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    2. 攪拌機低效區及其消除方法

      攪拌設備是生產混凝土的必需設備 ,其性能對工程建設質量和速度都有著直接的影響。強制式攪拌機作為攪拌設備的主導機型, **內外普遍認為這一技術是成熟的, 已經沿用多年[ 1] 。作者及其課題組在進行“混凝土攪拌理論及其設備的研究” 課題時 ,卻發現現有攪拌設備存在低效區的固有缺陷 ,造
      成了攪拌質量和效率的低下[ 2  5] 。而目前關于該方    
      面的研究在**內外尚屬空白。本文**揭示了攪拌    
      設備的低效區現象 ,分析了其成因和對作業質量及    
      效率的影響,并在試驗的基礎上,給出了消除低效區    
      的具體方法。      
       

       
      1 攪拌低效區現象
       
      20 世紀初 ,圓柱形拌筒代替多邊形拌筒;20 世紀 50 年代 ,強制式攪拌機開始使用 ,現已發展成為**內外的主導機型。圖 1 為這種機型的原理示意圖。由于攪拌葉片上各點離攪拌筒中心的距離不同,各點的線速度為線性分布 ,存在著速度梯度。為了使混合料在攪拌過程中不離析 ,葉片端部的**大線速度 vmax **受到限制 , 一般在 1. 8 m s - 1 以內[ 1] 。因此 ,在靠近攪拌軸附近的區域內速度很低 , 形成了混合料攪拌的低效區。
       
      低效區帶來的問題是明顯的。**先,低效區內混合料流動緩慢, 攪拌效率低, 攪拌均勻性差 ,盡管低效區與整個攪拌室容積相比所占份額不
      大 ,但制約了成套攪拌設備的
       
      圖 1 強制式攪拌機工作 效能 ,給成品混凝土留下了潛原理及速度梯度示意圖 在的缺陷與隱患。另外 ,低效
       
      區內混合料流動性差 ,易與攪拌軸粘附 ,產生“抱軸”的現象。還有, 隨著攪拌機容量的增大 ,低效區現象愈嚴重。
       
      2 試驗驗證
       
      以某立軸強制攪拌機為例 ,設攪拌室工作容積為Ψ,圓柱殼體的內壁半徑為 R1 , 安裝葉片的旋轉軸半徑為 R0 , 取空間圓柱坐標系(Z 、r 、φ), 其坐標原點 0 在底面圓心處,Z 軸與圓柱殼體的幾何軸線重合, 方向向上,則攪拌室工作腔的數學描述為
       
      {0 <Z ≤H , R0  <r ≤R1 , 0 <φ≤2π}
       
      其中 , H 為混合料的高度。
       
      試驗是在 3 個坐標方向按極限分布加料 , 在不同的攪拌時間測相應的混合料的均勻度, 就可發現攪拌均勻度較差。攪拌水泥混凝土 ,可采用圖 2 所示的 3 種極限布料方式。
       
      試驗用攪拌機主要參數為:R0 =0. 2 m ,R1 = 0. 625 m , H =0. 15 m 。按**標[ 6] 給出攪拌質量, 即
      混合料均勻度指標為粗骨料質量的相對誤差 G <
      5 %, 砂漿容重的相對誤差 M <0. 8 %。通過試驗 ,

      3 攪拌低效區的消除
       
      攪拌低效區是圓筒形攪拌機的固有缺陷。經過數年的努力 ,我們課題組提出了幾種消除這種現象的方法。
      3. 1 振動攪拌
       
      圖 3 為立軸式振動攪拌機結構示意圖[ 2] 。它由攪拌葉片驅動機構 1 、激振器驅動機構 2 、進料器 3 、攪拌筒 4 、攪拌葉片 5 、深度激振器 6 和卸料機構 7 等組成。深度激振器 6 就如同 1 個混凝土振動棒,插在攪拌低效區的中心處。機構 1 驅動攪拌葉片 5 旋轉時 ,將物料推向位于攪拌室中心的激振器殼體,它的**大振動加速度為 20 g 左右, 殼體四周混合料的粘性受振動作用而下跌 ,為高效節能拌勻混合料創造了條件。在振動作用下 ,由攪拌葉片不斷推向激振器殼體的物料形成了循環, 消除了攪拌低效區。強制攪拌與振動活化相結合 ,使物料的對流運動和擴散運動都在極有利的條件下完成, 大大提高了攪拌過程的發展速度 , 在較短的時間(38 s)內可攪拌出均勻而致密的混凝土。
       
      為了比較振動攪拌法與普通攪拌法在改變混凝土的勻質性和提高混凝土強度上的差異 , 在混凝土

      配合比及試驗方法相同 ,而在不同的攪拌條件時 ,測
      定混凝土拌和物的勻質性[ 6] 和硬化混凝土試塊的抗
      壓強度[ 7] 。不同的攪拌條件如下: (1)按設計配合比振動攪拌,干拌 8 s ,濕拌 30 s ; (2)減少水泥用量 20 %, 其余組份用量不變時
       
      振動攪拌 ,干拌 8 s ,濕拌 30 s ; (3)關閉振動電機 ,按傳統強制攪拌, 干拌 8 s ,
       
      濕拌 1 min ;
       
      (4)普通強制攪拌機(JW50 型), 干拌 8 s , 濕拌
       
      1 min 。
       
      其中一組測試結果如表 1 所示。利用混凝土抗壓強度平均值 R 和標準差 σ(或離差系數 Cv),繪制不同攪拌條件下混凝土強度的概率分布曲線(圖 4)。
      圖 4  不同攪拌條件下混凝土強度的概率分布曲線
       
      由表 1 和圖 4 可見, 在各種攪拌條件下, 由于混凝土拌和物的勻質性的相關指標是宏觀值, 它們相差并不大 ,而硬化混凝土試塊的抗壓強度卻存在較大的差異性。采用振動攪拌法 , 不僅混凝土強度大
       
      有提高 ,而且強度的標準差和離差系數大為下降 ,表現為強度概率分布曲線窄而高 , 離散程度較小。這說明振動攪拌提高了混凝土的微觀勻質性 ,消除了有低效區現象時的微觀缺陷。試驗數據證明 :采用振動攪拌法來消除低效區, 當設計配合比不變時 ,混凝土強度提高 20 %~ 35 %, 離差系數大大減小;當混凝土強度不變時 ,大約可節約水泥 20 %;另外 ,攪拌時間縮短 ,攪拌效率提高。進一步 ,我們對雙臥軸振動攪拌機進行了試驗研究[ 3] ,得到了類似的結論。
      3. 2 雙臥軸攪拌機工作裝置的優化
       
      雙臥軸攪拌機是目前廣泛使用的一種機型。對單軸上攪拌臂的相位及其排列 (90°、60°或45°, 正排列或反排列)、雙軸相位及其排列(交錯或平行, 正反、正正或反反)進行優化, 并使其與葉片安裝角、轉速、長寬比等結構和運動參數相匹配 ,就可使物料形成良好的軸向大循環運動和軸間的合理逆流 ,如圖 5 所示 。軸間的合理逆流有效地減弱了低效區所造成的影響,當配合比與攪拌時間不變時,混凝土試塊的抗壓強度比普通攪拌機提高了約 8 %[ 4 , 8] 。
      3. 3 雙排攪拌葉片結構
       
      通過在與大攪拌葉片相對的一側、靠近攪拌軸處安裝小攪拌葉片, 可以使靠近攪拌軸的物料與靠近拌筒內壁的物料在徑向形成對流, 消除攪拌低效區。工作原理如圖 6 所示。與普通攪拌法的對比試驗證明 ,當配合比與攪拌時間不變時 ,混凝土試塊的抗壓強度提高了約 25 %;同時 , 由于攪拌線速度下降了 30 %,節能約 20 %,實現了高效低耗[ 5] 。

      拌質量,提高攪拌效率。    
        (4)研究消除攪拌低效區的方法和措施, 有著重  
      要的社會和經濟效益 ,以及良好的工業應用前景。    [ 5]

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