CN103566784A - 泡沫生产系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产适于与混凝土混料相结合的泡沫的泡沫生产系统，包括：空气致动器，其用于将加压空气提供到曝气组件；和水致动器，其设置成提供加压水。将起泡剂加入到混合室中的水中。将水和起泡剂的混合物从混合室泵出到曝气组件，其被设置成将加压空气混合到水和起泡剂的混合物中以产生泡沫输出，该输出适于与混凝土混料相结合以产生泡沫混凝土。

Description

泡沫生产系统及方法
技术领域
本发明总体涉及一种用于生产适于添加到混凝土混料中的泡沫的系统。
本发明总体涉及一种泡沫生产装置和方法，并特别的是关于这样一种装置，其可用于将气泡带入混凝土中以生产不同类型的轻质混凝土结构，如具有高气隙密度的混凝土墙板。
背景技术
很久以来就已知，可在铺设混凝土前的某时间点将气泡带入混凝土混料，从而混凝土变硬以在整个结构留下气隙，由此来制造较轻质的混凝土结构。这种类型的轻质混凝土在本领域中通常被认为是多孔混凝土。多孔或泡沫混凝土可通过预先形成泡沫、然后将泡沫添加到混合设备中的水泥、骨料和水的泥浆中而制备。另一种已知的技术是，往泥浆中添加气体形成剂，当气泡形成时，引起混合以膨胀。多孔混凝土的减少的密度以及由此减少的重量使运输和加工成本减少，也减少了施加于由此混凝土构造而成的结构的静负荷。其相比传统的混凝土也具有更好的绝热性、抗冻融性、减少的水渗透性和更好的吸音性。
本发明结合一种于1999年5月4日授予Gray和Masters的US5900191中描述的曝气装置相同的曝气装置，其被引入本发明作为参考。
发明内容
根据本发明的泡沫生产系统是用于生产适于与混凝土混料相结合的泡沫，该系统包括：空气致动器，用于提供加压空气；空气压力调节器，设置成用于从空气致动器接收加压空气并提供具有选定的空气压力的空气输出；曝气组件，设置成与空气压力调节器流体连通以从其接收加压空气；和水致动器，设置成用于提供加压水。泡沫生产系统还包括：混合室，设置成与水致动器流体连通以从其接收水；起泡剂罐，设置成与混合室流体连通以提供在混合室中与水混合的起泡剂；泵，设置成用于将水和起泡剂的混合物泵送出混合室；和水压调节器，设置成用于接收从泵输出的水和起泡剂的混合物并以选定的液体压力将该混合物提供给曝气组件。曝气组件被设置成将加压空气混入水和起泡剂的混合物中，以产生适于与混凝土混料相结合以生产泡沫混凝土的泡沫输出。
根据本发明的泡沫生产系统优选还包括：输入气压计，设置成用于测量输入到空气致动器中的空气的压力；输出气压计，设置成用于测量从空气压力调节器输出的空气的压力；输入水压计，设置成用于测量输入到混合室中的水的压力；和输出水压计，设置成用于测量从水压调节器输出的水和起泡剂混合物的压力。
本发明的一个具体实施方式是适于附连到水泥混合／输送车的类型，以在输送之前、期间和／或之后分配泡沫。
附图说明
图1是根据本发明的泡沫生产系统的第一具体实施方式的功能模块图；
图2是可包含在根据本发明的泡沫生产系统中的曝气组件的仰视图；
图3是示出了图2的曝气组件的输入端口和输出端口的立体图；
图4是可包含在图2和3的曝气组件中的雾化器的立体图；
图5是示出了可包含在图2和3的曝气组件中的雾化器的横截面图；
图6是图5中示出的雾化器的侧视图；
图7是图6中雾化器的端视图；
图8是曝气组件的横截面图，示出了其中的雾化器和输入到曝气组件的空气和液体；
图9是示出了液体流入雾化器的横截面图；
图10是示出了可被包含在曝气组件内的混合室的一部分的横截面图；
图11是示出了可被置于图10混合室内的搅拌器的侧视图；
图12是根据本发明的泡沫生产系统的第二具体实施方式的功能模块图；
图13是示出了可被包含在图12显示的本发明具体实施方式内的双曝气组件的立体图。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的泡沫生产系统20包括：空气入口22，其将空气输入到第一电子致动器24；和水入口38，其将水输入到第二电子致动器40。电子致动器24向包含在控制箱26中的空气调节器28提供空气。空气调节器向曝气组件50提供加压空气。控制箱26中的第一空气压力计34测量被输入到第一电子致动器24中的空气的压力，而控制箱中的第二空气压力计36测量从空气调节器28输出到曝气组件50中的空气的压力。
第二电子致动器40向压力阀42提供水，该压力阀24则将加压水输入到混合室46中。控制箱中的第一水压计34测量由压力阀42提供给混合室46的水的压力。罐44包含提供到混合室46以与水混合的空气夹带混合物。增压泵48将水-空气夹带混合物泵送到压力调节器52。控制箱26中的增压水压计32被连接到压力调节器52用于监测其内的压力。水-空气夹带混合物从压力调节器52输出到曝气组件50，以与来自空气调节器28的加压空气混合，以形成泡沫，该泡沫随后从曝气组件50输出。
图2的仰视图和图3的立体图示出了曝气组件50的一个具体实施方式，其由三根直管52-54组成。管道52和54与管道53平行，而管道53在管道52和54的端部56和58处通过两个90°管弯头60和62连接在管道52和54之间。管件64连接在管道52的一端66。空气入口68连接到管件68，并被设置成用于接收来自图1模块图中的空气压力调节器28的加压空气。管件66也包括液体入口70，其被设置成用于接收来自图1的水压调节器52的水和起泡剂的混合物。曝气组件50在水和起泡剂的混合物中形成气泡，从而形成泡沫液体状复合材料，该复合材料从形成在出口管件72上的出口71排出曝气组件50。该泡沫液体适于与混凝土或其它要被起泡的材料混合。
图4-8阐明了可被包含在曝气组件50内的雾化器80。雾化器80形成为伸长的管道或管子81，该管道内具有多个端口82。如图5和8中最清楚地所示，端口82优选为文丘里通道。然而，在其它具体实施方式中也可使用侧边直线形的孔或其它结构。所显示的端口的数量仅为雾化器80一个具体实施方式的例子，其实际上可包括比图4-8显示的数量更多或更少数量的端口。
参照图5和7，雾化器80是中空的，具有内壁84和外壁86。参照图8，当曝气组件50被装配好时，雾化器80被置于管道52内部，并在两端90和92固定，由此，在管道52的内壁88和雾化器80的外壁86之间存在一个空隙94。套管87可在端部90附近被安装雾化器上。由此，端部90被固定在管件64内。套管89可被安装在管部52内部，由此，临近雾化器端92的O形环83和85紧紧地配合于套管89的内壁。
水和起泡剂的混合物通过输入端口70流入空间94。空气通过空气输入端口68输入雾化器80。套管87和89以及O形环83和85相协作以密封空隙94，由此，水和起泡剂的液体混合物不能流过雾化器80的外壁86。空隙94内的水和起泡剂的混合物的压力大于通过空气入口68输入到雾化器80的空气压力，由此，水和起泡剂的混合物被推入雾化器80内的内室95。套管89将空隙90的端部密封，由此，水和起泡剂的混合物不能经空隙90流入管道53。
空气可在压力100psi±10psi的范围内供给到空气入口68，而水／起泡剂混合物可被加压到175psi±25psi的压力。通过改变水、混合管的喷射孔的几何结构或数量或混合室的几何结构或介质，压力和压力关系会有很大变化。几何结构、孔尺寸和压力关系必须是这样的，即，泡沫溶液被雾化成微小的小滴，以确保泡沫中形成非常精细的气泡。由于压差，含水起泡剂将被向内推过端口82，并由于通过端口82而被雾化成小滴或精细的喷雾。图9中的箭头显示了进入雾化器80内室95的空气和起泡剂的混合物的流动。雾化小滴由加压空气沿管子81推进并通过端板97(图8)上的多个开口96而进入管道53和54内部的搅拌室100。
搅拌室100填充有合适的搅拌介质，其可包括很多以三种或更多种不同尺寸形成的圈状件或管状元件102。搅拌室100在其外端被密封盘或挡板110封闭，该密封盘或挡板具有很多贯穿其的小通道112，如图10所示。
图10和11举例说明了圈状件102的一个优选具体实施方式。如图11中最好的阐明，每个圈状件102具有具有边缘锋利的管状部分104，在该管状部分104的一端具有环形缘部104，且该管状部分104具有通孔或通道108。圈状件102可由黄铜或其它材料形成，且如果需要的话，可将多个不同尺寸的圈状件用于填充室100。
在搅拌室100中，小液滴被推过多个朝向随机的圈状件102内的管状开口108，伴随着方向的剧烈变化、压缩、膨胀和强烈搅拌。这引起包含精细气泡的泡沫产生，每个气泡都包含水。泡沫的密度，即单位数量的泡沫中水的量，可通过改变入口68和70处的压力而变化。这允许泡沫密度在6-11盎司每加仑泡沫、或45-80克水每升泡沫的范围内变化。通常，低入口压力产生具有高水密度的泡沫，因此，90psi.的空气入口压力和150psi.的起泡液体入口压力产生约80克水每升的泡沫，而110psi.的空气入口压力和175psi.的起泡液体进口压力产生约45克水每升的泡沫。通过改变混合管的水、喷射孔的几何外形、数量，或改变混合室介质的几何外形，压力和压力关系会有很大改变。
参照图12，根据本发明的泡沫生产系统110包括一对曝气组件50A和50B，其较佳地是相同的。曝气组件50A和50B每个接收来自空气压力调节器的空气。
图13是示出双曝气组件112的立体图，其适用于形成图12中的泡沫生产系统110。管件114A和114B分别接收来自液体入口116A和116B的液体输入。管件114A和114B也分别接收来自空气入口118A和118B的空气输入。空气和液体输入在分别连接到管件114A和114B的雾化器120A和120B中混合在一起。本发明不限于具有一或两个曝气组件。任意所需数量的曝气组件均可被包含在根据本发明的泡沫生产系统中。
起泡剂和空气的精细喷雾分别通过管件122A和122B从雾化器120A和120B输出。雾化器的输出物在管件124中结合，然后通过管弯头126被推入搅拌室128。搅拌室128较佳地形成为具有前述搅拌器100的结构和功能。搅拌室128的泡沫输出经过出口130，其较佳地具有快速连接／断开装置。
如上所述，通过该装置生产的泡沫的一个可能有利的用途是与液体混凝土混合以产生泡沫混凝土，该泡沫混凝土可在现场的模子或模型中预浇制，经干燥而产生夹带有空气的轻质混凝土。泡沫在哪儿与混凝土混合，用于与水混合以在装置10中产生泡沫的合适的起泡剂是与用于混凝土泡沫生产相同的表面活性剂或起泡剂。这种具有不同上述压差和图1-13中的装置的使用被发现可生产出稠的、乳状精细泡沫，其具有极好的抗坍塌性和持久性，即使是以数小时的延长事件间隔而与混凝土混合也是如此。由于气泡长期保持在混凝土材料而没有损坏，当混凝土被浇制或放置时它们将仍然存在。当混凝土变硬，对混凝土进行固化的热将损坏气泡，释放混凝土将要使用的为了完全水合的收集水。由此，在加工中很少需要润湿混凝土，而这在传统的、未泡沫化的混凝土中通常是必须的。

Claims (3)

1.一种用于生产适于与混凝土混料相结合的泡沫的泡沫生产系统，包括：
空气致动器，该空气致动器用于提供加压空气；
空气压力调节器，该空气压力调节器设置成从空气致动器接收加压空气并提供具有选定的空气压力的空气输出；
曝气组件，该曝气组件设置成与空气压力调节器流体连通以从空气压力调节器接收加压空气；
水致动器，该水致动器设置成提供加压水；
混合室，该混合室设置成与水致动器流体连通以从水致动器接收水；
起泡剂罐，该起泡剂罐设置成与混合室流体连通，以提供在混合室中与水混合的起泡剂；
泵，该泵设置成将水和起泡剂的混合物泵送出混合室；和
水压调节器，该水压调节器设置成接收从泵输出的水和起泡剂的混合物，并以选定的液体压力将混合物输入曝气组件，曝气组件被设置成将加压空气混入水和起泡剂的混合物中，以产生适于与混凝土混料相结合以生产泡沫混凝土的泡沫输出。
2.根据权利要求1的泡沫生产系统，进一步包括：
输入气压计，该输入气压计设置成测量输入到空气致动器的空气的压力；
输出气压计，该输出气压计设置成测量从空气压力调节器输出的空气的压力；
输入水压计，该输入水压计设置成测量输入到混合室的水的压力；和
输出水压计，该输出水压计设置成测量从水压调节器输出的水和起泡剂混合物的压力。
3.根据权利要求1的泡沫生产系统，其中，曝气组件包括多个曝气器。
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