预制混凝土构件的成型过程及效果

1.振动成型

振动密实成型是采用机械措施迫使混凝土拌和物的颗粒产生振动，使不易流动的拌和物液化，从而达到密实成型的方法，简称振动成型。振动成型工艺，设备简单，容易操作，是预制混凝土构件厂最为广泛采用的工艺。

振动成型工艺原理：密实成型时，混凝土拌和物中的水泥水化反应处于初期阶段，生成的凝胶体较少，形成的凝聚结构也较弱，拌和物内主要还是粗细不均的固体颗粒，这些固体颗粒在外界周期性冲击力（即振动）的强制作用下产生颤动，当这种颤动达到一定的剧烈程度时，混凝土拌和物的物理力学性质便发生了明显的变化。首先，水泥水化所生成的胶体由凝胶转化为溶胶（即胶体发生了触变）；其次，振动又使颗粒之间的触变点松开，从而破坏了由于微管压力产生的颗粒间的黏附力及由于颗粒直接接触所产生的机械咬合力。这就大大降低了拌和物的极限剪应力和黏度，使其部分或完全被液化，从而具有接近于重质液体的性质。此时，固相颗粒在重力作用下纷纷沉落，水泥砂浆填满石子颗粒间的空隙，水泥浆则填充砂子颗粒间的空隙。由于拌和物中各种颗粒达到了各自适宜的稳定位置，并排出了拌和物中的大部分气泡，原先结构疏松的拌和物便变得密实。振动停止后，拌和物颗粒间松开的接触点和溶胶又恢复接触和返回到凝聚状态，从而达到了密实成型。

经机械振动的混凝土，内部空隙减小，密实度和强度大大提高。特别对用水量少、水灰比小的干硬性混凝土，振动后的密实效果更加显著，所以实际生产中普遍采用干硬性混凝土以节约水泥。采用这种工艺，还能降低劳动强度，提高工作效率，但噪声大，能耗高。

振动成型工艺制度包括振动设备的频率、振幅和振动延续时间（如果需加压，还应包括压强）等参数。在用干硬性或低流动性混凝土制作形状简单的构件时，一般根据密实过程控制振动时间，用塑性混凝土制作形状复杂的构件时，振动时间受成型过程控制。

2.挤压成型

挤压密实成型，简称挤压成型，是压制密实成型工艺中的一种。它是利用螺旋绞刀输送和挤压混凝土拌和物，这种连续的挤压作用足以克服拌和物内部的剪切应力，使固相颗粒彼此接触，挤压并排出空气，从而达到密实成型的目的。

挤压成型原理：在挤压过程中，由于原先疏松的拌和物中除液相外，还有一些气泡包围着固相颗粒，使其彼此相隔一定的距离。因此，在螺旋绞刀旋转时产生的粒间压力和液相压力的作用下，大部分气泡被排出体外，而部分多余的水分也随着挤压力的增大和颗粒的挤紧而泌出。滞留在混凝土体积内的封闭气泡亦均被挤压缩小。当固相颗粒相互挤紧之后，外界的挤压力几乎全部由固相颗粒组成的骨架承受，拌和物内部的气泡和水分已停止排出，气泡也停止压缩。此时，拌和物的水灰比基本上不再变化，其密实度则相应增加。

在采用挤压成型的同时，如能辅以振动，其效果将更为显著。因为振动能使颗粒间接触点松开，多余的水分及气泡更加容易排出。最终遗留在混凝土体内的只是那些不连续的水分及相互隔绝密封的气泡，从而可以获得更高的强度和耐久性，并能降低成型所需的挤压力。

3.离心成型

离心密实成型，简称离心成型，利用圆形钢模旋转时产生的离心力，将混凝土拌和物挤向模壁，进而排出多余的水分和气体，使拌和物达到密实并具有管状的外形，是流动性混凝土拌和物成型工艺中的一种机械脱水密实成型工艺。这种工艺适用于制造不同直径及长度的管状构件，如管柱、水管、电杆等。

离心成型时的混凝土拌和物可视为黏度很小的不可压缩的液体。在离心力、重力、周期性冲击力的作用下，粗细集料和水泥颗粒便沿着合力的方向运动。由于离心力较之其他力要大得多，因此，可以认为合力的方向即为离心力的方向，并且在该方向上拌和物产生了离心沉降。各种颗粒的沉降速度与其所受的离心力、固相颗粒与拌和物的密度差和颗粒半径的平方成正比，而与拌和物的黏度成反比。

混凝土拌和物可以近似地认为是粗集料与砂浆、砂与水泥浆、水泥与水三个悬浮系统。在离心时，这三个系统是分别产生沉降和密实的。由于它们的沉降速度依次降低，并且速度相差较大，因此，可将这三个同时开始而不同时结束的沉降过程看作按顺序进行的，即粗集料最先在砂浆中沉降，继而是砂在水泥浆中沉降，最后是水泥颗粒在水中沉降。

在开始离心时，悬浮体内固相颗粒所受的离心力首先施加于其附近液相，并使液相向内表面流动。而固相颗粒则在不断下沉过程中逐渐靠拢，彼此产生搭接，致使固相所受的离心力全部通过最底层的颗粒传递给钢模，此时，液相由于解除了固相的压迫作用而停止了向内表面的流动。在粗集料下沉搭接之后，细集料就开始在砂浆中沉降，它包括在被粗集料挤出的那部分砂浆和粗集料搭接后保留其空隙内的砂浆中的沉降，其结果是细集料相互搭接，并排出一部分水泥浆。随后，水泥颗粒又产生沉降，即在砂浆层上面的水泥浆和集料空隙内的水泥浆中沉降。水泥颗粒的沉降使得一部分水被挤出混凝土，而在集料的空隙中，则保留少部分水。所以，混凝土拌和物在离心沉降之后，将主要产生下列三种变化：

（1）提高密实度。由于部分水被挤出，使得水胶比降低，从而显著提高混凝土的密实度。

（2）形成外分层。混凝土拌和物在离心沉降密实之后，会明显地分成外层——混凝土层、中间层——砂浆层、内层——水泥浆层。这种结构的混凝土强度通常要低于离心后配合比和密实度相同的匀质混凝土。因为外层（混凝土层）往往具有较高的弹性模量，在加荷时，该层必然承受较大部分的荷载，而砂浆和净浆则受荷较小。这种不均匀的受力状态使得混凝土结构破坏时的总荷载值比匀质混凝土低。但是，由于外分层破坏了混凝土内的毛细孔道，因而，在一定限度内，对混凝土的抗渗性还是有利的。

（3）形成内分层。沉降稳定以后，由于粗集料之间的水泥颗粒和砂子的沉降，在集料颗粒的底层会形成水膜层，从而破坏集料与水泥石之间的黏结力，使混凝土的强度和抗渗性等均降低。

由此可见，离心成型的过程不仅是混凝土内部结构密实度提高的过程，同时还是结构分层破坏的过程。在离心初期，由于结构密实度提高较快，各种破坏作用尚不明显，因此，混凝土的抗压强度随离心时间的延长而提高。随着离心时间的延续，结构密实度的提高速度迅速降低，而不利因素则逐渐占据优势。到了离心后期，混凝土的抗压强度反而随离心时间的增加而有所降低。所以，严格控制混凝土拌和物的离心沉降程度并使之恰到好处，是离心成型的关键。(www.xing528.com)

4.真空成型

真空密实成型，简称真空成型，是一种机械脱水密实成型工艺。它是利用大气压力与真空腔压力之间的压力差Δp的作用，将混凝土中的部分多余水分及空气排出，从而达到密实成型。这种工艺适合制作板材构件或厚度较小、形状复杂的其他构件。

在真空成型时，先将拌和物浇灌入模，再让真空腔形成真空，使与真空腔接触的混凝土内的压力下降。在大气与真空腔之间压力差的作用下，由水承受的一部分压力差产生了将水从孔隙中挤压滤出的静水水头，由固相颗粒承受的另一部分压力差则使各种颗粒相互靠近，细小颗粒填入邻近大颗粒的间隙中去，渗水通道的孔径不断减小。随着水被挤出和细孔中水的弯月面的形成，产生了较大的微管压力，促进了混凝土的密实。由于水分继续被挤压滤出，水泥浆浓缩，水灰比降低，混凝土的密实度不断提高。真空处理后，剩余水灰比最低可达0.30。按真空腔所处位置的不同，真空脱水方式分上吸水、下吸水和侧吸水三种。

真空处理的速度取决于混凝土的脱水速度，真空脱水密实过程可分为三个阶段。根据黏滞渗透原理，脱水速度V可近似表达为

V=K(Δp-Δp0)　(3.1)

式中　K——渗透系数，与拌和物黏性系数η有关；

Δp0——初始压力差，即水开始渗透迁移时的压力差，与初始黏性系数η0有关；

Δp——压力差，与真空腔具有的真空度及拌和物的极限剪应力τ0有关。

第一阶段，从脱水开始到固相颗粒形成接触为止，游离水被连续挤压吸滤脱出。在固相颗粒尚未接触之前，τ0与η的数值均变化不大，因此脱水速度接近于常数。脱水量与时间几乎呈直线关系。此阶段延续时间短，脱水量大，密实度显著提高。

第二阶段，由固相颗粒开始接触到全部紧密排列为止。混凝土的可压缩性显著降低，液相的连续性不断遭到破坏。颗粒之间的水层厚度减小，τ0与η的数值增大，以致固相所承受的压力比水所承受的压力大，因而脱水速度逐渐减慢。

第三阶段，当混凝土上的压力差Δp等于此刻混凝土的剪应力及水的残余压力时，真空处理过程结束。在此阶段，混凝土体积已不再压缩。除局部区域在气相膨胀（气泡膨胀和水分汽化膨胀）作用下仍有少量脱水外，脱水密实过程已基本停止。继续真空处理，只能导入过量的空气，形成十分有害的贯穿毛细孔。

真空成型是边脱水边成型的过程，因此，在理想状态下，体积脱水量应等于混凝土体积压缩量。但由于真空处理过程常伴有脱水阻滞，造成混凝土的分层、离析现象，故真空脱水量一般要大于混凝土体积压缩量。也就是说，脱水后固相颗粒未能填充所有的孔隙。采用真空处理有效系数可以表示真空脱水密实的效果，即混凝土体积的压缩量与脱水量的比值。比值越接近于l，则真空脱水密实的效果越好。

如能在真空处理的同时伴以振动，尤其是间歇振动，则效果更佳。其原因是振动使混凝土处于液化状态，消除脱水阻滞现象，均匀地脱去内部多余的水分，排出气泡，使细颗粒填入脱水后形成的空穴，并使混凝土在同等压力差的作用下，达到更高的密实程度。

5.自密实成型

自密实成型是指混凝土浇筑入模后，不经振捣或少振捣而自动流平并充满模板空间和包裹钢筋。这种成型工艺产生于20世纪80年代后半期，随着高效减水剂的出现应运而生。自密实成型工艺综合效益显著，可以改善混凝土的施工性能和降低劳动成本，有利于环境保护，特别是用于难以浇筑甚至无法浇筑的部位，可避免出现因振捣不足而造成的孔洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。

自密实成型主要依赖自密实混凝土，这种混凝土的拌和物具有很高的流动性、抗离析性，并具有良好的间隙通过性（通过较密钢筋间隙和狭窄通道的能力）和填充性，能在免振动的条件下实现自密实。一般要求自密实混凝土坍落度在20～27 cm之间，坍落扩展度应不小于55 cm。如果坍落度太低，则不能保证自密实混凝土浇筑后的密实度；但若高效减水剂的掺入量过多，自密实混凝土的坍落度过大，则在运输、浇筑等过程中粗集料易产生离析，混凝土反而容易产生蜂窝和麻面。

在配制自密实混凝土时，应利用高效复合减水剂和优质粉煤灰来最大限度地降低新拌混凝土的屈服剪应力，使拌和物达到自密实所需要的流动性，同时使新拌混凝土具有较强的保水能力，并使浆体在不降低新拌混凝土流变性能的条件下，具有抵抗离析所需要的黏性。同时，可通过优化混凝土配合比，改善骨料级配，限制粗骨料最大粒径，优化砂率，保证胶凝材料体积总量等一系列措施，来优化自密实混凝土的性能。不过，自密实混凝土与相同强度的普通混凝土相比，凝结时间较长，早期强度较低，弹性模量稍低，收缩和徐变稍大，对于生产、施工应要求严格控制。