建筑施工混凝土振捣技术的发展及应用

建筑施工混凝土振捣技术的发展及应用

姜良波 1 ，冯旭 2 ，谢艳 3

（ 1. 陕西第七建筑工程有限公司，陕西 宝鸡 721000 ； 2. 杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100 ； 3. 陕西省商南县水务局，陕西 商洛 726300 ）

摘   要：介绍了混凝土振捣技术的发展动态，分析研究了混凝土施工的振捣原理，通过某科研楼工程高频振捣混凝土的案例归纳其应用特点，供相关单位参考。

关键词：建筑施工；混凝土振捣；高频振捣

中图分类号： TU755 文献标识码： A 文章编号： 1671-9131 （ 2015 ） 01-0035-03

Development on Concrete Vibration Technology

in Construction and Its Application

JIANG Liang-bo1 ， FENG Xu2 ， XIE Yan3

（ 1.Shaanxi No.7 Construction Engineering Group Co. Ltd. ， Baoji ， Shaanxi 721000 ， China ；

2.Yangling Vocational and Technical College ， Yangling ， Shaanxi 712100 ， China ；

3.Water Affairs Bureau of Shangnan County ， Shangluo ， Shaanxi 726300 ， China ）

Abstract ： This paper described the development of Concrete Vibration technology ， and analyzed the theory on Concrete vibration of high frequency ， with a case study of a scientific and research building ， the advantages about concrete vibration of high-fre-quency were presented.

Key words ： construction ； concrete vibration ； high-frequency vibration

1   混凝土振捣工艺发展动态

混凝土性能受到材料，环境，施工以及标准等许多因素的影响。从施工角度对混凝土性能的影响来看，混凝土振捣工艺无疑是最为重要的影响因素。混凝土振捣的密实程度直接影响混凝土的强度、抗渗及抗冻等性能，对建筑工程施工质量和使用产生很大的影响。

目前，国内的混凝土振捣工艺处于极为落后的状态，仅达到国外发达国家 40 年以前的水平，主要存在三个方面的不足：

1.1 振捣质量标准低，检测手段落后

水泥混凝土制品及混凝土拌合物质量检验标准中，振捣频次及混凝土本体的内部质量标准缺乏。检验手段落后。缺乏直观的振捣频率测量仪器和标准以便于在施工来把握数据。

国内混凝土产品本身设定的振捣质量标准低，同时由于国内混凝土施工水平不高落后的振捣工艺仍有存在的余地。混凝土振捣质量检验标准不严格，缺少相应的检验手段，导致混凝土产品质量低下。如在混凝土隧道管片标准中，国内标准对混凝土保护层的厚度比国外的要求低的多；另外，有些项目仍应用振捣棒振捣，增加不稳定因素；目前，国外的混凝土保护层尺寸用红外测量，后期用射线来检验内部质量缺陷，能最大地减低质量的危险性。国内的混凝土施工质量验收规范仅有施工过程隐蔽工程质量验收，对混凝土成品没有检测要求及相应的检测手段。

1.2 振捣设备水平低，振捣效果差

目前，国内混凝土振捣普遍使用低频振捣器及软轴式振动棒，振动频率约 3000 转 / 分，此外频率在混凝土中还要衰减 20 ％以上^{［ 1 ］}。振捣器大多质量低下，损坏频率极高。尤其是高频振动器的部件和工艺与国外仍有巨大差距。据美国的相关报道其混凝土振捣典型频率为 15 000 转的只需 5~15 秒，目前内部振动器大多数为空载 12 000~17 000 转。国外普遍使用高频振捣器，通过高频振捣作用引气剂才能更好地使气泡的体积变小并使之均匀分布，提高混凝土的耐久性。

1.3 模板设计与振捣工艺参数严重脱节

模板的设计制造普遍和振捣系统脱节，不能体现动态下模板作用及附着方式对混凝土捣实的特性的影响，振捣方案存在参数和混凝土特性的不匹配。国外的模板上普遍使用频率测定仪，测量来自振动器、模板及混凝土的问题，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，国内混凝土振捣器操作人员对设备使用大多不熟练，运用附着式振捣器通过模板振捣的方式减少人工的使用量，提高混凝土拌合物的质量。以混凝土箱梁生产为例，腹板浇筑主要以插入式振捣棒振捣为主，人工使用量为 12~18 ，混凝土振捣质量控制受到了操作者技术、责任心和体力状况等因素影响，难以保证质量；国外同样的箱梁施工，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，在端头张拉预应力筋的地方使用振捣棒操作。在北京轻轨施工中，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，降低混凝土的使用寿命。

2   混凝土振捣工艺的关键环节

基于目前混凝土振捣工艺存在的问题，需要从混凝土振捣方式及振捣工艺参数（包括振捣频率、振捣加速度及振捣持续时间）等关键环节考虑，提高混凝土的振捣质量。

2.1 混凝土振捣方式的选择

混凝土振捣机具的选择主要从混凝土振捣质量、劳动力数量及技术可操作性等方面考虑。选择外部振动器还是内部振捣棒，国外一般采用从模板的内部进行振捣的内部振捣模式，实际上用外部振动器可以实现自动控制。以轨道板的生产为例，国外一般的振动方案是 2 个气动外部振动器，保证不破坏内部树脂涂层的钢筋塑料包头的振捣棒插入振捣四个角，在拐角以及厚度超过振捣范围的时候，采用内部振捣方式解决。

2.2 振捣频率的选择

美国混凝土制品标准协会对振捣器的频率和使用要求，一定产品必须使用多少频率的振捣器，而中国没有要求。提高混凝土强度的重要一点就是降低水灰比，而高频振动器可以在相对较低的水灰比的情况下较好振捣，从而提高了其耐久性。

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、振幅及激振力有直接关系。混凝土振捣过程实际上是使浇灌后的混凝土与骨料之间失去空隙，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。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。

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。骨料颗粒直径较大时宜用频率较低的振捣棒。颗粒较小时，宜用频率较高的振捣棒。根据国外的资料，低于 1 500r/min 的低频可以振动大的骨料，中频 3 000~6 000r/min 可以振动小粒径的砂石，而 12 000~20 000r/min 的频率才用于振动砂浆和水泥，一方面使砂浆流动起到润滑作用，另外砂浆的本身也被聚集振实，最经济有效的办法是使用高频振动。

2.3 振动加速度及振动持续时间

试验研究表明，振动加速度对混凝土拌合物粘度的降低有很大影响。对一般流动性混凝土拌合物，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。

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。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。低于这一临界值，混凝土不能充分捣实，高于临界值，混凝土的密实度也不会有显著的增长，而且当振动时间过长时会导致混凝土产生离析现象，反而降低混凝土的质量。

在最新的混凝土工程结构施工规范（ GB50666-2011 ）中对混凝土拌合物的振捣时间没有给出具体时间限定，但在规范的第 8.4.3 条款中指出：当混凝土表面无明显坍塌、有水泥浆出现、不再冒气泡，应结束该部位振捣 “ 。目前，一般混凝土拌合物振捣时间为 20s~30s 。

3   高频振捣混凝土施工应用

目前，高频混凝土振捣工艺在交通桥梁工程施工中使用较为广泛，但在建筑工程施工中较少见。本文以陕西省第七建筑公司在某科研楼施工中采用高频插入式混凝土振动器（ VAF50 变频式振动棒）的工程为案例。该工程使用的振动器的技术参数：振动棒转速 12 000r/min ，作业幅度 1.6mm ，激振力 280kg ，质量 4.2kg ，作业速度 9~12m3/h ，振捣棒长度 360mm ，胶管长度 6m 。

某科研楼工程为钢筋混凝土框架结构，总建筑面积为 18 000m2 ，层数 8 层，层高 4.6m ；框架柱网间距为 8m ＊ 8m ，柱断面为 750mm ＊ 750mm ，主梁高度为 750mm~800mm ，楼板厚度 120~140mm ，筏板式连续梁基础，主要混凝土构件强度设计等级为 C40 。混凝土试块试验强度数据分析表明，高频振捣则对柱强度提高显著（ 27.3% ）但梁板强度提高程度差别不大（ 6.3%~7.8% ）。

通过分析和实践应用，在建筑工程施工使用高频混凝土器具有以下显著优点：

(1) 高频振动器寿命至少达 10 年以上，能连续工作 30 000h 。可避免出现目前每个项目购置振动器数量多且维修频率高的现象，节省了振动器的购置成本和维修成本。节省了高频变频装置的购置费用和由此导致的损坏和维修成本。

(2) 高频振捣频率可达 12 000r/min 以上，迅速排气，混凝土无气泡、渗透性强，混凝土拌合物振捣质量好，可增强混凝土密实，混凝土强度显著提高。

(3) 振捣频率高，振幅小，减少了对模具的损坏，增加了模具使用寿命。模板的固有频率为 2 000~6 000Hz ，每次振捣器起动加速都会通过这个频率范围对模板损害大，而高频振动器可迅速越过模板频率，从而减小对模板的损害程度。

(4) 高频振动棒的振动噪音小（ 65 分贝左右），满足现行国家标准。根据《建筑施工场界环境噪声排放标准》 GB 12523 的规定，钢筋加工、混凝土拌制、振捣等施工作业在施工场界的允许噪声级：昼间为 70dB （ A 声级）。而目前传统软轴式振动棒噪声达 90 分贝，已不满足 GB 12523 有关环境保护要求。

(5) 振动棒输入电压 42V ，为安全电压。电机直接内置于棒内，效率高、耗电省，仅为传统振动棒的 60 ％；另外，手持部位振感极小，操作人员劳动强度小。

4   结语

本文通过分析高频振捣混凝土的发展动态，仔细研究混凝土施工质量与高频振捣的密切关系，探索分析高频振捣混凝土的振捣原理，并以某科研楼工程的高频振捣混凝土的施工案例，归纳高频振捣混凝土施工特点，供相关建筑施工单位参考。

参考文献：

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[2] 李明涛，武艳花，王彦杰，等 . 小箱梁振捣及解决方案［ J ］ . 内蒙古公路与运输， 2013 ， 133 （ 1 ）： 11-12.

[3] Roza PAIOVICI ， S. A. Bucuresti ， About concrete consolidation and vibration ［ A ］ THE ANNALS OF “DUNAREA DE JOS”UNIVERSITY OF GALATI ， FASCICLE XIV MECHANICAL ENGINEERING ， 2004 ： 72-75.

[4] GB 50666-2011 ，混凝土工程结构施工规范［ S ］ .

[5] GB 12523-2011 ，建筑施工场界环境噪声排放标准［ S ］ .

本文转载自《杨凌职业技术学院学报》2015年3月第14卷第1期，旨在研究和学习混凝土振捣技术问题，若遇版权问题，请联系本公司，将立即删除。