國內(nèi)混凝土攪拌方法和攪拌設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

摘要：介紹了混凝土攪拌方法，混凝土攪拌裝置的工作原理及攪拌裝置的分類和特點(diǎn)，闡述了攪拌裝置的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：混凝土；裝置；方向

混凝土是指由砂、石作集料、水、外加劑等原材料按一定比例攪拌而成的混合料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國防、水利、市政和民用等基礎(chǔ)建設(shè)工程中，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。隨著社會(huì)的發(fā)展和建設(shè)施工技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)對混凝土品質(zhì)的要求越來越高，促進(jìn)了混凝土向高強(qiáng)、

輕質(zhì)、耐久、抗暴、抗震等方面發(fā)展。隨著社會(huì)的需求，國家將逐步減少普通混凝土的用量，重點(diǎn)發(fā)展綠色環(huán)保型高性能混凝土，然而要獲得高性能的混凝土，除了原材料配比的重要性外，對混凝土的攪拌方法和攪拌裝置也要求逐漸趨向于專業(yè)化、高效化和大型化。因此加強(qiáng)對混凝土攪拌方法和攪拌設(shè)備的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1攪拌裝置的工作原理

攪拌是混凝土形成過程中的一道重要工序。由于混凝土配合比例的配置是按細(xì)骨料恰好填滿骨料之間的空隙設(shè)定的，而水泥膠質(zhì)均勻分布粗骨料表面，因此只有將配合料充分的攪拌均勻才能得到高質(zhì)量的混凝土。而攪拌剛好能滿足這一要求，通過攪拌可以塑化、強(qiáng)化混凝土，因此混凝土攪拌裝置是混凝土生產(chǎn)的核心裝置之一，用于完成混凝土的均勻拌和，達(dá)到混凝土的宏觀和微觀的均質(zhì)性（圖1）。同時(shí)，混凝土攪拌裝置又受到混凝土生產(chǎn)的整個(gè)施工工藝的影響，如裝置的性能和參數(shù)要與混凝土施工的要求相適應(yīng)。如：攪拌機(jī)的出料容量應(yīng)與攪拌輸送車的裝料容量相配套，與工程大小相配套。一般混凝土攪拌裝置應(yīng)用擴(kuò)散、剪切及對流、擠壓機(jī)理達(dá)到均化混凝土的目的，如常見的自落式攪拌機(jī)主要利用擴(kuò)散機(jī)理使物料在重力作用下相互穿插、翻拌、混合以達(dá)到均勻混合的目的，而強(qiáng)制式攪拌機(jī)主要是依據(jù)剪切原理強(qiáng)制物料沿滑移面產(chǎn)生相互滑動(dòng)以達(dá)到均勻混合。

2混凝土攪拌裝置的分類及其特點(diǎn)

混凝土攪拌裝置按不同的角度可分成很多類，從攪拌機(jī)理來分，分為自落式和強(qiáng)制式兩種。

自落式攪拌裝置主要是利用攪拌筒旋轉(zhuǎn)和筒內(nèi)材料的自重進(jìn)行工作，工作時(shí)葉片不斷地將拌合料帶到約0.7倍直徑處，下滑角約為45°，然后材料因自重而沿葉片滑落下來，如此反復(fù)作用達(dá)到均勻目的。由于混凝土材料本身的粘著力和摩擦力的影響，因此自落式攪拌裝置只適用于攪拌塑性混凝土和低流動(dòng)性混凝土。對于干硬性混凝土和輕骨料混凝土攪拌效果不理想。

強(qiáng)制式攪拌裝置是強(qiáng)制物料按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，對半干硬性、干硬性混凝土和輕骨料混凝土攪拌效果理想，但能耗較大，成本高。為了增加細(xì)小的水泥顆粒與拌合水進(jìn)一步均勻分布，增加混凝土的微觀勻質(zhì)性，采用了一系列強(qiáng)化攪拌措施，如振動(dòng)攪拌、超聲攪拌及熱攪拌等。強(qiáng)制式品種較多，以雙臥軸為主流形式，同時(shí)單臥軸、渦漿式、行星式等也較常見。

2.1自落式攪拌裝置

自落式攪拌機(jī)是最常見的自落式攪拌裝置（圖2），攪拌機(jī)的攪拌筒內(nèi)壁焊有弧形葉片，攪拌筒繞水平軸旋轉(zhuǎn)，葉片不斷將物料提升到一定高度，然后物料自由落下，互相摻合。工作時(shí)正轉(zhuǎn)攪拌，反轉(zhuǎn)出料，可攪拌塑性和半干硬性混凝土以及大骨料混凝土（圖3）。主要機(jī)型有200～1200L，傳動(dòng)方式分齒輪傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)，其特點(diǎn)是生產(chǎn)成本低、效率較高，應(yīng)用廣泛。由于反轉(zhuǎn)卸料，該機(jī)存在一個(gè)重載起動(dòng)的問題，因此攪拌機(jī)容量存在一定的缺陷。

自落式攪拌機(jī)工作時(shí)呈現(xiàn)以下3個(gè)特點(diǎn)：

（1）混合料運(yùn)作的空間軌跡比較復(fù)雜。

（2）由于本身的工作特點(diǎn)降低了混合料的粘合系數(shù)，增加物料的流動(dòng)性，加速了物料的宏觀均質(zhì)化，同時(shí)為產(chǎn)生微觀“勻質(zhì)”的混凝土提供了條件。

（3）混合料運(yùn)動(dòng)主要集中在拌筒的柱體部分，攪拌運(yùn)動(dòng)影響區(qū)域相對增大。

2.2雙臥軸攪拌機(jī)

雙臥軸攪拌機(jī)是強(qiáng)制式攪拌裝置類型的一種，適用廣泛，用于攪拌干硬性混凝土、半干硬性混凝土、輕骨料混凝土及各種砂漿。此類攪拌裝置設(shè)計(jì)十分緊湊，攪拌系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、攪拌缸、攪拌裝置、機(jī)架、軸端密封等部分組成。其中攪拌裝置由兩根臥軸、攪拌臂、攪拌槳葉等部件組成。攪拌缸由殼體、襯板、蓋板等部件組成。進(jìn)料口設(shè)置在攪拌缸一端蓋板的上部，卸料門設(shè)在攪拌缸的下方，用于攪拌機(jī)的卸料。攪拌缸呈ω形，攪拌缸內(nèi)裝有兩根水平布置的攪拌軸，軸上分別裝有攪拌臂，攪拌臂上裝有攪拌葉片，相鄰攪拌臂之間的夾角有45°、60°、90°、120°、135°、180°，可根據(jù)不同需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常45°、60°的夾角都是針對大型和特大型攪拌裝置，這種結(jié)構(gòu)對于大骨料的混凝土攪拌性能較好。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)的料流空間大，大骨料可更好地在其內(nèi)部循環(huán)，同時(shí)大骨料的運(yùn)動(dòng)起到攪拌的作用，增加了裝置攪拌能力。攪拌臂與軸之間、葉片與攪拌臂之間都采用螺栓連接，在攪拌臂上設(shè)有長條孔用來調(diào)整葉片與襯板間隙，在靠近攪拌缸兩端的攪拌臂上分別裝有側(cè)葉片，其目的是用來清理端面上的混凝土。

為了能使攪拌物料在攪拌缸內(nèi)呈現(xiàn)螺旋狀運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生較強(qiáng)的立體攪拌空間，在兩個(gè)攪拌循環(huán)中心形成一個(gè)強(qiáng)渦流以及失重的參合區(qū)，從而達(dá)到在短時(shí)間內(nèi)充分?jǐn)嚢栉锪?，特意在攪拌軸上裝有反向旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片（圖4），此種設(shè)計(jì)具有攪拌性強(qiáng)、勻質(zhì)性好、生產(chǎn)效率高、耗能低的優(yōu)點(diǎn)。

2.3立軸行星攪拌機(jī)

立軸行星攪拌機(jī)同樣也是強(qiáng)制式攪拌裝置類型的一種，主要適用于干硬性混凝土（碾壓混凝土）的攪拌，可生產(chǎn)鋼纖維混凝土、彩色混凝土、干砂漿。立軸行星攪拌機(jī)對細(xì)骨料的攪拌效果非常好，攪拌強(qiáng)度也較大，被稱之為"碾輪"。其種類主要有定軸式和定盤式兩種。它們之間的區(qū)別在于，前者是軸自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)攪拌，而后者是盤不轉(zhuǎn)，通過軸的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)來帶動(dòng)攪拌裝置運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)攪拌，如圖5所示。

該機(jī)的攪拌裝置同樣是由攪拌臂和葉片兩部分組成，固定在從動(dòng)盤上和行星架上，該裝置上的葉片有兩種：與行星架相連的攪拌葉片和與動(dòng)盤相連的攪拌葉片。前者公轉(zhuǎn)不自轉(zhuǎn)，起到刮料作用；后者公轉(zhuǎn)又自轉(zhuǎn)，起到攪拌作用。

僅作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不自轉(zhuǎn)，用于實(shí)現(xiàn)刮料功能，既自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，用于實(shí)現(xiàn)攪拌功能。從其攪拌軌跡（圖6）可以看出，攪拌運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，每個(gè)從動(dòng)軸上的攪拌臂，每時(shí)每刻都做不同的變速運(yùn)動(dòng)（采用復(fù)變函數(shù)，由向量合成可求），形成復(fù)雜的變速渦旋流場，攪拌劇烈，攪拌無死角，物料在攪拌缸內(nèi)充分?jǐn)嚢琛?/span>

若采用對流攪拌，兩大股渦旋料流相互沖擊，攪拌作用更為強(qiáng)烈，能使那些難溶的材料快速攪拌，特別適用于制備細(xì)顆?；炷痢５珜α魇綌嚢栌捎谧陨淼奶攸c(diǎn)也存在一定缺陷，就是骨料直徑不能大于60mm。

3攪拌裝置發(fā)展探討

上面簡述的幾種攪拌裝置雖然存在不同的差異，但都是由攪拌臂和可裝拆的攪拌葉片及襯板作為其基本單元，因此對各種混凝土攪拌裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵就是基本單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所以將不同攪拌裝置的優(yōu)點(diǎn)匯集一處，是攪拌裝置設(shè)計(jì)開發(fā)的理念。

博德機(jī)械推出的雙螺旋軸攪拌機(jī)便是在此理念上開發(fā)設(shè)計(jì)的一種新型裝置，如圖7所示。

其優(yōu)點(diǎn)就是“無”水平主軸，不產(chǎn)生混凝土骨料黏合中心軸上結(jié)塊形成抱軸現(xiàn)象，對加工粘性較強(qiáng)和添加有纖維的特種混凝土材料特別有效。該機(jī)對骨料、粉料投料點(diǎn)的設(shè)計(jì)和制造無特殊要求。由于該機(jī)沒有"無"攪拌臂和軸，攪拌缸內(nèi)空間更大，攪拌過程流暢，骨料混合劇烈，混凝土效果更好。攪拌時(shí)間短、耗能小，同雙臥軸攪拌機(jī)相比，節(jié)省一半的時(shí)間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳明林.雙臥軸混凝土攪拌機(jī)的攪拌主軸聯(lián)接裝置.中華人民共和國國家知產(chǎn)權(quán)局,2007

[2]馮敬忠.混凝土雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的技術(shù)改造.廣東建材[J],2001(11)

[3]胡章定.臥軸式混凝土攪拌機(jī)的軸端密封形式比較.建筑機(jī)械[J],2002