高频振捣对建筑施工混凝土强度的影响

姜良波;冯旭;郝伟

【摘 要】High-frequency vibration is an effective measure to improve the quality of concrete .With an example of an office and research building ,the paper presents that common fault of concrete quality by using conventional vibrator can be solved by ap-plying high-frequency vibration .The paper also analyses the data of concrete strength with normal vibration and high-frequency vibration ,and studys the influence of high-frequency vibration on concrete quality .%高频振动是提高混凝土施工质量的有效措施之一。本文以某科研办公楼高频混凝土施工为例，介绍了高频振动可解决传统振动器混凝土施工质量通病，分析高频振动混凝土与普通振动混凝土的强度检测数据，研究高频振动对混凝土施工质量的影响，供相关工程参考。 【期刊名称】《杨凌职业技术学院学报》 【年(卷),期】2014(000)004 【总页数】3页(P1-3)

【关键词】建筑施工;混凝土强度;高频振动 【作 者】姜良波;冯旭;郝伟

【作者单位】陕西第七建筑工程有限公司，陕西宝鸡721000;杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100;陕西省商南县水务局，陕西商洛726300 【正文语种】中 文

【中图分类】TU528

1 问题的提出

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。在混凝土施工中，利用机械密实混凝土的工艺方法很多，如挤压法、振动法、离心法、碾压法等，其中最普遍及应用最广泛的方法为机械振动密实法。传统的混凝土振捣密实一般选用低频振动器。传统的振动器导致混凝土质量低下，修补率高，内部外部都容易出现问题，从而使混凝土的质量可接受标准也低，导致我们很难有百年混凝土的工程，这是标准和现实的互相影响。在混凝土施工过程中，采用低频振动器不仅使混凝土强度不高、施工质量参差不齐，混凝土构件外观质量常常不令人满意，而且施工过程中产生很大噪音，严重影响周围环境。目前，有企业在桥梁、隧道、大坝等工程开始探索采用高频振动器进行混凝土振捣施工，也有学者对高频振动器对加气混凝土强度及抗渗、抗冻性能的影响，但在建筑工程领域还未见有相关研究报道[1-5]。

本文结合陕西省七建承建的某科研办公楼项目施工中采用普通振动器产生的问题而使用高频振动器施工的成功案例，分析高频振动混凝土与普通振动混凝土强度检测数据，研究探索高频振动对建筑工程混凝土施工质量的影响，为今后相关工程施工提供参考。

2 混凝土高频振捣施工优势

混凝土高频振捣施工一般是指采用振动频率150 Hz以上的高频振动器对混凝土进行振捣施工。研究表明，振动频率和移动着的颗粒大小之间明显存在某种关系，若想把水泥颗粒捣实，宜使用高频振动；另外，法国Romet研究发现，振动波破坏新拌混凝土中气泡时，振动波的频率与所破坏的气泡直径有关。振动频率与其破坏的气泡直径的关系：

(1)

式中：ω为振动器振动频率，rot/min； d为振动能破坏的气泡最小直径,mm。 由(1)式按振动频率200 Hz计算，高频振动器能把混凝土拌合物中直径超过0.01 mm的气泡破坏，不仅有利于改善混凝土表观质量，同时可显著改善混凝土的强度和耐久性。如果需要破坏小于0.01 mm以下的气泡，需要采用高频率振动器(大于200 Hz)或采用超声波振动(频率大于20 000 Hz)。

采用高频振动施工混凝土，混凝土流动性强、可塑性好；结构施工浇筑时间可大大缩短，施工速度快，有利于施工质量控制；浇筑的混凝土构件不仅强度高，而且可解决蜂窝麻面等混凝土外观质量通病，构件表面外观质量明显强于普通浇筑混凝土；由于振动频率高、振幅小，在结构模板上消耗能量小，减少模板的变形，延长模板周转使用寿命；同时，由于高频振动器体积小、重量轻，使用方便；另外，高频振动器使用寿命是普通振动器的4倍以上，可减少机器维修及新购置费用，大大降低了工程施工成本。

采用高频振动施工混凝土，明显降低施工场地噪音。一般变频式混凝土振动棒的振动施工噪音为60分贝左右，远远低于传统软轴式振动棒的工噪音90分贝，对周围环境影响较小，适合建筑工程在人口密集区进行施工作业。另外，研究表明高频振动噪音不仅衰减快，而且较低频振动对人体健康影响小。 3 工程应用 3.1 工程概况

某科研办公楼工程为钢筋混凝土框架结构，总建筑面积为18 000 m2,层数8层，层高4.6 m；框架柱网间距为8 m×8 m，柱断面为750 mm×750 mm，主梁高度为750 mm～800 mm,楼板厚度120～140 mm，筏板式连续梁基础，主要混凝土构件强度设计等级为C35。该工程设计新颖、结构合理，为省级优质工程。

在施工过程中，分别采用了高频振动器和普通混凝土振动器对混凝土进行振捣作业。本文通过该工程试验的数据进行分析对比，探究高频振动对混凝土施工质量的影响。 3.2 施工机具选择

本项目分别选用普通软管插入式混凝土振动器ZN50与高频插入式混凝土振动器(ZKF-50D)。两种振动器性能见表1。

表1 传统插入式振动器与高频插入式振动器性能表振动器频率(Hz)激振力(kN)转速(rad/min)振幅(mm)功率(kW)振动时间(s)传统振动器50101600-18002.51.5大于120高频振动器150126000-90001.31.630～40 3.3 试验方案设计

采用标准试件试验、钻芯取样与回弹测定共三种方法，分别对普通振动与高频振动的混凝土进行强度测定。标准试件为150×150×150 mm，对不同试件均采用同条件标准养护；钻芯取样试件为100 mm×100 mm圆柱体，每类混凝土钻芯取样三个构件，每个构件各取一组，每组为三个试件；现场回弹强度测定沿构件长度等距离16个测点，回弹位置分别为梁的侧面、板的底面与柱的侧面；回弹仪采用山东乐陵市回弹仪厂制造，仪器编号23019(鲁制2400001-1)，回弹计算采取规范(JGJ/-23-2011)计算[5-8]。 3.4 实测数据及计算

施工现场试验数据较多，本文仅将每类构件回弹检测的16个測值取平均值，再按照相应规范方法，计算其平均值、折算强度、强度标准差、最小值、现龄混凝土强度推定值。测区平均回弹值从16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，余下10个回弹值应按式(2)计算： (2)

式中： Rm为测区平均回弹值，精确到0.1； Ri为第i 个测点的回弹值。

混凝土折算强度按照规范测区混凝土强度换算表(插值)推算。

结构或构件的测区混凝土强度平均值可根据各测区的混凝土强度换算值计算。平均值及标准差应按下列公式计算： (3) (4)

mfcu为结构或构件测区混凝土强度换算值的平均值； n为对于单个检测的构件，取一个构件的测区数； Sfcu为结构或构件测区混凝土强度换算值的标准差。 当该结构或构件测区数不少于10个或批量检测时，按下列公式计算混凝土强度推定值： (5)

普通振捣混凝土(C30)回弹检测数据及计算结果如表2所示。高频振动混凝土(C40)混凝土回弹检测数据及计算计算如表3所示。 表2 普通振捣混凝土(C30)回弹检测数据表(MPa)

序号构件回弹数值12345678910111213141516rm折算强度标准差最小值推定值梁

36.036.235.436.136.036.836.235.736.237.236.636.837.236.735.735.536.231.80.5631.230.3柱

37.235.936.636.637.337.135.635.536.136.236.136.235.936.636.336.336.331.90.5331.430.5板

36.236.237.135.937.336.136.636.836.237.236.837.335.737.13736.236.632.40.5331.730.8

表3 高频振动混凝土(C40)回弹检测数据(MPa)

序号构件回弹数值12345678910111213141516rm折算强度标准差最小值推定值梁5046484852545436364052484446465248.257.65.751.942.5柱5452585654545050525454505252485249.057.52.555.050.9板4840504240424850504644424846504445.852.43.548.943.1 3.5 结果分析

通过对表2与表3分析可知，普通振捣混凝土推定强度对C30混凝土提高很小；而高频振捣混凝土推定强度C40混凝土则提高显著。如果考虑到C30与C40混凝土强度的差别，则高频振动较普通振捣对混凝土强度提高的程度应更大。对梁板柱构件强度数据分析可知，两种振捣方式均对梁构件强度提高最小，普通振捣对板强度提高较大但三类构件强度提高程度差别较小(1.0%～2.5%)，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%)。 4 结 语

高频振动器在建筑工程中的施工应用，能有效提高混凝土的密实程度及构件强度，特别对强度较高的混凝土，其强度提高(梁板：6.3%～7.8%)超过普通振捣对混凝土(梁板：1.0%～2.5%)强度提高的3倍以上；高频振动对柱构件强度提高较显著；混凝土构件表面平整度及光洁度也得到大幅提升；使用高频振动成功地解决了普通振捣混凝土容易产生的质量问题。高频振动器施工使用寿命较普通振动器长，且大幅度提升了施工进度，则使用高频振动器的经济效益显著。高频振动器及高频振捣混凝土今后在建筑工程中将得到进一步推广和应用。 参考文献：

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[8] JGJ/T 23-2011，回弹法检测混凝土抗压强度技术规范[S].