JP2022545177A - セメントプレミキサ、コンクリート混合物を製造する装置及びセメント懸濁液の製造方法 - Google Patents

セメントプレミキサ、コンクリート混合物を製造する装置及びセメント懸濁液の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、処理空間(20)を有する処理容器(2)を備えるセメントプレミキサ(1)であって、処理容器(2)は、側壁(21)と底部(22)と少なくとも一部が処理空間(20)内に突出する少なくとも１つの攪拌ユニット(3,3.1,3.2)を備え、攪拌ユニット(3,3.1,3.2)は回転軸(31)を有するシャフト(30)に接続され、処理容器(2)は、少なくとも一部が処理空間(20)内に突出する少なくとも1つの超音波プローブ(4)と、少なくとも1つの超音波プローブ(4)に超音波を印加する少なくとも1つの超音波発振器(42)を備え、セメントプレミキサ(1)はセメント供給用の少なくとも１つの第１の導入開口(60)と、セメントプレミキサ(1)によって供給されるセメント懸濁液をコンクリートミキサ装置内に供給するための流体供給ライン(7)用の出口(70)を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、セメント懸濁液を製造するためのセメントプレミキサ、並びにそのようなセメントプレミキサを備えて、コンクリート混合物を製造するための装置、及びセメント懸濁液及び/又はコンクリート又はモルタル混合物を製造する方法に関する。
建設業においては、プレキャストコンクリート要素(コンクリート部材を予め工場で製造し現地で組み立てること)が非常に重要であり、それは天候に左右されない生産であるためである。プレキャストコンクリート要素は、年間を通じて高品質で製造することができる。しかし、現在の技術によるコンクリートの製造は、材料とエネルギーの大きな投入を伴う。効率的なプレキャスト生産工程を確保すべく、プレキャスト生産の所要時間を最小限に抑えるために、コンクリートは急速な強度の発現が必要である。急速な強度の発現は、一般的に、極めて反応性の高いポートランドセメントとコンクリートの熱処理によって提供される。しかし、極めて反応性の高いポートランドセメントは非常に高価であり、且つかなりの二酸化炭素排出量を有する。コンクリートの追加的な熱処理は、過熱された蒸気または熱油を使用して、熱風を伴う型枠内またはヒートチャンバー内で直接実施することができる。これはかなりの量の燃料を消費し、ひいてはＣＯ２の排出量が高くなる。また、生産された熱量の約１/３は鋼型加工の熱利用に利用されているため、化学反応を加速させることもできない。
この問題は、Weisheit et al; Betonfertigteilherstellung (プレキャストコンクリート生産における熱回収の可能性), 2018, ibau, Weimar, Germany, Weimar, pp.1146-1153, Volume 1, ISBN 78-3-00-059950-7で取り上げられ、議論されている。
さらに、コンクリートの処理温度が高すぎると、構造的損傷を招き、コンクリートの耐久性にかなりの損失をもたらす可能性があるため、熱処理を任意に増加させることはできない。これは、Stark, Jochen; Wicht, Bernd (2013): Dauerhaftigkeit von Beton (コンクリートの耐久性) 第２改訂版ベルリン: Springer Vieweg.などによって例証されている。
化学加速器を使用することで、圧縮強度を増やすことができる。しかしながら、化学加速器は他のコンクリート成分と負の相互作用を有し、熱処理の代替として経済的でない可能性がある。さらに、化学加速器によって達成される圧縮強度は、迅速且つ効率的な工程を維持するには、低温では不十分である。
ドイツ公開公報10 2017 206 660号は、高周波振動を利用してコンクリートミキサ内で直接にコンクリート又はモルタル混合物を製造する装置を記載している。これらの高周波振動は、セメント、砂、砂利、グリット、可能であれば更なる混和材及び水を含むコンクリート又はモルタル混合物に伝達される。
ロシア特許2496748号及びロシア特許2533516号は、水及びセメント-水混合物を混合及び超音波処理するための方法を記載する。ここで、これらの方法は、本発明に関連して、超音波パラメータの選択及び結果として生じる物理的効果において異なる。
前述の文献では、最大２.５Ｗ/ｃｍ2の強度が記載されており、これはいわゆる安定キャビテーションの範囲に入る。これは、多くの音響サイクルにわたって、気体/蒸気泡が成長し、その位置の周りで振動することを意味する。以下の論文を参照。Mason, Timothy James; Lorimer, John Phillip (2002): Applied sonochemistry. Weinheim: Wiley-VCH化学・加工での超音波の利用。
本発明では、はるかに高い集約度(２５Ｗ/ｃｍ2－２５０Ｗ/ｃｍ2)が、いわゆる一時的なキャビテーションを生成するように選択される。これは、ガス/蒸気泡が超音波場で成長し、それらが大量のエネルギー(熱+圧力)を放出し、かくしてキャビテーションを発生させる前に数音響サイクルだけ存在することを意味する。
さらに、ロシア特許2496748号、ロシア特許2533516号では、超音波処理中の周囲圧力の増加が提案されているが、本発明は、好ましくは、周囲圧力(１バール+/-０.１バール)で動作する。
ロシア特許2410237号は、本発明の開示の範囲で強度７*１０４Ｗ/ｍ２－７０*１０４Ｗ/ｍ２を開示しているが、超音波増幅は特定されておらず、また、分散及び/又は研磨セメントを目的としている。
本発明は、上記タイプのセメントプレミキサ及び上記タイプの方法を、このセメントプレミキサが既存のプラントに統合できるように説明することを意図しているが、一方、この装置を用いた方法は、コンクリートのより迅速で、より効率的で、費用対効果の高い強度の発現を可能にする。
本発明は、請求項１の特徴を有するセメントプレミキサを提供し、請求項１２の特徴を有する装置を提供するとともに、請求項１６の特徴を有する方法を提供することによって、上記の問題を解決する。
本発明に係るセメントプレミキサは、処理空間を備えた処理容器から構成され、処理容器は側壁と底部から構成される。さらに、処理空間内に少なくとも一部が延びる少なくとも1つの攪拌ユニットを備え、この攪拌ユニットは、回転軸を有するシャフトに接続される。さらに、セメントプレミキサは、少なくとも部分的に処理空間内に延びる少なくとも1つの超音波プローブを備える。最後に、セメントプレミキサは、少なくとも１つの超音波プローブに超音波を印加する、例えば圧電素子である少なくとも１つの超音波発振器を備える。
超音波プローブは、特にソノトロードとして構成され、好ましくは以下の範囲(Ｔ＝２５℃及び常圧を参照する値)で作動する。
超音波プローブにより放出される超音波の強度：２５Ｗ/ｃｍ2－２５０Ｗ/ｃｍ2
超音波が媒体に導入されると、粒子と媒体は発振する。この振動は超音波の運動エネルギーを伝達する。強度(I)は、電力、例えばワットに対応し、面積当たりに輸送される。単位は面積あたりの電力(例:Ｗ/ｃｍ2)である。
超音波プローブにより放出される超音波の振幅：１５μｍ－５００μｍ
振幅(u)は、超音波の偏位(例えばμｍ)を表す。一定の周波数では、振幅が大きいほど強度が高くなる。振幅が大きいほど、高圧及び低圧サイクル中の圧力差が大きくなる。
超音波プローブによって放射される超音波の周波数：好ましくは１０ｋＨｚ－３０ｋＨｚ
周波数(f)は、超音波プローブの先端における振動率を表す。蒸気泡の形成、成長及び爆縮は時間依存プロセスであるため、より高い周波数はより小さなキャビテーション気泡をもたらす。
特定のエネルギー投入量(媒体-水への投入量): 望ましくは２５Ｗｓ/ｍｌ－２５０Ｗｓ/ｍｌ
上述の値は、例えば水中マイクロフォンを用いて水中で電気的に決定することができる。
本発明に係るセメントプレミキサは、セメント供給のための少なくとも第１の導入開口と、セメントプレミキサによって提供されたセメント懸濁液をコンクリート混合装置またはコンクリートミキサに供給するための出口を備えている。
さらに、本発明に係るセメントプレミキサは、上記の作動範囲内でセメントプレミキサの動作を調整するように配備された制御及び/又は調整装置を備えることができる。
側壁と底部は、処理空間を側方と下方に閉じる。側壁は特に攪拌ユニットの回転軸に沿って延びる。蓋は、少なくとも部分的に処理空間の上部を閉じることができる。
また、セメントの供給に加え、導入開口を通って水を供給することもできる。あるいは、別の入口パイプを介して、別の導入開口を通って水を供給することもできる。
出口は、出口開口を有するのが好ましい。これは、処理容器の下部に配置されるのが好ましい。出口は、例えば、フランジ付き端部接続部を有する排水パイプとして構成することができる。出口としてシュートも考えられる。
出口は調整装置、例えば、計量装置、特に計量バルブがあり、この調整装置によってセメント懸濁液のコンクリートミキサへの供給量を規制することができる。バルブの代替として、調節可能なフラップまたは水門を設けることもできる。
同様に、入口は、処理容器へのセメント及び/又は水及び/又は他の混合物の供給量を規制するための規制装置を含むことができる。該規制装置は、例えば、固形物バルブ又は調整可能な固形フラップであってもよい。水及び/又は更なる混合物が、別個の入口、例えば入口パイプを通じて処理容器に供給される場合、これらはまた、別個の規制装置を備えることができる。
セメントプレミキサでは、攪拌ユニットがシャフトを介して駆動ユニットに連結され、回転によって処理空間内を移動させることができる。
超音波発振器は、振動の振幅を調整するためのコントローラを含んでもよい。
増幅器及びこの増幅器によって行うことができる振幅の調整、ならびに結果として生じる超音波振動の強度により、振動を、異なるセメント懸濁液の製造における異なる要件に容易に適合させることができる。
この設定と超音波処理の時間間隔は、セメント懸濁液の量に適応するエネルギー入力量に相当する。
セメントプレミキサの更なる実施形態において、セメントプレミキサは、好ましくはフランジである機械的インターフェースを有しており、該機械的インターフェースを経由してコンクリートミキサに、好ましくは媒体が漏れない方法で接続することができる。
この目的のために、コンクリートミキサは、フランジ接続としてセメントプレミキサからフランジに取り外し可能に接続するための対抗するフランジを有する。この場合において、製造されたセメント懸濁液を例えばコンクリートミキサまたはモルタルミキサに移送するために、処理容器の底部に排水パイプが存在し得る。
セメントプレミキサの別の実施形態では、少なくとも１つの超音波プローブが、処理容器の側壁を通して、処理空間に少なくとも部分的に延びる。
セメントプレミキサの更なる実施形態では、処理容器は、軸方向に対称であり、望ましくは回転対称な側壁を有し、この側壁の対称軸が、攪拌ユニットの回転軸に平行に延びるのが好ましい。
回転対称な側壁の場合は、該側壁は大きく円筒形状をしている。対称軸と回転軸は一致することができる。
セメントプレミキサの別の実施形態では、側壁は、底部に向かう半分部分にて、回転軸と同心円状に側壁の全周に沿って広がる拡大部を有する。拡大部は回転軸から離れるように広がる。
別の実施形態では、超音波プローブは、延長部の側壁に配置される。
セメントプレミキサの別の実施形態では、少なくとも２個の超音波プローブ、望ましくは３個または４個の超音波プローブが処理空間内に突出して、側壁の対称軸に関して互いに等角に分布する。
セメントプレミキサの別の実施形態では、少なくとも1つの超音波プローブが長手方向の軸を有し、該長手方向の軸は処理容器の側壁の対称軸に対して５０°から７０°までの角度、特に５５°から６５°までの角度で配置され、処理容器の底部に向かっている。
この場合、超音波プローブは処理空間の内側に１つの端部があり、処理容器の底側に向かう。
セメントプレミキサの別の実施形態では、攪拌ユニットは、作動時に、固形物の取入れが処理空間の中心で行われるように配置される。
セメントプレミキサの中心は、撹拌ユニットのシャフトの周りに位置する。付属した攪拌ユニットのツールでシャフトが回転するため、いわゆるトロンベ(trombe、竜巻)形成が起こる。この形成されたトロンベは、材料を、装置の長手方向軸の中央または領域内の攪拌ユニット要素に下向きに運び、セメントプレミキサの縁部分に沿って再び立ち上がるようにする。
このように、セメント懸濁液はソノトロード(超音波振動子を備えたプローブ)を何度も通過しすることにより、媒体内の流れを達成することができる。トロンベのサイズは攪拌ユニットの速度と直径によって決定され、セメントプレミキサの寸法に適合させることができる。
更なる実施形態において、セメントプレミキサは、２００ｒｐｍから３００ｒｐｍの速度で動作するような形で攪拌ユニットを制御する制御及び/又は評価ユニットを備えることができる。
セメント懸濁液の良好な均一化を保証するために、攪拌ユニットは、２００ｒｐｍから３００ｒｐｍの作動範囲で動作することができる。
セメントプレミキサの別の実施形態では、攪拌ユニットは作動時に、セメント懸濁液を底部に搬送して処理空間を逆流させるように構成される。
この目的のために、攪拌ユニットは、上向き及び下向きの流れを好ましくするために、５０°から５５°、好ましくは５２°から５４°の攪拌ユニットのブレード又はプロペラの傾斜を有する。
セメントプレミキサのさらなる実施形態では、セメントプレミキサは、セメントプレミキサのレベルを検出するためのセンサを有する。レベのル測定は、例えば、レーダー波又は超音波によって行うことができる。
セメントプレミキサのさらなる実施形態では、制御及び/又は評価ユニットは、攪拌ユニットの掻き混ぜ速度を、及び/又は超音波発振器、好ましくは超音波発振器のエネルギー入力を、決定された充填レベルの関数として制御するように構成されている。
特に、制御及び/又は評価ユニットは、セメント懸濁液の単位容積当りの特定のエネルギー入力量を制御または記録することができる。しかし、このエネルギー入力量も計算され得る。
更なる実施形態では、制御及び/又は評価ユニットはまた、セメント、水及び任意に混合物の供給を制御することができる。水の供給は、例えば、処理容器のレベル測定の状況により行われる。
更なる実施形態では、制御及び/又は評価ユニットは、例えば、セメント懸濁液の単位容量当りのエネルギー入力量の関数として、セメント懸濁液の流れを制御することもできる。
本発明はまた、コンクリートミキサと本発明に係るセメントプレミキサからなるコンクリート混合物を製造する装置を備える。
セメントプレミキサは、好ましくはセメントプレミキサの出口とコンクリートミキサの入口との間のフランジ接続によって、コンクリートミキサに流体が流れるように接続することができる。
接続は、例えば接続を保証するチューブ嵌合とともに、機械的に行うことができる。
装置の他の実施形態では、装置は、第１のセメント容器、第２のセメント容器、水タンク、及び/又は混合物容器の少なくとも１つを含み、入口は入口パイプ又は入口シャフトとして形成され、該入口は、好ましくはフランジ接続によって、装置の第１のセメント容器及び/又は１つの水タンク及び/又は装置の１つの更なる容器の少なくとも１つに取り外し可能に接続される。
装置の他の実施形態では、装置は、セメントプレミキサとコンクリートミキサとの間に計量装置を含み、該計量装置は、砂、砂利又はグリットの追加量に応じてセメント懸濁液の計量を規制する。
供給された砂、砂利、またはグリット(骨材)の量は、センサ又はバルブが開いているときの供給時間よって検出される。流量センサ又は重みベルトも、対応する骨材の量を記録することができる。
計量装置は、セメントプレミキサの出口とコンクリートミキサの入口の間に配置される。
コンクリートミキサはまた、コンクリートまたはモルタルの混合物に超音波振動を導入することができる超音波プローブを備える。
本発明はまた、セメント懸濁液を提供する方法に基づいており、少なくともセメント、水、及び任意に少なくとも１つの混和材を処理空間を有する処理容器に提供するステップと、
少なくとも部分的に処理空間に突出した少なくとも１つの攪拌ユニットによって混合して、セメント懸濁液を製造するステップと、
少なくとも部分的に処理空間に突出した少なくとも１つの超音波プローブによって超音波をセメント懸濁液へ伝達するステップと、
セメント懸濁液をさらなる処理のために出口経由で排出し、特にコンクリートミキサ内に排出するステップを備える。
混和材の追加は任意である。セメント懸濁液を提供する場合、混和材は無くてもよく、その場合、セメント及び水のみが提供される。
特に、セメント懸濁液の製造方法では、セメント、水及び任意に混和材を、本発明によるセメントプレミキサ内に浮遊させる。
特に、セメント懸濁液は、
５０重量部から８０重量部のセメントと、
２０重量部から４０重量部の水と、
０重量部から１０重量部の混和材をセメント懸濁液の総質量に基づいて含有し、セメント懸濁液の全ての成分を合計すると１００重量部になる。
上記混和材は、コンクリート混和材として理解されるべきである。これらは、セメント含有量に基づいて、混合時にコンクリートに追加される少量の液体、粉体、または粒状物質である。それらは、化学的及び/又は物理的な作用によって生の又は硬化したコンクリートの性質に影響を与える。DIN EN 206-1/DIN 1045-2 (２０１９年７月現在の仕様で) に従ったコンクリートでは、DIN EN 934-2 (現在の仕様で) または一般的な建築当局の承認を得たコンクリート混入のみが使用され得る。骨材は一般的にはコンクリート混和材とはみなされていない。
特に、本発明に係る方法では、攪拌ユニットは、５０ｒｐｍ－５００ｒｐｍの速度で作動する。
特に、超音波プローブは、１６ｋＨｚ－３０ｋＨｚの周波数範囲、特に１８ｋＨｚ－２２ｋＨｚの周波数範囲の超音波をセメント懸濁液中に透過させ、５Ｗ/ｃｍ2-１００Ｗ/ｃｍ2の範囲の強度を有する。
コンクリートまたはモルタルは、特に本発明に係るセメントプレミキサとコンクリートミキサとの組み合わせにより製造される。
この方法は、バッチ処理または連続処理の何れかで作動される。バッチ工程では、これらの成分が処理容器に加えられ、超音波の下で混合され、攪拌させて活性セメント懸濁液を形成し、その後、例えばコンクリートミキサに移送する。連続工程において、原材料は連続的に処理容器に加えられ、活性化されたセメント懸濁液がセメントプレミキサから連続的に引き出され、例えばコンクリートミキサに移送されるような方法で処理される。
本発明に係るセメントプレミキサは、セメントバインダの特に効率的な均一化及び物理的且つ化学的な活性化を可能にする。セメントプレミキサにおける超音波処理は、成分であるセメント、水、及び任意には混和材に限定されるため、高周波超音波発振器によって発生するエネルギーを直接利用してセメントバインダを活性化することができる。これにより、セメント、水、混和材、化学的に不活性な砂、砂利またはグリットの混合物への超音波の使用に比べて、エネルギー入力量が大幅に改善された使用が可能となる。コンクリート、セメント、水の反応部分はコンクリートの２０％－３５％しか形成しておらず、一方、化学的に不活性な部分、砂、砂利、グリットは残りの部分を形成している。従って、本発明に従った装置では、エネルギーは材料のはるかに小さな割合に費やされるので、はるかに効率的に使用される。また、セメントプレミキサ中にセメント懸濁液を生成することにより、従来の方法よりもはるかに良い混合を達成することができる。
セメントプレミキサ中のコンクリートの反応部分の活性化、セメント懸濁液の均一化が改善されたため、セメント含有量の大幅な削減が達成できる。さらに、熱処理時間を大幅に短縮することができる。様々な用途のために、熱処理は完全に無しで済ますことができる。
また、本発明に係るセメントプレミキサの使用は、コンクリートの硬化を加速させ、コンクリートの作業性(加工特性)を向上させる。
また、本発明に係るセメントプレミキサは、多大な労力を要することなく、追加のモジュールとして既存のコンクリート混合プラントに非常に容易かつ費用効果的に統合することができるという利点がある。セメント（セメント計量器からの）及び付随的に水を供給するための導入開口の配置、ならびに完成したセメント懸濁液を排出するための流体供給ラインへの出口の配置は、そのような統合に特に適している。機械的インターフェース、好ましくは、フランジは効率的な統合をさらに改善する。
レベル測定を用いることにより、充填レベルの変化によってセメント及び/又は水の供給量を決定することができる。
超音波プローブの使用と撹拌ユニットとの組合せは、特に有利である。セメントと水は、完全なパルプ化のためにコンクリートの骨材よりもかなり高い混合強度を必要とする。従って、攪拌ユニットと超音波発振器との相乗的相互作用により、活性化されたセメント懸濁液が生成されることが示された。
本発明に係る攪拌ユニットは、特に超音波エネルギーの適用と組み合わせることにより、比較的低速で均質の懸濁液を生成することができる。これは、撹拌ユニットの摩耗を減少させると同時に、より低い電力消費をもたらす。
本発明は、前述の記述からも分かるように、コンクリート及びモルタル製造の分野における多様な用途に使用することができる。したがって、本発明は、例えばプレキャストコンクリート要素の製造において、幅広い応用及び用途を開拓する。
本明細書で言及及び説明される変形及び特徴はまた、組み合わせが、相互に矛盾していなければ、互いに２つ以上の変形または特徴の組み合わせで実施され得、そのような組み合わせもまた、本発明に包含される。
本発明の一実施形態について、以下、添付の図面を参考により詳細に説明する。
本発明に係るセメントプレミキサの例示的な一実施形態の概略的な断面図である。 図1の例示的な実施形態の平面図である。 従来の方法によるコンクリートの製造を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るコンクリートの製造の概略的な図である。
以下の規定は、さらなる記述全体に適用される。図面の明確さを目的として図に参照符号を記載しているが、関連する直接的な記述文章では説明されていない場合は、前の図の記載が参照される。
図１に見られるように、セメントプレミキサ1は処理空間20を有する処理容器2から構成されている。処理空間20は、回転的に対称な側壁21によって側方に区切られ、底部22によって下方に区切られている。上方には、処理空間20は、蓋24によって閉じられている。シャフト30を備えた攪拌ユニット3が処理空間20内に突出し、ここで、シャフトは蓋24の開口部を通して処理空間内に突出する。
本実施形態では、側壁21は、下半分に外側への拡大部25を有する。この領域には、４つの超音波プローブ4が取り付けられている。
本実施形態では、攪拌ユニット3は、シャフト30に取り付けられた２つの掻き混ぜ器(3.1、3.2)を有する。掻き混ぜ器(3.1、3.2)の掻き混ぜブレードは、超音波プローブ4に接触しないように離れている。シャフト30は、外部の駆動装置5によって回転ディスクを介して回転運動に設定される。
シャフト30は側壁21の対称軸23に一致する回転軸31を有する。拡大部25は、対称軸23に対して外側(対称軸23から離れて)に同心円状に配置される。
側方には、超音波プローブ4が側壁21の垂直対称軸23に対して６０°の角度をなしており、超音波プローブ4は底部22に向かって下方に向けられる。
本実施形態では、制御及び/又は評価ユニット9は、パラメータ充填レベル、超音波プローブによって入力されたエネルギー、及び水量計64によって加えられた水量を記録する。
制御及び/又は評価ユニット9は、攪拌ユニット3の駆動装置5(攪拌ユニット3の回転数の設定)、超音波の振幅及び周波数における超音波発振器42(この場合、エネルギー入力量は制御及び/又は評価ユニット9で決定される)、固形物バルブ61、水制御バルブ、及び計量バルブ71を介した懸濁液の排出を制御する。
さらに、蓋24には導入開口60があり、該導入開口内に固形物の供給のためのパイプ6が突出している。パイプ6は固形物バルブ61を介して制御される。本実施形態では、セメントが加えられ、固形物バルブ61を介してセメントの追加が制御される。水のための水導入ライン62は、側壁21を通って配置される。従って、水制御弁63を介して水が追加されてセメント懸濁液を製造することができる。本実施形態では、加えられる水量は、水量計64により決定される。
レベルセンサ8は、処理空間20内のレベルを決定する。このレベル測定は、例えば、水の追加を制御するための基礎として、制御及び/又は評価ユニットによって使用される。
処理容器2の底部22には、完成したセメント懸濁液をコンクリートミキサに排出するための流体供給ライン7用の出口70がある。セメント懸濁液の排出は、計量装置71を介して単位体積当たりの比エネルギー入力量の関数として制御される。排出ライン7にはフランジ72が設けられており、該フランジを用いて排出ライン7を迅速かつ容易にコンクリートミキサに接続することができる。
図２は、図１の実施形態の平面図であり、ここでは、特に側壁21に互いに９０°の角度を持つ４つの超音波プローブ4の配置が見えている。処理空間20内への図は、超音波プローブ4が、側壁21の対称軸23に向けられていることを示している。
取り付け穴によってフランジは駆動装置に連結されて、シャフト30、ひいては攪拌ユニット3.1及び3.2の駆動を可能にする。
図３は、従来の方法による工程を概略的に示す。コンクリートミキサ100では、水入口200から水が注がれ、混和材容器300から混和材が注がれ、第１のセメント容器又は第２のセメント容器400及び500からセメントが注がれ、対応する容器600、700及び800から骨材(砂、砂利及び/又はグリット)が注がれる。コンクリートミキサ内で成分が直接混合され、コンクリート混合物を得る。
この従来の動作形態とは異なり、図４にある実施形態に係る本発明に係る方法では、セメント懸濁液がセメントプレミキサ1内で別個に発生する。この工程では、水入口200からの水、セメント容器400及び/又は500からのセメント、付随的に混和材容器300からの混和材はセメントプレミキサ1で処理されて、セメント懸濁液を形成する。そして、このセメント懸濁液は、セメントプレミキサ1からコンクリートミキサ100へと移される。コンクリートミキサ100では、対応する容器600、700、800からの骨材を加えてコンクリート混合物を作り、該コンクリ－ト混合物がさらに処理される。
セメントプレミキサ1とコンクリートミキサ100との組み合わせは、コンクリート混合物を製造する装置1000を形成する。
活性化されたセメント懸濁液の用意は、バッチ処理または連続処理の何れかで操作される。
実施例
セメント懸濁液を製造する本発明に従った方法により、コンクリートを製造した。
図１に示すように、本発明による実験室規模のセメントプレミキサは、最も広い点で直径４００ｍｍから４９３ｍｍまでであり、全高が５５０ｍｍであり、４つの超音波プローブ（ソノトロード）が処理容器の対称軸の周りに互いに９０°で分布している。
処理空間には、セメント４５ｋｇ、水２０リットル、超可塑剤(混和材)０.５ｋｇが入っている。
攪拌ユニットは、毎分２５０回転の速度で作動する。振動はソノトロードを介して処理空間に２０ｋＨｚの低い超音波範囲で伝達される。
超音波処理と混合用工具を用いることにより、セメント懸濁液の迅速かつ効率的な均一化が１８０秒以内に達成される。
このようにして生産されたセメント懸濁液がコンクリートミキサに移送される。ここに骨材２２５ｋｇが加えられ、コンクリートが混合される。
このコンクリートの流動性は、従来の製造方法と比較して著しく増加し、早期強度はかなり改善される。特にプレキャストコンクリート部品の製造においては、より短時間で製造でき、決定的な利点とより良い品質のプレキャスト部品につながる。
符号のリスト
1 セメントプレミキサ
2 処理容器
20 処理空間
21 側壁
22 底部
23 対称軸
24 蓋
25 側壁の拡大部
3 攪拌ユニット
3.1 第１の掻き混ぜ器
3.2 第２の掻き混ぜ器
30 シャフト
31 回転軸
32 駆動プーリー
33 取付穴
4 超音波プローブ(ソノトロード)
41 超音波プローブの長手方向の軸
42 超音波発振器
5 駆動装置
6 入口(セメント用の固形物入口)
60 導入開口
61 固形物バルブ
62 水用の導入ライン
63 水制御弁
64 水量計
7 流体供給ライン
70 出口
71 計量装置
72 フランジ
8 セメントプレミキサ内のレベルのレベルセンサ
9 制御及び/又は評価ユニット
100 コンクリートミキサ
200 水入口
300 混和材容器
400 セメント容器
500 第２のセメント容器
600 砂容器
700 砂利容器
800 グリット容器
1000 装置

Claims (22)

  1. セメントプレミキサ(1)であって、
    処理空間(20)を有し、側壁(21)と底部(22)とを備える処理容器(2)と、
    少なくとも部分的に処理空間(20)内に突出し、回転軸(31)を有するシャフト(30)に接続された少なくとも１つの撹拌ユニット(3;3.1、3.2)と、
    少なくとも部分的に処理空間(20)内に突出する少なくとも１つの超音波プローブ(4)と、
    少なくとも１つの超音波プローブ(4)に超音波を印加する少なくとも１つの超音波発振器(42)とを備え、
    ２５Ｗ/ｃｍ２－２５０Ｗ/ｃｍ２の強度と１５μｍ－５００μｍの振幅で放出された超音波を調整するための制御及び/又は評価ユニット(9)を備えたセメントプレミキサにおいて、
    セメントプレミキサは、セメント供給用の少なくとも１つの第１の導入開口(60)と、セメントプレミサ(1)によって提供されるセメント懸濁液のコンクリートミキサ内への流体供給ライン(70)用の出口(70)を有することを特徴とするセメントプレミキサ。
  2. セメントプレミキサ(1)は、セメントプレミキサ(1)が、コンクリートミキサ(100)に接続できるように、好ましくはフランジ(72)である機械的インターフェースを備えている、請求項１に記載のセメントプレミキサ(1)。
  3. 少なくとも１つの超音波プローブが、処理容器(2)の側壁(21)を通して、少なくとも部分的に処理空間(20)内へ突出する、請求項１に記載のセメントプレミキサ(1)。
  4. 前記処理容器(2)は、軸対称、好ましくは回転対称の側壁(21)を有し、前記側壁(21)の対称軸(23)は、前記撹拌ユニット(3;3.1、3.2)の回転軸(31)と平行に延びることが好ましい、請求項１又は２に記載のセメントプレミキサ(1)。
  5. 側壁(21)は底部(22)に向かう半分部分に拡大部(25)を有し、該拡大部(25)が対称軸（23）と同心円状に側壁（21）の全周に沿って延びる、請求項４に記載のセメントプレミキサ(1)。
  6. 少なくとも２つの超音波プローブ(4)、望ましくは３つ以上の超音波プローブ(4)が、処理空間(20)内に突出し、側壁(21)の対称軸(23)の周りにほぼ同じ角度で互いに分布する、請求項１乃至５の何れかに記載のセメントプレミキサ(1)。
  7. 超音波プローブ(4)が側壁の拡大部(25)の領域に配置される、請求項１乃至６の何れかに記載のセメントプレミキサ(1)。
  8. 少なくとも１つの超音波プローブ(4)は長手方向の軸(41)を有し、該長手方向の軸(41)が処理容器(20)の側壁(21)の対称軸(23)に対して５０°から７０°、特に５５°から６５°の角度で配置され、処理容器(2)の底部(22)の方向に配列されている、請求項１乃至７の何れかに記載のセメントプレミキサ(1)。
  9. セメントプレミキサは、攪拌ユニット(3;3.1,3.2)を制御する制御及び/又は評価ユニット(9)を有しており、該攪拌ユニット(3;3.1,3.2)を１分間あたり２００回転から３００回転の速度で動作させる、請求項１乃至８の何れかに記載のセメントプレミキサ(1)。
  10. セメントプレミキサのレベルを検出するレベルセンサ(8)を備える、請求項１乃至９の何れかに記載のセメントプレミキサ(1)。
  11. 制御及び/又は評価ユニット(9)は、決定された充填レベルの関数として、攪拌ユニットの掻き混ぜ速度を制御するように構成され、及び／又は超音波発振器、より好ましくは超音波発振器のエネルギー入力を制御するように構成されている、請求項９に記載のセメントプレミキサ(1)。
  12. コンクリートミキサ(100)と、請求項１乃至１１の何れかに記載のセメントプレミキサ(1)とを含む、コンクリート混合物を製造するための装置(1000)。
  13. セメントプレミキサ(1)は、好ましくは、セメントプレミキサ(1)の出口(60)とコンクリートミキサ(100)の入口との間のフランジ接続(72)によって、コンクリートミキサ(100)に流体が流れるように接続されている、請求項１２に記載の装置(1000)。
  14. 前記装置は、第１のセメント容器(400)、第２のセメント容器(500)、水入口(200)、及び/又は混和材容器(300)のうちの少なくとも１つを含み、前記入口(6)は、前記装置(1000)の第１のセメント容器(400)及び/又は水タンク(200)及び/又は混和材容器(300)の少なくとも１つに、好ましくはフランジ接続によって着脱可能に接続される入口パイプまたは入口シャフトとして形成される、請求項１２又は１３に記載の装置(1000)。
  15. セメントプレミキサ(1)とコンクリートミキサ(100)との間の計量装置(71)が、供給された砂、砂利またはグリットの量の関数として、セメント懸濁液の計量を規制する、請求項１２乃至１４の何れかに記載の装置(1000)。
  16. セメント懸濁液の供給方法であって、
    セメント、水及び任意の少なくとも１つの混和材を処理空間(20)を有する処理容器(2)に提供するステップと、
    少なくとも部分的に処理空間(20)内に突出する少なくとも１つの攪拌ユニット(3)によって混合して、セメント懸濁液を製造するステップと、
    少なくとも部分的に処理空間(20)内に突出する少なくとも１つの超音波プローブ(4)によって超音波発振を伝達するステップと、
    セメント懸濁液を出口(60)を通って排出し、特にコンクリートミキサでさらに処理するステップを含む、セメント懸濁液の供給方法。
  17. セメント懸濁液の排出は、セメント懸濁液の単位量当たりの比エネルギー入力量に従って行われる、請求項１６に記載のセメント懸濁液の供給方法。
  18. セメント懸濁液が、
    ５０重量部から８０重量部のセメントと、
    ２０重量部から４０重量部の水と、
    ０重量部から１０重量部の混和材をセメント懸濁液の総質量に基づいて含有し、セメント懸濁液の全ての成分を合計すると１００重量部になる、請求項１６又は１７に記載のセメント懸濁液の供給方法。
  19. 超音波振動が少なくとも１つの超音波発振器(42)によって生成され、超音波が少なくとも1つの超音波プローブ(4)に印加される、請求項１６乃至１８の何れかに記載のセメント懸濁液の供給方法。
  20. 攪拌ユニット(3;3.1,3.2)が１分当たり５０回転－５００回転、好ましくは１分当たり２００回転－３００回転の速度で動作する、請求項１６乃至１９の何れかに記載のセメント懸濁液の供給方法。
  21. 前記超音波プローブは、１６ｋＨｚ－３０ｋＨｚの周波数範囲、特に１８ｋＨｚ－２２ｋＨｚの周波数範囲の超音波を前記セメント懸濁液内に伝達する、請求項１６乃至２０の何れかに記載のセメント懸濁液の供給方法。
  22. 請求項１６乃至２１の何れかに記載の装置を用いて、コンクリート又はモルタルを混合する方法。
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