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振动搅拌技术发展简史
早在1931年，苏联德国等国科学家就发现了混凝土微观重大缺陷。1972年，苏联在试验室采用下置式振动搅拌试验机（即将振动源置于搅拌机的外壳下方），取得了混凝土质量的提高与突破。但由于振动作用直接作用于机械，造成机械耐久性变差，噪声增大，并且振动对材料的作用较弱，浪费的能量较大，无法实现振动搅拌的工业化。
振动搅拌技术起源于苏联，但突破于中国。1992年，长安大学冯忠旭教授开启了世界振动搅拌技术的探索性研究。2009年西安德通创立，开启了振动搅拌技术工业化进程。2012年，世界首台混凝土振动搅拌机研制成功，2014年世界首台水泥稳定碎石振动搅拌机研发成功。振动式搅拌机的研发同样经历了漫长而艰辛的历程。
搅拌机从简到精的发展历程，经历了搅拌方式和轴布置形式的改进。但传统强制式搅拌机无法满足物料微观均匀性要求，经长期的研究发现，在强制式搅拌的基础上加上振动作用，可以实现混合料搅拌的真正均匀。
振动搅拌的机理
振动式搅拌机是将振动电机置于搅拌轴的一端，带动轴振动，将振源埋置于材料内部。如此结构布置，材料更能直接地吸收振动能量，有利于减少能源的浪费。另外，材料还可以平衡部分振动带给机械不协调，提高设备的耐久性。这种精巧的设计趋利避害，大力推动了振动搅拌的工业化进程。
振动搅拌技术是利用动力学方法设计振动器，将其埋于搅拌筒中心的混凝土中，使得振动能量被混凝土完全吸收，振动强化与普通静力强制搅拌相结合，实现边振动边搅拌，不仅提高了混凝土的强度，而且能很好地控制混凝土产生裂缝病害。
另外，振动搅拌过程中，具有一定振幅附着在骨料表面的石屑颗粒、灰尘颗粒及水膜，不断从骨料表面脱离，并很快被水润湿，骨料表面趋于清洁。同时水泥颗粒吸附于湿润的骨料表面，为水化反应提供了更大空间。灰尘的脱离和水膜的破坏，使得水泥颗粒与骨料表面更近。由于Ca(OH)2晶体向骨料界面方向的生长缺乏足够的空间，使得比表面积较大、表面能较高的C-S-H凝胶能够在骨料表面形成充分，与骨料产生足够的吸附作用。
实验结果表明，振动搅拌水泥混凝土的早期强度就明显高于普通静力搅拌混凝土。随着龄期的增长，界面处C-S-H凝胶的浓度不断提高，与骨料界面的粘结面积不断增加，振动搅拌水泥混凝土后期强度也高于普通静力搅拌混凝土。
两种搅拌技术性能对比
就目前传统的强制式搅拌而言，主要有3点不足：一是微观均匀性较差，界面连接强度较低；二是搅拌工作装置速度较低，搅拌时间较长；三是存在速度梯度和低效搅拌区。上述原因，造成了搅拌设备对多种材料的适应性差等现象长期得不到根本解决。
为了提高搅拌效果，解决细粒料团聚问题，必须提高各粒径粒料参与碰撞的次数和运动轨迹交叉的频率，以使水泥和水颗粒充分弥散。这样便可改善混合料微观的均匀性，进而改善水泥混凝土的各项性能。
在强制搅拌的基础上加入振动作用，可使振动搅拌机比强制搅拌机搅拌频率略高。同时振动搅拌装置每分钟又可释放出1500次以上振动弹力波，其每次对混合料撞击能量可以达到静力搅拌机撞击能量的10倍以上，水泥、沥青、粉煤灰、添加剂、纤维素等粘结剂、细集料能够充分弥散。振动搅拌弥补了传统强制搅拌机的搅拌低效区，提高了搅拌效率，使水泥等粘结料利用率提高，节约了水泥用量，同时使得混凝土强度耐久性及耐冲刷性等指标得到有效提高。
可知，振动搅拌不仅提高了混凝土的均匀性还提高了抗裂性。大量数据分析表明，振动搅拌不论是从机械结构还是拌和效果都优于强制搅拌，对于节约混凝土材料与提升混凝土整体性能都积极地促进作用。
水泥混凝土振动搅拌应用
振动搅拌对于水泥混凝土性能提升的效果明显，从混凝土的施工和易性的改善，到力学性能的提高，从混凝土微观结构的改善，到耐久性能的提升，各个方面都得到了实际验证，本文仅列举几个实例。
C50混凝土实验室数据
原材料如下：水泥选用登封嵩基42.5级硅酸盐；粉煤灰为禹州龙岗电厂II级；减水剂采用许昌恒众建材产聚羧酸系高效减水剂；粗骨料为5～10mm级与5～20mm级碎石混合成的5～25mm级连续级配石子；细骨料为机制砂（细度模数为2.9）与天然细砂混合，混合砂细度模数为2.3，级配分区为II区。
试验结果：振动组（Z—4）经试验坍落度245mm，倒坍落度桶排空时间5.9s；非振动组（F—4）坍落度227mm，倒坍落度桶排空时间7.0s。从试验结果可知，振动搅拌使C50混凝土的流动性有所提高，粘聚性有所降低。对成型标准试件进行测试，振动搅拌7d的强度平均值为50.4MPa，而普通搅拌的7d抗压强度平均值仅为46.9MPa，由此看出，振动搅拌比普通搅拌使强度提高约5MPa。
德通新厂区混凝土搅拌对比
德通新厂区建设过程中，住宅区混凝土浇筑采用一半强制搅拌一半振动搅拌的模式。混凝土标号为C30。可以明显看出，经振动搅拌后，混凝土的均匀性得到了极大提升，并且混凝土和易性好，容易施工。
公路施工实验数据对比
本文仅列举两个施工案例，说明采用振动搅拌后混凝土强度和水泥用量的变化。
通过对大量的试验数据进行分析可知，振动搅拌可以通过改善混凝土的均匀性，从而提高混凝土和易性、强度等性能指标。在不改变配合比的情况下，振动搅拌可以提高强度约10%，在满足强度要求的条件下可以节约水泥至少5%，同时可以提高生产效率40%左右。
综合效益分析
经济效益
一个配备2台1m3振动搅拌主机的商品混凝土搅拌站，每年按生产24万m3的C25普通混凝土计算，共需要8.47万t水泥。按照平均节约水泥用量10%计算，每年可以节约0.847万t水泥，按水泥500元/t的价格计算，每年可以节约423.5万元。
建造一座长5km的双层双向8通道的跨海大桥，大约需要C50混凝土52.5万m3，折合水泥需用25.2万t。按平均节约水泥10%计算，建造此桥可以节约2.52万t水泥，折合1260万元。
修建10km高速铁路，大约需要C50混凝土36.8万m3，折合水泥需要17.7万t。按平均节约水泥10%计算，共可以节约1.77万t，折合人民币885万元。
社会效益
由振动搅拌带来的水泥用量的减少，不仅能降低烧制水泥所需要的能源，而且还能降低因为燃煤和分解石灰石释放出来的大量的CO2及其他有害气体。由此可见，采用振动搅拌技术可以达到节能减排的效果，符合国家提出的可持续发展的战略方针。
近几年，振动搅拌技术在国内应用推广方面取得了令人侧目的业绩，到目前为止目前，已有约30个省市自治区建立了振动搅拌行业标准，并通过科研项目建立了10余个省级工法和施工技术指南。振动搅拌作为国内外混凝土搅拌机械的一项重大技术革命，对我国混凝土搅拌设备整体技术水平、建筑工程的质量和效益的提升起到了积极的推动作用，对促进行业技术提升和产业结构调整等都具有重要意义。 |
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