析

时间：2019-10-18 10:19:17 所属分类：建筑科学 浏览量:

摘要：首先简述了振动拌和的概念，指出了振动拌和对提高混凝土性能的意义，分析了振动拌和对水泥浆-骨料界面结合区的影响机理、振动拌和对水泥团聚现象的影响机理、振动拌和对拌和效果的影响机理、振动拌和对水化反应的影响机理，总结了振动拌和从以上四个方

　　摘要：首先简述了振动拌和的概念，指出了振动拌和对提高混凝土性能的意义，分析了振动拌和对水泥浆-骨料界面结合区的影响机理、振动拌和对水泥团聚现象的影响机理、振动拌和对拌和效果的影响机理、振动拌和对水化反应的影响机理，总结了振动拌和从以上四个方面对提高混凝土强度的机理。

　　关键词：振动;拌和;混凝土;强度

　　0 引言

　　影响混凝土强度的因素主要是集料级配，水泥石-骨料间的界面过渡区强度、孔结构和含水量。振动拌和就是在混凝土的拌和过程中施加振动，实现对混凝土拌和过程中同时施加振动，这样不仅可以破坏水泥凝聚团，而且可以使得水泥颗粒分布均匀，从而使混凝土的强度得以增强。振动拌和就是使混凝土在拌和与振动的双重作用下，物料颗粒间相互碰撞，从而提升混凝土的对流和扩散，最终达到整体上的均匀性。因而可以明显地提升混凝土的各项能力，同时使得相互间的挤压与碰撞次数增加，各微粒具有更多的能量，这样更容易拌制出强度高、工作性好、耐久性好的混凝土。

　　1 振动拌和对混凝土强度的机理分析

　　混凝土的强度是指其抵抗外力不受破坏的能力，在结构设计和质量控制中是最重要的性能之一，而各种力学性能均与抗压强度有一定的关联，因此在设计时，通常使用抗压强度来折算。振动拌和对混凝土性能影响最直接，最显著的是对混凝土强度的影响，主要从对混凝土界面过渡区、水泥团聚、拌和效果、水化反应的影响来实现。

　　1.1 振动拌和对混凝土界面过渡区的影响硬化混凝土由骨料、水泥石和水泥石-骨料间的界面过渡区三相所构成。由于在硬化混凝土中，水泥石以及骨料的强度明显高于过渡区的强度，所以可以视过渡区为硬化混凝土的强度相对薄弱环节。由于在新拌和的混凝土中，在骨料的周围会包裹着一层致密的水膜，从而使靠近骨料表面的水灰比明显大于混凝土拌和料内其他各处的水灰比，进而降低了界面结合处的强度，但这种情况会随着时间而有所改善;由于较高的水灰比，使得水化反应后形成的钙矾石和氢氧化钙在靠近骨料处形成的晶体也较大，从而界面结合处的固体骨架结构中孔隙比水泥石中的孔隙要多;另外由于其结合处的微裂纹较多，也是其强度不够的原因。振动拌和下使得骨料也发生振动，最终使其表面的水膜破裂、灰尘掉落，获得洁净的骨料，此时骨料被湿润的水与活力极强的水泥颗粒包裹，水化反应会更加充分及时，这样使得混凝土的早期强度较普通强度拌和的混凝土强度有所提高，而此时骨料周围的水灰比也会有所下降，不再有利于大的晶体形成;在振动的同时使得界面结合处的微裂纹也有所减少，从而提高界面结合处的强度，进而改善混凝土的整体性能。

　　1.2 振动拌和对混凝土水泥团聚现象的影响混凝土的性能主要取决于起始的水灰比与水泥水化反应的程度，所以在一定的水灰比条件下，水泥的水化程度决定了水泥石的性能，硬化水泥浆体是由固液气多相多孔组成的复杂结构体。由于水泥熟料颗粒的尺寸较小，小颗粒会随着水化反应的进行而逐步反应，但大颗粒的水泥团由于种种原因很难参加反应，甚至在长期使用后的混凝土中还能发现其存在。由于在反应的过程中有大量的水泥颗粒仍然没有参与而是被水膜给紧紧包裹着，在振动拌和的过程中水膜会被振碎，团聚的水泥团会散开，迅速与水发生反应;与此同时，由于水泥团的散开，相比较普通拌和而言等同于多加入了水泥量，从而使得水灰比降低而获得强度的提升;拌和过程中物料的位移需要两种不同的运动来实现：即对流运动，由拌和来实现其宏观的匀质性，这种运动在拌和过程中是最为重要的，尤其在拌和起始时，另外一种是扩散运动，为了使其达到微观的匀质性从而让各相表面结合良好，这种运动可以改善提高混凝土的性能。而振动拌和会使各微粒处于颤振状态，并且具有较强的活性，从而更有利于分子间的扩散，不仅使得水泥团分散、具有活力，而且加速了反应速率，可以很好地改善混凝土的强度。

　　1.3 振动拌和对混凝土拌和效果的影响在振动拌和的过程中，混合料的各组分离振动源越近，其所接受的振动强度越大，离振动源越远，所接受到的振动强度越小。换言之，离安装在拌和筒中心振动器越近的位置，传递的振动能量越大，所拌和的混凝土质量越好。离拌和筒壁越近所传递的振动能量越小，但是在拌和叶片的强制作用下靠近筒壁的物料颗粒被推向振动轴附近，进而与振动轴附近的物料形成对流，继续吸收振动能量，周而复始，不仅有对流剪切运用，而且也有微观上的扩散运动，这样使得振动能量完全传递给了物料，所以说振动拌和极大地改善了普通拌和的低效区现象。

　　1.4 振动拌和对混凝土水化反应的影响混凝土拌和后，水泥表面的矿物质成分迅速与水发生水化反应，其溶液逐渐成为一种凝胶体并伴随着热量的释放，随着水化水解作用的不断深化，形成的凝胶体逐渐开始结晶硬化，这便是水泥水化反应的一个简单过程。水化反应后会生成水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙、水化硫酸铝酸钙等，对硬化后的混凝土所起的作用各不相同。在水泥水化反应的起始反应期完成后，便会在水泥颗粒的表面附着大量的水化产物，从而包裹着水泥颗粒阻碍水化反应的进一步发展，如此便会使水化反应停止，同时仍有相当一小部分未参加水化反应的水泥残留在混凝土中。振动拌和会使硬化水泥浆体晶体周围中氢氧化钙溶液的过饱和度提高，进而获得更强的稳定性，同时在振动的作用下，水分子间的表面张力受到破坏，换句话说，其打散了水分子的团聚现象，使其具有了较强的活性，更易于发生渗透与水化反应。与此同时，在水的表面张力包裹下形成的水泥团也被破坏，最终分散在介质中，使得水化反应更加彻底，混凝土整体的均匀性有所提升，早期强度上升较为明显，依次来改善混凝土的整体性能。

　　2 结语

　　本文主要从振动拌和对水泥浆-骨料界面结合区的影响，对水泥团聚现象的影响，对拌和效果的影响以及对水化反应的影响四个方面来阐述对混凝土强度的影响，通过分析振动拌和对混凝土强度的影响，可知振动拌和可以提高水泥石-骨料界面结合处的黏结强度，改善了普通拌和机的低效区现象，同时使得水化反应更加彻底，因而可以提升混凝土的强度。采用振动活化与普通静力拌和相结合的方法来生产混凝土技术。不仅可以提高混凝土的强度，相关研究还表明，在混凝土设计强度不变时可节约水泥达 15%～20%;同时，拌和时间可缩短50%，节能达30%，拌和质量及拌和效率得以兼顾。因此，开展混凝土振动拌和机理的研究，形成面向工业使用的可靠的振动拌和技术，为提高混凝土性能和生产效率开创一条更为经济低耗的途径是本课题的研究价值所在。该项技术大大降低了基础建设的总投资，提高了混凝土生产效率、减少了水泥用量、节约了能耗，符合国家节能减排绿色发展的总体方针。可见，振动拌和技术将产生重大的经济、社会、环境效益，对推动交通基础建设的可持续发展具有重大的意义。同时，减少水泥用量符合国家节能减排绿色发展的总体方针。

　　综上所述，振动拌和技术对交通建设将会产生良好的经济社会效益。

　　参考文献：

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　　[3] 郭剑飞.混凝土孔结构与强度关系理论研究[D].杭州：浙江大学，2004.

　　《振动拌和对提高混凝土强度的机理分析》来源：《交通世界》，作者：王世松。

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