專利名稱：用于混凝土的成級的共振頻率振動的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于在塑性混凝土結(jié)構(gòu)中以連續(xù)的級或增量的方式引入振動能量的方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及在混凝土澆注期間當(dāng)它處于塑性狀態(tài)時在濕的混凝土的共振頻率下向所述結(jié)構(gòu)中通過引入振動能量來實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的堅固形體的方法和裝置。
在構(gòu)筑混凝土結(jié)構(gòu)例如混凝土板之類時，某些常規(guī)的步驟涉及簡單地把混凝土體澆注在模子中并以各種公知的方式修整頂部表面，而不用任何振動使混凝土硬結(jié)。另一些步驟涉及使用在混凝土體上或其內(nèi)部的不同位置暫時放置的振動器，通過使用刮平表面與/或抹平操作的各種組合其中包括使用手持抹子，動力轉(zhuǎn)動抹子之類，進(jìn)行表面修平。
以前的使用振動器澆注混凝土的方法的問題與不對振動器進(jìn)行控制有關(guān)。當(dāng)在澆注的混凝土板的任何部分被振動太多時，在和振動器接觸的部位附近的混凝土板中產(chǎn)生“硬點(diǎn)”。此外，混凝土的過量的振動也可以在振動器附近引起填料分離。填料分離和“硬點(diǎn)”兩者引起不均勻性并使最后形成的板的強(qiáng)度減弱。因此，以前的混凝土澆注操作一般都小心地“欠振動”混凝土體或根本不對其進(jìn)行振動。
在本文中振動塑性混凝土的主要目的在于，通過促使和幫助水和空氣的向上遷移以盡可能幾乎均勻的密度加快混凝土體的固結(jié)，否則其中的水和空氣將緩慢地遷移或根本不動。空氣和水的駐留會使混凝土強(qiáng)度變差，并且這些物質(zhì)的緩慢遷移會延長澆注和修平混凝土體所需的時間。
以前的對混凝土體施加振動的步驟實(shí)際上沒有控制或限制振動器的振動參數(shù)(例如頻率、振幅等)(而只是手動地開關(guān)振動器)，僅僅是粗略地控制或限制振動器作用在混凝土體上的時間的長短。因此，在用以前的步驟生產(chǎn)的混凝土體中，固結(jié)的程度依位置而不同(引起在整體上的結(jié)構(gòu)不一致)，并且使水從表面蒸發(fā)所需的時間也依位置而不同(使得難于使用自動修平設(shè)備來修平混凝土結(jié)構(gòu))。
和混凝土的自然(即無振動)固結(jié)與養(yǎng)護(hù)有關(guān)的另一現(xiàn)象是在養(yǎng)護(hù)的混凝土體內(nèi)部濕氣的駐留。在澆注時，混凝土混合物通常包括的水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過進(jìn)行合適的養(yǎng)護(hù)以及達(dá)到混凝土體的最大強(qiáng)度實(shí)際上需要的量。故意在混凝土混合物中加入過量的水是為了有利運(yùn)輸、澆注、成形和修平操作，如果靜止不動(即不振動)，則由混凝土體的重量而產(chǎn)生的壓力就通過混凝土體開始慢慢地向上壓某些過量的水，這便使某些過量的水開始向板的表面遷移，從而實(shí)現(xiàn)板底部附近的混凝土體的固結(jié)。甚至在當(dāng)混凝土體可能尚未最佳地固結(jié)時就開始養(yǎng)護(hù)。這種養(yǎng)護(hù)使剩余的過量的水向板的表面的遷移放慢。與此同時，在許多情況下(尤其是當(dāng)混凝土板在陽光下以及在低濕度的風(fēng)天澆注時)，水可以很快地從板的頂表面蒸發(fā)，從而使頂部的混凝土過早地干燥并開始養(yǎng)護(hù)。這使板的上表面或上表面附近的混凝土凝結(jié)，進(jìn)一步，使過量的水從混凝土體下方向表面的遷移放慢。最后，這現(xiàn)象引起在混凝土板內(nèi)部的濕氣的駐留。經(jīng)過一段時間，濕氣氣泡干燥而放出，在固態(tài)混凝土板內(nèi)留下小的氣穴。這種氣穴減少了混凝土板的最終強(qiáng)度。
在以前的混凝土板澆注操作中，有時使用脫水技術(shù)，其中混凝土體被澆注成形并形成一個具有上表面的結(jié)構(gòu)，然后在濕的混凝土表面上利用真空抽水系統(tǒng)使混凝土體脫水。還有，通過在濕的混凝土表面上放置吸收體材料(例如麻袋之類)然后在麻袋上撒上干燥劑(例如干水泥)使混凝土體表面脫水。在脫水處理完成之后，除去麻袋或真空抽水系統(tǒng)。然后用常規(guī)方法把表面修平。以前的混凝土修平操作勞動強(qiáng)度大，并要求大量使用熟練技工而且為合適地進(jìn)行這些操作需花費(fèi)大量的時間。
下列美國專利和通過使用埋入混凝土體內(nèi)的或和混凝土體相連結(jié)的振動裝置而在混凝土體內(nèi)引入振動的發(fā)展相關(guān)2,015,217；2,223,734；2,269,109；2,293,962；和2,332,687。
雖然上述專利都和混凝土體的振動相關(guān)，但它們都沒有提出混凝土板、蓋之類的成級的或逐步的振動，其中引到或引入混凝土體的每級振動對混凝土體中的特定的所需深度的混凝體有影響；也沒有描述確定混凝土體已經(jīng)固結(jié)的深度或應(yīng)當(dāng)被振動的深度的裝置。
專利申請序列號為08/055,044的美國和本申請共同申請的待審專利披露了一種對塑性混凝土結(jié)構(gòu)施加成級的振動的方法和裝置。當(dāng)使用這種成級的振動方法和裝置時，希望為了加快混凝土體的固結(jié)而對混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)必須給予的振動能量為最小。當(dāng)使用這種成級的振動方法和裝置時，還希望對混凝土體的已充分固結(jié)部分給予的振動能量為最小。當(dāng)使用這種成級的振動方法和裝置時，還希望使振動和檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)、制造和使用簡化。
因而，本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過使用機(jī)器操作澆注混凝土板或其類似結(jié)構(gòu)的方法及裝置，其中使用對未養(yǎng)護(hù)的塑性混凝土體的成級的振動澆注混凝土。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種澆注混凝土板的方法及裝置，其特征在于，在振動的每個中間級期間使水和空氣通過未養(yǎng)護(hù)的混凝土向上遷移，從而形成一個可以確定的邊界層，在該邊界層以下混凝土體可被確定為被充分固結(jié)的，充分堅實(shí)的和足夠“干”的，在該邊界層以上，混凝土體可認(rèn)為是“濕”的和不充分固結(jié)的。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種澆注混凝土板或類似結(jié)構(gòu)的方法及裝置，其特征在于其中未被養(yǎng)護(hù)的混凝土體從底部向上朝向頂表面被依次固結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)從底到(或接近)頂基本上密度均勻的澆注結(jié)構(gòu)，其中混凝土體的相鄰水平層的固結(jié)和整體化借助于對未養(yǎng)護(hù)的混凝土體有利地給予振動的振動裝置來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種澆注混凝土板或其類似結(jié)構(gòu)的方法及裝置，其中使用機(jī)器操作，混凝土體的固結(jié)速度由許多“級”進(jìn)行控制(或混凝土體的一系列的振動)，其中每一“級”只影響(或主要影響)混凝土體的總厚度的一部分。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種具有所述特征的方法和裝置，其中必須被引入混凝土體內(nèi)以達(dá)到所需效果的振動能量被減到最小。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種用于澆注混凝土板或其類似結(jié)構(gòu)的方法及裝置，它具有上述的特征，其中被引入邊界層以上的相對“濕”的混凝土體的振動能量被最佳化，并且被引入邊界層以下的相對“干”的混凝土體的振動能量被減到最小。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種具有上述特征的用于澆注混凝土板或其類似結(jié)構(gòu)的方法及裝置，其中振動能量被有利地引入混凝土體中，其頻率等于或接近邊界層上方的相對“濕”的混凝土體的自然共振頻率(或其諧波)。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種本發(fā)明的改型，其中直接地或間接地測量在邊界層以上的相對“濕”的混凝土體的共振頻率，并根據(jù)這一測量有利地改變被引入混凝土體的振動能量的一個或幾個參數(shù)。
這些目的以及其它的目的和優(yōu)點(diǎn)在由下面結(jié)合附圖所作的結(jié)構(gòu)及其操作細(xì)節(jié)的詳細(xì)說明中會看得更加清楚，圖中相同的標(biāo)號指相同的部件。


圖1是示意的縱截面圖，說明混凝土體被澆注之后立即構(gòu)成的混凝土板；圖2是圖1中的混凝土板的堅實(shí)度曲線；圖3是在混凝土體被澆注之后過一短的時間的圖1的混凝土板的縱截面示意圖，此時對混凝土體尚未施加振動；圖4是圖3中的混凝土體的堅實(shí)度曲線；圖5是使用本發(fā)明在第一級振動期間的圖1的混凝土板的示意的縱截面圖；圖6是使用本發(fā)明在第一級振動之后立即呈現(xiàn)的圖1中的混凝土板的示意的縱截面圖；圖7是圖6的混凝土板的堅實(shí)度曲線；圖8是使用本發(fā)明在第二級振動期間呈現(xiàn)的圖1所示的混凝土板的示意的縱截面圖；圖9是在使用過振動器之后圖8的混凝土板的左手側(cè)的堅實(shí)度曲線；圖10是使用本發(fā)明的在最后一級振動期間所呈現(xiàn)的圖1中的混凝土板的示意的縱截面圖；圖11是在使用過振動器之后圖10中的混凝土板的左手側(cè)的堅實(shí)度曲線；圖12是本發(fā)明的最佳實(shí)施例的混凝土板的示意的縱截面圖；圖13是本發(fā)明的振動器裝置的改型實(shí)施例的示意的縱截面圖；圖14是本發(fā)明在“固定”方式下進(jìn)行操作的方法的流程圖；圖15是在“可調(diào)”方式下操作本發(fā)明的方法的流程圖；圖16是在“邊界層”方式下操作本發(fā)明的方法的流程圖；圖17是在“聲波發(fā)射器(pinger)”方式下操作本發(fā)明方法的流程圖；圖18是在“按培計”方式下操作本發(fā)明方法的流程圖；以及圖19是按照本發(fā)明構(gòu)成的許多振動裝置彼此相連的縱截面的示意圖。
如下所述，本發(fā)明是一種澆注混凝土板(以及相關(guān)結(jié)構(gòu))的裝置和方法，其中以受控的方式在未經(jīng)養(yǎng)護(hù)的塑性混凝土體M中引入振動能量，從而影響(除其它之外)混凝土體的“堅實(shí)度”。在本文中，術(shù)語“堅實(shí)”和“堅實(shí)度”指混凝土體的致密性，或者更具體地說，當(dāng)用來指主要呈現(xiàn)固態(tài)的性能的混凝土體的任何部分時，指其“固體性”，或當(dāng)用來指主要呈液狀的性能的的混凝土體的任何部分時，指其“流動性”。應(yīng)當(dāng)理解在主要呈液狀性能的混凝土體的任何部分中增加“堅實(shí)度”相應(yīng)于減少其“流動性”；在主要呈固態(tài)狀的性能的混凝土體的任何部分中增加“堅實(shí)度”相應(yīng)于增加其“固體性”。
雖然在開始澆注時混凝土體M實(shí)際上是固體(包括水泥、填料等)和液體(主要是水)的混合物，但最初澆注的混凝土體主要呈現(xiàn)液狀性能，因此可被稱為液體。在圖中，線70相應(yīng)于這樣一個“堅實(shí)度”，在其以上，混凝土體的性能更象固體，而在其以下則更象液體。
圖中的圖1說明混凝土體(在圖中一般用“M”表示)，當(dāng)它從任意合適的源中被澆注到子基板B上的模子(未示出)或其類似物中時，可以呈板的形狀?；炷馏wM一般包括填料、水泥、水以及其它在混凝土板中通常使用的填加物。
當(dāng)混凝土體M被開始澆注時，填料、水泥，水和包含在混凝土中的其它材料一般在子基板B和混凝土板的暴露的頂面1之間的混凝土體M的整個厚度上隨機(jī)地分布。在混凝土體M被開始澆注的時刻，實(shí)際上沒有混凝土體被充分地固結(jié)、堅實(shí)和足夠干以便對板的頂面進(jìn)行修平。(在本文中，“修平”一詞是技術(shù)術(shù)語，指把混凝土板的表面弄平的方法)。此外，在混凝土體被開始澆注的時刻，在整個混凝土體上的不同位置其固結(jié)程度和濕份含量一般不同。這種澆注的混凝土的稠度的變化對本發(fā)明的操作并不妨礙，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，這是隨機(jī)混合混凝土的一種固有的(也是不希望的)特性。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以理解，從一車混凝土到下一車混凝土在混合的混凝土的稠度上通常是有較大差別。因而，即使當(dāng)從一車中澆注的混凝土的稠度相當(dāng)均勻時，在由多車澆注構(gòu)成混凝土板的情況下被澆注的混凝土的稠度可以有極大的不同。在由多車澆注構(gòu)成的混凝土板中，即使在垂直平面的澆注的混凝土的稠度可能變化較小時，通常在水平面上的澆注的混凝土的稠度具有相當(dāng)大的不同。同樣，這種澆注的混凝土的稠度的變化也不妨礙本發(fā)明的操作，而是象本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，這是由多車澆注構(gòu)成的混凝土板中經(jīng)常碰到的(也是不希望的)特點(diǎn)。
圖2是在混凝土體M被開始澆注的時刻在板的底部和頂部之間的一般的縱向“堅實(shí)度”梯度曲線。
當(dāng)混凝土板(或類似結(jié)構(gòu))被澆注時，一般的作法是使用這樣的混凝土體，它最初具有比開始進(jìn)行修平操作時所需的過多的含水量、太小的固結(jié)和太小的堅實(shí)度。這些特性在開始時是需要的，因為當(dāng)澆注混凝土結(jié)構(gòu)時，它們使混凝土體更接近“液態(tài)”更具有可成形性。此外，在開始時混凝土體中過剩的水分具有防止或延遲混凝土體的(不希望的)過早養(yǎng)護(hù)的作用。在過度地弄濕之后，“液態(tài)”的混凝土體被注入模子中，并使其大概地具有所需的板的深度和形狀，然后需要除去過量的水份，在可以開始修平操作之前使混凝土體成為較固結(jié)的和較“堅實(shí)”的。
如圖2中不規(guī)則的線50所示，在混凝土體被開始澆注的時刻，混凝土體的堅實(shí)度從板的頂部到底部可能有些不同，但平均看來從板頂部到底部它基本上是恒定的。
在圖2，4，7，9和11中的線70代表一個恒定的堅實(shí)度值，并代表在開始修平操作之前所希望獲得的混凝土體的“堅實(shí)度”的最小值。此外，如前所述，線70一般相應(yīng)于這樣一個“堅實(shí)度”，在其以上混凝土體可被認(rèn)為是更象固體，在其以下可被認(rèn)為是更象液體。如圖2所示，在混凝土體被開始澆注的時刻，整個混凝土體具有略小于由線70表示的最小的希望值的堅實(shí)度。
現(xiàn)在參見圖3在混凝土體M已被澆在子基板B上的板模子中之后，包括混凝土體的填料(未示出)的重量自然地向著子基板B向下壓。具有相對高的密度的填料開始從混凝土體M中把水和駐留的空氣擠出。因為在板的底部2附近比頂部1附近的的壓力大，所以在板的底部2附近比在板的頂部附近在開始時被擠出的水分和被擠出的駐留的空氣較多，所以在板的底部附近便形成了相對較固結(jié)的，相對較為堅實(shí)的和相對較為干的混凝土M1，而在板的頂部附近1形成了相對較少固結(jié)的、相對較少堅實(shí)的和相對較少干燥的混凝土M2。
圖4是在混凝土體M被開始注入并開始自然脫水之后在板的底部和頂部之間的縱向堅實(shí)度梯度曲線。如圖4所示，在自然脫水開始之后，在板的底部附近混凝土體的堅實(shí)度一般較大(如線段53所示)，而在板的頂部附近一般較小(如線段51所示)。在線段51和53之間是一個相對較平的線段52，它相應(yīng)于在板的底部2附近相對較堅實(shí)的混凝土體M1和在板的頂部1附近相對較不堅實(shí)的混凝土體M2之間的過渡區(qū)L。
從圖4所示可以說明，相對較不堅實(shí)的混凝土體M2可以認(rèn)為主要呈液態(tài)特性。此外，因為在(液態(tài)的)混凝土體M2中的(平均的)水對固體的比率隨著板的頂部下方的深度的增加而減小，(由于自然脫水)，在板的頂部附近比過渡區(qū)L附近的(液態(tài))混凝土體M2堅實(shí)度更小一些。從圖4還可以看出，相對較堅實(shí)的混凝土體M1可以認(rèn)為主要具有固態(tài)特性。
因為混凝土體M2(即過渡區(qū)L以上)實(shí)際上是液體，并因為混凝土體M1(即過渡區(qū)以下)實(shí)示上是固體，所以在大多數(shù)情況下，過渡區(qū)L以上的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率和在過渡區(qū)L以下的(固態(tài))混凝土體M1的固有共振頻率不同。在任何情況下，不管(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率和(固態(tài))混凝土M1的是否相同，在所有情況下，通過前者的聲音的速度(即振動傳播的速率)和通過后者的聲音的速度不同(即較低)。此外，由于在(液態(tài))的混凝土體M2和(固態(tài)的)混凝土體M1之間的固有聲阻抗不同，所以任何直接地引入(液態(tài)的)混凝土體M2中的機(jī)械振動將主要停留在(液態(tài)的)混凝土體M2內(nèi)，因而，對(液態(tài))混凝土體M2的影響比對(固態(tài))混凝土體M1的影響要大得多。
再參見圖3在混凝土板的表面1一般生成最好不大于1/4英寸厚的修平區(qū)7。在整個澆注操作期間遷移的水可以聚集于修平區(qū)7中。此外，可以使用這樣一些修平操作(后面將要詳細(xì)說明)，它們在修平區(qū)7中比在混凝土體M的其余部分中可以實(shí)現(xiàn)“細(xì)料”和“超細(xì)料”的相對較高的濃度以及填料的相對較低的濃度。
在板的底部2附近的相對較固結(jié)的、相對較堅實(shí)和相對較干(固體)的混凝土體M1和板的頂部1附近相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較不干(液體)的混凝土體M2之間是過渡區(qū)L。為了理解本說明，過渡區(qū)L可被認(rèn)為代表一個邊界層，在其以上混凝土體M2呈類似于液態(tài)的性能，在其以下混凝土體M1呈類似于固態(tài)的性能。
在過渡區(qū)L平均的堅實(shí)度梯度(即堅實(shí)度的變化除以縱向深度的變化)一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在板的底部(固態(tài))混凝土體M1和在板的頂部(液態(tài))混凝土體M2的平均堅實(shí)度梯度。在實(shí)踐中，過渡區(qū)L可以是相當(dāng)窄的一層(可能只有幾毫米厚)或者是相當(dāng)厚的一個區(qū)域，根據(jù)混凝土體的特性及其環(huán)境而定。
因為在混合和澆注混凝土體時固有的不一致性，在澆注的板內(nèi)必然發(fā)生的過渡區(qū)L的深度是不均勻的，如圖3所示。此外，從混凝土板的一個區(qū)域到另一個區(qū)域(即在混凝土板的水平分割的區(qū)域之間)過渡區(qū)L的深度存在大的變化。例如，當(dāng)一塊混凝土板用幾車混合的混凝土澆注時，這種從混凝土板的一個區(qū)域到另一個區(qū)域的過渡區(qū)L深度的大的變化可能發(fā)生。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，混凝土體M的養(yǎng)護(hù)速度(并且因而其強(qiáng)度和一致性)一般隨板的頂表面1以下的過渡區(qū)L的深度而改變。更具體地說，在混凝土板的給定的垂直部分內(nèi)，從表面1以下到未充分固結(jié)的未充分堅實(shí)的和未充分干的(液體的)混凝土體M2的底部的深度越大，則對混凝土板的這一特定垂直部分的養(yǎng)護(hù)時間越長。
〔為了便于說明和理解本發(fā)明，在本發(fā)明中提出了澆注混凝土體M的三個子表面區(qū)域，即由字母M1、M2和L表示的區(qū)域。雖然在這些規(guī)定的區(qū)域(M1、M2和L)的每個中的混凝土體具有可單獨(dú)確定的物理參數(shù)(即固結(jié)度、堅實(shí)度等)，但應(yīng)當(dāng)理解，混凝土體的相鄰的“層”是連續(xù)的，在實(shí)質(zhì)上彼此是互連的，因而共同構(gòu)成一塊混凝土板〕。
現(xiàn)在參見圖5一種振動器裝置(總體上用數(shù)字3表示，以后對其整體稱為“裝置”)沿正向(圖中箭頭4指的方向)在板的頂表面1上運(yùn)動，它能把振動引入混凝土體M。當(dāng)裝置3被啟動時，它把振動(在第一頻率下)引入振動裝置3下方的混凝土體M，使水和駐留在混凝土體M內(nèi)部的空氣向上朝向板的頂表面1遷移。在這第一通過(或“級”)期間被引入混凝土體M中的振動的頻率可在一般用于新澆注的板的(液態(tài)的)混凝土體M2的固有共振頻率范圍內(nèi)被有利地預(yù)先選擇(例如根據(jù)以前對于具有類似的水含量，類似厚度，類似填料等的混凝土板的經(jīng)驗)。
隨著水和空氣由于振動而向上遷移，板的底部2附近的相對較固結(jié)的、相對較堅實(shí)的以及相對較干(固態(tài)的)混凝土體M1的深度上升，相應(yīng)地，跨過板的過渡區(qū)La的深度也上升。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，隨著板的底部2附近的相對較固結(jié)的、相對較堅實(shí)的和相對較干(固態(tài)的)的混凝土體M1的深度的上升，混凝土體M1的這一部分的固有共振頻率改變；并且，隨著板的頂部附近的相對較少固結(jié)的、相對更濕的(液態(tài)的)混凝土體M2的減少，混凝土體M2的這一部分的固有共振頻率也改變。更具體地說，隨著相對較少固結(jié)的和相對較濕(液態(tài)的)的混凝土體M2的厚度變薄，其固有共振頻率增加。
圖6說明在裝置3已經(jīng)完成第一次通過或混凝土體M的第一“級”振動之后的混凝土板的狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)理解，在完成第一級振動之后，充分固結(jié)的、充分堅實(shí)的和充分干(固態(tài))的混凝土體M1的體積(圖6中用D2表示)比在第一級振動之前存在的(圖3中用D1表示)較大。
圖7說明在振動裝置已完成跨過混凝土板的第一次通過之后的短暫時間內(nèi)板的頂部和底部之間的一般縱向堅實(shí)度梯度曲線。如圖7所示，在振動裝置已完成跨過混凝土體的第一次通過之后的短暫時間內(nèi)，在過渡區(qū)La下方的(固態(tài)的)混凝土體M1比在振動裝置第一次通過之前不僅變得較深，而且也更堅實(shí)一些(如圖7中線段56和圖4中相應(yīng)的線段53相比那樣)。在用裝置3引入振動之后(固態(tài))混凝土體M1的深度增加的原因在于，通過振動混凝土體，在混凝土體中過量的水的向上遷移被加速(相對于無振動時自然發(fā)生的水遷移的速度)。已經(jīng)觀察到，當(dāng)液體混凝土體(例如混凝土體M2)被振時，在混凝土體的各種固體組成(即填料、水泥等)之間的過量的水只要在被振動的混凝土體中有足夠量的水就以加快的速度向板的頂表面向上滲透，從而使各個固體組分彼此分離。在某種意義上，過量的水分潤滑(液態(tài))混凝土體的固態(tài)組分，從而使混凝土體具有液體特性。當(dāng)從混凝土體中除去足夠量的水時，水就不再能夠充分潤滑混凝土體的固態(tài)組分，因而單個的固態(tài)組分就開始彼此相靠著機(jī)械地“固定”。一旦足夠量的水被從混凝土體的一部分中除去從而允許單個固態(tài)組分機(jī)械地彼此相靠著固定，混凝土體的那一部分就開始呈現(xiàn)固體特性。
在混凝土體由振動裝置振動之后(如圖7中線段56所示)比在自然脫水情況下發(fā)生的(如圖4中線段53所示)(固態(tài))混凝土體M1更堅實(shí)的理由在于，通過振動混凝土體中的各個組成固體，各個組成固體可運(yùn)動而進(jìn)入空隙，這便促進(jìn)了各組成固體的較大的固結(jié)性和較大的“固定”。
參見圖8在過渡區(qū)La由第一次通過振動或第一級振動而在某種程度上升高之后，可用同一(或類似的)振動裝置3進(jìn)行第二次通過振動或第二級振動，如圖8所示，從而進(jìn)一步升高過渡區(qū)Lb，借以增加在過渡區(qū)Lb下面的相對較固結(jié)的、相對較堅實(shí)的和相對較干的(固態(tài))混凝土體M1的厚度，并減少在板的頂部附近的相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對更濕的(液態(tài))混凝土體M2的厚度。
在第二次通過期間被引入混凝土體的振動頻率最好被設(shè)為相應(yīng)于相對較少固結(jié)的，相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率的第二頻率。通過調(diào)整在第二通過期間要被引入混凝土體的振動的頻率(即從第一頻率調(diào)到第二頻率)使其相應(yīng)于在過渡區(qū)La上方的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率，可以使用來引起固結(jié)和使水向上遷移而使(液態(tài))混凝土體M2充分振動所需的能量減到最小。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，因為在大多數(shù)情況下在過渡區(qū)下面的相對較固結(jié)的(固態(tài))混凝土體M1的固有共振頻率和在過液區(qū)上方的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率很不同，又因為在(液態(tài))混凝土體M2和(固態(tài))混凝土體M1之間的聲阻抗不同，因而由裝置引入的振動在板的頂部附近的(液態(tài))混凝土體M2中比在板的底部附近的(固態(tài))混凝土體M1中具有大很多的效果(即將產(chǎn)生更大的振動，因此產(chǎn)生更多的顆粒固結(jié)和水遷移)。因而，通過在(液態(tài))混凝土體M2中引入其固有共振頻率或固有共振頻率附近的振動能量，就可以使用來使混凝土體的組成固體實(shí)現(xiàn)所需的固結(jié)所要求的振動能量減到最小(因為在其共振頻率或在共振頻率附近振動混凝土體比在其它效率較低的頻率下振動可以用較少的能量產(chǎn)生較大的振幅)。
不僅因為提高了通過相對濕的混凝土體M2的傳輸效率而可以使被引入混凝土體M中的振動能量被減小，而且還因為(液態(tài))混凝土體M2(即仍需要被固結(jié)、被干燥和被“固定”的混凝土體部分)只包括板的整體的一部分。換句話說，按照本發(fā)明，不需要引入足夠的能量激勵整個混凝土板；而僅需要激勵整個混凝土板的“液態(tài)”部分。
可以理解，通過使由裝置引入混凝土體M的振動能量減到最小，可以減少裝置的功率要求以及結(jié)構(gòu)和維護(hù)的要求。
還可以理解，通過以上述方式對混凝土體M引入受控的振動，相對于由混凝土體的自然重力下沉而言，混凝土體M的固結(jié)和干燥被加快了。
除去更快地使混凝土體M固結(jié)和干燥之外，用所披露的方法使板的整體結(jié)構(gòu)也得以改善了。通過使用本發(fā)明使板的整體結(jié)構(gòu)得以改善是由于改善了固結(jié)的一致性(由圖8中過渡區(qū)Lb的基本上呈水平方向以及圖9中垂直線段59所示)；并且由于加快了水和駐留空氣從混凝土體中的遷移，這有利地使在混凝土體中駐留的水和氣穴減少了；并且還由于通過組成的固體成分的振動/運(yùn)動大大促進(jìn)了混凝土體的固體成分的固結(jié)程度。
在第二級之后(如圖8所示)和最后一級(如圖10所示)之前，根據(jù)被澆注的具體混凝土板的性能，可以根據(jù)需要有任意數(shù)量的中間級(或振動裝置的通過)。一般地說，板越厚則所需的級數(shù)越多。由本發(fā)明的以上說明可以理解，通過在每一振動裝置的通過期間調(diào)整引入混凝土體的振動頻率為相應(yīng)于或接近于相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率(在那一特定的通過期間)，可以加快板的干燥和養(yǎng)護(hù)，并且所得到的結(jié)構(gòu)基本上有均勻的成分。
現(xiàn)在參見圖10在完成最后一級振動或振動裝置在混凝土板的表面1上最后一次通過時，充分固結(jié)的、充分堅實(shí)的和充分干燥(固體)的混凝土體M1的深度從板的底部2延伸到(或接近于)混凝土板的頂部表面1的修平區(qū)7。一般地，向板的頂部1遷移的水可以積聚在修平區(qū)7中，并可接著通過被簡單地蒸發(fā)、借助重力流失、用振動裝置3使板偏斜，被抽干或其它方法除去。
從上述的說明可見，借助于使用本發(fā)明的澆注混凝土的方法和裝置，過渡區(qū)L(或更具體地說是充分固結(jié)的堅實(shí)的和干燥的(固態(tài))混凝土體M1的頂部)最后達(dá)到混凝土板的頂表面1。因為過渡區(qū)L(或更具體地說是充分固結(jié)的堅實(shí)的和干燥(固體)的混凝土體M1的頂部)最后達(dá)到混凝土板的頂表面1，所以整個板的頂部1(或更具體地說，修平區(qū)7)基本上同時維持用于修平操作的條件。
從上述可以理解，在振動裝置的任何一次通過期間所引入混凝土板的振動的最佳頻率相應(yīng)于在那一特定的裝置3通過期間的相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))在裝置3下方的混凝土體M2的固有共振頻率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，相對較少固結(jié)的相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率隨每級振動而改變(即增加)。下面說明用于適應(yīng)(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率變化的方案。
在使用本發(fā)明的一種方法中，可以使一系列的單個的裝置3在濕的混凝土上以預(yù)定的固定速度通過，每一單個的振動裝置在一預(yù)定的頻率和振幅下振動。例如，可以有三個這樣的振動裝置3，其中的第一個在相對低的頻率下振動，在第一個振動裝置已經(jīng)通過之后，在仍然濕的混凝土表面上通過的第二個振動裝置可以在某一較高的固定頻率下振動。第三個振動裝置則在更高的固定頻率下振動。振動的預(yù)定頻率和振幅以及振動裝置通過的速度應(yīng)當(dāng)根據(jù)各種“坍落度”、厚度或其它因素的混凝土的經(jīng)驗進(jìn)行有利地選擇。更具體地說，每一振動裝置的預(yù)定頻率最好被設(shè)定在具有一定厚度的未固結(jié)的液態(tài)混凝土的標(biāo)準(zhǔn)的共振頻率范圍內(nèi)，所述厚度相應(yīng)于使用該振動裝置的期望液態(tài)混凝土的厚度。如圖19所示，各個裝置3C可以彼此連結(jié)(例如用剛性連結(jié)件12)，在這種情況下，當(dāng)然所有三個裝置3C的速度相同。
使用本發(fā)明的上述方法的一種改型是使用在用戶可選擇(即可變的)的頻率下產(chǎn)生振動的振動裝置。具有用戶可調(diào)頻率輸出的振動裝置在其它領(lǐng)域中是公知的。通過在液態(tài)混凝土上以操作者在現(xiàn)場(即工作場地)設(shè)定的速度、頻率和振幅通過一系列的振動部件，用戶具有更多的零活性，因此，可以隨時設(shè)定相應(yīng)于混凝土板的主要條件的振動的輸出。振動的特定的頻率和幅值以及裝置運(yùn)動的速度可以基于設(shè)計厚度、填料大小、測量的坍落度，溫度與/或其它在現(xiàn)場可容易確定的因素選擇。用這種方法，例如可以使用較少的或較多的振動裝置，分別根據(jù)混凝土的薄、厚而定。
為了使性能最佳，應(yīng)調(diào)整從裝置3輸出的振動頻率，使其落在具有一定厚度，坍落度，填料大小等的未固結(jié)的，液態(tài)的混凝土的標(biāo)準(zhǔn)的共振頻率范圍內(nèi)，所述的厚度，坍落度，填料大小等相應(yīng)于振動裝置下的期望液態(tài)混凝土的厚度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以調(diào)整，從而滿足特定的工作現(xiàn)場的情況。利用上述的不可調(diào)的方法，不需要傳感器來直接測量液態(tài)混凝土體M2的共振頻率，振動裝置輸出頻率的根據(jù)設(shè)計因素以及其它可測量的現(xiàn)場條件，例如(液態(tài))混凝土M2的厚度加以選擇。這種方法的局限性在于，它不考慮混凝土體中對觀察者而言可能是不明顯的變化。
由上述可見，振動澆注的混凝土體的最佳頻率是這樣一個頻率，它相當(dāng)于在振動裝置3下方的相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率。還可以理解，隨著相對較少固結(jié)的，相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的厚度變薄，其固有共振頻率也相應(yīng)地變化(即增加)。
在圖5，8和10所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，裝置3包括從剛性框80伸出的傳感器5。傳感器5和被支撐并被固定在剛性框80上的處理器裝置6電氣相連。根據(jù)傳感器5提供的數(shù)據(jù)，處理器裝置6確定處在振動裝置3下方的相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率。和處理器裝置6電氣相連的電子控制器電路96調(diào)整磁致伸縮致動器81激勵的剛性振動器構(gòu)件82的輸出頻率，使其相當(dāng)于被確定的振動裝置3下方的(液態(tài))混凝土M2的共振頻率。振動器構(gòu)件82最好是剛性板，它直接和(液態(tài))混凝土M2接觸，使(液態(tài))混凝土體M2在磁致伸縮致動器81的輸出頻率下振動(即最好在或接近于(液態(tài))混凝土體的共振頻率下)。整個裝置3可以通過連接于剛性框80被一橫梁或?qū)к壪到y(tǒng)93或類似裝置支撐著并被水平驅(qū)動。
下面說明用來確定在裝置3下方和相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的瞬時共振頻率的方法。
在圖5，8和10所示的用于確定振動裝置3下方的(液態(tài))混凝土體M2的瞬時共振頻率的一種方法中，和處理器裝置6相連的傳感器(或幾個傳感器)5監(jiān)視波前(“脈沖”)通過(液態(tài))混凝土體M2經(jīng)邊界層L反射再返回傳感器所需的時間。然后處理器裝置6由聲音在液態(tài)混凝土中的速度和波前(“脈沖”)返回所需的時間確定過渡區(qū)L的深度。借助于交叉對照所確定的過渡區(qū)L的深度和永久地存儲在處理裝置6中的實(shí)驗數(shù)據(jù)，處理裝置6就可以確定在傳感器5下方的相對較少固結(jié)的，相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體(M2)的近似的共振頻率。然后，電子控制器電路96根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的形狀和/或過渡區(qū)La高度的要求調(diào)整磁致伸縮致動的振動件82的振動的頻率與/或振動的振幅以及/或者振動的持續(xù)時間(即借助于改變裝置3的前進(jìn)速度)。
在用于確定裝置3下面的(液態(tài))混凝土體M2的瞬時共振頻率的第二種方法中(如圖5，8，10所示)，和處理裝置6相連的傳感器5通過測量對由裝置3在一個頻率范圍內(nèi)引入的混凝土板的振動的響應(yīng)(主要是在振動著的混凝土體中的振動的振幅)來直接地監(jiān)視裝置3下方的相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的瞬時共振頻率。一般地說，當(dāng)裝置3的輸出頻率處于在其下方的相對較少固結(jié)的，相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率(或其一個諧波)時，響應(yīng)(即振動的(液態(tài))混凝土體M2的振幅)最大。然后和處理裝置6相連的電子控制器電路裝置96根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的所需形狀與/或過渡區(qū)La的高度調(diào)整磁致伸縮致動的振動構(gòu)件82的振動頻率與/或振動的振幅，以及/或者振動的持續(xù)時間(即通過改變裝置3的前進(jìn)的速度)。在這種用來確定裝置3下方的(液態(tài))混凝土體M2的瞬時共振頻率的方法中，傳感器5在一個“試驗”的頻率范圍內(nèi)測量響應(yīng)(即傳輸效率)并在實(shí)際上選擇引起最大響應(yīng)的頻率(即相應(yīng)于(液態(tài))混凝土體M2的共振頻率)。
在這種方法中使用的用于確定在裝置3下方的(液態(tài))混凝土體M2的瞬時共振頻率的“試驗”頻率可以由振動器構(gòu)件82直接產(chǎn)生(如圖5，8，10所示)，或由第二傳感器發(fā)送器83產(chǎn)生，如圖12所示。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，如圖12所示，從傳感器發(fā)送器83發(fā)出的“試驗”振動的頻率范圍可通過和處理器裝置6b相連的電子控制器電路裝置96進(jìn)行調(diào)整。
現(xiàn)在參見圖13，圖13說明了本發(fā)明的的另一種改型。在本發(fā)明的這種改型中，振動器裝置3a包括剛體框架80，使振動器構(gòu)件82振蕩的磁致伸縮致動器81連結(jié)于其上。處理器裝置6a也被固定在剛性框架80上。處理器裝置6a和磁致伸縮致動器81由外部電源(未示出)通過導(dǎo)線63提供電能供電。檢測裝置(例如電流表或電壓表)監(jiān)視使磁致伸縮致動的振動構(gòu)件82振蕩所需的電流(與/或電壓)?？梢岳斫猓诓僮髦?，因為振動器構(gòu)件82直接和(液態(tài))混凝土體M2接觸，所以當(dāng)振動器構(gòu)件82在/或接近于(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率下振動時，用來維持振動器構(gòu)件82振動所需的能量為最小。因此，通過同時調(diào)整磁致伸縮致動器81的輸出頻率和監(jiān)視其電(即電流與/或電壓)的需求，處理器裝置6就可以直接地確定振動器構(gòu)件82附近的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率。和處理器裝置6以及磁致伸縮致動器81相連的電子控制的電路裝置96把磁致伸縮致動的振動器構(gòu)件82的輸出頻率保持在與磁致伸縮致動器81的最小的電(即電流與/或電壓)需求相應(yīng)的頻率上。這相當(dāng)于振動器構(gòu)件82輸出的頻率近似等于振動器構(gòu)件82附近的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率(或其諧振)。當(dāng)(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率改變時，磁致伸縮致動器81將需要更多的能量使振動器構(gòu)件82振動(由于非共振振動波的干擾)，因而磁致伸縮致動器81的電量需求將增加。這增加的電量需求由電流表或電壓表(未示出)檢測。當(dāng)用于磁致伸縮致動器81的電量需求超過預(yù)定值時，電子控制器電路裝置96a將使磁致伸縮致動器81的輸出頻率改變(即增加)，直到電量需求再下降到預(yù)定值以下為止?？梢岳斫?，在本發(fā)明的這一實(shí)施例中，處理器裝置6，電流表或電壓表(未示出)以及磁致伸縮致動器構(gòu)件82起把振動引入(液態(tài))混凝土體和“檢測”混凝土體的共振頻率的雙重作用。此外，處理器和電子控制器電路裝置利用對處理器輸入的電流或電壓表并使電子控制器周期地調(diào)整磁致伸縮振蕩器頻率可以使磁致伸縮振動器周期地“掃描”頻率范圍。
本發(fā)明通過在或接近于(液態(tài))混凝土體M2的共振頻率下施加振動能量，不僅加快混凝土體M2的固結(jié)和水從混凝土體M2的內(nèi)部到其表面的遷移，而且還可以通過對濕的以及未固結(jié)的混凝土的相對淺的區(qū)域減少(非共振)振動能量的影響來限制這些區(qū)域過早地硬化。可以理解，如果在隨機(jī)頻率下的恒定的振動力被相同地給予不均勻的混凝土的所有區(qū)域(即不同的水對水泥之比，或不同的厚度等)，將在某些區(qū)域中比另一些區(qū)域中的過渡區(qū)會更早地接近板的表面，因而在混凝土體中具有引起“硬點(diǎn)”的不希望的效果。在混凝土中的硬點(diǎn)一般會使養(yǎng)護(hù)不均勻，增加板的斷裂，增加修平操作的困難，妨礙自動修平設(shè)備的使用并嚴(yán)重地減低板的結(jié)構(gòu)的整體性。通過調(diào)節(jié)給予混凝土M的不同區(qū)域的振動能量，使得均勻地朝向板的表面1形成過渡區(qū)L，用本發(fā)明的方法和裝置制成的混凝土板具有較少的(或沒有)硬點(diǎn)，更容易被修平，具有較少的裂縫，并在結(jié)構(gòu)上比用不受控制的振動或使用無振動輸入方法生產(chǎn)的混凝土體板具有較高的強(qiáng)度。
所披露的用于澆注混凝土的成級振動的方法和裝置是有效的，這是由于濕(或液態(tài))的混凝土對振動的反應(yīng)所致。在振動期間，水，空氣以及某些較細(xì)較輕的材料向上遷移，這些材料的遷移由包括振幅、頻率和持續(xù)時間這些振動參數(shù)來控制。按照本發(fā)明調(diào)整這些振動參數(shù)，從而在受控的速度下使(液態(tài))混凝土體M2固結(jié)或“堅實(shí)”起來。
從上述可以理解，把振動引入塑性混凝土板的最佳頻率是在振動裝置3下方的(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率。還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果裝置3的輸出頻率(或更具體地說是振動器構(gòu)件82的振動頻率)不在(液態(tài))混凝土M2的固有共振頻率或其諧波的25％內(nèi)，由振動器構(gòu)件給予混凝土體的能量會很快地被消耗掉，這會激振(液態(tài))混凝土體的組成顆粒從而具有極不利的影響。因而，除非振動構(gòu)件82的振動頻率在與其接觸的(液態(tài))混凝土體的固有共振頻率的諧波的25％內(nèi)，則要求不希望的大量的能量用來振動混凝土體以實(shí)現(xiàn)混凝土體M2的加速固結(jié)和“堅實(shí)”。因而，在本發(fā)明的全部實(shí)施例中，最好磁致伸縮致動的振動構(gòu)件82的輸出頻率在(液態(tài))混凝土M2的固有共振頻率或其諧波的25％內(nèi)。通過在液態(tài)混凝土體M2的固有共振頻率或在其附近(即25％)在混凝土體中引入振動能量，振動裝置的功率要求可以減到最小，因為在這一頻率下引入仍然濕的未固結(jié)的混凝土的能量比在任何其它頻率下對于給定的能量輸入而言將引起(液態(tài))混凝土體M2的較大振動振幅。
已經(jīng)確定了對于給定的厚度的混凝土的所需頻率的有代表性的范圍。為了使板快速地固結(jié)，通過液態(tài)混凝土體M2的聲波(即振動)需要使固體顆粒運(yùn)動并移動位置直到它們被固定為止。所需的頻率和通過液態(tài)混凝土M2的聲波波長以及液態(tài)混凝土M2的厚度緊密相關(guān)。下表表示不同厚度的濕的未固結(jié)的混凝土層在加速其固結(jié)時所需的共振頻率的典型的計算值未固結(jié)厚度 頻率范圍(英寸) (最小) (最大)1/4 21600 432001/2 10800 2160015400108002270054003180036004135027005108021606900 18007770 15408675 13509600 1200
10 540 108011 490 98012 450 900盡管沒有一個單個的頻率能給出完好的結(jié)果，但給出了一個有效的頻帶范圍，在這有效的共振頻率范圍的振動相對較少固結(jié)的、相對較不堅實(shí)的和相對較濕的(液態(tài))混凝土體M2可以使用低得多的功率的振動裝置達(dá)到所需的效果。因為當(dāng)(液態(tài))混凝土體M2的厚度減少時，一般其共振頻率增加，并因為一般在每“級”振動期間(液態(tài))混凝土體的厚度減少；所以可以用振動裝置這樣在混凝土體中引入振動，即或者在每級期間在(液態(tài))混凝土體M2的瞬時共振頻率下引入振動或者在每級開始時以比(液態(tài))混凝土體M2的共振頻率略高的頻率引入振動。在后一種情況下，振動裝置的輸出頻率可以被有利地選擇為當(dāng)(液態(tài))混凝土體M2的厚度處于每級開始和結(jié)束之間的中間厚度時的相應(yīng)的共振頻率。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，現(xiàn)有的混凝土澆注振動器一般包括小的汽油發(fā)動機(jī)，其輸出頻率低于1500rpm(25Hz)。從上表可以看出，即使在相當(dāng)厚的(12英寸)液態(tài)混凝土板的情況下，液態(tài)混凝土的固有共振頻率(450Hz)至少為原有的混凝土澆注振動器的最大輸出頻率的18倍；并且對大多數(shù)普通混凝土板，液態(tài)混凝土體的共振頻率高于原有混凝土澆注振動器輸出頻率的100倍。
因為在通常厚度(即1/4″到12″)下的混凝土的固有共振頻率如此之高(即高達(dá)25000Hz或以上)，所以本發(fā)明最好包括能很好地適用于相當(dāng)高的輸出頻率的磁致伸縮致動器而不用內(nèi)燃機(jī)。
雖然上述說明本發(fā)明通過一次混凝土澆注用來澆注具有恒定厚度的水平的混凝土板，但應(yīng)當(dāng)理解，本方法和裝置可以應(yīng)用于澆注具有基本上呈扁平傾斜頂面的混凝土板，也可應(yīng)用于具有不平坦的頂面或傾斜的子基板的混凝土板。此外，所述方法和裝置也可應(yīng)用于澆注具有完整的接合頂端的混凝土板，其中在第一混凝土澆注的頂上可以引入第二混凝土澆注(即封頂)。在澆注具有完整地接合的頂部的混凝土板時，最好在按照本發(fā)明對第一澆注的混凝土已開始引入一系列的成級的振動之后而在邊界層太接近第一澆注的混凝土體的頂部之前進(jìn)行第二澆注。
為了幫助理解本發(fā)明的構(gòu)成和操作，附圖(即圖1-13和19)以及上面的說明描述了按照本發(fā)明構(gòu)成的振動裝置影響澆注的混凝土板的典型的截面的方式，所述截面是當(dāng)裝置在混凝土板上行進(jìn)時沿其縱向路徑取的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，混凝土體M的參數(shù)(例如水分含量，堅固度，過渡區(qū)高度等)也可以(并在大多數(shù)情況下將)沿垂直于振動裝置行進(jìn)的方向而變化，其理由和上述關(guān)于平行于振動裝置行進(jìn)方向的這種變化的理由相同。因而，應(yīng)當(dāng)理解，提供多個振動裝置，每一個都按照本發(fā)明構(gòu)成，它們彼此并排地連結(jié)在一起(未示出)；或者提供包括一個處理器裝置但卻有多個磁致伸縮致動的剛性振動件，它們在橫向上彼此離開并由公共的框架支撐(未示出)，這些都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。通過以這兩種方式中的每一種方式設(shè)置本發(fā)明，可以獨(dú)立地適應(yīng)垂直于振動裝置的行進(jìn)方向以及平行于其行進(jìn)方向上的混凝土體的參數(shù)的變化。
下面總結(jié)所說明的實(shí)施本發(fā)明的方法。在相應(yīng)的附圖中每一步用三位數(shù)字表示。
現(xiàn)在參見圖14和19在實(shí)施本發(fā)明的最簡單的方法中，在步100把具有以固定的頻率和振幅振動的剛性振動件82的振動裝置3C放在(液態(tài))混凝土體M2的頂面1上。在步101剛性振動件82以固定頻率和振幅振動(在或接近(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率或其諧波時是理想的)。然后，在步102操作者根據(jù)混凝土體的厚度和其它參數(shù)，設(shè)定裝置3C的行進(jìn)速度，在步103，振動裝置3C在(液態(tài))混凝土體的表面上行進(jìn)。
參見圖5和15在實(shí)施本發(fā)明的“可調(diào)方式”時，在步201把振動裝置3放在(液態(tài))混凝土體M2的上表面上。裝置3具有可調(diào)頻率(和可調(diào)振幅)的磁致伸縮致動的剛體振動件82。在步202，操作者根據(jù)查表或查類似的資料確定(液態(tài))混凝土體的可能的固有共振頻率。然后在步203操作者在或接近于所確定的固有共振頻率或其諧波頻率下設(shè)定裝置的輸出頻率。在步204，操作者根據(jù)(液態(tài))混凝土體的厚度與/或其它參數(shù)設(shè)定裝置的輸出振幅。在步205操作者根據(jù)(液態(tài))混凝土體的厚度和/或其它參數(shù)還可以設(shè)定裝置的行進(jìn)速度。然后，在步206，振動裝置3在操作者設(shè)定的頻率和振幅下振動，然后在步207在(液態(tài))混凝土的表面上行進(jìn)。操作者可以根據(jù)其需要或覺得有必要經(jīng)常重復(fù)這一步驟(例如當(dāng)他在同一混凝土板上進(jìn)行新的“通過”時，或當(dāng)他有理由相信(液態(tài))混凝土的參數(shù)已經(jīng)改變時)。
現(xiàn)在參見圖5和圖16如圖16所示，本發(fā)明也可以以稱為“邊界層”方式來實(shí)施。在這種實(shí)施本發(fā)明的方法中，包括和處理裝置6相連的傳感器5的振動裝置3確定過渡區(qū)L的深度，并且處理器和電子控制器電路裝置一起把剛性振動件82的輸出調(diào)整為最佳的頻率和振幅。如圖16所示，在步301振動裝置3被放在(液態(tài))混凝土體的上表面上。在步302，傳感器(它實(shí)際上可以是一個發(fā)送機(jī)/接收機(jī)或單獨(dú)的發(fā)送機(jī)和接收機(jī))，作短時間的預(yù)定頻率的振動。然后在步303，傳感器5測量收到回聲的時間。在步304，處理器裝置6根據(jù)聲音在混凝土中的速度確定到過渡區(qū)L的距離，然后在步305處理器裝置6由試驗數(shù)據(jù)估算固有共振頻率。在步306，處理器裝置和電子控制器電路裝置96一起根據(jù)(液態(tài))混凝土體的厚度和其他性能設(shè)定振幅。然后在步307，處理器6根據(jù)(液態(tài))混凝土體的厚度和其它性能設(shè)定裝置的行進(jìn)速度。然后在步308裝置3在上述(液態(tài))混凝土體的固有共振頻率以上的規(guī)定的偏移下振動；在步309振動裝置在(液態(tài))混凝土的表面上行進(jìn)。振動裝置的振動的振幅和頻率以及行進(jìn)速度隨著裝置3在(液態(tài))混凝土體M2上行進(jìn)而定期地調(diào)整。
現(xiàn)在參見圖12和圖17本發(fā)明的最佳實(shí)施例可以以被稱為“聲波發(fā)射器方式”工作，如圖17所示。在步401振動器裝置3b被放在(液態(tài))混凝土體M2的上表面上，它具有和(液態(tài))混凝土體M2接觸的磁致伸縮致動振動件82，傳感發(fā)送器10和傳感接收器5。在步402，傳感發(fā)送器10以恒定振幅掃描一個頻率范圍。然后在步403傳感接收器5測量不同頻率下的回聲振幅。在步404，處理器裝置6確定具有最高回聲振幅的頻率(在步405，它相當(dāng)于(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率)。然后在步406處理器6以(液態(tài))混凝土體的固有共振頻率以上的規(guī)定的偏移設(shè)定磁致伸縮致動器81的振動頻率，并在步407根據(jù)(液態(tài))混凝土體的厚度和其他參數(shù)設(shè)定磁致伸縮致動器81的振幅，在步408設(shè)定裝置的行進(jìn)速度。然后在步409，振動件82在規(guī)定的振幅和頻率下振動，在步410振動器裝置3b在(液態(tài))混凝土體的表面上行進(jìn)。振動器裝置3b的振動頻率和振幅以及行進(jìn)速度在裝置沿表面行進(jìn)時可以定期地調(diào)整，以便適應(yīng)(液態(tài))混凝土體M2內(nèi)的狀態(tài)變化。
此外，在步404a，處理器裝置6確定在不同頻率下的多個共振點(diǎn)，然后在步405a處理器裝置6根據(jù)諧波頻率之間的差(等于固有頻率本身的諧波之間的差)確定(液態(tài))混凝土體的固有共振頻率。然后在步406、407和408分別如上所述設(shè)定振頻率、振幅和速度。
現(xiàn)在參看圖13和18圖1 3和18所示為可以稱為“安培表方式”的本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)施方法。在步501，把振動裝置3a放到(液態(tài))混凝土體M2的上表面上。在步502，磁致伸縮致動的剛性振動件82在一個頻率范圍內(nèi)振動一段短的時間。在步503，處理裝置6a內(nèi)的主要包括安培表或電壓表的傳感器測量在各個頻率下磁致伸縮致動器81吸收的能量(吸收的電流或電壓)。在步504處理器裝置6a確定具有最低提取電流的頻率，(這相應(yīng)于(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率)。在步505，處理器6a根據(jù)(液態(tài))混凝土體的厚度和其它參數(shù)設(shè)定振動件82的振動頻率，在步506設(shè)定振幅，在507設(shè)定行進(jìn)速度。然后在步508振動件82在上述(液態(tài))混凝土體的固有諧振頻率以上的規(guī)定的偏移下以規(guī)定的振幅振動；在步509，裝置在(液態(tài))混凝土體M2的表面上行進(jìn)。隨著裝置在(液態(tài))混凝土體M2上的移動，振動裝置3a的振幅和頻率以及行進(jìn)速度可周期地調(diào)節(jié)。
以上所述僅是對本發(fā)明作的原理性說明。在結(jié)構(gòu)上可以作出各種改變，例如
由振動裝置引入的振動的頻率可以是(液態(tài))混凝土體M2的固有共振頻率的諧波，而不是實(shí)際的固有共振頻率；以及處理器裝置6(或6a)可以遠(yuǎn)離剛體框架80；框架80不一定和混凝土體M接觸，而可以被(例如被導(dǎo)軌系統(tǒng)93)支撐在混凝土體表面的上方；剛性振動件82可以和液態(tài)混凝土體的表面接觸，或可以和混凝土板的頂面1下面的液態(tài)混凝土體M2接觸；振動件82可以是各種形狀的(包括桿、棒、板狀等)；振動件可以利用壓電的、電磁的或磁致伸縮元件，或是電動的(例如電旋轉(zhuǎn)的或往復(fù)運(yùn)動的電機(jī)驅(qū)動)，或由內(nèi)燃機(jī)或外燃機(jī)驅(qū)動，或由其它裝置驅(qū)動；以及因為在每一次振動器的通過期間，對于濕的混凝土體的共振頻率從(較低的)第一頻率到(較高的)第二頻率變化，所以在振動裝置的任何一個給定的通過期間，希望把振動裝置的頻率設(shè)定為第一和第二頻率之間的中間頻率上。
另外，因為對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，容易實(shí)現(xiàn)各種改型和變化，所以不希望把本發(fā)明精確地限制于所說明的結(jié)構(gòu)和操作上，而是所有的合適的改型和等效替換都被認(rèn)為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因而，本發(fā)明的范圍不應(yīng)由所說明的實(shí)施例確定，而應(yīng)由所附的權(quán)利要求和它們的合法的等效物確定。
權(quán)利要求
1.一種用來澆注混凝土結(jié)構(gòu)的裝置，所述混凝土結(jié)構(gòu)具有液態(tài)混凝土第一部分(M2)和直接在其下面的固態(tài)混凝土第二部分(M1)，所述液態(tài)混凝土第一部分從所述混凝土結(jié)構(gòu)的基本上平的頂面(1)延伸到所述頂面下的第一高度，所述固態(tài)混凝土第二部分從所述混凝土結(jié)構(gòu)的底面(2)延伸到第二高度，所述第二高度不高于所述第一高度，其中包括用來把振動能量引入所述混凝土結(jié)構(gòu)的第一裝置；所述用來把振動能量引入所述混凝土結(jié)構(gòu)的第一裝置包括第一剛性構(gòu)件(82)；以及第一致動裝置(81)，用來當(dāng)所述第一剛性構(gòu)件和所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分接觸時使所述第一剛性構(gòu)件以第一頻率振動；其中所述第一剛性構(gòu)件(82)可動地連結(jié)于所述第一致動裝置(81)上；并且其中所述第一頻率在所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)第一部分(M2)的固有共振頻率的諧波的25％內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1的裝置，還包括第一框架構(gòu)件(80)；并且其中所述第一致動裝置(81)被固定在所述第一框架構(gòu)件(80)上。
3.如權(quán)利要求2的裝置，還包括用來使所述第一剛性構(gòu)件相對于所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述頂面水平運(yùn)動的裝置(93)，其中所述使所述第一剛性構(gòu)件水平運(yùn)動的裝置(93)被固定在所述第一框架構(gòu)件(80)上。
4.一種用來澆注混凝土結(jié)構(gòu)的裝置，所述混凝土結(jié)構(gòu)具有液態(tài)混凝土第一部分(M2)和直接在其下的固態(tài)混凝土第二部分(M1)，所述液態(tài)混凝土第一部分從所述混凝土結(jié)構(gòu)的基本上平的頂面(1)延伸到所述頂面下的第一高度，所述固態(tài)混凝土第二部分從所述混凝土結(jié)構(gòu)的底面(2)延伸到第二高度，所述第二高度不高于所述第一高度，其中包括用來把振動能量引入所述混凝土結(jié)構(gòu)的第一裝置；所述用來把振動能量引入所述混凝土結(jié)構(gòu)的第一裝置包括第一剛性構(gòu)件(82)；以及第一致動裝置(81)，用來當(dāng)所述第一剛性構(gòu)件和所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分接觸時，使所述第一剛性構(gòu)件振動；其中所述第一剛性構(gòu)件(82)可動地連結(jié)于所述第一致動裝置(81)上；以及第一調(diào)整裝置(96)，它與所述第一致動裝置(81)相連系，用來從第一頻率到第二頻率改變所述第一剛性構(gòu)件的振動；其中所述第一頻率在所述混凝土結(jié)構(gòu)(M2)的所述液態(tài)第一部分的固有共振頻率的諧波的25％內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4的裝置，還包括檢測裝置(5)，它和所述第一調(diào)整裝置(96)電氣連系，用來測量代表所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分(M2)的參數(shù)的固有共振頻率。
6.如權(quán)利要求5的裝置，還包括處理器裝置(6)，和所述檢測裝置(5)以及所述第一調(diào)整裝置(96)電氣聯(lián)系，用來確定所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分(M2)的25％內(nèi)的固有共振頻率的諧波。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其中所述共振頻率代表的參數(shù)是所述混凝土結(jié)構(gòu)的頂面(1)到所述第一高度的深度。
8.如權(quán)利要求7的裝置，還包括第一框架構(gòu)件(80)；并且其中所述第一致動裝置(81)被固定在所述第一框架構(gòu)件(80)上。
9.如權(quán)利要求8的裝置，還包括用于使所述第一剛性構(gòu)件相對于所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述頂面水平運(yùn)動的裝置(93)，所述用來使所述第一剛性構(gòu)件水平運(yùn)動的裝置(93)被固定在所述第一框架構(gòu)件(80)上。
10.如權(quán)利要求6的裝置，其中所述檢測裝置測量輸入所述第一致動器構(gòu)件(91)的電能的速率。
11.如權(quán)利要求10的裝置，還包括第一框架構(gòu)件(80)；并且其中所述第一致動器裝置(81)被固定在所述第一框架構(gòu)件(80上)。
12.如權(quán)利要求11的裝置，還包括用來使所述第一剛性構(gòu)件相對于所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述頂面作水平運(yùn)動的裝置(93)，所述使第一剛性構(gòu)件水平運(yùn)動的裝置(93)被固定在所述第一框架構(gòu)件(80)上。
13.如權(quán)利要求4的裝置，還包括用來在所述混凝土結(jié)構(gòu)中引入振動能量的第二裝置；所述用來在所述混凝土結(jié)構(gòu)中引入振動能量的第二裝置包括傳感器發(fā)送器(83)；它和所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液體混凝土第一部分接觸；以及第二調(diào)整裝置(95)，它和所述傳感器發(fā)送器(83)相連系，用來從第三頻率到第四頻率改變所述第二剛性構(gòu)件的振動；其中所述第三頻率在所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液體第一部分(M2)的固有共振頻率的諧波的25％內(nèi)；以及第一框架構(gòu)件，其中所述用來在所述混凝土結(jié)構(gòu)中引入振動能量的第一和第二裝置被固定在所述第一框架構(gòu)件上。
14.如權(quán)利要求13的裝置，還包括檢測裝置(5)，用來測量代表所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分(M2)的性能的固有共振頻率；其中所述檢測裝置(5)被固定在所述第一框架構(gòu)件上。
15.如權(quán)利要求14的裝置，還包括處理器裝置(6)，它與所述檢測裝置(5)電氣聯(lián)系，用于確定25％以內(nèi)的所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分(M2)的固有共振頻率的諧波。
16.如權(quán)利要求15的裝置，其中所述固有共振頻率表示的性能是由所述第二剛性構(gòu)件給予的所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分的振動能量通過所述液態(tài)混凝土第一部分傳輸?shù)男省?br> 17.如權(quán)利要求15的裝置，其中所述檢測裝置(5)測量所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述液態(tài)混凝土第一部分的振動的振幅以及在所述第三頻率和所述第四頻率之間的相應(yīng)的頻率；并且其中所述處理器裝置確定相應(yīng)于所述振動的振幅最大值的頻率。
18.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一致動器構(gòu)件包括磁致伸縮構(gòu)件。
19.如權(quán)利要求4的裝置，其中所述第一致動器構(gòu)件包括磁致伸縮構(gòu)件。
20.如權(quán)利要求13的裝置，其中所述第二致動器構(gòu)件包括磁致伸縮構(gòu)件。
21.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一頻率至少為200Hz。
22.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一頻率至少為1000Hz。
23.如權(quán)利要求4的裝置，其中所述第一頻率或所述第二頻率至少為200Hz。
24.如權(quán)利要求4的裝置，其中所述第一頻率或所述第二頻率至少為1000Hz。
25.如權(quán)利要求13的裝置，其中所述第三頻率或所述第四頻率至少為200Hz。
26.如權(quán)利要求13的裝置，其中所述第三頻率或所述第四頻率至少為1000Hz。
27.一種用來澆注混凝土結(jié)構(gòu)的方法，包括下列步驟在固體件(B)上澆注混凝土體(M)，從而形成具有底面(2)和基本上平的頂面(1)的混凝土結(jié)構(gòu)；在所述混凝土體(M)中引入第一系列振動；其中所述第一系列振動處于第一頻率，所述第一頻率是所述混凝土體的第一部分(M2)的固有共振頻率的諧波；其中所述混凝土體的所述第一部分(M2)從所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述頂面(1)垂直地延伸到第一高度(L)；并且還包括相繼于在所述混凝土體中引入第一系列振動的步驟的在所述混凝土體中引入第二系列振動的步驟；其中所述第二系列振動處于第二頻率，所述第二頻率是所述混凝土體的第二部分的固有共振頻率的諧波；并且其中所述混凝土體的所述第二部分從所述混凝土結(jié)構(gòu)的所述頂面(1)垂直地延伸到第二高度(La)，所述第二高度在所述第一高度(L)之上；并且所述混凝土體的所述第一部分(M2)包括基本上呈液態(tài)的混合物。
全文摘要
對例如混凝土板、蓋及其類似的或相關(guān)的塑性混凝土結(jié)構(gòu)引入振動能量以加快其固結(jié)和凝固，振動頻率大約為液態(tài)混凝土體(M)的固有共振頻率。振動裝置(3)以連續(xù)的級在混凝土體(M)的上下表面給予受控的振動，其振動頻率逐級增加，這相應(yīng)于因為在混凝土結(jié)構(gòu)頂部的液態(tài)混凝土體(M2)逐級變窄而其固有共振頻率逐級增加。相對較固結(jié)的和較干的混凝土(M1)(一般在板的底部)基本上不受其非共振頻率的影響。在一種改型中，在振動裝置(3)的每次通過期間，傳感器(5)確定液態(tài)混凝土體(M2)的共振頻率并相應(yīng)地自動調(diào)節(jié)振動件(82)的頻率。振動的級數(shù)、振動的振幅、振動產(chǎn)生裝置(3)的安放方向以及每級的持續(xù)時間根據(jù)混凝土體(M2)的物理參數(shù)而改變。
文檔編號E04G21/08GK1141659SQ9419484
公開日1997年1月29日 申請日期1994年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月3日
發(fā)明者小薩繆爾·A·法斯, 布萊德巴利·R·法斯, 格倫·F·羅格斯, 達(dá)雷爾·L·達(dá)盧, 理查德·P·比紹普 申請人:約翰·F·威廉姆斯