混凝土是由砂石骨料、水泥、水、外加劑等原材料按一定比例攪拌而成的均質(zhì)混合料，可分為塑性、半干硬性、干硬性、輕質(zhì)、重、纖維、大體積、高性能等多類型混凝土。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和施工技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)混凝土的品質(zhì)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提出了更高的要求，從而促進(jìn)混凝土向高強(qiáng)、輕質(zhì)、流態(tài)和耐久性方面發(fā)展。國(guó)家將逐步壓縮和減少普通混凝土的用量，重點(diǎn)發(fā)展環(huán)保型( 或綠色) 高性能混凝土，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    （1 ）大量利用工業(yè)廢料，減少熟料生產(chǎn)和使用，保護(hù)環(huán)境。

    （2 ）利用外加劑技術(shù)和礦物摻合料，提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，改善混凝土的施工性能和耐久性，爭(zhēng)取到2010年高性能混凝土的用量占混凝土總量達(dá)到或超過(guò)50%。

    要獲得高性能的混凝土除了配比的重要性外，對(duì)其攪拌裝置的要求也逐漸趨向于專業(yè)化、高效化和大型化等。因此探討不同攪拌裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，掌握其發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)論對(duì)于建筑施工還是機(jī)械制造業(yè)都有著現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義和實(shí)踐作用。

1 各種混凝土攪拌裝置的功用和原理

    攪拌是混凝土生產(chǎn)工藝過(guò)程中極其重要的一道工序，因?yàn)榛炷僚浜媳鹊脑O(shè)計(jì)是按細(xì)骨料恰好填滿骨料的間隙(見(jiàn)圖1)，而水泥膠質(zhì)均勻地分布在粗細(xì)骨料的表面，只有將配合料攪拌得均勻才能得到最密實(shí)的高質(zhì)量混凝土。同時(shí)，通過(guò)攪拌可塑化、強(qiáng)化混凝土，所以混凝土攪拌機(jī)是混凝土生產(chǎn)的核心裝置之一，用于完成混凝土的均勻拌和，保證其宏觀均質(zhì)性和微觀均質(zhì)性。

    同時(shí)，混凝土攪拌裝置又受混凝土整個(gè)施工工藝的影響，如攪拌裝置的性能和參數(shù)要與混凝土施工要求相適應(yīng)，比如：攪拌機(jī)的出料容量應(yīng)與攪拌輸送車的裝料容量相配套，與工程大小相配套，出料高度應(yīng)滿足實(shí)際運(yùn)輸設(shè)備要求等。一般混凝土攪拌機(jī)應(yīng)用擴(kuò)散、剪切及對(duì)流、擠壓機(jī)理達(dá)到均化的目的，例如常見(jiàn)的自落式攪拌機(jī)主要利用擴(kuò)散機(jī)理使物料在重力作用下相互穿插、翻拌、混合以達(dá)到均勻混合的目的，而強(qiáng)制式攪拌機(jī)主要是依據(jù)剪切原理強(qiáng)制物料沿滑移面產(chǎn)生相互滑動(dòng)以達(dá)到均勻混合。

2 混凝土攪拌裝置的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    攪拌裝置的攪拌方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了攪拌機(jī)的性能和應(yīng)用范圍，攪拌裝置從攪拌機(jī)理上看，主要分為自落式和強(qiáng)制式兩類。自落式又以雙錐反轉(zhuǎn)出料為主流形式，偶見(jiàn)有錐形傾翻出料式。自落式攪拌裝置筒體旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片不斷地將拌合料帶到約0.7倍直徑處，下滑角約為45°，然后因自重而沿葉片滑落下來(lái)，重新跌入底部進(jìn)行沖擊拌合，如此反復(fù)作用，使混凝土得到均勻拌合。自落式只適于攪拌流動(dòng)性較大的混凝土，對(duì)于干硬性混凝土和輕骨料混凝土攪拌效果不理想。強(qiáng)制式品種較多，以雙臥軸為主流形式，同時(shí)單臥軸、渦漿式、行星式等也較常見(jiàn)，其作用機(jī)理是強(qiáng)制物料按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，對(duì)半干硬性、干硬性混凝土和輕骨料混凝土攪拌效果理想，但能耗較大，成本高。為了增加細(xì)小的水泥顆粒與拌合水進(jìn)一步均勻分布，增加混凝土的微觀勻質(zhì)性，采用了一系列強(qiáng)化攪拌措施，如振動(dòng)攪拌、超聲攪拌及熱攪拌等。

2.1 JZ系列雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌裝置

    JZ系列雙錐反轉(zhuǎn)出料攪拌裝置，屬自落式攪拌裝置，工作時(shí)正轉(zhuǎn)攪拌，反轉(zhuǎn)出料，可攪拌塑性和半干硬性混凝土以及大骨料混凝土，不適于攪拌流動(dòng)性很差的干硬性混凝土，適用于一般建筑工程、道路、橋梁工程及各種混凝土構(gòu)件廠。主要機(jī)型有200～1200L，傳動(dòng)方式分齒輪傳動(dòng)和磨擦傳動(dòng)，該機(jī)型由于成本低、生產(chǎn)效率較高，應(yīng)用廣泛。因反轉(zhuǎn)卸料，該機(jī)存在一個(gè)重載起動(dòng)的問(wèn)題，攪拌機(jī)容量不可能做得很大。

    這種裝置的攪拌筒是關(guān)系到混凝土質(zhì)量、生產(chǎn)率、能耗、溢料情況等性能的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)形式、傳動(dòng)形式關(guān)系到總體尺寸的大小和布局合理與否。筒體分進(jìn)料錐、柱體和出料錐三部分（見(jiàn)圖2 ）根據(jù)反射角4 5 °最佳的原理，進(jìn)料錐半角為48°左右，可促使物料在進(jìn)料錐的作用下竄向筒體，攪拌強(qiáng)烈，從出料速度和出料筒體重心考慮，出料錐角為66°，為節(jié)省材料，攪拌筒整體應(yīng)設(shè)計(jì)成類球形；葉片布置：低葉片(主葉片)與拌筒軸線成的夾角為40°(左旋)，而高葉片(付葉片) 與拌筒軸線成的夾角為-40°(右旋)，為了布置方便，齒圈置于進(jìn)料錐一面，容易實(shí)現(xiàn)與上料裝置共用1 個(gè)電機(jī)。值得注意得是，傳動(dòng)裝置位置不能亂放，攪拌筒設(shè)計(jì)完畢后，傳動(dòng)裝置位置就固定了，放錯(cuò)位置攪拌筒就會(huì)跳高。這種裝置工作時(shí)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

    （1 ）混合料的運(yùn)動(dòng)在三維空間進(jìn)行，并顯現(xiàn)較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。

    （2 ）利用物料重力勢(shì)能產(chǎn)生沖擊碰撞外，在軸向較大的范圍內(nèi)有交錯(cuò)、穿插，甚至有逆向流動(dòng)的料流，較大的變形速度使混合料粘性系數(shù)下降，混合料呈現(xiàn)較好地流動(dòng)性，加速了宏觀“勻質(zhì)”化地進(jìn)行。同時(shí)，由于物料的交錯(cuò)、穿插、對(duì)流，提高了混合料之間摩擦?xí)r正壓力中的剪切力，為產(chǎn)生微觀“勻質(zhì)”的混凝土提供了條件。

    （3 ）混合料運(yùn)動(dòng)主要集中在拌筒的柱體部分，攪拌運(yùn)動(dòng)影響區(qū)域相對(duì)增大。

    由于低葉片斜置6.5°，混合料下落的離心力相對(duì)較小，因而拌筒轉(zhuǎn)速可相應(yīng)增加，以提高系統(tǒng)時(shí)間內(nèi)混合料的運(yùn)動(dòng)頻率，同時(shí)，提高了軸向料流的變形速度。

2.2 JS系列雙臥軸混凝土攪拌裝置

    JS系列攪拌裝置適用于各類建筑工程，可攪拌干硬性混凝土、半干硬性混凝土、輕骨料混凝土及各種砂漿。出料容量350～9000L。此類攪拌裝置設(shè)計(jì)十分緊湊，攪拌系統(tǒng)是由傳動(dòng)系統(tǒng)、攪拌罐、攪拌裝置、軸端密封等部分組成。攪拌罐內(nèi)鑲有耐磨襯板，用沉頭螺釘與罐體聯(lián)接緊固，柱體部分的襯板叫弧襯板、端面部分的襯板叫側(cè)襯板。

    卸料門(mén)設(shè)在攪拌筒的下方，用于攪拌機(jī)的卸料。由攪拌罐、攪拌臂、攪拌葉片、襯板組成。攪拌罐呈ω形，攪拌罐內(nèi)裝有兩根水平布置的攪拌軸，每根軸上分別裝有攪拌臂，攪拌臂上裝有攪拌葉片，成非連續(xù)螺旋布置，一般有八方軸、六方軸和四方軸形式，攪拌臂相鄰?qiáng)A角有45°、60°、90°、120°、135°、180°，可根據(jù)不同工況進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于大型和特大型攪拌裝置，大都是45°、60°螺旋，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于大骨料的混凝土攪拌性能較好。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)的料流空間大，大骨料可更好地在其內(nèi)部循環(huán)；從另一個(gè)角度看，大骨料的運(yùn)動(dòng)，能起到攪拌的作用，增加了攪拌能力。攪拌臂與大軸用螺栓連接，維修性能好，便于更換；葉片與攪拌臂用螺栓連接，而且攪拌臂上設(shè)有長(zhǎng)條孔便于調(diào)整葉片與襯板間隙，在靠近攪拌罐兩端的攪拌臂上，分別裝有側(cè)葉片，用于刮掉端面上的混凝土。攪拌軸上設(shè)有反向旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片，能使攪拌物料在ω形的攪拌槽內(nèi)呈相互交措、往復(fù)循環(huán)的螺旋狀運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的三維立體攪拌空間，特別是在兩個(gè)攪拌循環(huán)中心交界處形成一個(gè)強(qiáng)渦旋的、失重的摻合區(qū)，使物料在攪拌葉片和物料的相互擠壓、揉搓下，短時(shí)間內(nèi)充分拌和（見(jiàn)圖3）；具有攪拌性能強(qiáng)、勻質(zhì)性好、生產(chǎn)率高、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。能耗低是因?yàn)樵撗b置采用瞬間失重原理進(jìn)行攪拌，減少了物料相互滑動(dòng)阻力，不易破壞物料的原始狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)就能得到宏觀勻質(zhì)混凝土，而行星攪拌和渦漿攪拌就沒(méi)有這一優(yōu)勢(shì)，它們的能耗顯然就稍高一點(diǎn)。

2.3 JD系列單臥軸混凝土攪拌裝置

    JD系列攪拌裝置適用于各類建筑工程，可攪拌干硬性混凝土、半干硬性混凝土、輕骨料混凝土及各種砂漿，出料容量從350～3000L。以德國(guó)ELBA公司為代表，這是該公司專利產(chǎn)品，20世紀(jì)70年代就進(jìn)入市場(chǎng)。該裝置在攪拌臂上對(duì)稱布置兩塊螺旋帶狀葉片。螺旋的方式左右相反，都是將攪拌物料從拌筒兩端推向拌筒中部。一塊螺旋帶狀葉片占據(jù)圓周角110°左右，作業(yè)時(shí)，一會(huì)兒向左，一會(huì)兒向右，從表面上看好象是攪拌物料在整體移動(dòng)（見(jiàn)圖4）。實(shí)際上物料在葉片帶動(dòng)下，強(qiáng)迫物料產(chǎn)生擠壓、剪切、搓動(dòng)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，就象兩條蛟龍爭(zhēng)斗一樣，攪拌十分強(qiáng)烈，加之輔助葉片的擋料作用，攪拌更加強(qiáng)烈，設(shè)計(jì)水平是相當(dāng)高的。為了提高葉片的使用壽命，葉片寬度常為葉徑的5%～15%之間，通常為10%，用耐磨材料制成，用螺栓固定在攪拌臂，以便磨損后調(diào)整更換。

2.4 JW系列立軸渦漿式攪拌裝置和卸料裝置

    JW系列立軸渦漿式攪拌機(jī)攪拌劇烈（見(jiàn)圖5），主要適用于干硬性混凝土的攪拌，用于建筑工程和預(yù)制件的生產(chǎn)，可生產(chǎn)各種混凝土、干砂漿。其攪拌能力比JS系列劇烈，能耗較大，主要機(jī)型有500～4000L。此種結(jié)構(gòu)其攪拌裝置設(shè)置在回轉(zhuǎn)體上，也是由攪拌臂和攪拌葉片組成，其特點(diǎn)是攪拌葉片和內(nèi)外刮料葉片通過(guò)螺旋固定在攪拌臂，可隨葉片磨損進(jìn)行調(diào)整，并且該攪拌臂上設(shè)有防卡料裝置，可減少能耗，提高葉片壽命。攪拌的時(shí)候攪拌葉片可形成渦旋的翻轉(zhuǎn)料流，外環(huán)上的葉片向內(nèi)翻轉(zhuǎn)、內(nèi)環(huán)上的葉片向里翻轉(zhuǎn)，同時(shí)，葉片后形成起落料流，形成沖擊的三維交錯(cuò)料流，攪拌強(qiáng)度大。另外立軸渦漿式攪拌機(jī)拌筒中央部分有一內(nèi)筒，用于放置傳動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)裝置下置，潤(rùn)滑性能好。缺點(diǎn)是占據(jù)了一定的攪拌空間，維修也不便，而且攪拌機(jī)的裝料高度不宜太高，這種攪拌機(jī)的利用高度僅有拌筒高度的1/3，過(guò)大攪拌效果不理想。攪拌筒的利用系數(shù)低于雙臥軸攪拌機(jī)，拌筒直徑做得都比較大，因此線速度也比較高。而大型攪拌機(jī)線速度一般最大不超過(guò)3m/s，過(guò)快會(huì)因離心運(yùn)動(dòng)，骨料拋向拌筒外壁，產(chǎn)生混凝土離析。

2.5 JN 系列立軸行星攪拌裝置

    JN系列立軸行星攪拌機(jī)攪拌劇烈，主要適用于干硬性混凝土（碾壓混凝土）的攪拌，用于砌塊和預(yù)制件的生產(chǎn)，可生產(chǎn)鋼纖維混凝土、彩色混凝土、干砂漿。主要機(jī)型500～3000L。對(duì)細(xì)骨料攪拌性能優(yōu)越，國(guó)內(nèi)有些廠家稱之為碾輪，攪拌強(qiáng)度很大。主要有定軸式和定盤(pán)式兩種。定軸式就是軸僅自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)攪拌，能耗較大；定盤(pán)式就是盤(pán)不轉(zhuǎn)，由立軸的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)帶動(dòng)攪拌裝置運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)攪拌，見(jiàn)圖6。

    其攪拌裝置同樣是由攪拌臂和攪拌葉片組成，它們固定在從動(dòng)盤(pán)上和行星架上，與行星架相連的攪拌葉片僅作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不自轉(zhuǎn)，用于實(shí)現(xiàn)刮料功能，從動(dòng)盤(pán)相連的攪拌葉片，即自轉(zhuǎn)又公轉(zhuǎn)，用于實(shí)現(xiàn)攪拌功能。它們均采用螺栓聯(lián)接，便于調(diào)整和更換。

    由其攪拌軌跡（見(jiàn)圖7）可以看出攪拌臂在從動(dòng)軸的帶動(dòng)下作公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成非常復(fù)雜的攪拌運(yùn)動(dòng)，每個(gè)從動(dòng)軸上的攪拌臂，每時(shí)每刻都做不同的變速運(yùn)動(dòng)( 采用復(fù)變函數(shù)，由向量合成可求) ，形成復(fù)雜的變速流場(chǎng)，攪拌劇烈，形成兩大股渦旋料流，而且攪拌沒(méi)有死角，攪拌性優(yōu)越，攪拌物料能在拌筒充分?jǐn)嚢琛?/P>

    若采用對(duì)流攪拌，兩大股渦旋料流相互沖擊，攪拌作用更為強(qiáng)烈，能使那些難溶的材料或小劑料的材料快速得到攪拌，特別適用于制備細(xì)顆?；炷痢５珜?duì)流式攪拌由于攪拌速度較高，受攪拌動(dòng)力學(xué)及磨損的限制，骨料最大粒徑應(yīng)小于60mm。

3 攪拌裝置發(fā)展探討

    以上幾種攪拌裝置雖然各有不同，但都是由攪拌臂和可裝拆的攪拌葉片及襯板作為其基本單元，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和準(zhǔn)確性、對(duì)各種混凝土的適應(yīng)性及材料的強(qiáng)度和耐磨性是混凝土攪拌裝置的關(guān)鍵所在。因此將各種不同攪拌裝置的優(yōu)點(diǎn)集于一體從而改進(jìn)它們之間的設(shè)計(jì)也是提高性能最為直接的途徑。雙螺旋連續(xù)葉片攪拌裝置便是在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新型裝置之一，見(jiàn)圖8。

    雙螺旋連續(xù)葉片攪拌機(jī)是JS系列雙臥軸混凝土攪拌機(jī)與JD系列單臥軸混凝土攪拌機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物，外形上，同JS系列攪拌機(jī)一樣，沒(méi)有任何區(qū)別，關(guān)鍵是攪拌裝置采用了雙螺旋連續(xù)葉片，攪拌性能與普通主機(jī)相比，只要用普通攪拌主機(jī)的一半攪拌時(shí)間即可達(dá)到均質(zhì)攪拌。

    對(duì)于普通混凝土只需20s可達(dá)到均質(zhì)攪拌；對(duì)于高性能混凝土只需40s可達(dá)到均質(zhì)攪拌。目前市場(chǎng)上的主要機(jī)型有2000L、3000L。

    該種攪拌裝置的水平攪拌臂上所裝攪拌葉片成連續(xù)螺旋布置，分主葉片和輔助葉片，攪拌臂與大軸用螺栓連接，維修性能好，便于更換；葉片與攪拌臂用螺栓連接，而且攪拌臂上還有長(zhǎng)條孔，便于調(diào)整葉片與襯板間隙；在靠近攪拌罐兩端面的攪拌臂上，分別裝有側(cè)葉片，用于刮掉端面上的混凝土。同時(shí)攪拌軸上設(shè)有反向旋轉(zhuǎn)的攪拌葉片。因此該裝置既有單臥軸的特點(diǎn)又有雙臥軸攪拌的優(yōu)點(diǎn)，能使攪拌物料在ω形的攪拌槽內(nèi)呈相互交錯(cuò)、往復(fù)循環(huán)的螺旋狀運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)勢(shì)的三維立體攪拌空間，特別是在兩個(gè)攪拌循環(huán)中心交界處形成一個(gè)強(qiáng)渦旋的、失重的摻合區(qū)，又物料在攪拌葉片和物料的相互擠壓、揉搓下，短時(shí)間內(nèi)充分拌和。該攪拌裝置攪拌能力強(qiáng)，特別是細(xì)骨料和高性能混凝土攪拌時(shí)間短，微觀勻質(zhì)性能好。