专利名称：混凝土的分阶段振动的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及以接续的阶段或增量将振动能量引入通常水平取向的塑性混凝土结构件(如混凝土板、平台、道路及类似的或有关的混凝土结构件)的方法和设备。
此处所用的术语“分阶段振动”意味着，在注入混凝土块体(或团体)后，以这样一种方式将振动引入混凝土块体，使得块体的下部首先固结，而后顺序改变振动的特性，使得混凝土块体的接续的较高部分固结，直到全部或几乎全部混凝土块体固结成为密度均匀的单独一个块体。
与混凝土块体固结成均匀密度的块体的同时，“分阶段振动”也产生这样一种混凝土结构件，其最终的(暴露的顶部)表面是均匀的，它可以以均匀的速率产生。
本质上，本发明是一种利用混凝土的分阶段振动浇筑混凝土的方法，使用一种以分阶段的、步进的或分相位的顺序与混凝土块体相接触的产生振动的装置(或者采用浸入式装置，或者采用与混凝土块体的表面相接触的装置，或者两者都采用)。在本发明中，振动以顺序计时的“阶段”引入混凝土块体，而阶段数目、振动的振幅和频率、每个阶段的持续时间和振动产生装置的相对取向都是可变的，取决于混凝土块体的物理特性。混凝土块体的有关物理特性包括(但不一定限于)被使用的混凝土的物理特性；被浇筑的混凝土板(或其它结构件)的厚度；以及在形成混凝土块体期间加入混凝土的特定物料。
确定哪些变数需要修改、修改的量和所需修改的实施，均由传感器和有关控制元件进行和监控，这些传感器和有关控制元件确定通过振动的固结令人满意的混凝土块体区段和还不能令人满意地固结的区段之间的边界层的位置。
先有技术的说明在混凝土结构件如混凝土板之类的制造中，某些常规的步骤包括在一个模子中简单地浇筑混凝土块体、以各种熟知的方式抛光顶部表面并使混凝土硬化而不用任何振动。其它步骤包括使用在不同位置暂时放入混凝土中或放在其上的振动装置，利用刮平表面和/或修整操作的不同组合使表面抛光，包括使用手动瓦刀(或称抹子)、电动旋转式瓦刀等等。
使用振动装置浇筑混凝土的先有方法的一个问题是振动装置缺少控制。当浇注的混凝土板的任何部分振动过分时，它在混凝土板中大约接触振动装置的位置处形成硬斑。此外，过分振动混凝土也可能造成振动装置附近的骨料分离。骨料分离和“硬斑”两者造成不均匀并弱化最终的混凝土板。先有的混凝土浇筑操作通常小心地使混凝土块体“振动不足”或可能根本不振动混凝土块体。
另一种已知的步骤包括使用滑动模子，在这种步骤中，安置在模子中的混凝土块体可能由于一个连续移动的模子而受到振动，也可能不受振动，混凝土注入模子或模子前面，形成特定形状，在模子逐渐移动后该形状仍然保持，而后利用常规步骤抛光混凝土。
在本文中振动塑性混凝土的主要目的是，通过促使和推进水平和空气的向上移动使混凝土块体加速固结到最高程度和尽可能均匀的密度，否则水和空气将缓慢移动或根本不移动。空气和水的夹带会弱化混凝土，而这些物质的缓慢移动会延长浇灌和抛光混凝土块体所需的时间。现有的将振动外加给混凝土块体的步骤实际上并不提供控制或改变振动装置的振动特性的措施(除了手动地断开和接通振动装置以外)，也并不提供控制或改变振动装置作用在混凝土块体上的时间长短的措施，这种控制措施是以所要的最终结果的完成程度为基础的。因此，现有的步骤产生的混凝土块体其固结程度随位置而变，而其从表面蒸发去水所需的时间也随位置而变。
与混凝土的自然的(即非振动的)固结和固化有关的另一现象是固化块体内部水份的夹带。在浇注时，混凝土混合物通常包含的水量远远超过形成混凝土块体的合适固化和最大强度时实际需要的量。过量的水是有意加入混凝土混合物的，以便于运输、浇注、成形和抛光作业。如果保持静止不动(即不受振动)，那么混凝土块体的重量产生的压力起初将一些过量的水缓慢地向上推压而穿过混凝土块体，从而开始引起一些过量水向着混凝土板的表面移动，同时，形成靠近混凝土板底部的混凝土块体的固结。当这些混凝土块体干燥时，混凝土开始固化，即使混凝土块体可能还没有达到最佳固结。混凝土块体的这种固化延迟水向着混凝土板表面的移动。同时，在许多情况下(特别是当混凝土板是在阳光下、刮风日子或湿度小的日子中浇注成的时)，水可能从混凝土板的顶部表面如此快地蒸发，以至顶部的混凝土过早地干燥并开始固化。这造成混凝土板表面上或附近处的混凝土开始变硬，这种情况进一步延迟过量的水从下部的混凝土块体向表面的移动。最后，这种现象造成混凝土板内部夹带水分。过些时候水泡干燥消失，在固体混凝土板中到处留下小气孔。此种气孔减小了混凝土板的最终强度。
在先有的混凝土板浇灌作业中使用了脱水技术，其中，浇注混凝土块体形成具有上表面的结构件，而后对湿的混凝土表面利用真空脱水系统进行块体脱水。或者是，在湿的混凝土表面上安置吸收剂材料(如粗麻布之类)对混凝土块体的表面进行脱水，而后在粗麻布上撒一些干燥剂(如干水泥)。在脱水过程完成后进行表面的常规抛光(或精整)，移去粗麻布或真空脱水系统。现有的混凝土抛光步骤花费很多劳动并要求大量使用熟练劳动力，在适宜地完成时花费大量时间。
已经对自动控制机械抛光装置进行的研究不太令人满意，原因是在对混凝土块体引入自动控制抛光装置时混凝土块体的物理特性缺乏均匀性和在刚巧进行抛光作业之前不能控制混凝土块体的物理特性。这样，必须有操作人员对抛光设备作出决定和调整。通常必须在连续的基础上对抛光作业的全部时间进行调整，因为紧接在抛光作业之前和作业进行期间混凝土表面普遍存在设有固结或潮湿性变化的状况，而抛光作业的机械元件都不能在数量或强度方面调节或减小这些变化。
在公路建设中，表面通常不需要抛光，通常只需要振动和刮平。虽然这主要是机器作业，但最终产品(混凝土路面)不均匀，因为传送的形成混凝土块体的物料不均匀，因为传送的形成混凝土块体的物料不均匀，而振动和刮平设备无论如何也不能调整而补偿这种不均匀。通常，公路混凝土仅依靠重力(和蒸发)脱水。因此，从公路混凝土路面脱水通常是一个缓慢、不均匀和非控制的过程。以上述缓慢、不均匀和非控制的方式从公路混凝土路面脱水造成路面在固结时不均匀地收缩，最终产生裂纹和强度变弱的结构。
美国专利No2015217、2223734、2269109、2293962和2332687涉及利用浸入混凝土块体或以其它方式与混凝土块体联结的振动装置将振动引入混凝土块体的开发研究工作。
虽然上述专利涉及混凝土块体的振动，但它们都没有提出一种混凝土板、平台或类似物的分阶段或步进振动，其中引到混凝土块体上或块体中的振动的每个阶段对混凝土的块体影响到其所需的特定深度；也没有一个专利说明过一种确定混凝土块体已经固结到或应当振动到的深度。发明概要因此，本发明的一个主要目的是提供一种利用机器作业浇筑混凝土板或类似结构件用的方法和设备，其中利用分阶段振动未固化的塑性混凝土块体来浇筑混凝土。
本发明的第二个目的是提供一种具有所述特征的浇筑混凝土板的方法和设备，其中，在振动的每个阶段期间，使水和空气向上移动通过未固化的混凝土块体，从而形成一个可以界定的大体上水平的边界层，在该边界层下方的混凝土块体可以确定为充分固结的，而在该边界层上方的混凝土块体可以确定的还没有充分固结的。
本发明的第三个目的是提供一种具有所述特征的浇筑混凝土板或类似结构件的方法和设备，其中，未固化的混凝土块体从底部向上到顶面顺序固结，以产生一个从底部到顶部(或顶部附近)密度基本上均匀的浇筑结构件，混凝土块体的各相邻水平层的固结和整体化是通过一个振动装置来实现的，该装置将振动有利地传递到未固结的混凝土块体中。
本发明的第四个目的是提供一种具有所述特征的浇筑混凝土板或类似结构件用的方法和设备，其中，与未固化的混凝土块体接触的频率、振幅和时间等振动特性每个都受到监测和控制，使得上述大体上水平的边界层的高度(在充分固结的和尚未充分固结的混凝土块体之间)可以通过上述装置精细地调节和调整)。
本发明的第五个目的是提供一种具有所述特征的浇筑混凝土板用的方法和设备，其中，当振动装置穿过混凝土块体行进时，有利地传入未固化的混凝土块体的上述振动的特性通过安置在振动装置前面、下面和/或后面的传感器受到控制。
本发明的第六个目的是提供一种具有所述特征的浇筑混凝土板用的方法和设备，其中，传感器确定在振动装置的前面、后面和/或下面的上述边界层相对于在其上面浇筑混凝土块体的基底或混凝土块体的顶面的高度位置的高度位置。
本发明的第七个目的是提供一种利用机器作业浇筑混凝土板或类似结构件的方法和设备，其中，混凝土块体的硬化速率多少受许多个“阶段”(或混凝土块体的振动序列)的控制，每个“阶段”仅仅影响混凝土块体的总厚度的一部分。
本发明的第八个目的是提供一种所述特征的浇筑混凝土板用的方法和设备，其中，振动的最后“阶段”产生一个对于抛光过程至关重要的湿度和其它特性大体上均匀的混凝土块体表面。
本发明的第九个目的是提供一种分阶段振动混凝土的方法和设备，其中，在接续的阶段中对混凝土块体引入受到可变地控制的振动，从而使上述边界层的高度(或者更具体地说，充分固结的相对更干的未固化的混凝土块体)在每“阶段”升高，而外加到一个特定混凝土块体上的振动阶段的数目由块体的厚度及其其它物理特性决定。
本发明的第十个目的是提供一咱具有所述特征的浇筑混凝土板用的方法和设备，其中，第一个振动“阶段”使得形成一层从混凝土块体的基底附近延伸到该基底上方一个有限的可以界定的高度的相对更干燥的、相对更硬的和相对更固结的混凝土；其中，如果需要，第二个振动“阶段”使该层相对更干燥的、相对更硬的和相对更固结的混凝土的厚度增大，从而使边界层向上向着混凝土块体的表面移动，并因此而减小在边界层和混凝土块体表面之间的相对较不干燥的、相对较不硬的和相对较不固结的混凝土的厚度；而且其中，如果需要，附加的接续的“阶段”使充分固结的混凝土层更加变厚，直到几乎整个混凝土块体基本上变成一个固结的均匀的块体。
本发明的第十一个目的是提供一种具有所述特征的方法和设备，其中，产生一个单一的固结的均匀的混凝土块体所需的振动的“阶段”数目取决于被制造的混凝土板的厚度和物理特性，较厚的混凝土板通常需要比薄的混凝土板更多的振动“阶段”。
本发明的第十二个目的是提供一种确定在混凝土块体的下部中相对干燥、牢固、固结的混凝土和混凝土块体的上部中相对潮湿、柔软的混凝土之间的边界层的位置的方法和设备，使得可以调整诸如频率、振幅和持续时间之类振动特性，以便形成在混凝土块体的表面下深度均匀的边界层。
本发明的第十三个目的是提供一种根据以上目的的分阶段振动混凝土的方法和设备，其中，上述目的中所述的分阶段的、分步的或分相位的振动步骤使水向混凝土块体的表面移动，而且其中，混凝土块表面上积累的水可以用机械方法(如通过抽真空)除去从而对混凝土板形成一个均匀的表面，这使得表面抛光作业能够有利地通过机器自动地完成。
本发明的第十四个目的是提供一种具有所述特征的方法和设备，它们可以在操作上有效地用于各种条件下任何常规厚度的混凝土板，包括建筑物用的内部的混凝土板，有坡度的或高架的混凝土板，公路、桥梁、人行道之类用的混凝土板，以及单一厚度的或者整体地或单块地加顶的混凝土板，从而使该独特的方法可以用于许多混凝土结构件。
以上这些目的和优点以及随后会清楚的其它目的和优点存在于制造和操作的细节中，下面对它们更充分地说明和提出权利要求，同时参照构成其一部分的附图，图中相同的编号始终表示相同的部件。
附图的简要说明
图1是在刚浇注了混凝土块体后正在制造中的混凝土板的示意截面图；图2是表示在浇注混凝土块体后过了一个短时间图1混凝土块体的示意截面图；图3是表示在利用本发明的振动第一阶段期间图1混凝土板的示意截面图；图4是表示在利用本发明的振动第一阶段之后紧接的图1混凝土板的示意截面图；图5是表示在利用本发明的振动第二阶段期间图1混凝土板的示意截面图；图6是表示在利用本发明的振动最后阶段期间图1混凝土板的示意截面图；图7是表示本发明中所用的一种板式振动装置的透视图；图8是表示本发明的一种变化方案中使用的机械探测器的侧视图；图9是表示本发明的一种变化方案中使用滑板探测器的侧视图；图10是表示从上方支承的振动装置的本发明装置的透视图；图11是表示一种浸入式振动板的本发明振动装置的变化方案的侧视图；图12是表示一种可调式振动器结构的本发明的变化方案的侧视图。
优选实施例的说明图1例示一个混凝土块体(图中通常用“M”表示)，当混凝土从任何合适的来源注入混凝土板基底B上的模子(未示出)或类似物中时，混凝土块体可以是平板形状。混凝土块体M通常包括骨料、水泥、水和在混凝土板中可能惯用的其它添加剂。
如图1中所示，当最初浇注混凝土块体M时，混凝土中包含的骨料、水泥、水和物料通常在基底B和混凝土板的暴露的顶面1之间遍及混凝土M厚度无规则地分布。在混凝土块体M最先浇注的时刻，实际上没有一点混凝土块体充分地固结和干燥而足以用于抛光混凝土板的顶面1。同时，在混凝土块体M最初浇注的时刻，在混凝土块体M的整个体积中从一点到另一点通常存在混凝土块体M的水份含量和固结度(即密度)的变化。这种浇注混凝土的一致性的变化对于本发明的操作关非决定性的，但是如本技术的专业人员可以理解的，这种变化是无规混合混凝土的一种固有的性质。
现在参照图2。在混凝土块体M注成基底B上的平板形状后，组成混凝土块体的骨料因重量而自然地向下沉向基底B。密度相对高的骨料开始将水和夹带的空气挤出混凝土块体M。因为靠近混凝土板底部2的地方压力比靠近顶部1的地方大，所以一开始从靠近底部的地方从混凝土块体中挤出的水和夹带的空气比靠近顶部的地方要多，从而在混凝土板底部2附近形成相对更固结的、相对更牢固的和相对更干燥的混凝土M1，而在混凝土板顶部1附近形成相对较不固定的、相对较不牢固的和相对较不干燥的混凝土M2。
在混凝土板的表面1形成一个抛光区7，它最好不厚于1/4英寸。在整个浇筑作业过程中移动的水可能聚集在抛光区7中。同时，可能采用抛光作业(这将在后面更详细地说明)，这将在抛光区7中形成比混凝土块体M的其余部分相对更高的“精细成分”和“”超精细成分”的浓度和相对更低的骨料浓度。在混凝土板底部2附近的相对更固结的、相对更牢固的和相对更干燥的混凝土M1和混凝土顶部1附近的相对较不固结的、相对较不牢固的和相对较不干燥的混凝土M2之间，是一个边界层L。为了理解本发明，可以将边界层L解释成代表这样一条线(或一个区域)，在该线以下混凝土块体M1充分地固结、牢固和干燥、从而形成所需的混凝土固化速率和性能，而在该线的紧上方混凝土块体M2不能充分地固结、牢固和干燥，从而不能形成所需的混凝土固化速率和性能。其次，应当理解，边界层L代表通过混凝土块体M的一条线(或一个区)，其中沿边界层L的所有点上的混凝土具有大体相似的固结度、牢固性和干燥程度。在实用中，边界层L可以或者是一条非常窄的线(例如在塑性的混凝土块受到振动后存在的)，或者是一个具有可以测量的垂直宽度的区(例如在最初浇注混凝土板的时刻所存在的)。
如本技术领域的专业人员所理解的，由于在混凝土的浇注和混合中固有的不一致性，如图2中所示，在一个新浇注的混凝土板中自然生成的边界层L是非常不平整的。边界层L的不平整性可以由于浇注的混凝土块体M中的骨料或水孔的不均匀浓度而变化。本技术的专业人员还可以理解，混凝土块体M的固化速率(因而还有强度和一致性)通常将随混凝土板顶面1下方的边界层L的深度而变化。更具体地说，在一个给定的混凝土板垂直区段中，表面1以下到不充分固结、不充分牢固和不充分干燥的混凝土块体M2的底部的深度越大，混凝土板的特定垂直区段的固化时间就越长。
现在参照图3。一个能够将振动引入混凝土块体M的振动装置3穿过混凝土板的顶面1沿向前方向(图中用箭头4表示)移动。当振动装置3起动时，它将振动引入振动装置下方的混凝土块体M中，这使混凝土块体M内部夹带的水和空气向上向着混凝土板的顶面1移动。
当水和空气由于振动而向上移动时，靠近混凝土板底部2的相对更固结、相对更牢固和相对更干燥的混凝土M1的深度上升，因而边界层L2的高度上升。如图3中所示，振动装置3前面的边界层L保持大体上不变(即不平整和处于相对较低的高底)。已经发现，由于混凝土块体M内部的内摩擦以及振动能的几何扩散，离振动装置越远，振动的感觉就越小，振动装置的影响也越小。因此，振动对振动装置3下面的混凝土块体的影响比对离振动装置3远的混凝土块体的影响更显著。通过有利地调整振动频率、振动振幅和/或振动持续时间(即通过变化振动装置3的前进速度)以便选择性地影响混凝土块体的固化过程，这样就可以相应地调整振动装置3下面的边界层La的深度。
与振动装置3相连接的传感器5监控振动装置3下面的边界层L的瞬时深度。在操作中，传感器5给信息处理机单元6提供反馈数据，处理机单元6按需要决定边界层L的深度和轮廓并调整振动频率、振动幅度和/或振动持续时间(即通过变化振动装置3的前进速度)，以产生所需的边界层La的轮廓。
图4例示在振动装置完成混凝土块体M的第一次通过或第一“阶段”的振动后混凝土板的状态。与第一阶段前混凝土板的特征相反(如图2中所示)，在振动的第一阶段完成后，充分固结、充分牢固和充分干燥的混凝土块体M1的体积比较大，而边界层La的轮廓比较平整(如图4中所示)。
现在参照图5。在边界层La由于振动的第一次通过或第一“阶段”而已经升高和稍许变平整之后，如图5所示，振动装置3而后可以用于振动的第二次通过或第二“阶段”，以便进一步升高边界层Lb。如本技术的专业人员所能理解的，通过以上述方式接受控的振动引入混凝土块体M之后，混凝土块体M的固结和干燥相对于从混凝土块体的静止沉降所自然产生的固结和干燥来要加速进行。在更加快速地固结和干燥混凝土块体M之外，混凝土板的结构整体性得到改善。通过利用本发明，由于改善了固结的一致性(由边界层Lb大体水平取向为代表)，由于水从混凝土块体中的加速移动(并随后除去)有利地导致混凝土板中夹带的水和气孔的减少，混凝土板的结构完整性得到改善。
现在参照图6。在本发明的优选实施例中，在完成振动的最后“阶段”或振动装置穿过混凝土板的最后一次通过之后，充分固结的、充分牢固的和充分干燥的混凝土M1的深度从混凝土板2的底部延伸到(或几乎延伸到)混凝土板1的顶部表面处的抛光区7。通常，已经移动到混凝土板1的顶部的水可能积累在抛光区7中，随后可能简单地蒸发，由于重力作用而从混凝土板逸走，通过振动装置3而从混凝土板上排走，被抽空，或以其它方式除去。
从上述说明可以理解，利用根据公开的本发明的浇筑混凝土的设备和方法，边界层L(或者更具体地说是充分固结、牢固和干燥的混凝土块体M1的顶部)被平整地移到混凝土板1的顶面。因为边界层L(或者更具体地说是充分固结、牢固和干燥的混凝土块体M1的顶部)被平整地移到混凝土板1的顶面，所以混凝土板1的整个顶部(或者更具体的说，是抛光区7)在大体上同一时间处于抛光作业所要的状态中。在本发明的优选实施例中，边界层L如此平整地向上移到混凝土板1的顶面，以致于在完成振动的最后阶段后，边界层La的深度变化不大于1英寸。
本发明不仅由于将振动能量直接加到此种区域上方而加速了较深的水孔和未固结混凝土的固结和干燥，而且它还由于减小了较浅区域中水份和未固结混凝土的过早干燥和硬化。本技术专业人员可以理解，如果恒定的振动力相等地传入各向异性的混凝土块体的所有区域，那么边界层将在某些区域中比在其它区域中更早地到达混凝土板的表面，从而具有在混凝土块体中产生“硬斑”的不希望有的影响。混凝土中的硬斑通常造成不均匀的固化，造成混凝土板的破裂，增加抛光作业的困难，实际上妨碍用自动抛光设备，并显著地减小混凝土板的结构强度。通过调整传入混凝土块体M的不同区域的振动能量以便使边界层L平整地移向混凝土板1的表面，用本发明的装置和方法制成的混凝土板具有较少的(或没有)硬斑，比较容易抛光，具有较少的裂纹，而其结构强度大于使用非控制的振动或不采用振动输入而生产的混凝土板。
可以提供一个包括抽真空装置的真空去除水的系统(未示出)，该抽真空装置使用一个连接在振动装置上的滚动式或轨道式装置。这样一种抽真空装置最好包括一个在滚筒内施加真空的机构，滚筒的外表面是多孔的，用一种只能自由地通过水而不能通过构成混凝土的其它物质的材料制成。包围真空的滚筒的外表面用一个刮板去除积累物质，刮板在滚筒的每次转动期间的某一时间接触表面。只有当多孔表面与混凝土块体的表面接触时，真空才加到多孔表面上。滚筒的表面速度最好做成匹配相对于混凝土块体表面的振动装置的速度。
从以上公开内容的理解可以认识到，根据本发明的方法和设备浇筑的混凝土板在板的整个面积上产生一个物理特性均匀的顶面1和抛光区7。其次，由于混凝土板表面的整个面积的物理特性的一致性，可以用机器自动地完成抛光作业。因此，这种通过分阶段的振动来浇筑混凝土用的方法和装置独特地产生一种均匀的表面状态，使顶面的抛光可以用机器自动地完成而不存在用先有技术的方法和装置浇筑混凝土时通常阻碍自动抛光工作的问题。
由于混凝土对振动的反应，这里公开的浇筑混凝土用的分阶段振动的方法和设备是有效的。在振动期间，水、空气和某些较细较轻的物质向上移动，而这些物质的移动受包括振动的振幅、频率和持续时间在内的振动特性的影响。在本发明中振动的特性受到调整，以便以受控制的速率固结靠近混凝土板顶部1的相对较不固结、相对较不牢固和相对较不干燥的混凝土M2。
在通过调整振动的频率、振幅和持续时间来控制边界层La和Lb的轮廓之外，振动的效果也取决于与混凝土块体M接触而将振动传送给混凝土的振动装置3的一个表面(或多个表面)的形状、取向和构型。
利用本发明，当一个水平浇筑的混凝土块体M被浇注在一个准备好的表面(如基底B)上时，各阶段中产生混凝土块体M的固结，并以这样一种方式将水带至表面除去，使得如果需要，可以在以均匀速率进行混凝土浇注作业后立即进行抛光(或精整)作业(或硬化，如果不需要进行抛光作业的话)。
因为混凝土块体M的固结受到加速，也因为混凝土板从基底B的顶部到抛光区7的底部基本上均匀地固结和干燥，所以利用本发明的方法和设备可以浇筑混凝土板而不需要利用金属丝网(这种金属丝网常常埋置在混凝土板内部，以便减小混凝土板的顶部和底部之间的不希望有的不均匀的干燥和固化的速率的影响)。
振动地块体的相对地较为固结的部分M1和相对比较不固结的部分M2之间分别产生边界层La和Lb，而边界层最好尽可能保持在混凝土板的顶面1下方的均匀深度处。
本发明的优选实施例中使用的振动装置与先有技术的振动装置的不同之处在于包括一种构件(即传感器5)，它使边界层L相对于混凝土的表面的位置能够用有关的反馈控制系统(即信息处理机单元6)确定。传感器5可以安装在振动装置3上或其附近。传感器5感测边界层L、La和Lb的深度，通过合适的反馈数据处理装置(即处理机单元6)，按照需要调整振动装置3的可以控制的特性，使边界层La和Lb留在混凝土板的顶面1下方的大体上均匀的深度处。
可以有利地安置传感器5，以确定在振动器的前面、后面或正下面的位置处边界层L、La和Lb的垂直定位。传感器5最好以这样一种方式安装，使得振动不会不利地影响传感器5的性能。其次，传感器5最好有足够数量，并以按照需要的许多相对于振动装置3的部位设置在足够的位置上，以感测边界层L的位置，从而产生边界层La和Lb的所需的位置和轮廓。
振动装置3的受控制的特性包括频率、振幅和震中或振动能量的方向。此外，还可以控制整个振动装置3的前进速度。振动装置3可以包括调整振动特性用的装置，使振动能够聚中在特定的深度，其方法或者是独立调整单个的振动装置，或者是调整许多个彼此协作的振动装置，从而通过振动装置提供对混凝土固结深度的额外控制。
可以利用的一种类型振动装置是一种板式振动器3a(如图7中所示)，其上安装有一个或许多个运动活塞式转动的编心振动器8，每个振动器8受其自己的传感器5a和处理机单元6a(或通过一个单独的多功能处理机单元，未示出)单独控制，测出板9前面的状态。当振动器8振动时，振动器8的不平衡的动态力加在板9上，板9将该力作为振动直接传送到混凝土块体M中。附加的传感器5b可以安装在板式振动器3a的后面，以便感测振动的结果。板式振动器3a可以通过一个绞盘车拉动或移动，后者的移动速度同样受传感器(5)的数据的控制。
传感器5可以利用机械探测器，浸入式滑板或滑架，或声学特性，穿造型雷达或类似技术来测定边界层的厚度。通常，机械传感器的费用比较尖端的探测器要低。
若干种可以替换的结构适用于将振动装置支承在混凝土板1的顶面上或其上方，包括下述各种而并不限于它们用混凝土模子来支承；用安装在各种周边设备上的支臂来支承；用运行在轨道上的滑架来支承；用分别浸在混凝土块体中与运行在混凝土顶部M2和底部M1之间的边界层L上的滑架或滑板来支承；或者是振动装置3可以用任何将使其能够以产生所需分阶段振动的方式移动的手段来支承。
本发明中可以利用一种类型的传感器是一种机械探测器5c，如图8中所示。活塞11枢轴式地连接在枢轴臂2上，枢轴臂的底部装有一个包括探测器5c的感测表面的平板13。平板13测定在混凝土板底部2附近的相对较固结、相对较牢固、相对较干燥的混凝土M1和混凝土板顶部1附近的相对较不固结、相对较不牢固、相对较不干燥的混凝土M2之间的边界层L的位置。测量将平板13向下推到边界层L的位置上所需的力。校准指示边界层L的力可以最好以测定推压充分固结、充分牢固和充分干燥的混凝土块体所需的力为基础，这一数据最好形成反馈控制系统的基础。
一种可以在本发明中使用的替代的传感器为滑板探测器5d，如图9中所示。滑板14安装在从横梁16伸出的枢轴式支承臂15上。该滑板有一个由向前移动的横梁16拖动的大体上平坦的底面14a。保持滑板14正确穿入边界层L所需的力受到测定并形成反馈控制系统的参照点。
可以理解，利用本发明上述分阶段振动形成一种以均匀速率干燥表面的方式促使水从混凝土块体引向混凝土板表面的系统。本技术领域的专业人员将会理解，混凝土板的此种均匀的干燥速率是朝着便于进行混凝土板的自动的或机器人的抛光作业方向的关键第一步。
此外，这使混凝土浇筑的完成比先有的混凝土浇筑方法要快得多，先有的方法的完成取决于温度和天气状况。
从上述公开内容的综述可以理解，本发明提供一种不需要各种添加剂(如干燥剂、加速剂、增塑剂等)的浇筑混凝土板用的方法和设备；它们形成更均匀的混凝土板密度；这种混凝土板具有更平坦的成品表面、较小的收缩、较小的卷边和较少的裂纹；这种方法和设备与先有的混凝土浇筑方法和装置相比，需要使用的人力更少。此外公开的浇筑混凝土板用的方法和装置可以与普通模子系统或激光平整技术联用。
振动装置3可以架在增强杆上、在独立的基底上、在金属构件上(如图10中所示)或其它支承机构上运行。
虽然本发明的优选实施例包括一个将振动力直接加在混凝土板表面1上的振动装置3(例如如图7中示出的通过板式振动器3a的板9)，但万一混凝土块体M特别厚，可能希望将振动力直接加在混凝土板表面1下方有限距离处的混凝土块体M上。图11例示一种变化的振动装置3b，它能够将振动直接加在混凝土板的表面1下方的混凝土块体M上。变化的振动装置3b装有在轨道19上运行的轮子18。振动臂20的一端枢轴式地连接在一个编心的驱动电动机21上，其另一端固定在一个捣棒22上，后者伸到混凝土板的表面1的下方。一个大体上平行取向的振动板23固定在夯击杆22的底部。当编心的驱动电动机21起动时，振动板23振动，从而将振动力直接加到混凝土板的表面1下方的混凝土块体M上。
从上述公开的内容可以理解，不管振动力是直接施加在混凝土板的表面1上(如图3、5、6、7中所示)还是直接施加在混凝土板的表面1下方的混凝土块体M上(如图11中所示)，当混凝土块体M为塑性时(即当混凝土块体M尚未硬化时)，此处公开的将振动施加到混凝土块体M上的方法和装置必然能实施。
在本发明的优选实施例中，混凝土板的最终成品的混凝土表面在尺寸上与一个基准装置或系统有关。这样一种基准系统可以包括固定轨道(如图11中的轨道19)或固定构件(如图10中的金属构件17)，或与基底B(未示出)呈固定关系的激光系统，或类似装置。
图12中例示一种变化了的振动装置3c。图12中所示的振动装置3c包括一个灵活的结构件30，后者相对于搁置它的表面垂直地和/或水平地移动，该结构件通常受在基底B上滚动的轮子81或受安置在装备的钢构件或模板31上的滑架(未示出)的支承。传感器5和振动表面32相对于结构件30的垂直位置是优选地固定的。整个结构件30根据由检测基准装置或系统(如模板31)相对于结构件30的垂直位置的光学传感器40或其它仪器提供给处理机单元6的数据垂直地调整，保持与该装置或系统的预定的垂直方向的相互关系。
处理机单元b接受从传感器5来的有关边界层L高度的数据，以及从光学传感器40来的与基准装置(即模板31)的相对高度有关的数据，并调整振动装置3c的振动特性、结构件30的前进速度和振动表面32的相对位置，以便产生一个尽可能平行于混凝土板的所要表面1的边界层L。
虽然上面说明了将本发明的方法和设备用于利用混凝土的单独一次浇注来浇筑一个厚度大体恒定的水平混凝土板，但应当理解，将该方法和设备应用于浇筑具有大体平坦的倾斜顶面的混凝土板和应用于浇筑在不平整的或倾斜的基底的顶部上面的混凝土板，都处于本发明的范围之内。此外，所述的方法和设备也已应用于浇筑具有整体结合的顶层的混凝土板，其中，第二次混凝土浇注(即顶层)可以引入于第一次混凝土浇注的顶部之上。在具有整体结合的顶层的混凝土板的浇灌中，进行第二次混凝土浇注最好在向第一次浇注的混凝土中根据本发明引入最初的一系列分阶段振动之后，但在边界层太接近地到达第一次浇注的混凝土块体的顶部之前。
上述内容仅仅例示本发明的原理。可以进行许多其它变化，例如一个单独的振动装置3可以装有表面振动板(如图7中例示)和浸入式振动板(如图11中所示)两者；一个单独的振动装置3可以装有一个单独的传感器5或多个传感器5；振动表面9或23可以包括一个任何形状的平板，该平板或者与混凝土块体的表面接触，或者浸入于其中；振动表面9或23可以包括一个具有一个与混凝土块体的表面接触的单独的面的板，或可以包括一个浸入在混凝土块体中的任何形状的物体；当多个振动表面9或23用于一个单独的振动装置3中时，它们可以以这样一种方式构造，使得可以彼此相对独立地调整；振动装置3可以是任何类型，只要振幅、频率或振动的持续时间或它们的组合可以在合适地控制混凝土固结所需要的范围内受到控制；振动装置3可以是电动的、液动的或气动的；当使用活塞型传感器5c时，感测板13可以是一个平面或曲面，而活塞可以是电动的、机械动力的、气动的或液动的；当使用滑板或滑架型传感器5d时，探测器可以是电动的、机械动力的、气动的或液动的；可以使用超声的、声学的或穿透地面雷达或其它类似的电子系统作为传感器5；振动装置3可以利用轮子支承在路基、模板或砂浆层上，或者可以直接地和滑动地支承在模板或砂浆层上；
基准装置或系统可以是能够给振动装置提供一种测定混凝土板所要表面的垂直位置的机构的任何装置或系统；这样一种基准装置或系统可以包括一根拉紧的线、一个激光束、一个木制或金属模子、一个管状准条或任何能够提供类似信息的装置或系统。
另外，因为对本技术领域的专业人员容易实现许多修改和变化，所以不希望将本发明限制在仅仅图示和说明的那些构造和操作，因此，可以采用所有合适的修改与等价的方法和设备，这些都落在本发明的范围以内。因此，本发明的范围应当不是由例示的实施例决定，而是由附属的权利要求书及其合法的等价权利决定。
权利要求
1.一种浇筑混凝土的方法，它包括以下步骤浇注塑性的混凝土块体，以形成一个混凝土结构件、该混凝土结构件具有一个底面和一个基本平坦的顶面；向所述混凝土结构件引入第一列振动；所述第一列振动使所述塑性混凝土块体的第一区段的密度相对大于所述塑性混凝土块体的第二区段；其中，所述塑性混凝土块体的第一区段从所述混凝土结构件的底面垂直延伸到一个可以操纵地形成的边界层，所述可以操纵地形成的边界层低于所述混凝土结构件的顶面的高度；而且其中所述塑性混凝土块体的第二区段从所述可以操纵地形成的边界层垂直延伸到所述混凝土结构件的顶面；而且其中所述第一列振动使所述可以操纵地形成的边界层定位于所述塑性混凝土块体的第一区段和第二区段之间的一个第一位置。
2.根据权利要求1的方法，还包括向所述所述混凝土构件引入在所述第一列振动之后的第二列振动；其中，所述第二列振动使所述可以操纵地形成的边界层定位在比所述第一位置更高的一个第二位置。
3.根据权利要求2的方法，还包括确定所述可以操纵地形成的边界层的第一位置的定位地方；和控制所述第二列振动的物理特性，以使所述可以操纵地形成的边界层在所述第二位置比在所述第一位置更接近平行于所述混凝土结构件的顶面。
4.根据权利要求3的方法，其中所述将第一列振动引入所述混凝土结构件的步骤包括振动一个第一捣固部件；其中所述第一捣固部件与所述塑性混凝土块体直接接触；而且其中所述第一捣固部件垂直位于所述可以操纵形成的边界层的上方；而且还包括在将所述第二列振动引入所述混凝土结构件的步骤的同时水平移动所述第一捣固部件；而且其中所述第二列振动的受控的物理特性包括频率、振幅或持续时间；而且其中所述确定可以操纵地形成的边界层的第一位置的定位地方的步骤包括产生反馈数据；而且其中所述控制第二列振动的物理特性、以使可操纵地形成的边界层在其第二位置比在其第一位置时更接近平行于混凝土结构件的顶面的步骤包括处理所述反馈数据并根据该反馈数据调整所述第二列振动的物理特性的步骤；而且其中所述确定可以操纵地形成的边界层的第一位置的定位地方的步骤和所述处理反馈数据的步骤，以及所述调整第二列振动的物理特性的步骤每个都与所述水平移动第一捣固部件的步骤同时完成。
5.根据权利要求4的方法，其中所述第一捣固部件浸入到所述塑性混凝土块体的第二区段。
6.一种用于浇筑一个塑性混凝土块体的设备，该块体用于形成一个具有一个底面和一个基本平坦的顶面的混凝土结构件，所述顶面具有一个在可以确定的周边内的面积，所述设备包括用于将第一列振动引入混凝土结构件的装置，其中该第一列振动使所述塑性混凝土块体的第一区段的密度相对大于所述塑性混凝土块体的第二区段；所述塑性混凝土块体的第一区段从所述混凝土结构件的底面垂直延伸到一个可以操纵地形成的边界层，所述边界层低于所述混凝土结构件的顶面的高度；所述塑性混凝土块体的第二区段从所述边界层垂直延伸到所述混凝土结构件的顶面；而且其中所述第一列振动使所述边界层位于一个第一高度位置，使得所述塑性混凝土块体的第一区段位于该第一位置之下，而所述塑性混凝土块体的第二区段位于该第一位置之上。
7.根据权利要求6的设备，它还包括用于将第二列振动在所述第一列振动之后引入所述混凝土结构件的装置；其中所述第二列振动使所述可以操纵地形成的边界层位于第二高度位置，所述第二高度位置比所述第一高度位置高。
8.根据权利要求7的设备，它还包括用于确定所述边界层的第一高度位置的定位地方的装置；和用于控制所述第二列振动的物理特性的装置，以便使所述边界层在其第二高度位置时比在其第一高度位置时更接近平行于所述混凝土结构件的顶面。
9.根据权利要求8的设备，其中所述用于将第一列振动引入混凝土结构件的装置，和所述用于将第二列振动引入混凝土结构件的装置包括一个捣固部件；其中所述捣固部件与所述塑性混凝土块体直接接触；而且其中所述捣固部件垂直地设置在所述边界层上方；而且还包括用于在将第二列振动引入混凝土结构件的同时使所述捣固部件水平移动的装置；而且其中所述用于确定所述边界层的第一位置的定位地方的装置包括用于产生反馈数据的装置；而且其中所述用于控制第二列振动的物理特性的装置包括用于在相对于混凝土结构件水平移动捣固部件的同时、处理所述反馈数据的装置，以及用于在相对于混凝土结构件水平移动捣固部件的同时、根据所述反馈数据调整第二列振动的物理特性的装置。
10.根据权利要求3的方法，其中所述边界层在所述顶面的面积的周边下面的两相隔点之间是连续的；而且其中所述用于控制第二列振动的物理特性、以使边界层在其第二高度位置比在其第一高度位置更接近平行于混凝土结构件的顶面的装置，限制了上述第一点在顶面下的深度和上述第二点在顶面下的深度之间的最大差异小于1英寸。
11.一种浇筑混凝土的方法，它包括下列步骤浇注最初基本均质的塑性混凝土块体，以形成具有一底面和一基本平坦的顶面的混凝土结构件；将第一列振动引入所述混凝土结构件；所述第一列振动使所述混凝土块体的第一区段的密度相对大于该块体的第二区段；其中所述混凝土块体的第一区段从所述混凝土结构件的底面垂直延伸到一个可操纵地形成的边界层，所述边界层位于所述混凝土结构件的顶面的下面；而且其中所述混凝土块体的第二区段从所述边界层垂直延伸到所述混凝土结构件的顶面；而且其中所述第一列振动使所述边界层定位在位于所述混凝土块体的第一区段和第二区段之间的一个第一位置上；而且还包括将第二列振动在所述第一列振动之后引入所述混凝体结构件；其中所述第二列振动使所述边界层定位于一个第二位置，所述第二位置高于所述第一位置；和确定所述边界层的第一位置的定位地方；以及控制所述第二列振动的物理特性，以便使所述边界层在其第二位置比在其第一位置时更接近平行于所述混凝土结构件的顶面。
12.一种浇筑混凝土的方法，它包括下列步骤浇注最初基本均质的塑性混凝土块体，以形成一具有一底面和基本平坦的顶面的混凝土结构件，所述顶面具有一可在一个第一周边内确定的面积；将第一列振动引入所述混凝土结构件；所述第一列振动使得在所述塑性混凝土块体内形成一个可操纵地形成的边界层，所述边界层在垂直于所述顶面的平面的方向上具有有限的厚度；其中所述边界层在由该边界层的第一周边上的垂直凸起所限定的一个边界层周边内是边续的；而且其中所述边界层周边和所述有限的厚度围划出一个第一体积，所述第一体积包围一个边界层混凝土块体区段；而且其中所述边界层混凝土块体区段的坚固性在整个第一体积内是恒定的；所述第一列振动还使位于所述边界层和所述混凝土结构件的底面之间的塑性混凝土块体的第一区段的密度相对大于位于所述边界层和所述混凝土结构件的顶面之间的塑性混凝土块体的第二区段；而且所述第一列振动还使所述边界层位于一个第一平均高度位置；而且还包括将第二列振动在所述第一列振动之后引入所述混凝土结构件，所述第二列振动使所述边界层位于一个第二平均高度位置；其中所述第二平均高度位置高于所述第一平均高度位置；而且其中所述将第一列振动引入所述混凝土结构件的步骤包括振动一个捣固部件，而所述将第二列振动引入所述混凝土结构件的步骤包括振动所述捣固部件；其中所述捣固部件垂直地位于所述边界层的上方；而且其中所述第一捣固部件与所述塑性混凝土块体的第二区段接触；而且还包括在所述将第二列振动引入混凝土结构件的步骤进行的同时相对于混凝土结构件水平移动所述捣固部件；和在所述将第一列振动引入混凝土结构件步骤之后，并且在所述相对于混凝土结构件水平移动所述第一捣固部件步骤的同时，确定所述边界层在所述顶面下的深度；和在所述确定边界层在顶面下深度的步骤期间产生反馈数据；在所述相对于混凝土结构件水平移动所述第一捣固部件的步骤的同时，处理所述反馈数据；以及在水平移动所述第一捣固部件的步骤的同时，根据所述反馈数据调整第二列振动的物理特性，以便使所述边界层在所述将第二列振动引入混凝土结构件的步骤之后比在所述将第二列振动引入混凝土结构件的步骤之前更接近平行于混凝土结构件的顶面；其中所述第二列振动的受控的物理特性包括频率、振幅或持续时间。
全文摘要
将推动力引入塑性混凝土结构件如混凝土板(M)和平台等，以控制混凝土块体的固结。振动装置(3)按顺序阶段将受控的振动传到混凝土块体的表面(1)上或表面下。阶段数目、振动频率和振幅、振动装置(3)的物理取向、每个阶段的持续时间及每个振动阶段的厚度范围均随混凝土块体的物理特性而变化，后者包括所用混凝土的物理特性、混凝土板的厚度和在形成混凝土块体期间加入混凝土的特定物质。
文档编号E04G21/06GK1124989SQ9419236
公开日1996年6月19日 申请日期1995年4月22日 优先权日1993年4月30日
发明者小塞穆尔·A·菲斯 申请人:小塞穆尔·A·菲斯