振动参数对提高混凝土构件强度的研究

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