5.2.4.1 混凝土振捣器
混凝土振捣器的分类见表5-34、表5-35、图5-60。
表5-34 混凝土振捣器分类
图5-60 混凝土振捣器
（a）内部振捣器；（b）外部振捣器；（c）表面振捣器；（d）振动台
1—模板；2—振捣器；3—振动台
表5-35 混凝土振捣器的型号
1.插入式振捣器
根据使用的动力不同，插入式振捣器有电动式、风动式和内燃机式3类。内燃机式仅用于无电源的场合。风动式因其能耗较大、不经济，同时风压和负载变化时会使振动频率显著改变，因而影响混凝土振捣密实质量，逐渐被淘汰。因此一般工程均采用电动式振捣器。电动插入式振捣器又分为3种，见表5-36。
表5-36 电动插入式振捣器
（1）插入式振捣器的工作原理。按振捣器的激振原理，插入式振捣器可分为偏心式和行星式2种。
1）偏心式的激振原理如图5-61（a）所示。利用装有偏心块的转轴（也有将偏心块与转轴做成一体的）作高速旋转时所产生的离心力迫使振捣棒产生剧烈振动。偏心块每转动一周，振捣棒随之振动一次。一般单相或三相异步电动机的转速受电源频率限制只能达到3000r／min，如插入式振捣器的振动频率要求达到5000r／min以上时，则当电机功率小于500W尚可采用串激式单相高速电机，而当功率为1kW甚至更大时，应由变频机组供电，即提供频率较大的电源。
2）行星式振捣器是一种高频振动器，振动频率在10000r／min以上，如图5-61（b）所示。行星振动机构又分为外滚道式和内滚道式，如图5-62所示。它的壳体内，装入由传动轴带动旋转的滚锥，滚锥沿固定的滚道滚动而产生振动。当电机通过传动轴带动滚锥轴转动时，滚锥除了本身自转外，还绕着轨道“公转”。滚道与滚锥的直径越接近，“公转”的次数也就越高，即振动频率越高，如图5-63所示。由于公转是靠摩擦产生的，而滚锥与滚道之间会发生打滑，操作时启动振动器可能由于滚锥未接触滚道，所以不能产生公转，这时只需轻轻将振捣棒向坚硬物体上敲击一下，使两者接触，便可产生高速的公转。
图5-61 振捣棒振动原理图
（a）偏心式；（b）行星式
图5-62 行星振动机构
（a）外滚道式；（b）内滚道式
1—壳体；2—传动轴；3—滚锥；4—滚道；5—滚锥轴；6—柔性铰接
D—滚道直径；d—滚锥直径
图5-63 外滚道式行星振捣器振动原理图
（a）开始；（b）公转半周后；（c）公转一周后
1—外滚道；2—滚锥轴；3—滚锥
（2）软轴插入式振捣器。软轴插入式振捣器有软轴行星式振捣器、软轴偏心式振捣器和串激式软轴振捣器3类。
1）软轴行星式振捣器。图5-64为软轴行星式振捣器结构图，由可更换的振动棒头、软轴、防逆装置（单向离合器）及电机等组成。电机安装在可360°回转的回转支座上，机壳上部装有电机开关和握手，在浇筑现场可单人携带，并可搁置在浇筑部位附近手持软轴上进行振捣操作。
图5-64 软轴行星式振捣器
1—振捣棒；2—软轴；3—防逆装置；4—电动机；5—握手；6—电动机开关；7—电动机回转支座
振捣棒是振捣器的工作装置，其外壳由棒头和棒壳体通过螺纹联成一体。壳体上部有内螺纹，与软轴的套管接头密闭衔接。带有滚轴的转轴的上端支承在专用的轴向大游隙球轴承或球面调心轴承中，端头以螺纹与软轴连接，另一端悬空。圆锥形滚道与棒壳紧配，压装在与转轴滚锥相对的部位。
2）软轴偏心式振捣器。图5-65为软轴偏心式振捣器，由电机、增速器、软管、软轴和振捣棒等部件组成。软轴偏心式振捣器的电机定子、转子和增速器安装在铝合金机壳内，机壳装在回转底盘上，机体可随振动方向旋转。软轴偏心式振捣器一般配装一台两极交流异步电动机，转速只有2860r／min。为了提高振动机构内偏心振动子的振动频率，一般在电动机转子轴端至弹簧软轴连接处安装一个增速机构。
图5-65 软轴偏心式振捣器
1—电动机；2—底盘；3—增速器；4—软轴；5—振捣棒；6—电路开关；7—手柄
3）串激式软轴振捣器。串激式软轴振捣器是采用串激式电机为动力的高频偏心软轴插入式振捣器，其特点是交直流两用，体积小，重量轻，转速高，同时电机外形小巧并采用双重绝缘，使用安全可靠，无需单向离合器。它由电机、软轴软管组件、振捣棒等组成，如图5-66所示。电机通过短软轴直接与振捣棒的偏心式振动子相连。当电机旋转时，经软轴驱动偏心振动子高速旋转，使振捣棒产生高频振动。
图5-66 串激式软轴振捣器
1—尖头；2—轴承；3—套管；4—偏心轴；5—鸭舌销；6—半月键；7—紧套；8—接头；9—软轴；10、13—软管接头；11—软管；12—软轴丝头；14—软管紧定套；15—电动机端盖；16—风扇；17—手把；18—开关；19—定子；20—转子；21—碳刷；22—电枢
（3）硬轴插入式振捣器。硬轴插入式振捣器也称电动直联插入式振捣器，如图5-67所示，它将驱动电机与振捣棒联成一体，或将其直接装入振捣棒壳体内，使电机直接驱动振动子，振动子可以做成偏心式或行星式。硬轴插入式振捣器一般适用于大体积混凝土，因其骨料粒径较大，坍落度较小，需要的振动频率较低而振幅较大，所以一般多采用偏心式。
图5-67 硬轴偏心式振捣器
1—端塞；2—吸油嘴；3—油盘；4—轴承；5—偏心轴；6—油封座；7—油封；8—中间壳体；9—定子；10—转子；11—轴承座；12—接线盖；13—尾盖；14—减振器；15—手柄；16—引出电缆；17—圆销孔；18—连接管
图5-68为大型工程用的方头液压振捣器。
图5-68 方头液压振捣器（单位：m）
（a）倾斜式；（b）直立式
2.外部式振捣器
外部式振捣器包括附着式、平板（梁）式及振动台3种类型，见表5-37。
表5-37 外部振捣器
附着式振捣器和平板（梁）式振捣器的振捣作用都是由混凝土表面传入的，其区别仅在于附着式振捣器本身无振板，用螺栓或夹具固定在混凝土结构的模板上进行振捣，模板就是它的振板；而平板（梁）式振捣器则自带振板，可直接放置在混凝土表面进行振捣。
（1）附着式振捣器。附着式振捣器由电机、偏心块式振动子组合而成，外形如同一台电动机，如图5-69所示。机壳一般采用铸铝或铸铁制成，有的为便于散热，在机壳上铸有环状或条状凸肋形散热翼。附着式振捣器是在一个三相二极电动机转子轴的两个伸出端上各装有一个圆盘形偏心块，振捣器的两端用端盖封闭。端盖与轴承座机壳用3只长螺栓紧固，以便维修。外壳上有4个地脚螺钉孔，使用时用地脚螺栓将振捣器固定在模板或平板上进行作业。
图5-69 附着式振捣器
1—轴承座；2—轴承；3—偏心轮；4—键；5—螺钉；6—转子轴；7—长螺栓；8—端盖；9—电源线；10—接线盒；11—定子；12—转子；13—定子紧固螺钉；14—外壳；15—地脚螺钉孔
附着式振捣器的偏心振动子安装在电机转子轴的两端，由轴承支承。电机转动带动偏心振动子运动，由于偏心力矩作用，振捣器在运转中产生振动力进行振捣密实作业。
（2）平板（梁）式振捣器。平板（梁）式振捣器有两种型式，一是在上述附着式振捣器底座上用螺栓紧固一块木板或钢板（梁），通过附着式振捣器所产生的激振力传递给振板，迫使振板振动而振实混凝土，如图5-70所示；另一类是定型的平板（梁）式振捣器，振板为钢制槽形（梁形）振板，上有把手，便于边振捣、边拖行，更适用于大面积的振捣作业，如图5-71所示。
图5-70 简易平板式振捣器
图5-71 槽形平板式振捣器
1—振动电动机；2—电缆；3—电缆接头；4—钢制槽形振板；5—手柄
上述外部式振捣器空载振动频率在2800～2850r／min之间，由于振捣频率低，混凝土拌和物中的气泡和水分不易逸出，振捣效果不佳。近年来已开始采用变频机组供电的附着式和平板式振捣器，振捣频率可达9000～12000r／min，振捣效果较好。
（3）振动台。混凝土振动台，又称台式振捣器。它是一种使混凝土拌和物振动成型的机械。其机架一般支承在弹簧上，机架下装有激振器，机架上安置成型制品的钢模板，模板内装有混凝土拌和物。在激振器的作用下，机架连同模板及混合料一起振动，使混凝土拌和物密实成型，如图5-72所示。
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图5-72 混凝土振动台
5.2.4.2 振捣器的使用
1.插入式振捣器的使用
（1）振捣器使用前的检查。
1）电机接线是否正确，电压是否稳定，外壳接地是否完好，工作中亦应随时检查。
2）电缆外皮有无破损或漏电现象。
3）振捣棒连接是否牢固和有无破损，传动部分两端及电机壳上的螺栓是否拧紧，软轴接头是否接好。
4）检查电机的绝缘是否良好，电机定子绕组绝缘不小于0.5MΩ。如绝缘电阻低于0.5MΩ，应进行干燥处理。有条件时，可采用红外线干燥炉、喷灯等进行烘烤，但烘烤温度不宜高于100℃；也可采用短路电流法，即将转子制动，在定子线圈内通入电压为额定值10%～15%的电源，使其线圈发热，慢慢干燥。
（2）接通电源，进行试运转。
1）电机的旋转方向应为顺时针方向（从风罩端看），并与机壳上的红色箭头标示方向一致。
2）当软轴传动与电机结合紧固后，电机启动时如发现软轴不转动或转动速度不稳定，单向离合器中发出“嗒嗒”响的声音，则说明电机旋转方向反了，应立即切断电源，将三相进线中的任意两线交换位置。
3）电机运转正确时振捣棒应发出“呜、呜、……”的叫声，振动稳定而有力。如果振捣棒有“哗、哗、……”声而不振动，这是由于启动振捣棒后滚锥未接触滚道，滚锥不能产生公转而振动，这时只需轻轻将振捣棒向坚硬物体上敲动一下，使两者接触，即可正常振动。
（3）振捣器的操作。
1）振捣在平仓之后立即进行，此时混凝土流动性好，振捣容易，捣实质量好。振捣器的选用，对于素混凝土或钢筋稀疏的部位，宜用大直径的振捣棒；坍落度小的干硬性混凝土，宜选用高频和振幅较大的振捣器。振捣作业路线保持一致，并顺序依次进行，以防漏振。振捣棒尽可能垂直地插入混凝土中。如振捣棒较长或把手位置较高，垂直插入感到操作不便时，也可略带倾斜，但与水平面夹角不宜小于45°，且每次倾斜方向应保持一致，否则下部混凝土将会发生漏振。这时作用轴线应平行，如不平行也会出现漏振点（图5-73）。
图5-73 插入式振捣器操作示意图
（a）直插法；（b）斜插法；（c）错误方法
2）振捣棒应快插、慢拔。插入过慢，上部混凝土先捣实，就会阻止下部混凝土中的空气和多余的水分向上逸出；拔得过快，周围混凝土来不及填铺振捣棒留下的孔洞，将在每一层混凝土的上半部留下只有砂浆而无骨料的砂浆柱，影响混凝土的强度。为使上下层混凝土振捣密实均匀，可将振捣棒上下抽动，抽动幅度为5～10cm。振捣棒的插入深度，在振捣第一层混凝土时，以振捣器头部不碰到基岩或老混凝土面，但相距不超过5cm为宜；振捣上层混凝土时，则应插入下层混凝土5cm左右，使上下两层结合良好。在斜坡上浇筑混凝土时，振捣棒仍应垂直插入，并且应先振低处，再振高处，否则在振捣低处的混凝土时，已捣实的高处混凝土会自行向下流动，致使密实性受到破坏。软轴振捣棒插入深度为棒长的3／4，插入过深软轴和振捣棒结合处容易损坏。
3）振捣棒在每一孔位的振捣时间，以混凝土不再显著下沉，水分和气泡不再逸出并开始泛浆为准。振捣时间和混凝土坍落度、石子类型及最大粒径、振捣器的性能等因素有关，一般为20～30s。振捣时间过长，不但降低工效，且使砂浆上浮过多，石子集中在下部，混凝土产生离析，严重时，整个浇筑层呈“千层饼”状态。
4）振捣器的插入间距控制在振捣器有效作用半径的1.5倍以内，实际操作时也可根据振捣后在混凝土表面留下的圆形泛浆区域能否在正方形排列（直线行列移动）的4个振捣孔径的中点［图5-74（a）中的A、B、C、D点］，或三角形排列（交错行列移动）的3个振捣孔位的中点［图5-74（b）中的A、B、C、D、E、F点］相互衔接来判断。在模板边、预埋件周围、布置有钢筋的部位以及两罐（或两车）混凝土卸料的交界处，宜适当减少插入间距，以加强振捣，但不宜小于振捣棒有效作用半径的1／2，并注意不能触及钢筋、模板及预埋件。
图5-74 振捣孔位布置
（a）正方形分布；（b）三角形分布
5）为提高工效，振捣棒插入孔位尽可能呈三角形分布。据计算，三角形分布较正方形分布工效可提高30%，此外，将几个振捣器排成一排，同时插入混凝土中进行振捣。这时2台振捣器之间的混凝土可同时接收到这两台振捣器传来的振动，振捣时间可因此缩短，振动作用半径也即加大。
6）振捣时出现砂浆窝时应将砂浆铲出，用脚或振捣棒从旁边将混凝土压送至该处填补，不可将别处石子移来（重新出现砂浆窝）。如出现石子窝，按同样方法将松散石子铲出同样进行填补。振捣中发现泌水现象时，应经常保持仓面平整，使泌水自动流向集水地点，并用人工掏除。泌水未引走或掏除前，不得继续铺料、振捣。集水地点不能固定在一处，应逐层变换掏水位置，以防弱点集中在一处。也不得在模板上开洞引水自流或将泌水表层砂浆排出仓外。
7）振捣器的电缆线应注意保护，不要被混凝土压住。万一压住时，不要硬拉，可用振捣棒振动其附近的混凝土，使其液化，然后将电缆线慢慢拔出。
8）软轴式振捣器的软轴不应弯曲过大，弯曲半径一般不宜小于50cm，也不能多于两弯，电动直联偏心式振捣器因内装电动机，较易发热，主要依靠棒壳周围混凝土进行冷却，不要让它在空气中连续空载运转。
9）工作时，一旦发现有软轴保护套管橡胶开裂、电缆线表皮损伤、振捣棒声响不正常或频率下降等现象时，应立即停机处理或送修拆检。
2.外部式振捣器的使用
（1）外部式振捣器使用前的准备工作。
1）振捣器安装时，底板的安装螺孔位置应正确，否则底脚螺栓将扭斜，并使机壳受到不正常的应力，影响使用寿命。底脚螺栓的螺帽必须紧固，防止松动，且要求四只螺栓的紧固程度保持一致。
2）如插入式振捣器一样检查电机、电源等内容。
3）在松软的平地上进行试运转，进一步检查电气部分和机械部分的运转情况。
（2）外部式振捣器的操作。
2）平板式振捣器要保持拉绳干燥和绝缘，移动和转向时，应蹬踏平板两端，不得蹬踏电机。操作时可通过倒顺开关控制电机的旋转方向，使振捣器的电机旋转方向正转或反转，从而使振捣器自动地向前或向后移动。沿铺料路线逐行进行振捣，两行之间要搭接5cm左右，以防漏振。振捣时间仍以混凝土拌和物停止下沉、表面平整，往上返浆且已达到均匀状态并充满模壳时为止，表明已振实，可转移作业面。时间一般为30s左右。在转移作业面时，要注意电缆线勿被模板、钢筋露头等挂住，防止拉断或造成触电事故。振捣混凝土时，一般横向和竖向各振捣一遍即可，第一遍主要是密实，第二遍是使表面平整，其中第二遍是在已振捣密实的混凝土面上快速拖行。
3）附着式振捣器安装时应保证转轴水平或垂直，如图5-75所示。在一个模板上安装多台附着式振捣器同时进行作业时，各振捣器频率必须保持一致，相对安装的振捣器的位置应错开。振捣器所装置的构件模板，要坚固牢靠，构件的面积应与振捣器的额定振动板面积相适应。
图5-75 附着式振捣器的安装
1—模板面卡；2—模板；3—角撑；4—夹木枋；5—附着式振动器；6—斜撑；7—底横枋；8—纵向底枋
（3）混凝土振动台是一种强力振动成型机械装置，必须安装在牢固的基础上，地脚螺栓应有足够的强度并拧紧。在振捣作业中，必须安置牢固可靠的模板锁紧夹具，以保证模板和混凝土与台面一起振动。
5.2.4.3 混凝土振动器的选型计算
1.插入式振动器的生产率
式中 Q——振动器生产率，m3／h；
K——振动器时间利用系数，一般取K＝0.8～0.85；
R——插入式振动器作用半径，约为振动棒直径的10倍，m；
h——振密深度（即每一浇筑层的厚度），m；
t——在每一点的振动延续时间，s；
t1——振动器从一点移到另一点所耗时间，s。
每个浇筑块所需振动器的台数：
式中 n——插入式振动器的理论需用台数；
B、L、h——浇筑块混凝土的宽度、长度、厚度，m；
Q——插入式振动器生产率，m3／h；
t2——混凝土的初凝时间，s；
t3——混凝土从搅拌地点输送到浇筑地点所需时间，s。
考虑25%～30%的备用，实际选用的台数应为（1.25～1.3）n。
2.平板式振动器的生产率
式中 Q——平板振动器生产率，m3／h；
k——平板振动器时间利用系数，一般取K＝0.8～0.85；
F——振动器底板面积，m2；
h——振动器作用深度，m；
t——在每一处的振动延续时间，s；
t1——振动器从一点移到另一点所耗时间，s。
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