浅谈混凝土工程质量和高频气动振动器的应用

混凝土的质量是一个包含材料，环境，施工以及标准的许多因素的系统工程，单从施工的角度来说振捣就是一个极为重要的因素，对混凝土的性能有巨大的影响，目前我们国家在振捣的水平上相当于国外40年以前的水平，还处于极为落后的状态，1）首先混凝土制品的检验标准中的项目和范围，频次以及对混凝土本体的内部标准缺乏，检验手段落后。

2）缺乏直观的频率测量仪器和标准以便于在施工来把握数据，3）不理解振捣的具体参数和混凝土特性的匹配的要求据来形成振捣方案。

4）缺乏合格的混凝土振动器，表现为普遍使用低频振捣器，振动棒，费时费力。

5）模板制造普遍和振捣系统脱节，没有将模板需要在动态下将混凝土捣实的特性体现出来，同时连附着式的使用也不甚清楚。

这是我陪国外混凝土专家在国内考察两年看到的普遍现象目前国内混凝土质量低下的一个最根本的一点是混凝土产品本身设定的标准低，，另外由于国内仍缺乏施工经验，致使落后的工艺仍有存在的余地。

而检验标准不严缺乏相应的检验手段因而使产品质量低下，例如隧道管片标准，保护层的厚度比国外的要求低的多，同时还有应用振捣棒制造的公司，增加不稳定因素，国外的尺寸用红外测量，后期用射线来检验内部质量缺陷。

最大地减低了质量的危险性，我们曾看过国内一重要工程的管片，被认为是典范的管片，被国外的专家发现一小孔，接着用手一捅，里面是个更大的洞，这样的产品只有外观无法保证使用寿命。

建议有关部门引起重视提高相应的质量标准，采取强制性标准并要求购买一定的检验工具，例如频率仪，仅一千多人民币就可解决，至少可使模板和振动器有一个直观的可控参数，加强施工过程的控制。

国外混凝土工程及产品已普遍使用射线检验，目前国内倾向于注重外观而忽视内在的质量，恰恰是忽视了最重要的部分。

以轨道板为例，国外需要在双面打硬度，来确认是否有离析现象，国内就没有此检验项目。

标准的低从根本上导致质量低下。

让我们看一看美国佛罗里达的BRUCE在混凝土振捣这篇文章里的论述，“在60年代的时候使用低频捣实1/2英寸塌落度的混凝土以4000转/分钟的频率要90秒，5000转的45秒，6000转的25秒，今天的典型频率为15，000转的只需5-15秒就可以了，目前内振大多数为空载12，000-17，000转……”从以上的论述可以了解到目前国外普遍使用高频振捣器。

后面我们还会论述到为什么需要高频振捣，因为只有在这种条件下混凝土才能充分地暂时液化，通过振动来达到合适的密实度，即使在需要一定含气量的在一立方码（0.9144米）引气混凝土中含有50亿到150亿的微小气泡占总体积的4%-5%,气泡的的含量对抗冻融起着重要的作通过高频振捣作用引气剂才更好使气泡的体积变小并使之均匀分布，提高混凝土的耐久性。

而我国混凝土制品仍压倒多数地是低频振动，振捣棒普遍是3000转/分的软轴式，此种频率在混凝土中还要衰减20%以上。

因而国内费时费力，而且国内目前的振捣器都大多质量低下，损坏频率极高，尤其是高频振动器的部件和工艺和国外仍有巨大差距。

振动力矩不够经常导致内部的问题这导致混凝土的质量，尤其是内在质量有很大隐患，在国外使用模板的工程上普遍使用频率测定仪，价格极为微薄，但至关重要根据数据，可以测出是来自振动器，模板，还是混凝土的问题，并可以据此制定出合理的工艺参数，保证工程管理的可控性，量化性，目前混凝土工程众多，道路，桥梁，基础设施，堤坝，港口等等是极其巨大的。

建设工程规模宏大，质量的问题会缩短工程的寿命，所需的维修费用和重建费用将更为巨大。

因此，提高混凝土质量，降低巨额的维修和重建费用已是工程技术人员必须要认真面对的课题。

在振捣的施工过程中应当选取合理的内外振配合，才能达到最好的效果，目前来国内混凝土振捣很多不熟练的人员来操作，如果加大运用附着式振捣器通过模板振捣的方式可以大大提高自动化方式减少人工的使用量。

从而减少费用同时提高产品的质量。

以目前箱梁生产为例，在浇筑腹板的时候主要以插振捣棒为主，人工使用量为12-18个人，这是根据我们到现场的实地观察过的，而且手工操作的结果就是把质量控制变成了受操作者技术，责任心，体力状况等因素影响的工作，难以保证质量，费工费时；同样国外的同样的箱梁，腹板连底板，两上翼板都是通过附着式振动器控制下料及内部振捣，当然需和振捣棒配合在端头拉预应力筋的地方还要加振捣棒操作。

国内如果应用22个索泰振动器就可达到腹板依靠外振的自动化效果，目前北京轻轨正在施工，支撑轨道的墩柱也是在用人工振捣棒自上而下地进行振捣，在这些类似的混凝土制品上由于内部钢筋网密集实际上有许多操作的困难而且易造成质量的问题而降低混凝土的使用寿命。

国外桥墩都采用自动化的外振，国内造成类似问题的原因有几点，有些是为了最大降低模板的价格，简化设计，但这忽视了几个基本的问题，混凝土模板是动态的，是要满足振捣要求的，目前的隧道衬砌台车的设计使隧道振捣几乎成为不可能，振捣棒也只是象征性的振捣这相当于欧洲40年前的工艺，目前以类似国内工艺建造的阿尔卑斯山隧道都重修了或正在重修，因为如此的隧道最多为40年的使用寿命。

我初步估计要做出此类合格的模板，要增加30%以上的成本，不应该的首次投资的节省会导致综合成本，工时和人力成本的巨额支出，但如桥墩和U梁之类的模板不增加多少支出而需要改变设计思路就会点铁成金。

这种模板需改变设计，增加费用，而在某些场合例如墩柱上其实不需要增加模板的费用，无论厚度和刚度都达得到，只要按附着式振捣排布筋的位置就可以了。

还可以采取中间的方案，箱梁至少可以采取腹板外振的方式，就可以带来相当大的改善达到，提高质量国内目前振捣器的效果还是和国外有相当大的差距，大家可以参观一下我国引进的德国轨枕生产线，上面的意大利振捣器只是1200型也就是1.2吨的振捣力，而旁边使用国内的振捣器就是需要双倍的数目，也就是说直接价格即使不考虑其他因素即使国外比国内贵两倍也不多，何况其他的因素，如噪音，耐用度都相距甚远。

只有好的振动器才能提供足够的，稳定的振捣力，才能保证混凝土的特性有关，在具备好的振动器的情况下，也要知道并遵守如何操作振动器对于外部振动器来说和模板的配合以及安装的位置都十分重要。

这就是为什么索泰振捣注重指导使用的原因，同时也是国内目前唯一的由国外资深的技术人员提供全面解决方案的公司。

索泰振动器为国外许多公司配套各种振动器，无论是气动，电动都是十分成熟的产品。

我们最先在国内引进使用了气动振动器，并把成熟的经验结合国内实际进行了应用，我们在国内已经积累了一定的经验，并继续为国内提供产品的整体解决方案，目前国内的管片模具，T型梁，U型梁上都采用了索泰公司的振动器，开创了中国混凝土气动振动的历史。

索泰气动振动器的振动原理气动振动器是在一个两侧封闭的气室里，设置一个主轴，轴上具有纵向设置的气孔，孔上放有多边形状的控气片，可随着压力的增减来开闭，外边再设置两个空心轴，通过气压形成的气垫使两个轴旋转运动产生偏心力，通过偏心力来产生高频振动。

通过改变轴的体积来产生可达15000转/分的高频转动，产生可达6吨的振动力，理论和实际上都可以提高指标，但为了计算和制造使用方便，目前的标准型号如公司宣传型号。

F= MΩ2e;M是转动轴的质量，Ω是角速度,e是偏心率，由由于没有轴承，可靠气压来调节激振力，从而可以达到很高转数，结构简单稳定，但靠国内的加工精度和材料很难达到在噪声方面：可通过附属装置来削减噪声，将噪音控制在85Db,目前实际上国内的电动振动器噪音已经达到很大的数值。

气动振动器即使不减噪也和国内电动振动器基本相当。

实际上气动振动器的结构并不复杂，但由于需要很高的制造精度和材料要求严格目前国内还没有完全掌握此技术的生产厂家。

气动振动器两个转动的圆柱体，产生均匀的的力，可以波的形式使物料均匀的方向性流动。

索泰气动振动器的优点是1.频率无极可调，通过气压来调整转数及激振力 2.高频可达2、3 万转，是高性能混凝土振动的唯一选择。

3.寿命可达十年，坚固耐用，4.实际使用中由于气动振动器的高穿透性可大大减少了振动器的使用数量。

5.振幅是相同振捣力的电动振动器的三分之一，同时加速度很快越过模板自身共振.频率，因而比电动少损害模板6.提高了效率，可实现许多品种的自动化生产，节约人力。

节省能源。

7.大幅度降低了梁厂、板场、地铁管片等的总体投资成本。

振动器和混凝土振捣的相互关系相同体积的混凝土振捣质量和效率是和作用在混凝土的振捣频率，振幅，激振力有直接关系，混凝土振捣过程，实际上是使浇灌后的混凝土，骨料之间失去空隙，达到密实状态，也是混凝土的一种液化过程，当振捣的振动频率与骨料固有的自振频率相接近时，就能大大的促进混凝土的液化，获得良好的振捣效果混凝土振幅与振动频率:对于一定的混凝土，振幅和振动频率的选择应互相协调,既要使颗粒的振动衰减小，又不致使颗粒在振动过程中出现静止状态。

试验结果表明，当振动速度超过极限速度值时，颗粒的振幅还必须超过某一极限振幅值（一般约0.04mm）混凝土才能液化，故所选用的振幅不宜过小。

但振幅过大也会降低振动效果，因这将使颗粒产生跳跃捣击，而不是作谐振运动，混凝土内部产生涡流致使混凝土呈现分层现象，且颗粒在跳跃过程中会吸入大量空气，降低混凝土的密实度。

合适的振幅值与骨料颗粒的粒径和混凝土的流动性有关。

随着骨料粒径的减小，振幅宜减小,但振动频率则应相应地增大，以保持必要的振动速度。

当强迫振动的频率与颗粒的固有频率相同时，则会产生共振现象，这时振动的衰减最小，振幅可达最大。

因此，合适振动频率的选择与颗粒的粒径有关。

由于混凝土中颗粒粒径大小不同，不可能分别对各种粒径都采用相应的振动频率，而只能在一定的粒组成范围选择一个适宜的平均振动频率值。

索泰振捣器结合最好的振幅和振动频率为优质混凝土的产品创造了基本的条件。

可以在良好排气的前提下，少振动混凝土中大的集料从而减少离析的现象。

索泰振捣器经过实验后选取振幅和频率组合分为不同型号适应各种混凝土的振捣，而且无级不间歇调整频率，这是目前世界上最先进的振捣器，当然还需要和模板更好的配合，因而索泰公司可以提供模板设计并对现有的模板进行指导改动。

振动加速度:试验表明，振动加速度对结构粘度的降低有很大影响。

对一般流动性混凝土，当加速度接近0.5g（g为重力加速度）时，混凝土开始密实，然后随着加速度的增加，密实效果呈直线提高。

但当加速度超过4g后，密实效果则不再提高了。

振动延续时间:合适的振幅、振动频率、振动速度以及振动加速度值的选择，是以在一定的振动延续时间内保证混凝土能达到要求的密实度为条件来确定的。

所以，振动延续时间是影响振动效果的一个重要参数。

当振幅与振动频率已选定保持不变时，对于一定流动性的混凝土所需的振动延续时间有一临界值。