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| 振动参数对提高混凝土构件强度的研究 |
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随着我国基础设施和铁路、公路建设的快速发展，混凝土的密实程度越来越对建筑工程质量及后期的建设施工和使用，产生着重要影响。在建设施工中，利用机械密实混凝土的工艺方法很多，如挤压法、振动法、离心法、碾压法等等，其中以振动密实混凝土的方法最为普遍，应用最广泛。长期以来，许多建筑设计范围、施工单位和现场操作人员对混凝土凝固过程中的基理及振动参数的选择不是很清晰，特别是在振动参数对混凝土内在质量的影响方面还很困惑，造成混凝土构件强度标准不一，质量参差不齐。如果振动参数选用不合理，混凝土就会产生离析现象，造成混凝土内部颗粒下沉，严重影响混凝土内部构件质量。因此科学选用合理的振动参数，有效提高混凝土的构件强度，是我们建机行业及各施工单位应探讨的课题。针对这种情况，安振公司通过考证与实践，对振动理论和混凝土凝固过程进行了深入的研究，并结合大量施工现场的经验，认为科学选用合理的振动参数对提高混凝土构件强度将起到至关重要的作用。
1、振动参数对混凝土构件强度的影响
振动器的振动参数主要包括振动频率、振幅、激振力及具体施工中的工艺控制和振动时间等，混凝土构件主要由水泥、砂、水、骨料（石子）及钢筋等组成。混凝土在凝固过程中由于水泥的水化反应，在混凝土构件内部会产生很多气泡、水气等，结果就会在混凝土内部及外表形成蜂窝、孔隙等现象，直接造成混凝土构件强度的下降，而振动就是为了消除混凝土内部的气泡、孔隙，增加混凝土的密实度，如果振动频率、振幅、激振力和振动时间科学合理，将会有效提高振动效果，克服混凝土内部材料之间的摩擦阻力，使混凝土内部水泥、砂、骨料及钢筋能有机地结合起来，达到提高混凝土密实度的目的。如果振动参数选用不合理，轻者造成混凝土密实度不高，影响混凝土强度，重者造成混凝土离析现象的发生，混凝土离析就是由于振动参数选用不合理，造成混凝土内部比重大的颗粒受自重影响下沉，比重轻的泥浆上浮到表面形成泌水层，从而严重影响混凝土构件的质量，造成混凝土构件强度下降。根据有关理论计算和试验表明，由于密实度不好产生的空隙，每增加1%的空隙率大约会降低混凝土构件强度5%左右。
2、混凝土构件的密实过程
我们来剖析一下混凝土的凝固及密实过程。在振动过程中混凝土内部结构形成过程比较复杂，我们一般把混凝土的密实过程分为两个阶段，即细灰浆阶段和粗骨料阶段。细灰浆阶段基本上与颗粒材料的充填相类似。第二个阶段即粗骨料阶段，在混凝土凝结前，混凝土中粗骨料的周围会产生内分层现象，一般分为三个区域。
区域一称为充水区域（泌水区域），含水量最大，其蒸发后则形成孔隙，是混凝土中最薄弱的部分，也是混凝土渗水的主要通道和裂缝的发源地。区域二的砂浆则比较正常，一般称为正常区域。区域三是混凝土中最密实和最强的部位，称为密实区。由于混凝土的内分层，使混凝土具有各向异性的特征，表现为其沿着浇灌方向的抗拉强度较垂直该方向的低。 在混凝土内分层的三个区域中，泌水层区域对混凝土影响最大，所以在振动时要根据水泥的品种、用水量、砂率及骨料等情况，选择合适的振动器及振动参数进行合理振动。只要振动一开始，由于振动脉冲的作用，减少了混凝土内部骨料之间的摩擦阻力，灰浆暂时呈流体化，使混凝土保持原始蜂窝状的内摩擦急剧降低，混合料成为不稳定性，向低水平面和较为密实的结构流动，粗骨料之间的大空隙已被灰浆所充填，混凝土与悬浮着粗骨料颗粒的液体有点类似，但这时灰浆中仍包含着许多气泡，通过振动使混合料进一步搅动后使气泡上升到表面，振动继续进行直到足够的气泡被排出，混凝土密实。
3、二次振动对混凝土强度的影响
由于混凝土内各矿物颗粒的相对比重都大于水，如果过分振动则会产生离析现象，造成比重大的颗粒受自重影响下沉形成泌水层，从而影响混凝土构件质量。同样如果振动力量小，也不能产生足够的力量消除混凝土内部的摩擦阻力，气泡得不到有效排除，从而造成混凝土强度下降。只有选用科学合理的振动参数，才能再振动过程中利用有效的机械振动，使混凝土内部水泥、沙、骨料（石子）混合均匀，增加与钢筋之间的粘合力，消除混凝土砂浆
中的气泡使之密实。
由于一次振动结束后，混凝土暂时处于一种平衡状态，但由于混凝土内部水泥的水化过程、水分蒸发析出、混凝土沉陷和凝固收缩等原因，混凝土内部还会存在着一些孔隙、气泡、裂缝等，影响混凝土与粗骨料、钢筋的粘联。
为有效地消除这种影响，我公司经过大量的试验并参考国内外相关的技术资料，认为在一次振动结束后应在混凝土初凝前增加一次振动，即混凝土的二次振动，混凝土的二次振动能更好地消除混凝土成形时残留下来的气泡、水泥石中的毛细管孔腔和凝胶孔以及水泥石和骨料钢筋接触处的孔穴等，二次振动改变混凝土的内部结构，使之密实，实际检验证实在初凝前二次振动比一次振动能提高混凝土强度30%以上。
4、科学合理的振动参数选择在具体施工中的应用
通过以上的研究分析，我们认为振动在混凝土凝固密实过程中的作用，主要体现在振动频率、振幅大小和激振力的合理选用上，以及混凝土构件施工中工艺控制及振动时间的把握上。
我公司经过几十年的研究与探讨，对振动器的技术参数进行科学选用，形成了自己特有的优势，根据混凝土构件的具体情况，选用科学合理的振动参数，并在不同的工地现场证实效果很好。下面我们通过几个典型实例，阐述一下在具体施工现场如何选用合理的振动器及振动参数用来满足不同混凝土构件的需求。
示例一：高速铁路轨道板振源装置振动参数的合理选用
2006年1月我们承担了高速铁路轨道板振源装置的研究项目，高速铁路轨道板长6.45m。宽2.55m，厚0.2m，内部采用钢筋网和横向预应力涨拉结构，工程对混凝土构件（高速铁路轨道板）内部密实度和表面平整度都有严格要求。我们经过分析，决定采用台面振动方式，即在振动台面上安装根据高速铁路轨道板外型尺寸制作的模板，在振动台面下安装高频附着式振动器。高频附着式振动器采用偏心块做为振动部件，为了克服由于振动在振动台上产生的对地冲击波，降低振动对模板的损坏程度，我们在振动台支承部位安装橡胶元件，利用橡胶元件的减振减少对振动台的破坏。根据混凝土的塌落度和水泥、砂、石子及钢筋的密度，我们经过多次试验，测定最佳振动频率、激振力、振幅等技术参数，为使整个振动台振动均匀，我们设计每个振动台均匀安装8台高频附着式振动器。
为了保证整个台面均匀振动，在振动台下面安装振动梁并且精确在同一高度上，将高频振动器（8台）均匀分布安装在振动梁上，保证振动梁和模板所受的负荷均匀。
对振源装置的控制，我们采用电子变频技术，根据振动效果适时进行调整，该振源装置已报发明专利。
在实际施工过程中，根据混凝土的塌落度和初凝时间，我们确定分二次振动（二次振动可提高混凝土的强度见注1），即在混凝土充满模板后先振动60-80s，将混凝土内的气泡排除干净使混凝土内骨料混合均匀，约60-90s（根据混凝土的初凝时间）后，再振动30-40s，用来消除水泥水化反应产生的气泡及缝隙使之完成密实过程，实际观察与试验结果也证实了经过二次振动可以提高混凝土构件的强度。经本振源装置试验台加工出的高速铁路轨道板，养护后混凝土强度及外型指标达到工程设计标准。
示例二：混凝土预制桥梁（T型简支梁、工字梁、箱式梁）振动参数选择现在大型桥梁支梁都采用预应力混凝土结构预制加工，这种混凝土结构内部钢筋密度大，混凝土塌落度小，因支梁跨度比较大（长约30-200m之间），因此，一般采用分段连续灌注，约2-5m为一个振动单元，我们根据混凝土的塌落度和砂灰比，确定选用振频为150Hz的高频快装附着式振动器进行振动，为减少施工成本，将高频振动器设计成快装形式，方便快速装拆，即在桥梁两侧模板上分别安装3-5台高频振动器，一个振动单元的混凝土灌注完成后开始振动，振动结束后，可快速将高频振动器拆下安装到下一振动单元。因选用了150Hz的高频振动，振动振幅为0.8mm比普通平台振动器振幅小（普通平板振动器振幅1.2mm以上），能有效地减轻钢模板的损坏，提高钢模板的使用寿命，实际振动时间不用太长，经测算在20-30s便能达到振实要求，实际振动过程中，一般在混凝土灌注完成后振动20-30s便能达到振动密实的要求，中间停40-60s左右再进行二次振动，二次振动10-20s左右便能达到密实要求，经实际检测效果很好，满足了桥梁的密实要求和强度要求。
示例三：水泥大坝混凝土振动器参数的合理选用
水泥大坝混凝土一般体积大（约数十米宽和数公里长，高达数百米），钢筋密度小，其浇灌过程主要是采用分块浇灌（每块厚度约1.5-2m）、间隔养护、连续作业，我们根据水泥大坝混凝土骨料大、砂量小、钢筋密度小、水泥量和水量较低的情况，决定选用内装高频振动器，振动频率200Hz振动棒直径Ф85mm。因施工现场环境恶劣，振动棒使用电压选用安全电压42V，在具体施工中采用振动棒快插慢拔，实际振动中明显比普通插入式振动器效果好，能有效地排出混凝土内的气泡达到密实的目的。
作为生产振动器的专业基地，安振公司始终把产品质量和技术创新放在第一位，并为用户提供科学的服务，确保工程建设质量。通过科学考证及大量的工地实验，根据工程性质及混凝土的不同配比，我们掌握了各项合理的振动参数，并在安振用户中得到有效应用，收效很好。因此我们认为，在混凝土构件施工中，根据混凝土构件的具体情况，采用适宜的振动器及科学合理的振动参数，对提高混凝土构件强度起着非常重要的作用。
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