国内混凝土搅拌方法和搅拌设备的发展现状

混凝土是指由砂、石作集料、水、外加剂等原材料按一定比例搅拌而成的混合料，广泛应用于工业、农业、交通、国防、水利、市政和民用等基础建设工程中，在国民经济中占有重要地位。随着社会的发展和建设施工技术的进步，社会对混凝土品质的要求越来越高，促进了混凝土向高强、

轻质、耐久、抗暴、抗震等方面发展。随着社会的需求，国家将逐步减少普通混凝土的用量，重点发展绿色环保型高性能混凝土，然而要获得高性能的混凝土，除了原材料配比的重要性外，对混凝土的搅拌方法和搅拌装置也要求逐渐趋向于专业化、高效化和大型化。因此加强对混凝土搅拌方法和搅拌设备的研究具有非常重要的现实意义。


1搅拌装置的工作原理
搅拌是混凝土形成过程中的一道重要工序。由于混凝土配合比例的配置是按细骨料恰好填满骨料之间的空隙设定的，而水泥胶质均匀分布粗骨料表面，因此只有将配合料充分的搅拌均匀才能得到高质量的混凝土。而搅拌刚好能满足这一要求，通过搅拌可以塑化、强化混凝土，因此混凝土搅拌装置是混凝土生产的核心装置之一，用于完成混凝土的均匀拌和，达到混凝土的宏观和微观的均质性（图1）。同时，混凝土搅拌装置又受到混凝土生产的整个施工工艺的影响，如装置的性能和参数要与混凝土施工的要求相适应。如：搅拌机的出料容量应与搅拌输送车的装料容量相配套，与工程大小相配套。一般混凝土搅拌装置应用扩散、剪切及对流、挤压机理达到均化混凝土的目的，如常见的自落式搅拌机主要利用扩散机理使物料在重力作用下相互穿插、翻拌、混合以达到均匀混合的目的，而强制式搅拌机主要是依据剪切原理强制物料沿滑移面产生相互滑动以达到均匀混合。




2混凝土搅拌装置的分类及其特点
混凝土搅拌装置按不同的角度可分成很多类，从搅拌机理来分，分为自落式和强制式两种。


自落式搅拌装置主要是利用搅拌筒旋转和筒内材料的自重进行工作，工作时叶片不断地将拌合料带到约0.7倍直径处，下滑角约为45°，然后材料因自重而沿叶片滑落下来，如此反复作用达到均匀目的。由于混凝土材料本身的粘着力和摩擦力的影响，因此自落式搅拌装置只适用于搅拌塑性混凝土和低流动性混凝土。对于干硬性混凝土和轻骨料混凝土搅拌效果不理想。


强制式搅拌装置是强制物料按预定轨迹运动，对半干硬性、干硬性混凝土和轻骨料混凝土搅拌效果理想，但能耗较大，成本高。为了增加细小的水泥颗粒与拌合水进一步均匀分布，增加混凝土的微观匀质性，采用了一系列强化搅拌措施，如振动搅拌、超声搅拌及热搅拌等。强制式品种较多，以双卧轴为主流形式，同时单卧轴、涡浆式、行星式等也较常见。


2.1自落式搅拌装置
自落式搅拌机是最常见的自落式搅拌装置（图2），搅拌机的搅拌筒内壁焊有弧形叶片，搅拌筒绕水平轴旋转，叶片不断将物料提升到一定高度，然后物料自由落下，互相掺合。工作时正转搅拌，反转出料，可搅拌塑性和半干硬性混凝土以及大骨料混凝土（图3）。主要机型有200～1200L，传动方式分齿轮传动和摩擦传动，其特点是生产成本低、效率较高，应用广泛。由于反转卸料，该机存在一个重载起动的问题，因此搅拌机容量存在一定的缺陷。





自落式搅拌机工作时呈现以下3个特点：
（1）混合料运作的空间轨迹比较复杂。


（2）由于本身的工作特点降低了混合料的粘合系数，增加物料的流动性，加速了物料的宏观均质化，同时为产生微观“匀质”的混凝土提供了条件。


（3）混合料运动主要集中在拌筒的柱体部分，搅拌运动影响区域相对增大。


2.2双卧轴搅拌机
双卧轴搅拌机是强制式搅拌装置类型的一种，适用广泛，用于搅拌干硬性混凝土、半干硬性混凝土、轻骨料混凝土及各种砂浆。此类搅拌装置设计十分紧凑，搅拌系统由驱动系统、搅拌缸、搅拌装置、机架、轴端密封等部分组成。其中搅拌装置由两根卧轴、搅拌臂、搅拌桨叶等部件组成。搅拌缸由壳体、衬板、盖板等部件组成。进料口设置在搅拌缸一端盖板的上部，卸料门设在搅拌缸的下方，用于搅拌机的卸料。搅拌缸呈ω形，搅拌缸内装有两根水平布置的搅拌轴，轴上分别装有搅拌臂，搅拌臂上装有搅拌叶片，相邻搅拌臂之间的夹角有45°、60°、90°、120°、135°、180°，可根据不同需要进行设计。通常45°、60°的夹角都是针对大型和特大型搅拌装置，这种结构对于大骨料的混凝土搅拌性能较好。因为这种设计的料流空间大，大骨料可更好地在其内部循环，同时大骨料的运动起到搅拌的作用，增加了装置搅拌能力。搅拌臂与轴之间、叶片与搅拌臂之间都采用螺栓连接，在搅拌臂上设有长条孔用来调整叶片与衬板间隙，在靠近搅拌缸两端的搅拌臂上分别装有侧叶片，其目的是用来清理端面上的混凝土。


为了能使搅拌物料在搅拌缸内呈现螺旋状运动，产生较强的立体搅拌空间，在两个搅拌循环中心形成一个强涡流以及失重的参合区，从而达到在短时间内充分搅拌物料，特意在搅拌轴上装有反向旋转的搅拌叶片（图4），此种设计具有搅拌性强、匀质性好、生产效率高、耗能低的优点。




2.3立轴行星搅拌机
立轴行星搅拌机同样也是强制式搅拌装置类型的一种，主要适用于干硬性混凝土（碾压混凝土）的搅拌，可生产钢纤维混凝土、彩色混凝土、干砂浆。立轴行星搅拌机对细骨料的搅拌效果非常好，搅拌强度也较大，被称之为"碾轮"。其种类主要有定轴式和定盘式两种。它们之间的区别在于，前者是轴自转不公转，通过转盘旋转来实现搅拌，而后者是盘不转，通过轴的自转和公转来带动搅拌装置运动实现搅拌，如图5所示。




该机的搅拌装置同样是由搅拌臂和叶片两部分组成，固定在从动盘上和行星架上，该装置上的叶片有两种：与行星架相连的搅拌叶片和与动盘相连的搅拌叶片。前者公转不自转，起到刮料作用；后者公转又自转，起到搅拌作用。


仅作公转运动，不自转，用于实现刮料功能，既自转又公转，用于实现搅拌功能。从其搅拌轨迹（图6）可以看出，搅拌运动非常复杂，每个从动轴上的搅拌臂，每时每刻都做不同的变速运动（采用复变函数，由向量合成可求），形成复杂的变速涡旋流场，搅拌剧烈，搅拌无死角，物料在搅拌缸内充分搅拌。


若采用对流搅拌，两大股涡旋料流相互冲击，搅拌作用更为强烈，能使那些难溶的材料快速搅拌，特别适用于制备细颗粒混凝土。但对流式搅拌由于自身的特点也存在一定缺陷，就是骨料直径不能大于60mm。




3搅拌装置发展探讨
上面简述的几种搅拌装置虽然存在不同的差异，但都是由搅拌臂和可装拆的搅拌叶片及衬板作为其基本单元，因此对各种混凝土搅拌装置的设计关键就是基本单元的结构设计。所以将不同搅拌装置的优点汇集一处，是搅拌装置设计开发的理念。

博德机械推出的双螺旋轴搅拌机便是在此理念上开发设计的一种新型装置，如图7所示。



其优点就是“无”水平主轴，不产生混凝土骨料黏合中心轴上结块形成抱轴现象，对加工粘性较强和添加有纤维的特种混凝土材料特别有效。该机对骨料、粉料投料点的设计和制造无特殊要求。由于该机没有"无"搅拌臂和轴，搅拌缸内空间更大，搅拌过程流畅，骨料混合剧烈，混凝土效果更好。搅拌时间短、耗能小，同双卧轴搅拌机相比，节省一半的时间。

[参考文献]
[1]陈明林.双卧轴混凝土搅拌机的搅拌主轴联接装置.中华人民共和国国家知产权局,2007
[2]冯敬忠.混凝土双卧轴强制式搅拌机的技术改造.广东建材[J],2001(11)
[3]胡章定.卧轴式混凝土搅拌机的轴端密封形式比较.建筑机械[J],2002