混凝土性能取决于其微观结构,而其微观结构又取决于其组成成分、养护条件、搅拌方法以及搅拌机型。搅拌过程的控制很重要,涉及到搅拌机型、投料顺序以及搅拌能耗等因素。在对实际应用中的不同搅拌机型及其搅拌方法综合评述的基础上,本文将就其应用情况进行检验,同时以混凝土质量为依据来评价混凝土搅拌方法,并给出搅拌机效率的评价方法。判定一种搅拌方法是否,需综合考虑以下因素:施工地点与拌和楼的距离、工程所需混凝土量、施工进度以及生产成本等,但混凝土质量是最主要的因素。混凝土质量是根据混凝土的性能及其匀质性来评定的,并常被参考作为搅拌机效率的评价方法。搅拌机的效率参数受投料顺序、搅拌机型以及搅拌能耗等因素影响。
一、搅拌机
1、间歇式搅拌机
根据砼搅拌机旋转轴的定位方式不同,可以将间歇式搅拌机分为水平式、倾斜式(鼓筒式搅拌机)、垂直式(盘式或锅式搅拌机)。
(1)鼓筒式
鼓筒式搅拌机拌搅拌叶片固定在可旋转的鼓筒内壁,鼓筒旋转的过程中提升物料,拌筒每转一转,被叶片提升到高度的物料将自落回拌筒底部,如此循环。主要有3类:非倾翻式鼓筒、反转式鼓筒、倾翻式鼓筒。非倾翻式鼓筒是固定的,骨料从投料端投入,从卸料端卸出。反转式搅拌机与非倾翻式搅拌机相似,不同之处是,反转式搅拌机的投料口与卸料口是统一的。反转式搅拌机一般用于搅拌小于1m³的混凝土;倾翻式鼓筒搅拌机的鼓筒倾角是可以变化的。搅拌过程中鼓筒轴线一般与水平线成15°倾角,而在卸料时鼓筒轴线向水平线负方向倾斜。倾翻式搅拌机是实验室和施工现场搅拌小批量(小于0.5m³)混凝土的机型。
(2)盘式
盘式搅拌机工作原理基本一致:物料在拌筒内受旋转叶片作用进行搅拌,刮料叶片将拌筒内壁上的粘料刮去。不同形式叶片和拌筒的组合情况,一种情况是叶片旋转轴线与拌筒的轴线是重合的(单浆搅拌机);另一种情况是搅拌机的叶片旋转轴线与拌筒的轴线有偏距(行星式搅拌机和逆流式搅拌机),这时叶片既绕自身轴线旋转,同时又绕拌筒中心线旋转;还有一种情况是2根轴同步反向旋转(双轴搅拌机),在靠近拌筒内壁附近的叶片与轴线成角度,作用是将拌筒内壁上粘结的物料刮去,并推向拌筒中心,以便与搅拌叶片产生冲击。
2、连续式搅拌机
连续式搅拌机工作过程中骨料被持续加入拌筒以恒定速率进行搅拌、卸料。通常具有螺旋带状的搅拌叶片,鼓筒向下倾斜,朝向卸料端,搅拌时间取决于拌筒倾角(通常取15°)。适用于工作时间短、卸料时间长、施工现场偏远并且运输量较小的情况,主要用于低坍落度混凝土(如路面摊铺)。
二、搅拌方法
1、上料、搅拌和卸料
上料方式包括不同骨料的上料顺序以及上料过程的持续时间。上料时间是指从开始上料到所有骨料全部投入搅拌机为止的这段时间。材料与研究实验联合会(RILEM)将上料时间分为2部分:干拌和湿拌。干拌是从上料开始到注水之前的这段过程;湿拌是从注水完成或者注水开始到上料结束的这段时间义,通常搅拌时间指的是从上料开始到卸料完成的这段时间。RILEM采取另一种方法定义搅拌时间为:上料结束到卸料开始这段时间;搅拌机卸料时应该考虑提高生产率(要求卸料),并且不改变混凝土匀质性(要求低速卸料)。比如,如果卸料过程中速率发生突变时混凝土各组分可能发生离析。
2、搅拌能耗
搅拌机的功率消耗与混合料的类型、生产批量以及土料方式有关,涉及因素比较复杂,不宜作为衡量搅拌机效率的指标。举例来说,具有大功率电机的搅拌机可能被用于搅拌低工作性、高粘性的混凝土,而其搅拌能耗可能与具有小功率电机的搅拌机搅拌较大量、工作性较高的混凝土所消耗的能量相当。
(1)搅拌过程是一个复杂的过程,受到搅拌机型、搅拌周期、上料方式以及搅拌能耗等因素的影响。
(2)搅拌机的效率是由所生产的混凝土的匀质性来评价的,也可以认为是由生产给定质量和匀质性要求的混凝土所消耗的能量来评价的。这里的匀质性指标可以由混凝土的组成成分来衡量,也可以由混凝土宏观特性的变化来衡量,如抗压强度和工作性。
(3)搅拌能耗是指搅拌周期内的功率消耗,是一个非常有用的判定混凝土工作性变化的指标,可以避免卸料测试以及测量坍落度值。不过,还没有足够的证据表明搅拌能耗可以用来判定搅拌机效率。