搅拌设备设计讲座(第十四讲):混凝土振动搅拌技术.pdf
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1、搅拌设备设计讲座( 第十四讲) 混 凝 土 振 动搅 拌 技 术冰 长安大学 冯忠绪江建卫 于丽娟杜 占领王卫中 摘要: 给出振动搅拌的概念及其作用, 介绍近年来连续式振动搅拌机、 旋转振动搅拌机、 立轴周期式振动搅拌机 及双卧 轴振动搅拌机的 研究 情况。 研究证明, 采用振动搅拌与强制 搅拌相 结合的 方案, 结 构紧 凑, 可明显 提高 搅拌质量: 和 搅 拌 效 率 。 : 关键词: 混凝土振动搅拌强制搅拌 混凝土振动搅拌技术的研究已有七十多个年头 了, 其显著特点是可强化搅拌过程, 明显地提高搅拌 质量和效率。但由于多种原因, 这项技术迄今未能 在工业生产中得到应用。本文将对这项技术
2、的研究 状况 , 主要是笔者及其课题组的研究工作予以介绍。 1 振动搅拌的作用 振动搅拌就是在搅拌的同时加以振动作用 , 使 水泥颗粒处于颤动状态, 从而破坏水泥凝聚团, 使水 泥颗粒均匀分布。同时振动搅拌使混合料颗粒的运 动速度增大, 增加了有效碰撞次数, 加速集料颗粒表 面水化生成物向液相扩散的速度, 使水泥水化加速。 此外 , 还可净化集料表面, 增加水泥和集料间的粘结 力。因此, 振动搅拌能有效地提高混凝土质量和搅 拌效率, 使新拌混凝土的流动性也有所改善。 2 国内外的研究状况 1 9 3 0 年, 前苏联首先在普通搅拌机壳上使用了 附加激振器的方法来拌和水泥砂浆和预拌水泥浆 体;
3、1 9 3 7 年用配有振动搅拌叶片的自 落式搅拌机来 生产水泥混凝土。2 O 世纪 4 O 年代开始, 美国、 德国 和 日 本等国也相继进行了振动搅拌技术的研究l1、2 】。 笔者及其课题组是从 1 9 9 2 年开始该项技术研 究的, 主要完成了连续式振动搅拌、 旋转振动搅拌、 立轴周期式振动搅拌、 双卧轴振动搅拌等研究。 2 1 连续式振动搅拌机 图 1 为连续式振动搅拌机的原理图。它主要由 产生圆周振动的激振器 1 、 搅拌叶片 2 、 隔振弹簧 3 、 基金项目: 国家自然科学基金项 目( 5 0 6 7 8 0 2 6 ) 1 产生圆周振动的激振器2 搅拌叶片3 隔振弹簧 4 产
4、生直线运动的激振器 图 1 连续式振动搅拌机试验原理 产生直线运动的激振器 4 等组成。电机驱动皮带传 动, 将动力传给一对参数相同的外啮合齿轮带动两 平行轴上的偏心块同步反向旋转, 产生定向激振力。 在激振力作用下, 搅拌槽作定向直线振动, 从而使搅 拌槽内的混合料沿其底面向前运动。混合料在连续 向前运动过程中, 除频繁地相互碰撞、 交叉混合外 , 还不断经搅拌叶片分割、撒落和不断地改变着运动 速度和方向, 并依靠叶片实现自落拌和。 搅拌叶片作 为活化源,按要求应工作在共振状态。经过一定距 离, 混合料逐步地拌和均匀。 试验证明翻 , 该装置能够拌出符合国家标准的稳 定土和水泥混凝土, 拌和
5、稳定土的生产率较高, 单位 产量的能耗为 0 0 2 9 k g - h t ,而目前国外稳定土厂 拌设备的这一指标值为 O 1 k g - h t , 节能明显; 但拌 和水泥混凝土时, 由于混凝土组份间的黏滞力大, 仅 63 啼 维普资讯 http:/ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 仅靠激振力作用, 流动速度太慢, 形不成强烈的对流 运动, 生产率太低, 这样就失去了工程应用价值。 2 2 旋转振动搅拌机 图 2 所示旋转振动搅拌机的工作原理是 : 激振 器 3 上下两端的偏心块被调整成一夹角, 两偏心块 产生的离心力和的合力将使物料绕振动搅拌槽 2 的
6、轴线旋转 ,而对物料的力矩将使其产生翻滚运动。 因此, 在合力和合力矩的共同作用下, 物料作循环的 螺旋运动, 在运动中又经搅拌叶片不断地分割和撒 落。叶片的固有频率可设计成和激振频率相同, 因 此叶片处在共振状态 , 强化了物料的运动。混合料 在这样循环的螺旋运动中得到均匀拌和。 1 搅拌 叶片2 搅拌槽3 激振 器4 隔振弹簧 图 2 旋振式振动搅拌机试验原理 显然, 这种搅拌原理和连续式振动搅拌机相近, 只是结构形式不同。试验结果证明网 , 它对稳定土搅 拌效果好, 但水泥混凝土在振动作用下的沉积现象 比连续式振动搅拌机严重。 2 3 立轴周期式振动搅拌机 以上的试验研究证明, 振动搅拌
7、不同于振动密 实, 采用国内外惯用的将激振器外置的结构, 由于混 凝土对传递的振动能量衰减大, 往往得不到希望的 结果; 另外, 由于混凝土组份间黏滞力大 , 要求当激 振器外置时的振动强度很大, 普通振动机械为 4 7 g , 振动搅拌机需大于 1 5 g , 造成机器的可靠性和寿 命低。因此, 比较合理的振动搅拌方案是将强制搅 拌与振动搅拌结合使用。 图 3 所示为立轴周期式搅拌机的工作原理图。 它由搅拌叶片驱动机构 1 、 激振器驱动机构 2 、 进料 口3 、 搅拌筒 4 、 搅拌叶片 5 、 深度激振器 6和卸料机 构 7 等组成。机构 1 驱动搅拌叶片 3 旋转时, 将物 料推向位
8、于搅拌室中心的激振器壳体 , 它的最大振 - 6 4- 6 5 1 搅拌叶片驱动机构2 激振器驱动机构3 进料 口 4 搅拌筒5 搅拌叶片6 深度激振器7 卸料机构 图 3 周期式振动搅拌机结构简图 动强度在 2 0 g 左右, 壳体四周混合料的黏性受振动 作用而下跌, 为高效节能地拌匀混合料创造了条件。 在振动作用下,不断推向激振器壳体的物料形成了 循环。 强制搅拌与振动活化相结合 , 使物料的对流运 动和扩散运动都在极为有利的条件下完成,保证了 搅拌质量, 同时大大提高了搅拌过程的发展速度, 提 高了搅拌效率。 在混凝土配合比、 搅拌时间、 试验方法等相同, 搅拌条件不同的条件下,通过测定
9、混凝土拌和物的 砂浆密度的相对误差 M、粗骨料质量的相对误差 A G rO 、 混凝土抗压强度平均值 厂 、 强度的标准差 或 离差系数 c 问 来比较振动搅拌与普通立轴强制搅拌 的差异。不同的搅拌条件如下: ( 1 )振动搅拌、 干拌 8 s , 湿拌 3 0 s ; ( 2 )减少水泥用量 2 0 时振动搅拌,干拌 8 s , 湿拌 3 0 s ; ( 3 )关闭振动机构仅强制搅拌 , 干拌 8 s , 湿拌 1 rai n; ( 4 )同类型的普通搅拌机( J w5 0 型) 强制搅拌, 干拌 8 s , 湿拌 1 m i n 。 试验结果见表 1 及图 。 图中 曲线高峰为混凝土平均强
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