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有這樣一種技術，它的創新普及，或將在行業里掀起一場質量大升級的風暴。以“小技術”的突破帶動“大工程”的改善——這就是振動攪拌技術。

攪拌作為水泥混凝土、水泥穩定土等建筑混合料最基本的制備方法，應用于混合料趨于勻質化的過程，是各種建筑混合材料生產中一道關鍵工序，混合料是否均勻，直接影響著水泥混凝土及水泥穩定土的質量。振動攪拌更是國際公認的、提高混凝土攪拌質量和效率的最經濟的方法之一。

振動攪拌技術為何如此重要？

原因在于，水泥混凝土在振動作用下，內部各個顆粒將圍繞某種不穩定平衡的中間位置作連續不斷的顫動，并使相鄰粒子振動發生位移，物料顆粒間的相對運動頻率增加，混凝土流動的形式及能量分布發生變化，可以改善混凝土的微觀結構；同時，在振動作用下，水泥顆粒處于顫動狀態，破壞了水泥顆粒團聚，為水泥充分水化提供了可能，有助于水泥漿與骨料間的包裹，改善混凝土的微觀均勻性及其強度等力學性能，從而提高混凝土服役的綜合性能。

研究發現，常規的攪拌技術雖然短時間內將混合料在宏觀上攪拌均勻，但如果通過顯微鏡觀察，會發現看似已經攪拌均勻的混合料中的水泥顆粒并未較好地均勻分散在水中，仍有10%-30% 的水泥顆粒三三兩兩地聚集在一起，形成微小的水泥團。這種團聚現象不但降低了水泥的利用率，造成浪費，而且嚴重地影響了混凝土的和易性和強度。

振動攪拌技術則是在強制攪拌的同時加以振動作用，使水泥顆粒處于顫振狀態，破壞混凝土混合料間的粘性聯接，使物料間的內摩擦力大大降低，促使物料中的水泥顆粒從的結團狀態變為均勻分布狀態，有效減弱水泥顆粒的團聚現象，充分提高水泥利用率及混合料質量。

實際上，對水泥混凝土混合效果的研究，從上世紀已經開始。

1931 年，前蘇聯、德國等國家的科學家發現混凝土微觀重大缺陷，提升混凝土微觀均勻程度的科學探索由此啟動。1972 年，前蘇聯實驗機（下置式振動）完成室內試驗驗證，但由于機械結構設計問題無法實現工業化，世界振動攪拌技術研究及工業化陷入停滯。

雖然前蘇聯、美國、德國、日本等國都進行了混凝土振動攪拌的試驗研究，但缺乏系統性研究，更無與產品研發相結合研究的先例。

1992 年，長安大學教授馮忠緒以全新理念開啟振動攪拌技術研發，歷經失敗與曲折，解決了一系列技術難題，終于研發成功。

在技術上取得突破后，我國學者又將目標瞄準在裝備上。

2012 年，德通公司與長安大學合作，成功研發出水泥混凝土振動攪拌主機，在HZS50 混凝土攪拌設備中成功應用。2014 年，德通公司成功研發出水泥穩定土振動攪拌主機，實現震碎混合料中的水泥團、灰團，使其均勻分布在混合料中，防止離析發生，科學減少水泥用量，減少半剛性基層裂紋發生。

作為技術領軍專家和帶頭人，可以說，馮忠緒在該領域的探索與深耕，奠定了振動攪拌技術的研發基礎，而馮教授也是從“取經”開始的。

▲振動攪拌技術領軍專家、長安大學教授馮忠緒

1988 年至1989 年，馮忠緒在前蘇聯的莫斯科汽車公路學院學習。在充分吸收了前蘇聯學科經驗后，馮忠緒于1989 年9 月回國，并立即投身到振動攪拌技術的研究探索中。

回國后的最初幾年，馮忠緒與國內外前輩一樣，采用普通振動機械的結構型式來設計振動攪拌機，將激振器外置研制了定向激振器外置的連續式振動攪拌機、激振器外置的旋振式振動攪拌機。1991 年11 月，“混凝土的振動攪拌裝置”獲得了第一項授權專利。試驗結果除驗證了混凝土與穩定土振動攪拌高效性外，整體效果并不理想。但實驗發現混凝土受振動容易沉積與離析，利用不好反而會對材料的混合產生負面作用；激振器外置于殼體上，振動能量傳到殼體內的混凝土時已衰減得較小，而機架振動卻較大，能量利用率低；而制作產品時，由于機器質量要比實驗室的試驗樣機大得多，要使殼體與殼體內的混凝土振動起來，需要的振動能量太大，機器振動強度大與可靠性差的矛盾凸顯等問題。

幾經挫折，馮忠緒和團隊成員靜心思考振動攪拌的理論問題。他們將關注點聚焦在能否建立數學模型，尋求理論突破以及對試驗的指導。

由于攪拌機械的工作主要是通過工作機械與介質的相互作用完成的，而工作機構與介質相互作用的動態過程的試驗研究，是機器性能研究的首要任務，也是研究整機性能的基礎。長期以來，用賓漢姆流變曲線來描述新拌混凝土性質，已經得到學界認可。

然而，這種認可也并非“無懈可擊”。該曲線只能完成新拌混凝土性質的靜態描述，無法完全描述出混凝土攪拌的發展與變化過程。水泥混凝土攪拌時，砂、石、水泥、水和添加劑等多種材料進入攪拌室后，固體、液體和夾裹的氣體等各成分間同時存在物理作用和化學作用，從微觀上還是宏觀上，物料的狀態和結構均發生了量和質的變化，形成了新拌混凝土新的結構材料。這種變化既可看成是隨機的“生滅”過程，又可認為是確定的，有一定規律的。長期以來，國內外學者試圖將這一過程定量化，但都未取得令人信服的應用結果。

馮忠緒提出，將攪拌工作裝置的物理模型與擴散方程的數學模型相結合，對攪拌機械的工作機構與介質間的相互作用過程進行綜合模擬與研究，通過縝密推導，得到了攪拌過程混合料均勻性變化的數學表達式，揭示了攪拌過程中混合物均勻性與攪拌時間、攪拌參數與攪拌速度系數之間的變化規律，并根據該數學關系式，提出了新的攪拌概念：比較完善的攪拌過程，物料的位移必須由良好配合的對流運動和擴散運動來完成。這為采用振動攪拌技術來強化擴散運動，采用振動與強制攪拌相結合的振動攪拌方案提供了理論依據。

以此得到的攪拌機參數優化的目標，按國標或生產要求，給定攪拌的均勻度指標，若在攪拌室內不同坐標方向達到給定均勻度的攪拌時間相近，那么此種攪拌機械的攪拌時間將最短。攪拌過程的數學模型的建立，也為解決攪拌過程的功率計算等動力學問題，以及應用相似理論與量綱分析法解決產品的系列化問題提供了依據。

1998 年，馮忠緒團隊采用振動與攪拌相結合的振動攪拌方案，設計了在工作過程中空間力系能夠動平衡的單立軸振動攪拌機。激振器內置在混凝土中，振動能量直接被混凝土吸收，采用動平衡計算和動平衡實驗相結合的辦法，較好解決了振動強度大和機器工作可靠性要求高的矛盾。

試驗證明，這種振動攪拌方式有效改善了混凝土的攪拌性能，保證了混凝土的攪拌質量，混凝土拌和物的均勻性符合國家標準要求；與普通強制攪拌相比，當水泥用量不變時，混凝土強度提高20% 至35%；當混凝土強度不變時，可節約水泥15% 至20%；同時攪拌時間約可縮短一半，比普通強制式攪拌機約節能25%；不僅對普通水泥混凝土，對RCC、SFSC 和CA 砂漿等多種材料均具有良好的適應性。

振動攪拌涉及機械工程、建筑材料、施工工藝與試驗科學等學科與領域，研究攪拌機構與混凝土的相互作用機理，振動攪拌過程對混凝土結構- 流變特性的變化，振動攪拌與強制攪拌相結合的較佳實現方式，均是以提高混凝土的攪拌質量與攪拌效率為出發點與落腳點。

馮忠緒團隊發現，振動攪拌強化混凝土攪拌過程的機理主要包括六方面：對混凝土的結構-流變特性的影響，對新拌混凝土中水泥團粒的破壞，對新拌混凝土中粗骨料表面的凈化及其粘結強度的增強，對新拌混凝土中氣相生成物的影響，對低效區的改善，對多種材料的適應性等。對振動攪拌機理不斷深入的研究，揭示了振動作用下材料的結構- 流變特性的變化規律，為從材料的角度選擇合理的振動方式與振動參數提供了依據。

根據材料特性選取攪拌裝置的工作方式與參數，是馮忠緒團隊進行振動攪拌研究的主要特點之一。根據雙臥軸攪拌機是國內外主導機型的現狀，針對雙臥軸攪拌機的特點，他們提出攪拌裝置與激振器一體化設計的強制攪拌與振動攪拌相結合技術。這種一體化設計攪拌結構邊強制攪拌邊振動，振動面積大，所需振動強度小，機器可靠性好；在充分發揮強制攪拌使混合料在大范圍內的循環與對流作用的同時，強化了混合料的擴散運動，攪拌出混凝土的微觀均勻性好，改善了水泥石與骨料間的連接和孔分布狀態，攪拌的穩定土質量好，且性能穩定。

科研成果要轉化為生產力，才能體現出價值。

2011 年，馮忠緒團隊開始探索振動攪拌成果的轉化問題。當時一些知名企業想高價收買這項國際獨創的技術成果，馮忠緒及團隊不為利益所動，全力扶持在讀博士生創業。當時河南萬里路橋集團董事長張良奇是馮忠緒的在讀博士生，二人把產業化與持續研究的重任扛在了肩上。

創新有曲折，創業更艱辛。由于實際產品與實驗室試驗樣機存在巨大差別，要使新型振動機械實現產業化，生產設備、人員、質量保障體系都必須從零開始。馮忠緒團隊重新梳理了歷年的研究成果，并反復試驗，將理論與實踐重復結合，最終促使新型振動機械在2014 年走向市場。使用結果證明，振動攪拌水泥混凝土與穩定土，確實能夠節約水泥等材料，能提高混凝土與穩定土的工程質量。兩年多來，已在國內20 多個?。▍^、市）得以應用，產值逾8 千萬元。

2015 年12 月，鑒定委員會專家一致同意長安大學與萬里路橋集團德通振動攪拌技術有限公司共同完成的混凝土、穩定土振動攪拌的兩個產品，通過河南省科技廳組織的科技成果鑒定，認可其產品“屬國際首創，多項技術填補了國內外空白，處于國際領先水平，社會經濟效益巨大，推廣前景良好”。

成績來之不易。這項技術從無到有，從成熟到實現產業化，歷時近30 年之久。

30 年來，團隊共完成混凝土振動攪拌理論與設備的研究項目16 項，設計與制造了定向激振器外置的連續式振動攪拌樣機、激振器外置的旋振式振動攪拌樣機、激振器內置的單立軸式振動攪拌樣機、振動與攪拌結構一體化的雙臥軸振動攪拌樣機、振動與攪拌結構一體化的單臥軸振動攪拌樣機等試驗樣機9 臺（套），以水泥混凝土、高強混凝土、瀝青混合料等多種試驗材料為對象，完成了大量的理論研究與攪拌性能的試驗研究，以及多個攪拌機械使用性能的試驗研究，最終設計成功了工業用混凝土與穩定土振動攪拌機并完成了攪拌性能試驗。

同時，培養了一大批優秀人才，出版專著4部，獲授權專利70 余項，其中發明專利近30 項，“一種攪拌裝置”獲陜西省專利獎二等獎，“混凝土攪拌理論及其設備的研究”和“節約生產混凝土的關鍵技術及其裝置的研究”分別獲陜西省科學技術二等獎。

在談及混凝土試驗場景時，馮忠緒感慨：“混凝土試驗又臟又累，篩沙子與石料、人工上料、做試樣、清理廢棄物，天天循環，日日如此。每個人的實驗量都相當大，從3 月到11 月的實驗期，備料、攪拌、做正方體及小梁試樣、測抗壓與抗折強度，一個試驗周期28 天，需要持續1年到2年，酷暑時汗流浹背，衣服全濕透了?！痹趧撔聞摌I之路上，團隊成員用青春養育科技，用智慧與汗水澆灌成果之花。

目前，我國混凝土攪拌裝備技術水平較低，有自主知識產權的產品較少，且普遍存在能源和原材料消耗高、攪拌不均勻等問題。在國家大力推進節能環保事業發展的背景下，混凝土行業轉變發展模式勢在必行，混凝土振動攪拌設備的產業化正處于一個新起點。

馮忠緒團隊在該領域取得了可喜的成績，今后，他們將繼續深化振動攪拌理論與設備的研究，進一步探索振動攪拌技術的產業化之路。