CN101389455A - 用于向可泵送的混合物添加添加剂的混合装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合装置(6)，用于向一可泵送的塑性粘滞的混合物(10)、特别是混凝土定量供给一添加剂(5)，其中混合物(10)在一管道(4)中输送；其特征在于，混合装置沿混合物(10)的流动方向包括一扩散元件(8)和一渐缩元件(11)，并且在混合装置的内部设置至少一个包括至少一个定量给料点(13)的定量给料装置(12，17，18，22)，借助于所述定量给料点将添加剂(5)加入混合物(10)中。

Description

用于向可泵送的混合物添加添加剂的混合装置和方法

技术领域

本发明从一种按照权利要求1的前序部分所述的混合装置出发。

本发明同样从一种按照独立的方法权利要求的前序部分所述的方法出发，其用于向一可泵送的混合的混合物添加一添加剂。

背景技术

在许多应用中出现将一小量的材料例如一添加剂混合到一塑性粘滞的混合物中。但经常难于达到一良好的彻底混合。例如对于一添加剂、例如一活化剂与纯砂浆的混合，采用传统上已知的静态的混合器。如果人们将这样的已知的静态的混合器也用到通常的混凝土上，则由于粗砂砾分量迅速地堵塞静态的混合器并且甚至可能破坏混合器。

因此经常已在汽车滚筒中实施活化剂在输送混凝土中的添加和混合。活化剂使混凝土液化并促成凝固机理。不利的是，在混凝土添加活化剂之后，在建筑工程中被加工之前，不再应经过很多时间，因为否则混凝土业已事先时效硬化。

发明内容

本发明的目的在于，在开头所述型式的混合装置和方法的情况下提供一种混合装置，其能够将添加剂迅速而有效地加入一塑性粘滞的混合物中。

按照本发明通过第一权利要求的特征达到该目的。

因此本发明的核心是，混合装置包括一扩散元件和一渐缩元件，并且在混合装置的内部设置至少一个包括至少一个定量给料点的定量给料装置，借助于所述定量给料点将添加剂加入混合物中。

本发明的优点特别在于，在这里所示的装置和方法特别适用于向一可泵送的塑性粘滞的混合物、特别是向一粒料-悬浮物-混合物如混凝土中连续地添加和混合很小量的化学添加剂。

因此本发明涉及一种混合装置，用以将很小量的化学的液态添加剂连续均匀地加入一可泵送的、具有塑性粘滞性能的粒料-悬浮物-混合物、特别是新混凝土或输送混凝土中，从而它可以均匀和确定地时效硬化/凝固，因为特别在混凝土中将一活化剂用作为添加剂。

实现如此目的的装置的实际困难在于，均匀分布最小量的添加剂以及通过混合装置实现例如混凝土无堵塞的输送。更精确地说，不仅涉及在混凝土在定量给料元件周围流动时同样在从混合装置的圆筒形部分向收敛部分流动时的通常的堵塞危险，而且涉及在混合装置中的局部的回流并从而不均等的停留时间，这导致在粒料-悬浮物-混合物中的不同的化学反应时间。惰性的砂砾分量作为粒料，可以理解为混合分量细砂—水泥—水的悬浮物。

按照本发明经由一个或多个定量给料装置例如螺旋形线圈等添加添加剂，其中在考虑添加剂的一局部均匀的和连续的分配的情况下确定定量给料装置的形状和定量给料点的数量。这特别意味着同时几乎不妨碍粒料-悬浮物-混合物例如混凝土的流动，从而不发生堵塞。此外，通过在预制混凝土中高的固体材料分量例如砂砾达到，定量供给的液态的添加剂量只进入混凝土的悬浮分量。

由诸从属权利要求要求得出本发明的其他的有利的实施形式。

附图说明

以下借助附图更详细地说明本发明的各实施例。相同的元件在不同的图中设有相同的标记。用箭头说明介质的流动方向。其中：

图1   示意示出混凝土在一建筑工程中的加工；

图2   本发明的混合装置的外形的示意图；

图3   本发明的另外的混合装置的外形的示意图；

图4   按图2的本发明的混合装置的示意图，包括定量给料装置；

图5   按图2的本发明的混合装置的示意图，包括另一定量给料装置；

图6   按图2的本发明的混合装置的示意侧视图，包括另一定量给料装置；

图7   沿定量给料装置的轴线的示意俯视图；

图8   在包括粒料-悬浮物-混合物的混合装置中沿定量给料装置的轴线的示意俯视图；

图9   定量供给的示意图；

图10   一本发明的混合装置的示意图，包括另一定量给料装置；

图11   一本发明的混合装置的示意图，包括另一定量给料装置；

图12   渐缩管的几何形状的示意图；

图13   渐缩管的几何形状的示意图；

图14   扩散管的几何形状的示意图。

各图只示出对直接理解本发明的重要的元件。

具体实施方式

图1中示意示出一塑性粘滞的混合物、在这里为混凝土在一建筑工程中的加工。借助于输送车1将混凝土送向建筑工地。该混凝土在混凝土工厂中用添加剂这样处理，即将其水合作用机理和凝固机理延迟几个小时。该混凝土总的来说符合一可泵送的塑性粘滞的粒料-悬浮物-混合物。混凝土10中间储存于一容器2中或也直接由汽车借助一泵3和一管道4在压力下泵向建筑工地。对此为了输送混凝土可以沿几100米或甚至几公里采用一这样的管道。在混凝土10加工之前为了加工必须将其通过添加剂5如活化剂例如一凝固催化剂再次激活。经由另一管道7可以供给其他的材料，例如水、来自另一来源的混凝土等。然后将用添加剂5混合的混凝土10′相应地在建筑工地在加工点20加工。可以按照任意方法，例如借助于喷涂方法、浇注方法等实现混凝土的加工。混合装置直到加工点的距离本来是任意的，但有利地选择尽可能短的，以便产生尽可少的废料，或者说尽可能少的活化的混凝土保留于管道中并且使其或许是不能用的。利用当前的混合装置也有可能用未活化的混凝土10充满从混合装置直到加工点的管道，即在混合装置中不再添加活化剂。借此防止堵塞管道。通过在这里所示的混合装置允许向粘滞的混合物定量供给和混合小的添加剂量，特别是以一1:100至1:1000的比例。

图2和3中示意示出混合装置6。该混合装置沿粒料-悬浮物-混合物的流动方向包括一扩散元件8、一圆筒元件9和一渐缩元件11。圆筒元件9可以具有任意的横截面如圆形的、椭圆形、多边形的等，这些横截面分别适应于相应的需要。圆筒元件9的长度分别同样适应于相应的条件如添加的添加剂的量等并且该长度按图3实际上为零。在圆筒元件内，横截面的直径保持基本上不变。

扩散元件是发散的并且具有一张角α。发散的混合装置元件的张角由流动决定或取决于混合装置的允许的总长。如果张角过大和/或介质的粘度过小，则在壁附近可能导致一回流，对此见图14。如果用一表面上的动态粘度η＝30Pa·s描述混凝土在一圆柱形管道中的粘滞的流动性能，则古典的流动动力学预言从一张角α＝约60°开始一回流，因为对于在一扩散管中流动适用于按Blasius的规律性：

$\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dl}}=\frac{35}{2}$

其中dy/dl＝tan(α_G)。并且适用于张角α：

如果α>α_G，则出现回流。

如果α<α_G，则不出现回流。

因此优选在一α＝1°至60°的范围内选择张角α，由此不发生回流。按照采用的粒料-悬浮物-混合物的粘度自然可以改变该角度，重要的是，不发生回流。

渐缩元件11是收敛的并且具有一楔角β。经验表明，特别是一迅速的直径缩小，亦即混凝土输送管道的一较大的角度β导致堵塞。优选在一β＝5至20°的范围内选择角度β。

基本上有两种流出方式，中心流动和大量流动。两种流出方式取决于楔角，也称为圆锥度，和出口直径。这样例如在一圆形料仓中在一陡的角度时存在中心流动，亦即粒状物料在中心流出，粒状物料在壁上暂时停留。一这样的行为在混凝土管道中导致一堵塞，因为锥形管壳输送由于连续性原因要求一在整个横截面上不变的流出，在混凝土中因此一在横截面上不变的流速。

在一小的角度时发生大量流动。该流动在横截面上是恒定的。面对一不变的混凝土流速的要求，这意味着，大量流动是在混合装置的收敛的部分中的符合要求的流动形式，因此将角度β优选选择成可实现一大量流动。

由于架桥存在另一堵塞危险，见图12。在混合装置中确定的圆锥几何形状现在可以借助于消除架桥的准则来实现。该准则特别要求必须角度

，因为在这种情况下固体材料桥可以排出并因此不粘附在壁上，并因此在粘滞的粒料-悬浮物-混合物如预制和输送的混凝土中也不出现堵塞。由此得出按照本发明角度γ为圆锥体的外形角，见图12和13。壁摩擦角

分别取决于流过的材料和壁。按图13有利地也通过一凸面的和凹面的半径确定收敛的部分。收敛的部分可以例如由一筒管式、笼式或半球式底部和一嗽叭形的渐缩管焊成。

在圆柱体与圆锥体之间的过渡处可能出现应力集中。在该本发明的混合装置中为了向预制和输送混凝土中连续地定量供给添加剂，通过装置确定的局部几何构造防止该应力集中。

按照使用的混凝土生产率(Betonleistung)，直径D有利地处于D＝0.2m至0.75m的范围内，混合装置6的长度l有利地为l＝0.8m至3m。

混合装置有利地总是与混凝土管道设置在一线路中，从而其同心于混凝土管道设置。因此不再需要角管、弯管等，这节省位置。混合装置可以不仅水平地而且垂直地装入混凝土输送管道中。

图4中示出包括一定量给料装置12的混合装置6。定量给料装置12在这里是一螺旋形线圈，在其上设置多个定量给料点13，这些定量给料点也可以称为喷入点。各定量给料点13有利地沿混合物10的流动方向设置，从而沿流动方向加入添加剂并且不堵塞定量给料点，可以经由一个或多个定量给料装置12(例如在这里是螺旋形线圈)添加添加剂，其中在考虑添加剂的局部均匀的和连续的分配的情况下构成定量给料元件的形状和定量给料点13的数量和确定尺寸。这特别意味着同时几乎不妨碍粒料-悬浮物-混合物例如混凝土的流动，从而不发生堵塞。此外通过在预制混凝土中高的固体材料分量例如砂砾达到，定量供给的液态的添加剂量只进入混凝土的悬浮物分量内。砂砾粒子是惰性的并且如果其正好处在一局部的定量或喷入点之前，则其只使添加剂射束转向，对此见图9，并且进一步分配添加剂。

现在借助于一定量给料点13示例性说明添加的添加剂通过混合器6的行程14。在向粒料-悬浮物-混合物中定量供给以后，添加剂作为一添加剂线的方式跟随混合物。在位置15构成为在横截面上的许多点。然后粒料-悬浮物-混合物流过渐缩管11并且在位置16添加剂再次构成为许多点。可明显地看出，各添加剂线由于变窄比在圆柱体9中的位置15近很多地靠在一起。由此达到在粒料-悬浮物-混合物或悬浮物分量中的一很好的彻底混合。定量给料点的数量有利地为n＝100至300，这些定量给料点位于一间距l＝10至70mm内并且定量孔直径d＝0.4至1.5mm。

图5和6中示出混合装置6，其包括一定量给料装置12和17，它们在这里由一第一螺旋形线圈12和一第二螺旋形线圈17构成，它们这样相互连环套在一起，即在各定量给料点在混合装置的横截面积上的投影中实现各定量给料点13的一均分的分布，对此见图7。图8中示出，砂砾粒子可以到达各定量给料点多少次。砂砾粒子是惰性的并且如果其正好处在一局部的定量和喷入点之前，则其只使添加剂射束转向，对此见图9，并且进一步分配添加剂。

由图6显而易见的是，螺旋形线圈具有一离混合装置6的壁的最小间距a。如上所说，不仅局部地在混合装置6的定量给料装置12、17中，其嵌入一混凝土输送管道中，而且在逐渐扩大的扩散的和再次逐渐缩小的渐缩的装置部分中可能发生一堵塞。定性地考察，混凝土在圆筒形部分中通过混合装置在各定量给料元件周围的输送在横截面上是均匀的。对于混合装置特别有利的是，一方面在定量给料装置与混合装置6的壁之间的间距在任何位置都不低于临界尺寸a>3×d_p、优选a＝3至9×d_p、特别优选a＝3至7×d_p、特别是a＝5至7×d_p，其中d_p为粒子直径。但在定量给料装置、特别是螺旋形线圈的相应的斜率时也有可能使其处于外面。这特别在必须用添加剂供给一较大的面积时具有优点。

图10中示出一定量给料装置18的构成的另一可能性。在这里定量给料装置包括多个管子19，所述管子是折弯的并分别向另一管子扭转地设置于混合装置中。通过该设置同样能够实现添加剂在横截面上的均匀的分布，如这由在位置12上的投影显而易见的。

图11中示出一定量给料装置22的构成的另一可能性。在这里定量给料装置包括多个管子23，它们同样是折弯的并且分别设置在一中心管子24上。中心管子24基本上处在混合装置6的纵轴线上。通过中心管子24可以用添加剂供给各管子24并从而供给各未进一步示出的定量给料点。通过该设置同样能够实现添加剂在横截面上的一均匀分布。

图10和11中所示的管子19和23有利地具有一相应的斜率，以便避免上述包括堵塞的问题。

液态的添加剂有利地通过定量给料装置这样泵送，即其在定量给料装置的终端通过一管道流回输送泵。因此存在一循环。借此沿添加剂管道长度的全长保持一通过各定量孔的几乎均匀的压力损失并从而保持添加剂在每一分配点上的均匀的定量。

在一定量管道的17.3mm的内直径和一1m³/h的容积流量时，通过壁摩擦和出口算出的压力损失按照排出速度为约ΔP＝0.06巴。这样供给添加剂，即它与粒料-悬浮物-混合物相比具有一超压。借此能够实现喷入并同时防止堵塞喷口。

当然本发明并不限于所示的和描述的实施例。代替活化剂可以采用任意的添加剂或其他的材料，其应该以较小的量混入一粘滞的混合物中。待采用的粘滞的混合物本身也是任意的。因此这样的混合装置如其以上所示，不仅可用于添加剂在混凝土中的混合，而且可用于到处使用必须混合某一塑性粘滞的混合物的地方。应用领域因此在建筑工业中、在油精炼中、在从矿石中提取金属的高温冶金的添加物中、在制造金属合金中、在面食制造中，在生面团加入添加物，例如在面包中加入坚果仁，在酸牛奶中加入桨果等、在塑料加工中、在不同的食品中的乳化的芳香油、在蜂蜜加工、化学工业、制药工业、染色剂工业等中、特别在陶瓷制造中借助于泥釉液体将泥釉输送给陶瓷工厂并且在注铸之前还要给泥釉添加一触变剂。

                             附图标记清单

1    输送车

2    容器

3    泵

4    管道

5    添加剂/活化剂

6    混合装置

7    管道

8    扩散元件

9    圆筒元件

10   延迟的混凝土

10′ 活化的混凝土

11   渐缩元件

12   定量给料装置

13   定量给料点

14   添加剂的分布

15   横截面投影，添加剂

16   横截面投影，添加剂

17   定量给料装置

18   定量给料装置

19   管子

20   加工点

21   横截面投影，添加剂

22   定量给料装置

23   管子

24   中心管子

Claims (9)

1.混合装置(6)，用于向一可泵送的塑性粘滞的混合物(10)、特别是混凝土定量供给一添加剂(5)，其中混合物(10)在一管道(4)中输送；其特征在于，混合装置沿混合物(10)的流动方向包括一扩散元件(8)和一渐缩元件(11)，并且在混合装置的内部设置至少一个包括至少一个定量给料点(13)的定量给料装置(12，17，18，22)，借助于所述定量给料点将添加剂(5)加入混合物(10)中。

2.按照权利要求1所述的混合装置，其特征在于，混合装置包括一设置在扩散元件(8)与渐缩元件(11)之间的圆筒元件(9)。

3.按照权利要求1或2所述的混合装置，其特征在于，定量给料点(13)在投影中均匀地在横截面上设置。

4.按照权利要求1、2或3所述的混合装置，其特征在于，扩散元件(8)具有一α＝1°至60°的张角(α)和/或渐缩元件具有一β＝5°至20°的角度(β)。

5.按照权利要求1、2、3或4所述的混合装置，其特征在于，定量给料装置(12，17，18，22)基本上由一种型式的线圈(12，17)和/或接连设置的管子(19，23)构成。

6.按照上述权利要求之一项所述的混合装置，其特征在于，定量给料装置与混合装置的壁具有一间距(a)a>3×d_p，和/或各定量给料点与混合装置的壁具有一间距(a)a>3×d_p。

7.按照上述权利要求之一项所述的混合装置，其特征在于，可泵送的塑性粘滞的混合物(10)是一粒料-悬浮物-混合物，如混凝土。

8.借助于一按照权利要求1至7之一项所述的混合装置向一可泵送的塑性粘滞的混合物(10)、特别是混凝土添加一添加剂(5)的方法，其特征在于，通过定量给料装置(12，17，18，22)泵送添加剂(5)，使得添加剂沿整个的定量给料元件长度均匀地流出。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，与可泵送的混合物(10)相比以一超压喷入添加剂(5)。

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