水泥添加剂和混凝土掺加剂的移动式制造方法与制造系统的制作方法

专利名称：水泥添加剂和混凝土掺加剂的移动式制造方法与制造系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于水泥、混凝土、灰浆、圬工的添加剂与掺和剂的领域，具体涉及到添加剂和掺和剂产品的移动式制造方法与系统，它们能使添加剂或掺和剂于目的地例如制造厂的新点或远距离的作业地甚至是在雇主的工厂或现场制造。
背景技术：
首先弄清词“水泥”与“混凝土”的含义，进而弄清词“水泥填加剂”和“混凝土掺和剂”的含义是会有帮助的。词“水泥”一般用来指波特兰水泥，它是水硬水泥，通过粉碎主要包括基本上是水硬性硅酸钙的熟料，通常还包括一或多种硫酸钙形式的磨碎时加入料而生产成。“水硬性水泥”是指通过与水的化学相互作用而增硬的水泥。“水泥砂浆”是水泥、细的粒料(如砂子)和水的混合物。但“混凝土”一词在此是用来指由水泥(起到水凝粘合剂的作用)、细粒料(如砂)、粗粒料(如砾石)以及加入来引发此水泥粘合剂硬化的水制备成的混合物。
“水泥添加剂”是用来方便水泥的制造或改进其质量的。水泥添加剂有几种用途，例如(1)助磨剂，用来提高矿物研磨过程(包括熟料)的效率和改进研磨材料的可流动性，或是去防止称作为“成堆凝固”或“成穴凝固”的现象；(2)质量改进剂，能改变水泥的凝固时间；(3)可加工性改进剂，能减少水泥对水的要求和/或改进其可加工性；(4)圬工/砂浆添加剂，改进用于圬工中时水泥的可加工性(以及夹带空气、提高水保持力或板件寿命、控制固化时间、提供抗水性或提高强度)；(5)泥浆稀释剂，能减少原料泥浆中的水份。
“混凝土掺和剂”是有别于水硬水泥、水和用作混凝土或砂浆中组份的粒料的，并且是在混合之前、之中或之后和硬化之前加到混凝土配料之中。这种掺和剂是用来改进混凝土的一或多种性质使其能更适用于特殊目的或更经济。
应用掺和剂的若干主要理由是(1)在最终的固化混凝土中实现某种结构改进；(2)在恶芬气象或不利的交通条件下，通过逐级的混合、运输、浇筑和固化来改进混凝土质量；(3)在浇筑混凝土过程中避免某些意外事故；(4)降低混凝土建筑的成本。在某些情形下，只能通过应用掺料才可取得所需结果。此外，应用掺料允许使用廉价的建筑方法或设计，由此能抵消掺和料的费用。
“混凝土掺和剂”一词用在这里或今后都将是指并且包括用于圬工混凝土的掺和料。圬工混凝土混合物是具有低水份的混合物。采用圬工掺和料的某些理由是(1)减少水通过完工的单元；(2)改进成品的外观；(3)降低产品成本；(4)降低破裂造成的损耗；(5)减轻对生产机械的磨损。
通常，水泥添加剂和混凝土掺和剂是以“成品”形式由具有多个隔舱含有其他成品的罐车发货，或者以桶、以“包装箱”(例如300加仑的塑料箱或是取其他的散装形式)。这里所用的“成品”一词是指由“原料”组份的混合物构成的添加剂或掺合料。掺和料原料例如可以包括木质磺酸盐、玉米糖浆、胺等，混合以水和/或另一种原料。
发明概述本发明提供了新颖的方法和系统来制造成品水泥添加剂和/或混凝土掺和剂，并且是在目的地，如用户的水泥制造设备或待混合混凝土设备，或者甚至在新的添加剂或掺和剂的制造点。“目的”地可以包括例如新的或远处的制造点的另一个国家，那里的制造厂家第一次开始制造工作。
本发明的移动式制造系统和方法涉及使用机架，最好例如是车架(如板或平台)，上面安装着至少两台泵，且最好(但是是可选择的)有混料机、阀和流量计，得以使这些部件能够方便地运到目的地。含有用来制造水泥添加剂和/或混凝土掺和剂产品的原料的各个槽，可以连同安装到机架上的部件发运，或是独立地发运，然后在目的地与泵连接。机架本身可以安装到车辆的车架上或起到车架的作用，这只需要将机架或车架装放到轮子上或货车车架上即可，或者采用货车架而将槽、泵设备和轮子安装于其上。
在典型的实施形式中，泵设备是设于轮子上的，本发明允许制造厂例如在远距离处的目的地或是在用户的工厂，按照用户的要求来混合水泥填加剂和/或混凝土掺和剂。制造厂可以根据用户的要求、质量控制数据和其他因素，在现场试验并且调节最终的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品。必要时，可在目的地应用质量控制装置来监控最终产品的物理特性如总的固态物、粘度、比重、PH和其他特性，同时能简化对产品的调节工作。
本发明易于使生产厂能方便地分配、混合、监控、评价和调节制造过程的重要意义在于，由此就可在目的地考虑局部的变数如水硬性水泥和石灰石的质量与类型、粒料、水或其他因素。例如，制造厂可不必花费时间将信息或样品带回到常设的制造厂然后又回到用户现场。制造厂由此可以对在现场对最终产品的原料、混合比或物理持性作出快速和重要的调节，以节省时间、资源和能量。
可以相信，本发明的新颖本领将对水泥与混凝土工业产生显著影响，通过制造厂响应不同用户的要求和地区(甚至是厂与厂和地点与地点)间的变化，用户就能使其产品与服务增值。
本发明的用于制造水泥添加剂或混凝土掺和剂产品的典型工艺包括在目的地提供具有至少两个泵的机架，用来将制造水泥添加剂和/或混凝土掺和剂的原料建立混合机；同时提供至少两槽相互不同的原料，由此可以在目的地分配最终产品。另一种典型的工艺涉及提供阀与测量仪表，用来控制和测量泵送到混合机的原料数量或流率。在其他的一些典型的实施形式中，可以在机架上安装一或多个质量控制装置，例如用来测量总固态物、粘度、PH、比重或其他物理性质的装置，得以监控或调节最终的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品或甚至其他任何原料。
另一些典型的系统和工艺包括采用中央处理机(CPU)例如膝上型的、手持式的装置或工艺逻辑控制器，它与机架上的阀和泵以及有选择地和一或多个质量控制装置进行电子连通，对最终的水泥添加剂产品、混凝土掺和剂产品或任何其他原料的物理特性进行控制和/或监视。这些都可以在目的地进行来对最终产品作调节或改进。
特别理想的是采用运物的车架(例如木、金属、塑料或纤维玻璃制的板件或是平台)，此车架上安装或固定至少两个泵，用于将原料从槽输送到最好也安装在此车架上的混合机中。车架所取尺寸能使它用于装载到卡车或托车上，装入货车厢内式装入用于各种运输形式如船或飞机的纸板盒或箱中。含有各种添加剂或掺和剂原料(或成品料)的槽可以分别发运或与车架一起发运，或也可以以其他方式一一地输运。
在其他的实施形式中，这种车架或机架还包括至少三套或更多的泵、阀和用来控制和监视泵送入混合机中原料的量和流率的计量仪表。可以用CPU或工艺逻辑控制器或其他已知的控制装置来控制和/或监控各个部件的作业。CPU可以安装在机架上或通过安装在机架上的接线盒或串联总线以其他方式与泵、阀和/或计量仪表连接。CPU可编程响应(流量)计量仪表的输出信号来控制泵与阀。CPU也可以根据用户的型材信息编程，使泵能把正确数量的原料送到混合机而提供所需的最终水泥添加剂或混凝土掺和剂产品。
本发明的创新方法与系统的其他优点与特点将进一步说明于下。
附图简述参考下述附图含有助于更好地理解下面详述的本发明的典型实施形式，附图中

图1是本发明的典型的移动式制造系统和方法的示意图；图2是本发明的另一典型的移动式制造系统和方法的示意图；典型实施形式的详述图1所示的本发明的典型方法和系统10包括于机架12例如货车架、托车架、车架(如板件或其他可动平台)或其他可动结构上设置的两或多个分开的运输槽(例如在14、16、18、20与22处所标明的)，这些槽盛有至少两种用来制造水泥添加剂和/或混凝土掺和剂的原料，它们最好以液体的可流动形式(与干粒料形式相反)提供。至少有两个槽中所含原料是不相同的。
水泥添加剂和混凝土掺和剂一般是通过将“原料”与水和/或另一种原料相结合而制成“成品”或“完工的”产品。这类原料是水泥和混凝土工业中周知的。在本发明中，典型的“原料”包括但不限于糖蜜、磺酸盐(例如密胺磺酸盐甲醛聚合物、萘磺酸盐甲醛聚合物)、氯化钙、氯化钠、胺和链烷醇胺、妥尔油脂肪酸、脂肪酸及其衍生物、脂肪族酯及其衍生物、葡萄糖酸钠、染料、甲酸、庶糖、糖、葡萄糖、硝酸钠、亚硝酸纳、亚硝酸钙、硝酸钙(例如用于制成溶液)、溴化钙、硫氰酸钠、玉米糖浆、肌氨酸钠、钙或钠的木素磺酸盐、木质素、醇类(例如二醇类与丙三醇)、酚、链烷醇胺类及其醋酸盐或甲酸盐、甲酸、醋酸、无水苛性钠、氢氧化钠、氢氧化钾、直链烷基磺酸钠、甲醛、二氧化硅、二甘氨酸盐，含氧化烯的聚合物、甲酸钙、甲酸、硅氧烷、表面活性剂、树脂和树脂酸、松香和松香酸、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮以及任何上述物质的混合物和衍生物。其他的原料将于以后描述。
运输槽14、16、18、20和22设计成能用于输送和供给至少两种不同的原料，而最好是二至六种或更多种的不同原料，它们能与水混合和/或相互在目的地来提供最终的水泥添加剂或混凝土掺和剂。
上述输送槽可以由金属、玻璃纤维或其他不会为槽内所盛特殊原料所损害的材料制成。这里所用到的词“槽”是指容器，可以是桶、箱、袋，或者甚至是可可塌缩(部分挠性)的结构。在本发明的实施形式中，其中采用车架式样的机架来安装泵、至少一台混合机以及其他部件、这些槽则可以独立地发送到目的地并由软管或管道与泵连接。例如，图2示明了采用管道将原料的桶或槽连接安装于车架12上的各个泵(24/26/28)。
原料组份，例如前述种种材料中之一，可以与水和/或另一种原料组份结合来提供最终的粘土添加剂或混凝土掺和剂产品。例如通过将木质磺酸盐玉米糖浆、胺和水(利用目的地的水源)相结合，可以制成“最终掺和剂产品”形式的减水掺和剂。另一种最终产品可能涉及到对各组份的浓度进行调节，或添加剂其他材料如表面活性剂和/或抗微生物剂。
可能会有这样的情形，其中可以将原料直接分配到用户所在地的保存槽内而不必通过加水来调节稀释，或不用与其他原料结合。(但是这并不意味着对本发明来说，直接添加的材料就不是原料)。
如图1所示，设有例如标明于24、26、28、30与32处所示的阀和/或泵装置，用来将原料送入混和机50内，经彻底混合后再作为最终产品分配到例如目的地如新建的或远距离处的制造厂的供给槽内，用来随后发送给用户或直接送到位于用户处用户的槽60内。混合机50可以取静态设计，例如具有内部隔板或构架的细长舱，用来促进通过泵(24，26等)送入的各种原料的混合；或可以取机动的剪切混合机型并可以有选择地由计算机控制(50)。
在本发明中的另一些典型的实施例中至少有一个质量控制装置如总固态物测量装置52、PH测量装置54、粘度测量装置56和/或比重测量装置58，用来判断、确定、测量和/或证实最终水泥添加剂或混凝土掺和剂产品或是用于制造这种产品的一或多种原料的物理性质。最终的添加剂或掺和剂产品就能够这样地在其分配到用户的保存槽60或进入另一个槽待发送给用户之前或之后进行检查。管道或软管59最好具有连接从混合机50引出的阀或泵(未图示)的实施安全开关，此管道59用来在目的地分配原料或最终产品。
水泥添加剂和混凝土掺和剂通常根据功能分类。简单地讨论添加剂和掺和剂的范围以及能用作这些范围的普通原料组份的材料是会有帮助的。(混凝土掺和剂的例子大部分提供于Valle等的美国专利5203629中，后者的内容已综合于此供参)。
助磨剂是用来提高任何矿物(包括熟料)的研磨过程过程效率的水泥添加剂，用以改进研磨材料的可流动性或阻制“成堆凝固”或是“成穴凝固”。所用的一些普通原料是胺、链烷醇胺以及它们的醋酸盐或酚盐、乙二醇和聚丙烯酸。
质量改进剂是这样的水泥添加剂，用来改变水泥或其他矿物的凝固时间，增加它们的初期或后期强度，允许由填料替换熟料或可通过减少比表面积(例如Blaine表面)来降低成本。一般的原料包括各种链烷醇胺和它们相应的盐、氯化钠或氯化钙以及某糖酶。
可加工性改进剂是用来减少水泥对水的要求或增强水泥可加工性的水泥添加剂。一般的原料包括木质素、萄糖酸钠、木质磺酸钠、萘磺酸盐以及具有氧化烯烃基的聚丙烯酸聚合物。
圬工和砂浆添加剂是用来改进圬土应用中的水泥可加工性的水泥添加剂。这类添加剂也用来夹带空气、增加水的保持力或板件寿命、控制固化时间、提供抗水性或增强初期和/或后期强度。一般的圬工/砂浆添加剂原料包括木树脂、脂肪酸、妥尔油的盐类以及聚乙烯丙酸酯、聚乙烯醇、羟基丙基置换的多糖等的聚合物，或是它们的混合物。
泥浆稀释剂是生产水泥的原料泥浆中用于减少含水量的水泥添加剂。一般的原料包括磺化木质素，木质素和萄糖酸纳。
加速剂是用来加速水泥或混凝土的固化或发展其初期强度的水泥添加剂或混凝土掺和剂(视用途而定)。一般能用来实现此种功能的一些原料有氯化钙、链烷醇胺(例如三乙醇胺)、硫氰酸钠、甲酸钙、硝酸钙、亚硝酸钙、硝酸钾、亚硝酸钾、硝酸钠与亚硝酸钠。
阻滞或延迟固化的添加剂或掺和剂是用来阻滞、延迟或减慢水泥或是混凝土的固化速率的。阻滞剂是用来抵消热气候对砂浆或混凝土的加速效应，或是用来在困难条件下砌筑时，或是当运至建筑现场发生问题或是当需要时间作特殊的精整处理时用来延迟砂浆、混凝土或是砂浆的初凝绝大多数阻滞剂还能起到减水剂的作用，并可用来在砂浆或混凝土内夹复某些空气。一般的原料包括木质磺酸盐、羟基羧酸、木质素、硼酸、葡萄糖酸、酒石酸和其他的有机酸以及它们相应的盐和某些糖类。商品名为DARATARD的一种阻滞剂可以购自W.R.Grace & co.-conn。
空气排卸剂是用来减少水泥或混凝土中空气含量的添加剂或掺和剂。磷酸三丁酯、酞酸二丁酯、辛醇、碳酸与硼酸的水不溶性酯与硅酮则是某些可用于实现这种效应的一般原料。
空气夹带添加剂或掺和剂则是用来有意识地于砂浆或混凝土中裹入显微气泡。裹入空气会显著地改进砂浆或混凝土暴露于朝气下历经冰冻与融化的耐用性。此外，裹入空气会显著地改进砂浆和混凝土对化学防冻剂造成的表面剥片。空气的裹入还增强了新制砂浆和混凝土的可加工性同时消除或减少了分离和泌水现象。实现这些所希望的效应的原料包括木树脂的盐类、松香皂树脂、某些合成洗涤剂、木质素磺酸盐、石油酸类的盐、蛋白质物质、脂肪酸与树脂酸及其盐类、烷基苯磺酸盐以及磺化烃类。
碱活动性减弱剂能减弱碱性团块的膨胀、一般的原料包括火山灰(飞灰、二氧化硅烟尘)、高炉炉渣、锂盐与钡盐，而以其他的空气夹带剂为特别有效。
粘合用掺和剂通常增加剂波特兰水泥混合物中以增大旧与新的砂浆和混凝土之间的粘合强度，包括有机材料如橡胶、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、丙烯酸、苯乙烯 丁二烯共聚物和其他共聚物。
减水添加剂和掺和剂则用来减少一定塌落度的砂浆和混凝土所要求的混合水量，减小水与水泥的比例，或是提高塌落度。通常，减水剂可减少砂浆与混凝土混合物中水份约5～15％。(参看上面所述的减水掺和剂)。
超增塑剂是高范围减水剂或是减水添加剂掺和剂。它们加到砂浆和混凝土中而形成高塌落度的流动组成，因而能减小水-水泥比。这些添加剂/掺和剂能显著减少水份或形成很大的可流动性，而不会在砂浆和混凝土中造成不适当的固化滞后或裹入气泡。在能够用作超塑剂普通原料中有磺化密胺、甲醛冷凝液、磺化萘甲醛凝凝剂、某些有机酸、木质磺酸盐以及它们的混合物。超塑剂可以包括聚丙烯酸聚合物而最好是其中具有氧化烯基的，可以在商品名ADVA下从W.R.Grace& co).-conn购到的。
着色剂在本性上可以是天然的或合成的，可以用来出于美观和安全理由用来对砂浆和混凝土着色。这类着色剂通常包括颜料，一般的原料包括碳黑、氧化铁、钛花青、棕土、氧化铬、氧化钛和钴蓝。
侵蚀抑制剂在混凝土中用来保护埋入的增加钢筋免受高碱性的侵蚀。混凝土的高碱性促使在钢上形成了钝态的和不侵蚀的保护性氧化膜。但是碳化或存在来自防冻剂或海水的氧离子则可渗透上述膜和造成侵蚀。侵蚀抑制掺和剂能从光学上阻止这种侵蚀反应。最普遍用来抑制侵蚀的原料为亚酸酸钙、亚硝酸钠、苯甲酸钠、某些磷酸盐和氟铝酸盐与氟硅酸盐。
抗潮掺和剂用来降低具有低水泥含量、高的水-水泥比或缺乏细粒料的混凝土的渗透率、这类掺和剂阻滞了湿气渗入干燥混凝土内。常用来制造这种掺和剂的原料包括某些皂类、硬酯酸盐和石油产物。
气体形成物或气体形成剂有时以很小的量加到混凝土和水泥浆中使它们在硬化之前有稍许膨胀。膨胀量取决于所用气体形成物的量以及新调制好的混合物的温度。原料包括铝粉、树脂皂、植物胶或动物胶、皂角甙或水解蛋白。
渗透率减小剂用来减小水在压力下透过混凝土的比率。原料包括石英微粉尘、飞灰、炉渣粉、天然火山灰减水剂与胶乳。火山石是硅质物质或硅与铝质的物质，它们本身几乎不具有粘接值。但在细分的形式和存在湿气的情形下，火山灰会与氢氧化钙在常温下起反应，形成具有粘接性，因而是用于制造渗透率减小剂的普通原料。
泵抽辅助剂添加剂混合的混凝土中会改进其渗透性。这种辅助剂使流体混凝土变稠，即增大其粘度，降低其在压力下从泵排出时的膏状体中的脱水性。在用于制造混凝土中泵吸辅助剂的一般原料中包括有机和合成的聚合物、羟乙基纤维素(HEC)或混合有分散剂的HEC、有机絮凝剂、石蜡的有机乳剂、煤、焦油、沥青、丙烯酸、膨淘土与煅制二氧化硅、天然火山灰、飞质与熟石灰。
在硬化的混凝土之上或之中细菌和霉菌的生长可以通过使用杀霉菌剂、灭菌剂和杀虫剂等掺和剂(它们在其他情况下可以统一称为“生物杀伤剂”掺和剂)得到部分地控制。用于制造这类掺和剂的最有效原料包括多卤苯酚、狄氏剂乳胶以及铜的化合物。
如上所述，“混凝土掺和剂”一词还包括“圬工掺和剂”，而对于“圬工掺和剂”的许多原料已指出于上。但还应在此指出另一些圬工掺和剂。圬工中采用了总体防水剂来减少通过由具有低水份的混凝土生产出的砌筑单元(例如砖、铺砌件、其他单元)。具体地说，整体防水剂是用来使从砌筑单元的外面到内部通过毛细作用透过的水量减至最小。典型的用法是把整体防水剂置于用来砌筑外墙的混凝土圬工单元中。整体防水剂用的一般原料包括硬脂酸钙、硬脂酸锌与油酸丁酯。
风化控制器是另一种圬工(低水份混凝土)掺和剂，用来减少砌筑单元(例如砖)的表面上发生风化。风化是当水气通过并于圬工单元上蒸发时可溶合不可溶盐的白色沉积物或皮层。这种控制剂的一般原料包括硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸丁酯与妥尔油脂肪酸。
还考虑到，能在本发明的制造方法和系统中应用所有的已知原料和最终的水泥添加剂和混凝土掺和剂产品，并最好是使用它们的液体形式。本发明的另一些典型系统与方法涉及到应用目的地(可以是用户远距离处的制造设备或是是用户的现场如水泥料研磨设备处或混凝土预混合设备处)提供的水或该处的水源，来调节原料或最终的产品。为此目的，在机架上设有阀/泵装置82和/或计量装置84以及必要时在机架上的储水槽86，用来将水88(最好是以有控制的、监测的速率/数量)供给于混合机50内，同一种或多种原料结合，和/或允许对槽中或混合机中的原料或最终成品进行调节或改性，使之能根据给定的技术要求如用户的型材要求(例如所欲的条件)，来提供所欲的总固态物、粘度、PH、比重、容积和/或其他物理特性。
用于在目的地制造最终水泥添加剂产品或混凝土掺和剂产品的典型方法(如图1所示)包括提供在必要时安装到或以其他方式置放于机架12上分开的运输槽(例如14、16与18)，使其中包含着至少两种(更好是至少四种)用于制造水泥添加剂或混凝土的原料；将此至少两种原料运送至目的地(例如装附到放在或安装在卡车、船或飞机等的机架12之上)；在目的地将这些原料混合到一起；将最终的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品分配入位于目的地的保存槽60或其他容器中。
在另一些典型方法中，将一或多种原料计量地送入混合机(例如静态混料器)50中，使原料混合到一起，按用户订货提供最终的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品。最好将安装于机架(卡车、车架或托车)上的CPU或其“膝上型”的计算机、手持式的计算机(例如可在NORAND商标下购到的)或是工艺过程逻辑控制器，用电子手段(例如用硬布线、遥控或其他已知装置)连接到阀和/或泵装置(例如24、26、28)和计量(例如流量计)装置(例如34、36、38等)之上，得以监控或跟踪从运输槽(14～22)所分配原料不同的数量和/或流率。例如用户的技术要求或预订单可以存储于计算机存储器(如图标号72处)，并由可以发送适当信号给泵(24～32)与计量装置(34～42)的CPU70存取，得以让合适数量的原料引入混合机50和/或直接送入用户的保存槽60或其他容器中。CPU还可连接泵或计量装置用来控制目的地88提供的或来源于该处的水量，使之进入混合机50或在必要时进入各个运输槽14等的任一个之中。
在本发明的最佳方法和系统中，用户的型材要求信息可以转换为条形码62，能够贴附于保存槽60之上。这样，运载工具12的操作员可把此条形码62扫描到CPU70内，后者存取相应的用户技术规格要求和/或结算信息(存储于存储器72中)，然后发送相应的信号给合适的阀/泵24～32和/或计量装置34～42。要是输送槽不含有正确的原料或足够量的所需原料，CPU70就能触发声频和/或视频警报给此操作者，需要在进行分配这种最终制品之前进行调整或以其他方式确认这种状况。
CPU70最好连接质量控制装置，从总固态物测量装置52、PH测量装置54、粘度测量装置56和/或比重测量装置58获得指示，而在监控器上提供视频指示。CPU70可以编程当质量控制装置提供了信号表明用户的型材要求72中有一个或多个物理特性未能满足时，即发出警告信号；同时此CPU可编程发送信号给合适的阀/泵(例如24～32)或计量装置(34～42)，去截止或增加特定原料14～22的流量和校正位置。质量控制单元52/54/56/58最好位于机架12上，并在必要上可由其上撤下，使它们同样能用于测试用户保存槽60中的内容。
在本发明的另一些典型的系统和方法中，运输槽(例如14、16等)具有体积传感装置。能指明运输槽中的原料或可以给CPU70提供与槽内原料体积相应的信号。这样，CPU70例如可以通过打印输出或监控器显示(未图示)给操作者或驱动器提供有关原料在各个槽(例如14、16等)中的水平(保有量)的指示。
在本发明的又一些典型的方法和系统中，制造者或操作者例如可以在给定的产品制造工作或供货任务之前或之后，确定为了满足下一项制造工作或用户的型材要求时此系统或车载槽是否具有特定的原料。例如，在第一次供货到用户点后，操作者可以弄清现下车架上的库存是否足以满足同一地点的下一次供货或另一地点另一用户的型材要求。这类信息可以存储于车架12上的存储器之中，甚至也可从另一地点的中央调度站通过传输获得这类信息。或者，CPU70能给运载工具提供现下车载原料库存的读数，有能使操作者确定是否能由现下的库存来满足那些个下一用户的订货要求，由此而能使操作者去选择可满足其订货要求的下一个用户地点。
满足用户订货的过程例如可以如下进行应用CPU(例如膝上型的)去计算批料的量值和确认车载原料量，然后给出指示说明需用的水量。操作者然后可以灌装车载的水保存槽，或以其他方式例如通过槽86中的传感装置确认此处有足够的水。在打开阀门和连接上适当软管后，操作者便应用CPU启动制造过程。可以给CPU提供一组指令，它们或是直接输入或是来自用户的型材要求数据存储器72(它们可以通过扫描条形码62起始)，由此引发和监控多项作业；例如阀的开/关和/或泵的启动/速度；原料的流率；进入到保存槽60的原料总流率或最终的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品；同时也起动和监控任何或所有的质量控制功能(例如52、54、56、58)。
在本发明的又另一典型的系统与方法中，CPU70用逻辑编程，允许从任何输送槽14/16/18/20/22进行改变原料添加(或减小其添加率)以满足目标规格要求。CPU70也可编程序来关闭阀、关停泵或和/或在所需条件(例如质量控制特性如总固态物、PH、粘度、比重等)未被满足时给出视频和/或声频警报。可以在膝上型或手持式控制装置(例如70)附近或在分配软管59终端安装安全断路开关，以在出现紧急情形或警报关闭系统10。
在完成供货后，操作者可以用系统10确认运输槽(14、16等)中所保有的原料。这可以用CPU和常规的监控器或打印装置(未图示)显示。在从优选择的系统和方法中可以提供核算软件74，追踪为满足订货所需的于运输槽(例如14、16等)中所含各种原料或混合物的品名和数量，而操作者则可在供货时提供包括上述信息的发货单或计量票。这种计量票据可以由用户签字作为供货记录。
本发明的又一典型的系统10与方法包括采用蜂窝式通信系统，允许与其他这类系统10或甚至与销售点共享有关当前原料库存、用户型材要求、供货路线、计量票据等信息、供货的确认以及其他信息，使得对国家或地区的信息(例如有关用户订货、型材要求、用途以及有可能存在的问题等)，能够加以存储、监控、集合和/或分析。这种系统可让操作者确定，利用余剩的车载库存可以生产何种配方的产品，并且能确定能否进行下一次供货。操作者然后可以驱车到下一个用户点并重复这一过程。
如图2所示，本发明的另一典型系统10不仅可以而且能灵活地用于在目的地制造水泥添加剂和混凝土掺和剂产品。这种典型的移动式混凝土掺和剂制造设备10或系统包括至少两个而最好是三或更多个槽(14、16、18)，各槽所盛原料互不相同；机架例如车架12(例如木质、金属或塑料板、平台或其他支架形式)，用来以整体装置形式安装和输送至少两台泵(例如24、26)，每台泵都能有效地将原料处槽中送到混合机50内此混合机也可有选择地安装到车架12之上。可将大量的槽独立地输送或发送到目的地。采用软管或管道一类导管将原料槽(例如14、16、18)连接到安装于车架上的泵(24、26、28)上，然后再连接必要时的阀(34、36、38)与流量计(104、106、108)以及混合机50(它最好也安装于此机架上)。于是，这套整体装置包括车架12和各种泵、混合机和其他部件式设备(阀、流量计)，不论其互连管道和导线(未示图2中示明)，可以紧凑化而便于应用。
机架10也可以有车载的电源或换能器110，后者最好与泵24、26、28或其他设备(阀、流量计、CPU、监控器，等等)连接，使得系统10可以用于电力不充分无电力可资利用的遥远地区。在另一些实施例中，此动力源110可以是燃气发动机或柴油发动机，用来驱动AC发电机给电气/电子部件供电。这种发动机也可以钩连液压或气动系统用来运转泵或阀。在安装到卡车上的系统(图1)中，卡车的发动机本身便可用来驱动发电机或是液压或气动系统用来运转泵和阀。于是可提供种种方法用来发电和控制各种部件。
车架12(如图2所示)可以用来安装至少两台而最好是多台泵(24、26、28)、一或多个混合机(50)或混料机，以及其他设备如用来控制泵抽入混合机50的原料量或流率的阀(34、36、38)、用来计量或监控被泵送的原料的流率，以及必要时的接线盒100用于将泵、阀和/或流量计电连到计算机处理装置(CPU)70，后者最好也安装在或固定于车架12上或以其他方式电气或电子地连到目的地所述系统的其余部分上。(在此，词“电气地”与“电子地”是作为同意语使用，但“电子地”一词则意味着能用于遥控)。按上述方式所得的车架安装的系统可以制造成使其尺寸小到足以与用来发送原料的发货箱或桶同类型或同尺寸的槽一起输送。车架12本身可以以其方式置放于铁路货车、拖车、船、飞机或平床面的卡车或拖车上或是其他输送装置上，发送到目的地(例如远距离的边远制造地区)。
CPU70可以安装到车架12上或由接线盒100或安装于车架上的串连电终端(总线)方便地连接到现场。
车架12最好包括至少一台泵，用来将目的地或用户地所供给的水(示明于图1而未示明于图2中)泵送到混合机50之中。例如，要是槽18未被连接上时，则可由软管或管道将泵28连接到水龙头，同时采用供选择的阀38和流量计108来控制混合机50的水的比例。如果需要，车架12必要时还可以具有滤水装置和/或水处理装置(例如用来调节水的软硬度)。
应用机架或车架12来安装泵、阀、流量计和混合机的方便之处在于，当把各个部件发送或运输到目的地时不需进行大量的组装工作。这种系统可以对制造和混合过程在很大程度上进行控制，因为各个部件在它们送到目的地之前可加以选择、调节和校正使之成为一个系统有效地在一起工作。这些个部件可以标准化成使它们较易更换或以其他方式修复，因为所有的零部件都可从一个销售点或货源购到。在另一些典型的实施例中，所述的泵、混合机和供选择用的阀和流量计以及其他设备(例如一般标明于53处的质量检测装置、电源50)可以电连到CPU70上，CPU可以编程来控制所述系统或接线盒100，此接线盒可连接CPU用于操作和/或监控各个系统部件。
上述各部件最好选择、安装和布置成使系统实现最大的精度和/或效率。要是泵24是强制性非变容泵(即活塞式泵)，此时的阀34和流量计104并非绝对必须的，这是由于活塞泵比其他的泵更精密，当然，应用流量计是有可能适当地作为一种来确认泵吸的原料量并给CPU提供用户记帐用信息的装置的。通过使用活塞泵，由于可以根据活塞的行程数和每次活塞行程排送的体积来计算泵送的原料的精确体积，故可以达到良好的精确度。此外，当活塞停动，原料便停止流动，因而阀不是必须的，同时活塞泵没有齿轮磨损问题。如果泵24是强制性变容泵(例如齿轮泵)，则它最好是采用开/关型阀34来确保当泵停动时，停止原料的流动；而在此，流量计104显然是不必要的但是是可取的，这还是因为它能提供由泵24所输送到混合机50中的原料流率或数量。要是泵24是离心式泵(例如恒速泵)，则应采用控制型的阀34(例如可调阀)用来控制为泵24输送到混合机50中的原料量；为此，最好是采用流量计104来监控泵送到混合机50中的原料的数量或流率。
在发馈系统中，流量计(例如标明于104处的)会正比于所泵吸的原料量给CPU70发送一电输出信号，同时由CPU将此输送与操作者所需流率(输入到计算机存储器中)进行比较，然后CPU70发送相应的电输出信号给泵24或控制阀34，由此来增加或减少从而调节实际泵送入混合机50中的原料的数量或流率。
本发明人确信，所提出的这种典型的移动式添加剂和/或掺和剂制造系统会给混凝土和建筑工业带来巨大的可靠效率，并有可能使其推广到世界范围。例如，各种原料的槽和车架安装设备可以由卡车、铁路货车、直升机、船或其他输送装置运送到遥远处的、荒凉的或不发达的地区或国家。由于混合到设备中的石灰石质量或现场所用水泥的质量导致的变化，以及现场的细粒料(砂)和粗粒料(例如砾石)的质量和性质还有水性质(例如硬或软)所导致的变化，给制造者带来的烦恼问题是比较小的，这是困为计算机可在编程时把这种因素考虑在内。
在本发明的最佳的掺和剂的制造设备与方法中，CPU70与一第一存储器成电气的(或电子的)通连，此存储器存储有配方参数，能使CPU控制泵输送的原料流率或数量。此CPU还最好与一第二存储器电连，其中存储有用户型材参数(例如所需特殊原料的品质、混合到一起来形成所需产品的各组份的相对数量，等等)，以使CPU能依据工作任务或用户订货单的技术要求来控制由泵所输送的原料的流率与数量。
为了能从此同一系统10制备出不同的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品，能够使某个原料槽与系统10脱开而连接上盛有不同原料的另一个槽，而在完成了这一操作后，最好要清洗泵/阀/流量计通道以防交叉污染。这可以采用加压空气和/或水来冲洗具体通路中(必要时整个系统中)的软管或管道。为此，最好在车架或卡车上或是其附近设置一或多个压缩空气槽。应用独立的专用气源能够在进行清洗作业时不干扰阀、泵或其他可以用卡车或车架上的空压扣气动操作的其他部件。换言之，用于清洗作业的气源与用于制作作业的气源最好相互隔绝。用于给混合机50提供水的车载泵也可用于对用来进行清洗或冲洗的水进行加压。
虽然内行的人根据这里所公开的内容当可了解到本发明的各种变更型式，但本发明是不限于上述这些例子的。
权利要求
1.用于制造水泥添加剂或混凝土掺和剂的移动式设备，此设备包括至少两个槽，每个槽盛有用于制造水泥添加剂或混凝土掺和剂的原料；机架，用来作为整体单元安装和输送至少两台泵，每台泵都能有效地将原料从所述槽输送到混合机内，以及用来接收从上述槽输送来的原料并将此原料混合到一起的混合机，以提供水泥添加剂或混凝土掺和剂产品。
2.权利要求1所述的设备，其中所述机架包括车架。
3.权利要求1所述的设备，还包括选自管道或软管的导管，由此使所述至少两台泵与盛有所述原料的至少两个槽连通。
4.权利要求1所述的设备，其中所述水泥添加剂选自助磨剂、质量改进剂、可加工性改进剂、圬工/砂浆添加剂、泥浆稀释剂或它们的混合物；所述混凝土掺和剂选自加速剂、阻滞剂、空气排卸剂、空气夹带剂、碱活性减弱剂、粘合用掺和剂、减水掺和剂、超增塑料、着色剂、侵蚀抑制剂、抗潮掺和剂、气体形成剂、渗透率减小剂、泵抽辅助剂、杀霉菌掺和剂、灭菌掺和剂、杀虫掺和剂或它们的混合物。
5.权利要求1所述的设备，其中所述的至少两个槽各个之中所包含的原料包括糖蜜、磺酸盐、密胺磺酸盐甲醛聚合物、萘磺酸盐甲醛聚合物、氯化钙、氯化钠、胺、链烷醇胺及其相应的盐、妥尔油、妥尔油脂肪酸、脂肪酸及其衍生物、硬脂酸钙、硬脂酸锌、油酸丁酯、脂肪族酯及其衍生物、葡糖酸钠、染料、甲酸、蔗糖、糖、葡萄糖、亚硝酸钠、硝酸钠、亚硝酸钙、硝酸钙、溴化钙、硫氰酸钠、玉米糖浆、肌氨酸钠、钙或钠的木素磺酸盐、木质素、醇类、二醇类、丙三醇、酚、乙酸、无水苛性钠、氢氧化钠、氢氧化钾、直链烷基磺酸钠、甲醛、二氧化硅、二甘氨酸盐、含氧化烯的聚合物、甲酸钙、甲酸、硅氧烷、表面活性剂、树脂和树脂酸、松香和松香酸、聚丙烯酸、具有氧化烯的聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、多糖、羧酸、硼砂、有机酸及其相应的盐、碳水化合物、磷酸盐、邻苯二甲酸盐、硅酸和硼酸的水不溶性酯、聚硅氧烷、合成洗涤剂、磺化木质素的盐、石油酸类的盐、蛋白质物质、脂肪酸与树脂酸以及它们的盐、烷基苯磺酸盐、磺化烃类的盐、火山灰、飞灰、二氧化硅烟类、高炉炉渣、锂盐与钡盐、橡胶、聚氯乙烯、丙烯酸类、苯乙烯-丁二烯共聚物、碳黑、氧化铁、钛菁酸盐、棕土、氧化铬、氧化钛、钴蓝、苯甲酸钠、氟铝酸盐、氟硅酸盐、植物胶、动物胶、皂角苷、羟乙基纤维素、有机絮凝剂、石蜡乳液、煤焦油、膨润土、二氧化硅、杀真菌剂、杀菌剂、杀虫剂以及上述任何物质的混合物和衍生物。
6.权利要求1所述的设备，还包括与所述至少两个泵电气或电子连接的计算机处理器。
7.权利要求6所述设备，还包括用来将上述计算机处理器与所述泵连接的接线盒。
8.权利要求1所述设备，还包括计算机处理器(CPU)，它与第一存储器电气或电子连接，此存储器存储有配方参数能使所述CPU控制由所述至少两台泵泵送的原料的流率或流量。
9.权利要求7所述设备，其中所述CPU与第二存储器电气或电子连接，此第二存储器中存储有用户型材参数，能使所述CPU根据用户规定的水泥添加剂或混凝土掺和剂所用各具体原料的相对量，来控制此至少两台泵所泵送的原料的流率或流量。
10.权利要求1所述的设备，还包括至少两个阀，用来控制由所述的至少两台泵从所述至少两个机架安装的槽将原料输送到该混合机的输送过程。
11.权利要求1所述的设备，还包括用来计量由所述泵输送到该混合机中原料的数量或流率的计量仪表。
12.权利要求1所述的设备，还包括至少两个阀，用来控制由所述至少两个阀将原料从所述至少两个机架安装的槽到所述混合机的输送，而此混合机是安装在此机架上的；以及至少两个计量仪表，用来对由所述泵输送入该混合机中的原料量或流率进行计量。
13.权利要求12所述设备，还包括与所述至少两台泵，所述至少两个阀和所述至少两个计量仪表电气或电子连接的计算机处理器，由此监控和调节由所述泵输送到该混合机内的原料的流率或数量。
14.权利要求1所述设备，其中所述机架支承于或安装到轮子上，用来将此机架输送到目的地而于此给所述混合机供水。
15.权利要求1所述设备，还包括至少两个阀，用来控制由所述至少两台泵所泵送的原料流量或流率；至少两个流量计，用来计量所泵送的原料数量或流率；计算机处理器，用来响应所述流量计输出的特定信号来调节此泵与阀；以及至少一台用来在目的地供水的泵。
16.权利要求15所述的设备，还包括至少三台泵、至少三个阀和至少三个用来对泵入该混合机中的原料数量或流率进行计量的计量仪表。
17.权利要求16所述的设备，还包括至少一个用以测量至少一个物理性质的质量控制装置，用来有效地测量水泥添加剂或混凝土掺和剂或原料的至总固态物、PH、粘度或比重等。
18.制造水泥添加剂或混凝土掺和剂的方法，此方法包括下述步骤提供至少两个槽，每个槽包含用来制造水泥添加剂或混凝土掺和剂的原料；提供一机架，用来作为整体单元安装和输送至少两台泵；提供一混合机，用来接收从所述至少两个槽泵送来的至少两种原料并把它们混合而形成水泥添加剂或混凝土掺合剂；
19.权利要求18所述的方法，其中还包括将所述槽安装到包括车架的机架之上。
20.权利要求18所述的方法，还包括在所述槽中提供用于制造水泥添加剂或混凝土掺和剂的至少两种原料；此水泥添加剂选自助磨剂、质量改进剂、可加工性改进剂、圬工/砂浆添加剂、泥浆稀释剂；而所述混凝土掺和剂选自加速剂、阻滞剂、空气排卸剂、空气夹带剂、碱活性减弱剂、粘合掺和剂、减水掺和剂、超增塑剂、着色剂、侵蚀抑制剂、抗潮掺和剂、气体形成剂、渗透率减小剂、泵抽辅助剂、杀霉菌掺和剂、灭菌掺和剂、杀虫掺和剂或是它们的混合物。
21.权利要求18所述的方法，还包括提供至少两个阀，用来控制泵送到所述混合机内的原料数量或流率；至少两个计量仪表，用来计量泵入该混合机内的原料数量或流率；并提供一计算机处理器，用来响应来自上述仪表的信号而控制所述的泵与阀。
22.权利要求21所述的方法，还包括提供第一存储器，在此存储器中存储有配方参数，可使此计算机处理器控制由所述至少两台泵所输送的原料的流率与数量；同时提供第二存储器，在此第二存储器中存储有用户型材参数，可使所述计算机处理器能依据用户要求来控制由所述泵入到该混合机中原料的数量与流率。
23.权利要求18所述的方法，还包括将所述至少两个含有原料的槽安装到所述机架上；并将此机架于轮子上进行输送。
24.于目的地制造完成的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品的方法，此方法包括于安装在车架上的多个分开的槽内，提供用于制造水泥添加剂或混凝土掺和剂的不同原料；提供安装在车架上的至少一台混合机，用来将至少两种所述不同的原料混合到一起；提供计量仪表，用来计量从某些所述分开的槽提供给所述至少一台混合机的原料的数量或流率；混合上述原料，以提供拟于目的地分配的完成的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品；提供至少一种质量控制装置来测量水泥添加剂或混凝土掺和剂的至少一种物理性质；和将所述水泥添加剂或混凝土掺和剂产品分配到目的地的槽中。
25.权利要求24所述的方法，其中所述目的地是用户现场。
26.权利要求24所述的方法，还包括提供质量控制装置用来测量水泥添加剂或混凝土掺和剂产品的至少一项物理性质。
27.移动式水泥添加剂或混凝土掺和剂制造系统，此系统包括安装在机架上的多个分开的输送槽，它们包含有用于制造水泥添加剂或混凝土掺和剂的至少两种不同原料，此系统还包括用来将所述至少两种原料混合到一起的混合机、用来将原料从所述槽送到该混合机中的泵、以及用来计量供入所述混合机内所述原料的计量仪表，和测量原料或完工的水泥添加剂或混凝土掺和剂产品的物理质量的至少一种质量控制装置。
28.权利要求27所述的系统，还包括与所述泵、计量仪表和至少一种质量控制装置相连的中央处理器。
29.权利要求27所述的系统，还包括用来计量需要引入到所述混合机中的水量或水的流率的计量仪表。
30.权利要求27所述的系统，还包括至少一种质量控制装置，用来测量总固态物、粘度、比重、PH或它们的组合。
31.权利要求12所述的设备，还包括加压的空气源用来操作选自阀与泵中的至少一个部件。
32.权利要求31所述的设备，还包括用于清洗此设备的第二加压空气源。
33.权利要求21所述的方法，还包括对安装在所述机架上的阀或泵中的至少一个进行清洗。
全文摘要
用于制造水泥添加剂和/或混凝土掺和剂产品的移动式系统与方法,此系统包括槽(14、16、18、20、22),每个槽所含原料不同。泵(24、26、28、30、32)用来将原料输送到混合机(50),生产于目的地分配的水泥添加剂或混凝土掺和剂。机架(12)可以装设于轮上而如同卡车或拖车车架,所述的槽也可以设定于这种车架上。理想的车架安装的系统(10)包括泵(24)、阀(34)、计量仪表(104)以及计算机处理器(70),后者可以控制相应设备并可在目的地进行调节。原料槽可以与机架安装设备一起或分别地运送到目的地,而完成的这种产品可以在现场通过计算机控制作业,响应输入参数如石灰石、水泥、粒料与水的质量,同时还响应所需产品的混合状态与性能特征等,进行混合与调节。
文档编号B28C7/04GK1276752SQ98810246
公开日2000年12月13日 申请日期1998年8月21日 优先权日1997年8月25日
发明者M·克雷恩赫德, T·舍尔, P·维斯特加特, T·温克尔, J·加多 申请人:格雷斯公司