溫家馨，黃法禮，王 振，易忠來，謝永江，李化建，程 歡

(中國鐵道科學研究院集團有限公司,鐵道建筑研究所，北京 100081)

0 引 言

振搗作為混凝土施工過程中的重要環(huán)節(jié)，是保證混凝土澆筑施工質量、提升結構性能的關鍵步驟[1]。雖然自密實混凝土以材料智能動力實現(xiàn)了混凝土結構的自充填和自密實功能，但對溫度和施工的高敏感性及其高成本制約了其進一步推廣使用[2]，振搗以其施工成本低、適用范圍廣、可操作性高等優(yōu)點，在混凝土施工中仍占有不可替代的地位。

混凝土行業(yè)正由粗放式擴張向規(guī)范化、智能化發(fā)展邁進，振搗施工是其中關鍵一環(huán)。美國ACI309委員會制定的標準[3]系統(tǒng)介紹了不同振搗器的工作機理，對不同工況條件下的振搗施工等內容做了規(guī)定。與之相比，我國沒有形成獨立的標準，缺乏不同工況下對振搗施工的具體建議與規(guī)定，與國外標準仍然有很大差距。標準《混凝土工程結構施工規(guī)范》(GB 50666—2011)[4]對振搗施工進行了規(guī)定，鐵路、公路、水利等行業(yè)標準也對振搗施工進行了規(guī)范[5-8]，但這些標準所做規(guī)定大同小異，未根據(jù)行業(yè)特點做出具體要求，對振搗施工的指導效果有限，制約了振搗技術的規(guī)范化發(fā)展。除此之外，目前研究還普遍存在“重材料輕施工”的現(xiàn)象。傳統(tǒng)振搗施工效果主要依賴于人工經驗判斷，且存在勞動強度大、自動化程度低等問題，振搗技術亟需提升。

本文通過闡述混凝土振搗密實機理及其影響因素，總結了混凝土密實效果評價方法和振搗智能施工的研究現(xiàn)狀，以期對振搗工藝的改進與振搗施工智能化發(fā)展提供參考。

1 混凝土振搗密實機理與影響因素

1.1 混凝土振搗密實機理

通常認為，新拌混凝土屬于Bingham流體[9]，當剪應力超過混凝土靜態(tài)屈服應力時，混凝土發(fā)生流動，并伴隨著骨料的下沉和內部包裹氣泡的上浮。Banfill等[10]參考Bingham模型提出了振搗作用下剪切力的理論計算公式，如式(1)所示：

τw=τ0+μγw

(1)

式中：τw為振搗器提供的剪切力，Pa；τ0為混凝土屈服應力，Pa；μ為混凝土塑性黏度，mPa·s；γw為振動剪應變速率，1/s。

圖1 振搗過程中混凝土的變化[10]Fig.1 Change of concrete during vibration[10]

剪切力τw由振搗器產生的激振力提供，反映了振搗器為混凝土中顆粒受迫振動所提供的動力大小。激振力僅取決于振搗器的結構，振搗器振子質量和偏心距越大，產生振幅越大，激振力與剪切力也越大[11]。由式(1)可知，振搗有效范圍內剪切力超過屈服應力，混凝土流動性增強，骨料下沉，裹含的氣泡上浮或被振碎排開，使?jié){體填充更充分，達到密實混凝土的目的。在有效范圍外，由于能量衰減，剪切力小于屈服應力，骨料僅在重力作用下不會沉降，氣泡僅在浮力作用下也不會上浮，拌合物依舊表現(xiàn)出固體性質，混凝土無法密實，如圖1所示。

從能量角度來說，振搗器產生的能量以一定振幅和頻率的振動波形式傳播。能量越大，振搗器向混凝土提供的激振力越大，混凝土流動效果越好。振搗器向混凝土傳遞的能量可以依據(jù)公式(2)計算：

E=CmA2f3t

(2)

式中：E為能量，kJ；C為拌合物的阻尼,無量綱；m為振搗范圍內的混凝土質量，kg；A為振源最大振幅，m；f為頻率，Hz；t為振搗時間，s。

根據(jù)能量傳遞將振搗過程進一步劃分，第一階段為粗骨料沉降以及水泥漿對空隙的填充過程，此時能量大部分用于耗散混凝土的內摩擦和產生熱量，且這個過程會持續(xù)一段時間。美國標準ACI309-05“Guide for Consolidation of Concrete”[3]指出，新拌混凝土在靜止狀態(tài)下的內摩擦力約為0.02 MPa，振搗過程中約為0.001 MPa，內摩擦力的減小使混凝土具有流體的性質。第二階段混凝土已經液化流動，拌合物阻尼與剛度急劇減小，僅需要較少的能量使保持混凝土的液化狀態(tài)，此時氣泡可以上浮至混凝土表面逸出，是振搗密實的關鍵階段。

振搗器產生的能量在混凝土中迅速衰減，距振源距離越大衰減越明顯，因此振搗有一定的有效范圍。振幅能直觀反映振動情況及能量衰減，若將混凝土看作是連續(xù)彈性介質，振動波在其中的傳遞可以根據(jù)公式(3)計算：

(3)

式中：Ax為距振源距離為x處的振幅，m；x為距振源距離，m。

造成振動波衰減的主要原因有：(1)幾何衰減，理想狀態(tài)下振動波在被激發(fā)后呈球狀擴散，球面積與傳播半徑的平方成正比，單位面積上的能量密度迅速減小，這是無法避免的；(2)透過衰減和粘滯性衰減，可以由式(3)中拌合物的阻尼C來評價。一般來說混凝土越干硬，拌合物阻尼系數(shù)越大，混凝土內的空氣和鋼筋等也會增大拌合物整體的阻尼。

1.2 振搗密實影響因素

1.2.1 振搗時間

振搗時間是混凝土振搗密實的最直接的控制參數(shù)，對混凝土含氣量的影響最明顯。在沒有進行振搗的情況下，干硬混凝土的含氣量甚至可能達到20%，嚴重影響混凝土結構的強度與耐久性。由公式(2)可知，振搗時間越長，振搗器傳遞的能量越多，有效振搗范圍內的混凝土維持流動狀態(tài)的時間越長，逸出的氣泡越多?；炷羶葰馀莸囊莩龃蟛糠职l(fā)生在振搗的前30 s，隨著振搗時間的延長，含氣量變化趨于平穩(wěn)[12]。振搗時間過長會導致含氣量損失過大，從而降低混凝土抗凍性。振搗對混凝土內部氣泡參數(shù)亦有影響，適當?shù)恼駬v能夠使氣泡間距系數(shù)、比表面積增大，氣泡平均直徑減小，大量尺寸較小的氣泡保留在硬化混凝土中，從而改善混凝土的抗凍融性能[13-14]。

振搗時間不當還會導致混凝土產生其他施工質量缺陷，如過振引起的離析、泌水等問題，以及欠振、漏振產生的麻面、蜂窩、孔洞、漏筋、縫隙夾層等缺陷。

1.2.2 振搗頻率

振搗頻率是另一個影響振搗密實效果的重要控制參數(shù)，由振搗器中振子轉速決定。最初振搗器頻率最高僅約16 Hz，隨著振搗器設備技術的發(fā)展，振搗器的最大振動頻率得到提升。目前依據(jù)工作頻率區(qū)間，將振搗器劃分為低頻(≤50 Hz)、中頻(50～167 Hz)和高頻(≥167 Hz)。目前我國混凝土施工中主要使用的是中低頻振搗器。

由式(2)可知，振搗頻率與振搗器向混凝土傳遞的能量正相關。隨著振搗頻率的增加，振搗器向混凝土傳遞的能量逐漸增大。對于同一混凝土，采用的振動器振搗頻率越大，混凝土振搗密實所需要的時間越少，例如對坍落度為150 mm的混凝土進行振搗，25 Hz的頻率需要大概60 s，80 Hz需要大概30 s，而達到200 Hz后僅需要10～15 s。超過100 Hz的振搗可以將氣泡振碎，改善混凝土的氣泡參數(shù)[15]。高頻振搗能振實砂漿并起到潤滑作用，超高頻振搗還能促進水泥水化[16]。

然而，振搗頻率并非越高越好，頻率過高會導致引氣混凝土含氣量快速降低，影響結構的抗凍性能。施加過大頻率的振搗還會導致混凝土出現(xiàn)離析、泌水等問題。Tymkowicz等[17]對比了不同頻率的對硬化混凝土的影響，發(fā)現(xiàn)過高頻率振搗導致的離析是混凝土結構損壞的主要原因之一。振搗頻率過高還會使混凝土內出現(xiàn)骨料跳躍搗擊和內部渦流，且頻率越高振動衰減越明顯，振動穿透距離會隨之減小。Forssblad[18]研究了振搗頻率對有效半徑的影響，發(fā)現(xiàn)頻率約200 Hz時有效半徑最大，繼續(xù)提高頻率反而導致振搗效率下降。高頻振搗還會導致振搗器出現(xiàn)產熱高、機械故障率升高等問題[19]，造成施工功耗上升，因此有必要設置頻率上限。

1.2.3 混凝土拌合物性能

屈服應力(τ0)和塑性黏度(μ)可以描述拌合物在振搗狀態(tài)下的流變性能[20]。屈服應力是混凝土維持固態(tài)的最小應力，新拌混凝土的屈服應力主要源自三方面：①不規(guī)則形狀且粗糙的骨料間的摩擦和顆粒間接觸角；②水泥等細微顆粒間的黏聚吸引力造成的絮凝現(xiàn)象；③水泥顆粒和水反應后周圍生成水化硅酸鈣凝膠。Petrou等[21]記錄并模擬了振搗作用下的骨料沉降運動，發(fā)現(xiàn)僅在振搗時骨料會發(fā)生沉降，未施加振搗時骨料保持位置不變，驗證了屈服應力是拌合物中影響顆粒運動的主要因素。振搗有效范圍內剪切力大于屈服應力，此時混凝土具有流體性質，拌合物的屈服應力越高，即混凝土越干硬，越不容易振搗密實，有效振搗半徑越小。同時，隨著振搗時間的增加，混凝土中的顆粒開始運動，顆粒間摩擦力逐漸減小，絮凝水泥顆粒逐漸分離，屈服應力也隨之減小。

圖2 不同流動性拌合物剪應變率與 剪切應力的關系[22]Fig.2 Relationship between shear strain rate and shear stress of mixtures with different fluidity[22]

塑性黏度反映了混凝土克服屈服應力液化后的流動性，研究[22]表明,在相同的振動條件下，流動性高的拌合物剪應變率大，屈服應力較小，如圖2所示。高塑性黏度的混凝土傳遞的能量更多，研究[23]表明振搗有效半徑隨拌合物塑性黏度增大而增大。Juradin[24]研究得出，振搗加速度是拌合物流變參數(shù)變化的原因，Hu等[25]表示，振搗能使拌合物的屈服應力降低約50%，但對低黏度混凝土的塑性黏度影響不大。

阻尼是體現(xiàn)拌合物對于振動耗能作用的參數(shù)，阻尼越大，拌合物共振頻率帶更寬，有利于漿體內部顆粒產生振動，但阻尼值過高會加劇振幅衰減，同時造成混凝土內部發(fā)熱量增大，對振搗產生不利影響。因為阻尼的存在，振搗棒在空氣中的振幅比插入混凝土后時降低5%～30%，振搗頻率降低約20%。Alexander[26]綜合考慮了混凝土的剛度、質量和阻尼，將機械阻抗看作是混凝土振動衰減的內因。混凝土拌合物的機械阻抗可由公式(4)計算：

(4)

式中：Z為拌合物機械阻抗,無量綱；ω為振動角速度，rad/s；k為剛度系數(shù)。

Alexander[26]同時指出，在不同振動作用下，振動波在混凝土內傳導會出現(xiàn)如圖3所示的三種特性。在低頻低激振力情況下，混凝土具有高阻尼和高剛度的特點，符合曲線1；激振力和頻率增加，阻抗會快速下降，直到材料從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，此時材料阻尼與剛度均下降，符合曲線2；當激振力足夠大時，阻抗沿會曲線3所示的質量線上下移動，此時混凝土的狀態(tài)為沒有阻尼和剛度的純質量系統(tǒng)。

圖3 不同振動作用下混凝土機械阻抗特性[26]Fig.3 Mechanical impedance characteristics of concrete under different vibration[26]

新拌混凝土是固-液-氣三相組成的不透明非均質離散單元，為簡化計算過程，通常將振搗器產生的振動看作簡諧波，將拌合物看作質量、彈性和阻尼在整個系統(tǒng)中均勻分布的連續(xù)介質。振搗密實效果影響因素多，振動在傳遞過程中的變化復雜，目前振搗機理研究并不充分。為更精確地分析混凝土振搗機理及密實情況，有學者通過計算機模擬的方法，對振搗過程中孔隙填充、顆粒運動方式等方面進行研究。Windows-Yule[27]通過模擬多方向振動驅動的高度流態(tài)化系統(tǒng)，對顆粒的運動規(guī)律和拌合物中的對流及離析過程進行了分析，實驗證明系統(tǒng)的對流流速可以通過驅動改變強度來改變，系統(tǒng)的離析與驅動力和顆粒數(shù)量相關。Aktas等[28]則通過人工智能神經網絡(ANNs)和回歸模型(RM)對新拌混凝土在振搗狀態(tài)下的性能進行預測，實驗表明兩種模型均具有良好的預測精度，ANNs可作為預制構件中新拌混凝土振搗狀態(tài)預測的新方法。

2 混凝土振搗密實效果評價

提高混凝土密實性是混凝土振搗施工的主要目的，但振搗密實效果的評價參數(shù)與方法還未得到統(tǒng)一。振搗施工過程中認為施工混凝土表面無明顯塌陷、氣泡不再上浮、表面泛漿且平坦時即達到振搗密實[4]。但振搗過程中氣泡不會立刻出現(xiàn)，也不會在停止振搗后馬上消失，上浮到表面的浮漿還會影響觀察結果。此外還有通過振搗器頻率、聲音變化等的方法對密實效果進行經驗判斷，但類似的經驗判斷不能量化評價振搗質量。振搗密實效果還可以通過硬化后的力學性能[29-30]、孔結構[13,31]、電阻值[32-33]等進行評價，也有通過無損檢測的方法評價混凝土密實度[34]。此類“事后反饋”的密實度評價方法難以在用于控制施工質量，若出現(xiàn)不密實情況只能進行事后補救。因此需要提出新拌混凝土振搗密實效果評價方法和指標。

2.1 可視化評價

通過內部可視化的方法可以清楚地觀察振動時混凝土內部骨料及氣泡運動規(guī)律，從而評價混凝土振搗密實度，是評價密實效果的較為直觀的手段。但由于混凝土組成復雜且不透明，采用直觀可視化的評價方法判斷混凝土振搗密實效果較為困難。Petrou等[35]介紹并論證了利用核醫(yī)學技術觀測的方法，根據(jù)實時圖像研究振動過程中混凝土拌合物的流變性質及骨料沉降的規(guī)律。此方法對設備要求高，操作復雜，且不能測量骨料粒徑大于38 mm的混凝土，難以在實際工程中推廣。Li等[36]利用硅油和不規(guī)則形狀顆粒代替混凝土中的砂漿和骨料，在激光輔助層析成像(LAT)的基礎上進行了內部可視化實驗，研究了顆粒材料的平均顆粒接觸角(θ)隨振動時間(t)的變化。類似的方法還有利用卡波姆凝膠等透明物質代替拌合物，研究拌合物的流變性能并觀察顆粒和氣泡的運動情況[37]。此方法的觀測結果更為直觀準確，但僅能在實驗室中對特定流變性能拌合物的密實效果進行評價，適用范圍小。

2.2 振搗參數(shù)評價

利用振搗器產生的振動波在混凝土中的傳播及衰減作為評價指標是密實效果評價的一個研究方向，研究較多的參數(shù)為振動加速度和阻尼。

振動波加速度：根據(jù)牛頓第二定律，振動波的加速度越大，提供動力越大，傳遞能量越多。加速度與拌合物振動效應之間的相關性如圖4所示，加速度約大于0.5 g時振動產生壓力開始增大，混凝土開始被振實，隨加速度增加密實效果呈線性上升而與頻率振幅等無關，當加速度達到4 g時，振動壓力保持不變，密實效果不會繼續(xù)提升。邊策等[31]通過在拌合物中不同位置埋入加速度傳感器，發(fā)現(xiàn)振動開始時新拌混凝土吸收大量振動能量并沉陷液化；加速度值迅速增大至峰值，隨后混凝土液化速率減慢，內部氣泡開始上升排出加速度下降并趨于穩(wěn)定。同時隨著距振搗棒距離增加，加速度穩(wěn)定歷時增加，表明混凝土液化階段歷時與振動強度呈負相關。

圖4 振搗加速度對不同水膠比混凝土密實程度的影響[38]Fig.4 Influence of acceleration on compactness of concrete with different water binder ratios[38]

圖5 振搗加速度對不同水膠比混凝土 密實程度的影響[38]Fig.5 Influence of acceleration on compactness of concrete with different water binder ratios[38]

Banfill等[10]通過埋入加速度傳感器檢測不同位置振動速度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)振搗器的振動速度從振搗棒表面速度迅速衰減，實驗裝置如圖5所示。實驗得出在混凝土液化范圍內，振搗器產生的剪切波決定了混凝土的流變性能，是振動波的主要傳播形式。在有效范圍之外混凝土仍為固體，壓力波是主要的傳播方式。同時得出混凝土的液化和流動造成了振搗器附近能量的快速衰減。

阻尼：通過測量阻尼、阻抗值的方法也可以表征振動在混凝土中的衰減規(guī)律，并依此評估混凝土的振搗范圍及密實效果。Alexander等[39]通過綜合考慮混凝土的阻尼、剛度與質量，檢測不同階段的機械阻抗特點評價混凝土的密實效果，裝置及實驗結果如圖6所示。實驗表明，隨著振搗的進行，拌合物的機械阻抗逐漸減小，減小速率由快變慢，這一現(xiàn)象與含氣量的變化一致。郭文武等[40]將振動系統(tǒng)看作彈簧-阻尼-質量模型，采取測定放置在混凝土拌合物表面的小型振動平板的機械阻抗的辦法測量混凝土阻尼。實驗發(fā)現(xiàn)約在40 Hz的振搗頻率下，混凝土的阻尼比最低，但并未說明阻尼比與密實效果的具體關系，還有待進一步研究。

圖6 混凝土阻抗檢測裝置及實驗結果[39]Fig.6 Concrete impedance testing device and experimental results[39]

2.3 混凝土受振液化程度評價

圖7 通過紅外成像確定振搗有效范圍的實驗[42]Fig.7 Experiment of determining the effective range of vibration by infrared imaging[42]

混凝土受振液化是其內部氣泡運動的前提，通過對其液化情況進行分析，可間接對混凝土振搗密實效果進行評價。有研究[41]在混凝土拌合物中埋入鋁制浮標，通過記錄振搗液化后浮標上浮時間、上浮距離，或通過記錄將重球或桿在振搗液化后的貫入距離等參數(shù)評價混凝土的液化程度。Bruce[42]利用振搗導致混凝土溫度的升高這一現(xiàn)象，使用紅外熱成像來確定振搗能量傳播及振搗有效范圍，如圖7所示。

除此之外還有其他密實效果評價方法。田正宏等[43]提出了使用透水模板布滲透性測試裝置，通過計量不同壓力下實驗的排水和孔隙水壓力傳感器，研究了新拌混凝土振搗密實過程中內部孔隙水壓力隨時間的動態(tài)變化特征。結果表明，振搗過程中，拌合物內部孔隙水壓力隨振動加載時間的增加先增大后減小，末端再反向增大。先增大是由于啟動壓力梯度的存在；減小是因為在透水邊界下滲透性較大，內外壓力差衰減較快；末端反向增大是因為邊界透水性降低，水化產物逐步增加，混凝土致密性增大，導致微觀漿體結構孔隙滲透阻力逐漸增強。

由于拌合物內部組成復雜，干擾因素多，準確直觀的密實度評價的統(tǒng)一方法與指標尚未確定，相關研究可行性和適用性也有待驗證，這制約了振搗技術的提升和振搗智能化的發(fā)展。操作方便、適用于現(xiàn)場、智能化程度高的混凝土拌合物實時密實效果評價方法仍需要更多的探索。

3 混凝土智能振搗技術發(fā)展

目前振搗施工的主要方法為機械振搗，振搗器分為內部振搗器和外部振搗器，外部振搗器又分為附著式振搗器、表面振搗器、振動臺，如圖8所示。內部振搗器施工時需將振搗棒插入混凝土中，通過振搗棒內振子產生的高頻振動振實混凝土。外部振搗器通常在特定結構或工況中單獨或與內部振搗器配合使用，附著式振搗器工作時安裝在模板上，表面振搗器主要應用于構件頂部平面，振動臺可以用于預制構件和實驗室內，但在現(xiàn)澆結構中無法使用。

圖8 不同種類振搗器[11]Fig.8 Different types of vibrators[11]

振搗施工弊端較多，人工手持式振搗是目前最常用的振搗方式，但存在有效振搗范圍較小、施工效率較低、勞動密度強度大、噪聲污染明顯等問題。此外，振搗器的適用范圍不明確、密實效果評價困難等均制約了振搗技術的提升。在工程智能化進程逐步加快的今天，振搗智能化升級是解決上述問題的有效方法，有非常廣闊的發(fā)展前景與發(fā)展?jié)摿44]。目前智能振搗技術的研究主要集中于以下幾個方面：

(1)振搗密實效果智能評價

密實效果的智能評價是智能振搗技術的一個研究方向，結合傳感器等技術，實時監(jiān)測振搗密實相關參數(shù)變化，從而實現(xiàn)對密實效果的實時評價。

劉劍勇[45]在振搗棒內增設彈性式膜片壓力感觸點，測量振搗棒周圍混凝土壓力的變化。隨著混凝土密實，振搗棒周圍混凝土的壓力增大，當85%的傳感器測得壓力值處于設計控制范圍(普通混凝土0.021～0.023 MPa，抗?jié)B混凝土0.018～0.020 MPa，高強混凝土0.015～0.017 MPa)時，判斷混凝土達到密實。周泉等[46]通過測量摻鋼纖維的混凝土梁在振搗過程中的磁吸強度變化，評價鋼纖維在混凝土梁中的分布情況，從而實現(xiàn)混凝土均質性的實時監(jiān)測。

(2)振搗施工精細化調控

將振搗設備與計算機技術、數(shù)字化檢測等結合，對振搗過程中振搗時間、插入狀態(tài)等參數(shù)進行監(jiān)控，實現(xiàn)振搗施工狀態(tài)全程精細化調控。

郭小青等[47]發(fā)現(xiàn)振搗棒插入拌合物時和空載時的聲波信號存在很大區(qū)別，通過數(shù)字信號處理技術，以噪聲能量分布特征為參數(shù)判斷振搗器是否處于有效振搗狀態(tài)。翁翎[48]通過在振搗棒內部增設感應線圈，利用振搗棒空間位置變化時的電信號差，對振搗棒的插入空間位置和振搗時間等參數(shù)進行監(jiān)控。還有研究[49-50]利用計算機建模技術將施工區(qū)域網格化劃分，根據(jù)傳感器記錄振搗時長及振搗棒的平面位置，判斷振搗施工的有效覆蓋范圍，并對漏振、欠振區(qū)域進行預警，實現(xiàn)對振搗施工的精細調控。

(3)振搗施工無人化

通過設計適用于不同工況、節(jié)省施工人力的振搗器，有效解決目前振搗施工人員需求量大、施工效率低下的問題，是智能振搗施工的一個發(fā)展方向。

梁志鵬等[51]將傳感器與數(shù)控系統(tǒng)結合，通過液壓裝置控制振搗棒插入與拔出，實現(xiàn)了在混凝土壩澆筑倉橫縫面的無人振搗施工。何江斌等[52]通過將振搗棒頭定位在底節(jié)導管外壁，實現(xiàn)水下灌注混凝土的同時振搗施工，提升了施工效率。類似地，馮福慶等[53]發(fā)明了一種用于高鐵現(xiàn)澆無砟軌道智能振搗車，何學友[54]發(fā)明了一種混凝土路面振搗裝置及其施工辦法，這些方法在特定結構中減少了對施工人員的需求，提高了施工效率。

(4)結合GPS定位技術的振搗施工實時監(jiān)控

GPS空間定位技術在各行業(yè)中應用成熟，與振搗技術相結合是振搗施工智能化的一個方向。大壩振搗施工的工作面平整，施工點較為集中，且振搗機等集成機械設備已經替代傳統(tǒng)人工手持式振搗器，故相較于其他混凝土結構智能化設備的使用更普遍，智能振搗技術也更成熟。

鐘桂良等[55]采用傾角傳感器、攝像頭、GNSS-RTK與UWB 融合定位等設備和技術，同時開發(fā)了智能管控平臺，實現(xiàn)了在混凝土壩施工過程中對振搗機位置、大臂傾角、振搗頭傾角、振搗深度、振搗時間等參數(shù)的監(jiān)控，避免了人工監(jiān)管方式的弊端，其示意圖如圖9所示。類似技術在其他大壩混凝土結構中也得到了實際應用[56-57]。

在其他混凝土結構中，主流的施工方式還是人工手持振搗，智能化施工技術的使用還未成熟。Tian等[58]開發(fā)了基于高速數(shù)據(jù)處理GPRS技術、全球定位導航和特制電極裝置的可穿戴式振搗裝備及動態(tài)可視化監(jiān)測系統(tǒng)，示意圖如圖10所示。通過工人穿戴的特殊磁性手套快速識別手部位置變化所引起的電位變化，由此記錄振搗時間；將三維建模與空間定位技術相結合，記錄振搗施工空間位置變化，實時獲取振搗施工軌跡，實現(xiàn)振搗施工質量監(jiān)測與量化評價。該裝置已經取得實際應用，設備復雜程度有待研究降低。

圖9 振搗機多參數(shù)集成監(jiān)控設備示意圖[55]Fig.9 Schematic diagram of multi parameter integrated monitoring equipment for vibrator[55]

圖10 振搗施工可視化監(jiān)測系統(tǒng)[58]Fig.10 Visual monitoring system for vibration[58]

智能振搗技術近年來開始得到重視，先進信息化技術逐漸應用于混凝土施工建設領域。上述智能振搗方法在精細化控制、無人化施工等技術方面有所提升，但依然存在設備系統(tǒng)復雜、適用范圍有限等問題。振搗技術的發(fā)展應綜合以上各方面的研究成果，針對不同工況與結構特點，促進振搗設備及技術創(chuàng)新，最終實現(xiàn)精準化、無人化、智能化的振搗施工。

4 結語與展望

混凝土振搗是一個多影響因素的耦合過程，相關振搗參數(shù)對振搗質量的影響大。目前振搗密實機理及密實效果評價方法的研究尚不充分。計算機模擬、數(shù)字化檢測等等先進智能技術已經開始在混凝土振搗施工中應用。為使振搗技術得到進一步的發(fā)展，應加強以下三個方面的研究：

(1)深化振搗機理的研究，與計算機、傳感器等先進技術相結合，找到能夠快速準確客觀表征混凝土振搗密實效果的方法和指標。

(2)推進振搗技術與裝備創(chuàng)新，總結現(xiàn)有技術成果，提高施工效率與質量，逐步實現(xiàn)振搗精準化、無人化、智能化施工。

(3)完善現(xiàn)有振搗施工標準，補充不同工況下振搗施工的相關要求，實現(xiàn)振搗標準化施工。