(57)【要約】  塑性−粘性特性を有する、ポンプ送り可能な混合物（１０）、特にコンクリート内に添加剤を計量供給するための混合装置（６）において、混合物はライン（４）で送られる。前記混合装置は、混合物（１０）の流れの方向にディフューザ要素（８）及びコンフューザ要素（１１）を備える。前記混合装置の内部に、少なくとも１つの計量位置（１３）を有する少なくとも１つの計量装置（１２、１７、１８、２２）が配置され、それによって添加剤（５）が混合物（１０）内に添加される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性−粘性特性を有する、ポンプ送り可能な混合物（１０）、特にコンクリートで、ライン（４）で送られる当該混合物に添加剤（５）を計量供給するための混合装置（６）において、ディフューザ要素（８）及びコンフューザ要素（１１）が前記混合物（１０）の流れの方向に設けられており、少なくとも１つの計量位置（１３）を有する少なくとも１つの計量装置（１２、１７、１８、２２）であって、前記添加剤（５）を前記混合物（１０）に添加する計量装置が、当該混合装置の内部に配設されていることを特徴とする混合装置。
【請求項２】
前記ディフューザ要素（８）と前記コンフューザ要素（１１）との間に配置されたシリンダ要素（９）を含んでなることを特徴とする請求項１に記載の混合装置。
【請求項３】
前記計量位置（１３）の投影が断面に亘って均一に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の混合装置。
【請求項４】
前記ディフューザ要素（８）の有する展開角（α）をα＝１°〜６０°とし、かつ／又は、前記コンフューザ要素の有する角（β）をβ＝５°〜２０°とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項５】
前記計量装置（１２、１７、１８、２２）は、一種のコイル（１２、１７）かつ／又は連続的に配置されたパイプ（１９、２３）を本質的に備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項６】
前記計量装置は、前記混合装置の壁面からａ＞３×ｄＰａｒｔｉｃｌｅの距離（ａ）にあること、かつ／又は、前記計量位置は、前記混合装置の壁面からａ＞３×ｄＰａｒｔｉｃｌｅの距離（ａ）にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項７】
塑性−粘性特性を有する、前記ポンプ送り可能な混合物（１０）は、コンクリート等、グラニュール浮遊混合物であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の混合装置。
【請求項８】
塑性−粘性特性を有する、ポンプ送り可能な混合物（１０）、特にコンクリートに、請求項１〜７のいずれか一項に記載の混合装置により添加剤（５）を添加する方法において、前記添加剤（５）は前記計量装置（１２、１７、１８、２２）を介して再循環され、それによって計量要素全長に亘り添加剤の均一な流出が得られることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記添加剤（５）は、前記ポンプ送り可能な混合物（１０）に比較して正圧で注入されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塑性−粘性特性を有する、ポンプ送り可能な混合物、具体的にはコンクリートで、ラインで送られる当該混合物に添加剤を計量供給するための混合装置に関する。本発明はまた、塑性−粘性特性を有する、ポンプ送り可能な混合物、特にコンクリートに、前記混合装置により添加剤を添加する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、少量の物質、例えば添加剤が塑性−粘性特性を有する混合物に添加される。しかし、充分に良好な混合を達成するのは困難なことが多い。例えば、活性化剤等の添加剤を、細かいモルタルに添加するには、従来から知られているスタティックミキサーが使用される。そのように公知のスタティックミキサーを従来のコンクリートに対しても使用した場合には、スタティックミキサーは粗い砂利片(gravel fraction)が原因でたちまちに閉塞状態となり、同ミキサーは損壊すらしかねない。
【０００３】
トラック混合コンクリートへの活性化剤添加及び混合は、したがって、予め車両のドラム内で行われることが多い。活性化剤は、コンクリートを可塑化し、凝結メカニズムを始動する。その不利な点は、活性化剤を車両ドラム内のコンクリートに添加した後は、活性化されたコンクリートを建設に使用する迄に、多くの時間を経過してはならず、それは、さもないとコンクリートが先に硬化してしまうからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、当初に述べたタイプの、迅速かつ効率的に添加剤を塑性−粘性混合物に導入可能とする混合装置、及び、その方法を提供する目的に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本願発明では、請求項１の特徴によって達成され得る。
【０００６】
したがって、本発明の核心は、混合装置がディフューザ要素及びコンフューザ要素を備えていること、かつ、少なくとも１つの計量位置を有する少なくとも１つの計量装置であって、それによって添加剤が混合物に添加される計量装置が、混合装置の内部に配設されていることにある。
【０００７】
本発明の利点は、ここに示される装置及び方法が、きわめて少量の化学的添加剤を塑性−粘性特性を有する、ポンプ送り可能な混合物、特にコンクリート等のグラニュール浮遊混合物に連続的に添加しかつ混合するために特段に適する事実を含んでいる。
【０００８】
本発明は、したがって、きわめて少量の化学的液状添加剤を塑性−粘性特性を有する、ポンプ送り可能なグラニュール浮遊混合物、特に湿ったコンクリートもしくはトラック混合コンクリートに、連続的に、均一に添加することにより、特にコンクリートの場合は活性化剤が添加剤として使用される故に、前記コンクリートが均一にかつ規定の方法で硬化／凝結することが可能となる混合装置に関する。
【０００９】
このような目的の装置を実現する上での実際的な難しさは、きわめて少量の添加剤を均一に配分すること、及び、例えばコンクリート等を、混合装置を介して閉塞されることなく搬送することにある。より具体的には、コンクリートが計量要素周りを流れる際にも、混合装置の円筒状部分から収束部分へと流れる際にも閉塞が生ずる全般的リスクがあり、更にまた、混合装置内に局部的逆流が生じ、それにより滞留時間が不均一となり、その結果グラニュール浮遊(granule-suspension)混合物における化学反応時間に差異を生じるリスクもある。不活性な砂利片はグラニュールの意味と理解され、細砂、セメント及び水は混合物片の浮遊の意味と理解され得る。
【００１０】
本発明によれば、添加剤は、１つ又は複数の計量装置、例えば計量装置として形成された螺旋コイルと、添加剤が局部的に均一かつ連続的に配分されるように設計及び寸法決めされた幾つかの計量位置とを介して添加される。これは、とりわけ、グラニュール浮遊混合物、例えばコンクリートの流れが同時に障害を受けることも少なく、かつしたがって閉塞は生じないことを意味する。更にまた、既混合コンクリート中の高固形片、例えば砂利によって達成される効果は、計量された添加剤の液体量がコンクリートの浮遊片内に入るのみとされることである。
【００１１】
本発明による、更に有利な改良点は、従属請求項から明らかになる。
【００１２】
本発明の例示的な実施形態について、以下に図面を参照してより詳細に説明する。同じ要素には各図において同じ符号を付してある。媒質の流れの方向は矢印により示す。
本発明を直接理解するために欠かせない要素のみを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、建設における塑性−粘性混合物、ここではコンクリート１０の使用を模式的に示す。コンクリートは、建築工事現場に運搬車１によって送られる。コンクリートは、通常は運搬車に搭載された回転ドラム内で運搬されるが、その様子は図示していない。このコンクリートは、コンクリート工場で水和反応もしくは凝結メカニズムが数時間遅延するように添加剤を加えて処理されている。このコンクリートは、概ね、ポンプ送り可能な、塑性−粘性特性を有するグラニュール浮遊混合物に相当する。コンクリート１０は、一時的に容器２に貯蔵されるか、又は、運搬車から直接建築現場にポンプ３及びライン４により加圧下でポンプ送りされる。このようなラインは、コンクリートを数百メートルあるいは場合によっては２、３キロメートルに亘り運搬するのに使用され得る。コンクリート１０は、使用前に添加剤５、例えば凝結促進剤等の活性化剤を添加することにより、使用のために再活性化しなければならない。添加剤の添加は、混合装置６で生じる。更に他の物質、例えば水、別の供給源からのコンクリート等は、別のライン７を介して供給可能とされる。添加剤５とともに混合されたコンクリート１０’は、続いて使用位置２０の建築現場で適切に使用される。コンクリートは、例えば吹付け法、打込み法等、所望の方法によって使用可能とされる。混合装置から使用位置への距離は、それ自体所望によるが、極力浪費を少なくし、また活性化したコンクリートがラインに残留し使用不能になることのないよう、極力短く選択されるのが有利とされる。現在の混合装置では、もはや混合装置に活性化剤を添加せず、混合装置から使用位置まで、ラインを非活性化コンクリート１０により満たすことも可能とされる。それによって、ラインが詰まることが防止される。ここで示す混合装置によって、少量の添加剤を計量供給し、塑性−粘性混合物と、特に１対１００〜１対１０００の割合で混合することが可能とされる。
【００１４】
図２及び図３は、混合装置６を模式的に示す。前記混合装置は、グラニュール浮遊混合物の流れの方向にディフューザ要素８と、シリンダ要素９と、コンフューザ要素１１とを備える。シリンダ要素９は、円形、楕円形、多辺形等、所望の断面とすることが可能とされ、それらの断面はそれぞれ特定の要求事項に適合する。シリンダ要素９の長さも、添加される添加剤の量等、それぞれ特定の条件に適合し、かつ図２によれは、事実上ゼロの場合もある。断面の径は、シリンダ要素においては実質的に一定に留まる。
【００１５】
ディフューザ要素は、発散性とされかつ展開角αを有する。混合装置の発散性部分の展開角αは流れによって必要とされ、あるいは混合装置の許容全体長さに依る。展開角が大きすぎかつ／又は媒質の粘度が低すぎる場合には、壁面近傍に逆流が生じる可能性があり、これに関しては図１４を参照されたい。円筒状のラインにおけるコンクリートの特性の塑性−粘性流れの見掛けの動的粘性をη＝３０Ｐａ・ｓとすれば、ｄｙ／ｄｌ＝ｔａｎ（αＧ）のとき、ディフューザ内の流れに関するブラジウスの公式は、
【数１】
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であるから、古典的流体力学は、展開角α＝約６０°より後に逆流を推定する。展開角αに関しては、以下が当てはまる。
−  α＞αＧならば、逆流は生じる
−  α＜αＧならば、逆流は生じない
【００１６】
したがって、ディフューザの展開角αは、逆流が生じないように、α＝１°〜６０°の範囲で選択することが好ましい。もちろん、この角度は使用されるグラニュール浮遊混合物の粘度によって可変とされ、逆流の生じないことが必須とされる。
【００１７】
コンフューザ要素１１は収束性とされ、閉鎖角βを有する。経験の示すところでは、特に、径の急速な縮小、すなわちコンクリート運搬ラインの大きな角度βは、いずれ閉塞を招来する。角度βは、β＝５°〜２０°の範囲で選択することが好ましい。
【００１８】
流出には畢竟２つのタイプ、コアフロー及びマスフローがある。この２つのタイプの流出は、コーンアングルとも称される閉鎖角及び出口径に依る。例えば、鋭い角度のサイロにおけるコアフロー、すなわち中心のバルク材料の流出があり、他方壁面のバルク材料は一時的に静止状態のままとなる。コンクリートラインにおけるそのような特性は、いずれ閉塞を招来する。なぜならば、継続性の理由から、ピストンによる運搬には全断面に亘り均一な流出、すなわちコンクリートの場合は、断面に亘り均一な流速が要求されるからである。
【００１９】
浅い角度の場合には、マスフローが生じる。この流れは断面に亘り均一とされる。これは、コンクリートの流速を一定とする要求に対して、マスフローが混合装置の収束部分における望ましい流れの形であることを意味する。したがって、角度βは、マスフローが生じるように選択されることが好ましい。
【００２０】
更に、架橋現象により閉塞を生じる別のリスクもあり、それについては図１２を参照されたい。混合装置内に画定される錐体の幾何学的形状を架橋現象を除去するための基準によって生じさせることが可能とされる。前記基準の要求によれば、角度δは、δ＞γ＋φＷでなければならず、なぜならそのとき固体ブリッジは壁面沿いに摺動する、すなわち付着せず、その結果、既混合及びトラック混合コンクリートのような、塑性−粘性グラニュール浮遊混合物の場合でも閉塞は生じないからである。これは、本発明によれば、錐体の輪郭を画定する角度γを生じさせ、これについては図１２及び図１３を参照されたい。壁面摩擦角度φＷは、それぞれの場合に、壁面を流れる材料に依存する。また、図１３によれば、収束部分は凹凸半径によって画定されるのが有利とされる。同収束部分は、例えば、皿状頭部、バスケット状頭部もしくはいずれかの半球状頭部及びトランペット形コンフューザから溶接接合することが可能とされる。
【００２１】
ストレスのピークは、シリンダと錐体の間の遷移中に生じる可能性がある。本発明による、添加剤を既混合及びトラック混合コンクリートに連続計量供給するための、この混合装置の場合には、ストレスのピークは同装置の特別の、局部幾何学的形状設計によって防止される。
【００２２】
使用されるコンクリート歩留りにより、混合装置６の径Ｄは、Ｄ＝０．２ｍ〜０．７５ｍの範囲が有利とされ、長さｌは、ｌ＝０．８ｍ〜３ｍの範囲が有利とされる。
【００２３】
本混合装置は、それぞれの場合に、コンクリートラインと同列に配置されるのが有利とされ、したがって、本混合装置はコンクリートラインと同心に位置する。その結果、曲ったパイプ、山形の部分等はもはや必要なく、スペースの節減になる。本混合装置は、コンクリート搬送ラインに水平方向にも縦方向にもともに据付け可能とされる。
【００２４】
図４は、計量装置１２を備える混合装置６を示す。計量装置１２はここでは螺旋コイルとされ、これに複数の計量位置１３が配置され、該位置は注入位置といってもよい。計量位置１３は、混合物１０の流れの方向に配置されるのが有利とされ、それによって添加剤が流れの方向に計量供給され、計量位置は閉塞することがない。添加剤は１つ又は複数の計量位置１２、例えばここでは螺旋コイルを介して添加可能とされ、計量要素の形状及び計量位置１３の数は添加剤の局部的に均一かつ連続的な配分に関して設計及び寸法決めされる。これは、とりわけ、同時に、グラニュール浮遊混合物、例えばコンクリートの流れが障害を受けることが少なく、かつしたがって閉塞は生じないことを意味する。更に、既混合コンクリートの高固形物片、例えば、砂利によって達成される効果は、計量供給された添加剤の液体量がコンクリートの浮遊片内に入るにすぎないということである。砂利粒は不活性であり、砂利粒が局部計量すなわち注入位置直前に位置する場合でも、砂利粒は添加剤ジェットを偏向させるのみであり、かつ添加剤を更に配分する。これについては図９を参照。
【００２５】
ミキサー６を介して添加された添加剤のコース１４を計量位置１３を例にとって説明する。グラニュール浮遊混合物内に計量供給された後、添加剤はいわば添加剤の繊条として混合物を追尾する。それらの添加剤繊条は、位置１５の断面上にスポットとして図示してある。グラニュール浮遊混合物は、次いでコンフューザ１１を介して流れ、位置１６に、添加剤を再びスポットとして図示してある。添加剤繊条は、断面がシリンダ９の位置１５より狭くなっているためにきわめて密に位置していることが明らかに分かる。グラニュール浮遊混合物もしくは浮遊片内への添加剤の充分な混合がそれによって達成される。計量位置の数はｎ＝１００〜３００が有利とされ、計量位置は間隔ｌ＝１０〜７０ｍｍにあり、計量開口の径はｄ＝０．４〜１．５ｍｍとされる。
【００２６】
図５及び図６は、計量装置１２及び１７を有する混合装置６を示し、同計量装置はここでは第１螺旋コイル１２及び第２螺旋コイル１７を備える。前記螺旋コイルは、混合装置断面上の計量位置の投影において計量位置１３が均一に配分されるように、鳥の巣状に積重される。これに関しては図７参照。図８は、いかに頻繁に砂利粒が計量位置に到達し得るかを示す。砂利粒は不活性であり、砂利粒が局部計量すなわち注入位置直前に位置した場合でも、砂利粒は添加剤ジェットを偏向させるのみであり、かつ添加剤を更に配分する。これに関しては図９参照。
【００２７】
図６から、明らかに螺旋コイルは混合装置６の壁面から最小間隔ａにある。既に説明の通り、閉塞は、コンクリート搬送パイプラインに組み入れられた混合装置６の計量装置１２、１７で局部的に生じ得るのみならず、拡張性のディフューザ及びコンフューザ装置の収縮部においてもまた生じ得る。定性的な観点においては、混合装置のシリンダ部内及び計量装置周りにおけるコンクリートの運搬は断面に亘り均一とされる。混合装置に関しては、計量装置から混合装置６の壁面までの間隔を、まずは、どのポイントにおいても限界寸法ａ＞３×ｄＰａｒｔｉｃｌｅより下げず、好ましくはａ＝３〜９×ｄＰａｒｔｉｃｌｅ、特に好ましくはａ＝３〜７×ｄＰａｒｔｉｃｌｅ、とりわけａ＝５〜７×ｄＰａｒｔｉｃｌｅとすることが特段に有利とされる。しかし、計量装置、特にコイルの配置間隔が適切であれば、コイルを外部に置くこともまた考えられる。それは特に比較的に大きな領域に添加剤を供給しなければならない場合に有利とされる。
【００２８】
図１０は、計量装置１８を構成する更に別の可能性を示す。計量装置はここではパイプ１９を備え、これらのパイプは傾斜しかつそれぞれ混合装置内の他のパイプに対して捻れて配置される。この配置により、位置２１の投影から明らかなように、これによっても添加剤の断面に亘り均一な配分が可能とされる。
【００２９】
図１１は、計量装置２２を構成するまた別の可能性を示す。計量装置はここではパイプ２３を備え、これらのパイプもやはり傾斜し、それぞれ中央パイプ２４を基に配置される。中央パイプ２４は、実質的に混合装置６の長手方向軸線上に位置する。パイプ２３及びしたがって計量位置（具体的には図示せず）には中央パイプ２４によって添加剤が供給される。この配置によっても、同じく添加剤の断面に亘り均一な配分が可能とされる。
【００３０】
図１０及び図１１に示すパイプ１９及び２３は、適切な配置間隔によって前述の閉塞の問題を回避する利点がある。
【００３１】
液状添加剤は、計量装置を介してポンプ送りされ、計量装置の末端でラインから圧送ポンプに戻ることが利点とされる。したがって、１つの回路が構成されている。その結果、計量開口を介して、添加剤ラインの全長に亘り事実上均一な圧力損失が、かつしたがって、あらゆる吐出位置で添加剤の均一な計量が得られる。
【００３２】
計量ラインの内径１７．３ｍｍ、体積流量１ｍ３／ｈのとき、壁面摩擦及び出口による、計算された圧力損失は、出口速度により、約（△ｐ）＝０．０６  ｂａｒとされる。添加剤は、グラニュール浮遊混合物に比較して正圧を有するように供給される。それによって、注入が可能とされ、同時にノズルの閉塞が防止される。
【００３３】
もちろん、本発明は例示しかつ説明した実施形態に制限されない。活性化剤に代えて、塑性−粘性混合物に比較的少量を混合するいかなる所望の添加剤もしくは他の物質を使用することも可能とされよう。また、使用される塑性−粘性混合物もそれ自体所望のものとされる。このタイプの混合装置は、したがって、以上に説明の通り、添加剤をコンクリートに混合するのみならず、塑性−粘性特性を有する混合物に何かを混ぜなければならない場合にも使用することが可能とされる。応用分野は、したがって、建設産業、精油、鉱石から金属を抽出時の乾式製錬用添加、金属の合金化、練り粉商品の生産、ナッツをパンへ等、練り生地への添加品の導入、イチゴ等のヨーグルトへの導入、プラスチック加工、香油の各種食品への乳化、蜂蜜の調製、化学工業、製薬産業、染料産業、その他に亘る。特に、スリップキャスティングによるセラミックスの製造においては、スリップがセラミックス工場に運搬され、チキソトロピー剤も流し込み前にスリップに添加される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】建設におけるコンクリート使用を模式的に示す図である。
【図２】本発明による混合装置の外形の模式図である。
【図３】本発明による、別の混合装置の外形の模式図である。
【図４】計量装置を備える、図２による本発明の混合装置の模式図である。
【図５】別の計量装置を備える、図２による本発明の混合装置の模式図である。
【図６】更に別の計量装置を備える、図２による本発明の混合装置の模式図である。
【図７】計量装置の軸線沿いの模式的平面図である。
【図８】グラニュール浮遊混合物を有する混合装置の計量装置の軸線沿いの模式的平面図である。
【図９】計量作用の模式図である。
【図１０】別の計量装置を備える、本発明による混合装置の模式図である。
【図１１】更に別の計量装置を備える、本発明による混合装置の模式図である。
【図１２】コンフューザの幾何学的形状の模式図である。
【図１３】コンフューザの幾何学的形状の模式図である。
【図１４】ディフューザの幾何学的形状の模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    運搬車
２    容器
３    ポンプ
４    ライン
５    添加剤／活性化剤
６    混合装置
７    ライン
８    ディフューザ要素
９    シリンダ要素
１０    コンクリート、遅緩処理済み
１０’    コンクリート、活性化剤入り
１１    コンフューザ要素
１２    計量装置
１３    計量位置
１４    添加剤のコース
１５    断面投影、添加剤
１６    断面投影、添加剤
１７    計量装置
１８    計量装置
１９    パイプ
２０    使用位置
２１    断面投影、添加剤
２２    計量装置
２３    パイプ
２４    中央パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2009508725.tif 000019
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2009508725.tif 000021
2009508725.tif 000022
2009508725.tif 000023
2009508725.tif 000024
2009508725.tif 000025
2009508725.tif 000026
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