CN1764521A - 混凝土块和制造混凝土块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了使高速、大量生产具有图案的或其它加工的前表面的挡土墙的方法和加工工艺、以及由这过程形成的挡土墙块。本发明使用图案压印混凝土块的前表面或其它方法直接加工该表面，用于使形成预定的混凝土块前表面，同时便于混凝土块的高速、高容积生产。通过从自然产生的或人造的物体选择所需的三维表面，并数字扫描所选的三维图案以产生扫描数据，能够在脱模模板上产生所需图案的镜像图形。然后能够使用扫描的数据对脱模模板的表面进行相加工成为所选的图案的镜像图形。

Description

混凝土块和制造混凝土块的方法
本申请是以为-美国公司的Anchor Wall系统公司的名义为申请人在2004年1月29日提交的、关于指明除美国之外的所有国家的PCT国际专利申请，而美国公民Ronal J.Scherer仅是指定国为美国的申请人。
本发明领域
本发明总体上涉及混凝土块和它的制造。
更具体地，本发明涉及适用于在例如挡土墙的环境美化应用场合中的混凝土块，以及在这些混凝土块的生产中所使用的制造工艺。
本发明背景
现代、高速、自动的混凝土块工厂和混凝土铺设材料工厂使用顶部和底部处敞开的模子。将这些模子安装在机器中，该机器周期地将托板放置在模子之下，以闭合模子的底部，通过模子的敞开顶部将干浇注混凝土送入模子，通过振动和压力的组合致密和压实混凝土，以及通过模子和托板的相对垂直运动而脱膜。
由于用于实施这加工工艺的这些工厂和设备的性质，难于对混凝土块的表面产生自然外观，尤其如果该混凝土块需要包括其它特征，例如会聚侧壁、在该混凝土块的顶和/或底面上形成一个整体的定位部分和一剪切凸缘(多数)。结合在此供参考的美国专利号5,827,015揭示了适于用作挡土墙块的混凝土块，以及在高速、自动化的混凝土块工厂中生产此混凝土块的普通方法。
仍要求预形成的混凝土单元，尤其是具有会聚的侧壁和/或在顶和/或底面上形成的一体的定位部分和剪切凸缘的、并具有比由美国专利号5,827,015中叙述的劈开的加工工艺或也结合在供参考的美国专利号6,321,740中叙述的劈开的加工工艺所能达到的外观表面更加自然的外观表面的挡土墙块。尤其是，要求在混凝土块或混凝土铺设材料工厂中通常所具有的类型的设备上能以高速自动方式生成带有这些表面的这些混凝土块的生产过程和工具。
本发明概要
本发明涉及高速、大量生产混凝土件、尤其挡土墙块的模子和加工工艺。能够使用这些模子和加工工艺、在这些混凝土块上产生类似于在美国专利号5,827,015中所述的劈开表面的较简单的装饰前表面。还能使用这些模子和加工工艺、在这些混凝土块上产生类似于由传统的翻滚的和锤磨机加工工艺或由美国专利号6,321,740所述的加工工艺生产的劈开的和龟裂的表面的、较复杂的前表面。还能使用这些模子和加工工艺生产至今还不能实现的独特的混凝土块：具有会聚的侧壁和/或一体的定位部分和剪切凸缘、并具有带很复杂的表面的前表面、包括在干浇注混凝土块技术中还可实现的带有显著细节和凹凸的表面的挡土墙块。
在一较佳实施例中，所产生的混凝土块具有仿造的模拟天然石的前表面以及上和下表面、后表面、相对的会聚的诸侧表面和在下表面之下延伸的凸缘。当用其它类似结构的挡土墙块堆置多层时，具有这结构的混凝土块使建造蜿蜒的或弯曲的挡土墙，这些挡土墙显示出是用天然形成的材料而不是人造材料建造的。
本发明的一方面是设置按照本发明制造的一模子，要使在模制加工期间在放置混凝土块时将呈现为前表面的混凝土块的这部分面对模腔的敞开的顶部。在高速混凝土块或铺设材料工厂中这定向使由有图案的压板(“脱模模板”)形成混凝土块的该前表面。脱模模板可以设置有很简单的图案、适度复杂的图案、或者带有显凹凸、模似天然石的、高度细致的三维图案。在这定向模制该混凝土块还能使影响该混凝土块的外观的其它加工易于到达该混凝土块表面，其它加工包括对该面施加特选的填料和/或颜料。
本发明的另一方面是模子的一侧壁具有在模腔的敞开的底部附近的下方凹入部分。该下方凹入部分与定位在模子之下的托板协作形成模式的一副空腔。在一较佳实施例中，该副腔形成在放置时将被显示是混凝土块底部的该混凝土块的表面上的定位部分和剪切凸缘。
本发明的另一方面是模子的至少一侧面相对于垂直方向倾斜，以形成在堆置时该混凝土块的一侧面，该侧面包括当它靠近该混凝土块的后表面时朝相对的侧壁会聚。这倾斜的模子侧壁是可动的，以便它移动进入一第一位置，以使用于浇注混凝土充填该模子和致密和压实混凝土，并且移动进入一第二位置，以使被压实的混凝土从模子脱模，而不影响这模子的侧壁。在一较佳实施例中，相对的模式侧壁是类似可动的，以致所产生的混凝土块的诸相对侧壁的至少诸部分当它们接近该混凝土块的后面时相互会聚。
尤其在以下所附的和形成本说明书的一部分的权利要求书中指出了表示本发明特征的新颖性的这些和许多其它优点和特征。但是，为了较好地理解本发明、通过使用它得到的它的许多优点和目的，应该参阅形成本说明书的一部分的附图和其中叙述了本发明的一较佳实施例的的描述部分。
附图简述
图1是按照本发明的挡土墙块的立体图，其中该混凝土块被定向成其中它被成形在模子中的位置。
图2是图1的挡土墙块的仰视图。
图3是图1的挡土墙块的侧视图。
图3A是包围在图3中的虚线圆内的挡土墙块部分的细节图。
图4是由按照本发明的多个混凝土块构成的挡土墙的一部分的正视图。
图5是示出形成本发明的混凝土块的流程图。
图6是用于利用本发明的加工工艺形成本发明的多个挡土墙块的、具有多个模腔的模子组件的立体图。
图7是图6的模子组件的俯视图。
图8是示出带有相对的、会聚的、可枢转的两侧壁的-模腔的模子组件的端视图。
图9是模子组件的形成上和下混凝土块表面的诸侧壁、脱模模板(strippershoe)和托板的示意图。
图10A、10B、10C、10D、10E和10F是按照本发明的有脱模模板的表面上的代表性图形的数字再现。
图11是在脱模模板的表面上代表性图形的立体图。
图12是示出形成本发明的脱模模板表面的加工工艺的流程图。
图13是关于脱模模板的温度控制的示意图。
图14A、14B和14C是按照本发明的挡土墙的照片图。
最佳实施例的详细描述
本发明提供了用于生产混凝土块的加工工艺以及由该加工工艺所生产的混凝土块、用于执行该加工工艺的模子和模子构件，其中，将预先确定的三维图形施加在混凝土块表面内，能够另外直接处理或加工混凝土块的前表面，以致在标准的干浇注混凝土块或铺设材料机器(paver machine)内能够生产预定的混凝土块前表面。前表面的直接加工包括模制、成形、形成图案、压印、材料成层、它们的组合以及其中能够直接影响前表面的纹理、形状、颜色、外观或物理性能的其它加工工艺。此外，能够利用多腔模子执行该加工工艺，以在标准的干浇注混凝土块或铺设材料设备上高速、大量生产混凝土块。而且，使用本发明的加工工艺和设备不需要劈开工位(splitting station)和/或外向锤磨机工位和/或翻滚工位(tumbling station)以及附加设备和与这些附加加工工位相关联的加工成本。
由本发明的加工工艺生产的混凝土块可以具有这样的结构：使通过在多层中堆置具有相同或不同的预定前表面的多个混凝土块来建造蜿蜒的或弯曲的、在诸层之间具有-自动收进(set-back)和剪切阻力的挡土墙。
与将一预定的、三维的、岩石状图形压印进入挡土墙块的前表面内相关联地叙述较佳实施例。因此，当堆置诸层时该混凝土块和由许多混凝土块建筑的墙显示出用“天然的”材料建成。还能使用在此叙述的加工工艺制造在构筑建筑物墙中所使用的混凝土块以及关于混凝土砖、板条和铺设材料。
混凝土块
在图1-3中示出了按照本发明的混凝土块10。混凝土块10包括具有一前表面12、一后表面14、一上表面16、一下表面1和相对的两侧面20、22的混凝土块体。(注意：术语“前表面”、“后面”、“上面”和“下面”参照当它堆置在挡土墙内时混凝土块的诸表面的方位，并不反映在生产它时该混凝土块的方位。)。由固化的、干烧注(dry cast)、不坍塌的混凝土形成混凝土块10。干浇注、不坍塌混凝土在挡土墙块的领域是众所周知的。
如图1-3所示，前表面12设置有预定的三维图案。较佳地在混凝土块10的模制期间通过具有一为混凝土块前表面的镜像图形的图案的-可动的脱模模板(以后将叙述)的作用将前表面12上的图案施加于前表面。图14A-C是按照本发明的具有该图案的前表面的混凝土块的照片图。
能够依据前表面的所需外观改变施加于前表面12的图案。较佳地，该图案模仿天然石头，以便前表面12显示出是天然材料而不是人造材料。将在被认为是该混凝土块的使用者视觉喜欢的基础上选择使用的特定的石头图案。举例来说，能够对该混凝土块表面压印显示是一混凝土块石头例如河中岩石的图案。或者，可以使该混凝土块具有显示出为用砂浆涂沫在一起的一图形中的多块河中岩石。或者，可以给予该混凝土块具有模拟单块山石或者多层中堆置的多块散石的图案。可以有无穷的可能性。通过提供带有许多不同图案的诸脱模模板，通过改变脱模模板能够改变混凝土块上所产生的图案。
在前表面上能够提供的所产生的细节和凹凸比由以上所述传统的劈开技术、滚翻、锤磨和其它龟裂技术在所产生的混凝土块的前表面上能够提供的还要大些。在有图案的前表面12上的凹凸、从最低点到最高点测量、较佳地至少0.5英寸，更较佳地至少1.0英寸。
在较佳实施例中，前表面12通常位于在两侧面20、22之间的大体上的一平面内，与常常在劈开表面的挡土墙块中所见到的普通的、三个小平面的和弯曲的表面相对，不过用本发明也能够易于生产这多小平面的和弯曲的表面。如图3所示，前表面12设置成稍许向后倾斜，即从底下面18至上表面16以角度α倾斜。较佳地，α角约10°。因此，前和后表面12、14在下表面18附近分开距离d1，在上表面16附近分开距离d2，d1大于d2。在较佳实施例中，d1约7.625英寸，d2约6.875英寸。宽度d3较佳地约12.0英寸。还考虑了在两侧表面20、22之间的前表面可以是有小平面的、弯曲的或它们的组合。在这些实施例中，前表面也具有稍许向后的倾斜。
通常，当将诸挡土墙块堆置成诸收进层(set-back course)形成一壁时，在下层中各混凝土块的上表面的一部分在下层中各混凝土块的前表面和相邻上层中各混凝土块的前表面之间可以看到。上表面的可看到部分产生了一凸缘的外观。并且，在干浇注混凝土块的情况中，这凸缘通常具有人造外观。通过对混凝土块10的前表面提供向后的倾斜角度，能够减少或消除凸缘的外观，从而提高所产生壁的“自然的”外观。
前表面12还包括在与侧面的它的连接处的圆角边24a、24b。由设置在脱模模板上的圆角凸缘形成圆角边24a、24b。边缘24a、24b的半径较佳地为约0.25英寸。圆角边24a、24b转移在相同层中，当并列地放置许多混凝土块时混凝土块10和相邻混凝土块的诸侧面之间的接触位置离开前表面12，造成在诸混凝土块之间的较好接触，以防止在相邻混凝土块之间的土壤“泄漏”。如果希望，在前表面12和上和下表面16、18之间的连接处的顶和底边通过在脱模模板上提供圆角凸缘也可以制成圆角，类似于圆角边缘24a、24b。
参阅图1-3，混凝土块10的后表面14被示为在侧面20、22之间的基本平面，并基本上垂直于上和下表面16、18。但是，已考虑了后表面14偏离平面，例如通过设置一个或多个槽口或设置一个或多个凹处，同时仍旧在本发明的范围内。后表面14的宽度d4较佳地约8.202英寸。
另外，在图1-3中上表面16被示为基本上平面，没有与上表面16相交的核心部分。当堆置许多混凝土块10成为多层形成一墙结构时，各混凝土块的上表面16是处于与其它混凝土块的上表面16的平行关系之中。
各混凝土块10的下表面18被形成为适合于接合在下层中的混凝土块的上表面16，以在诸混凝土块被堆置成多层时保持诸混凝土块10的诸上表面之间大体上平行的关系。在较佳实施例中，如在图1-3中所示，下表面18大体上是平面的和水平的，以致它通常平行于上表面16。但是，能够使用其它的下表面，包括具有下表面18的诸部分上的一个或多个凹入部分或一个或多个通道的一下表面。在上表面16和下表面18之间的距离d6较佳地约4.0英寸。
在较佳的混凝土块10中，侧表面20、22大体上垂直，并连接上和下表面16、18和连接前和后表面12、12，如图1-3所示。各侧表面20、22的至少一部分随着侧表面向后表面14延伸朝相对的侧表面会聚。较佳地各侧表面20、22的整个长度从前表面开始会聚，同时在前和后表面12、14之间侧表面20、22大体上是平面的。但是，侧表面也可以从离开前表面12的一位置处开始会聚，在这情况下侧表面20、22将包括从前表面延伸的直的不会聚部分和从该直段引出至后表面14的会聚部分。各侧表面20、22的会聚部分较佳地以约14.5°的β角会聚。
或者，混凝土块10可以设置有仅一个会聚的侧表面或侧表面部分，同时另一侧表面基本上垂直于前和后表面12、14。带有至少一会聚侧表面的混凝土块允许建筑蜿蜒的挡土墙。
混凝土块10还较佳地包括在混凝土块的下表面18之下延伸的凸缘26，如图1-3所示。凸缘26被设计成抵靠着混凝土块10之下的层中的混凝土块的后表面，以提供从下层的预定的收进和提供层对层的剪切强度。
参阅图3A，可以看到凸缘26包括接合于下层中混凝土块的后表面的前表面28。凸缘26还包括为弧形的底表面30和形成混凝土块的后表面14的一部分的和后表面40的延伸部分的后表面34。前表面28较佳地以约18°的γ角倾斜。由模子的相应成形部分产生倾斜的前表面28和弧形边32，模子的该结构便于用于浇注混凝土灌注模子和便于从模子释放凸缘26。
如图1和2所示，凸缘26延伸在侧表面20、22之间的整个距离上。但是，该凸缘不需要延伸该整个长度。例如，该凸缘能够延伸仅仅在诸侧表面之间的距离的一部分，并与侧表面分开。或者，可以使用由间隙使它们相互分开的两个或多个凸缘。
参阅图3A，凸缘26的深度d7较佳地约为0.750英寸。这深度形成了相对于下一层的混凝土块的所产生的收进。依据所需收进量，可以使用其它凸缘尺寸。后表面34较佳地具有约0.375英寸的高度d8。
所述的原理还可以应用于使用在构筑建筑物墙的混凝土块以及混凝土块、板条和铺设材料。在这些情况中，已考虑了和在本发明范围内混凝土块或砖的侧表面不会聚以及设有凸缘。但是，有图案的前表面将对混凝土块或砖提供装饰外观。
混凝土块结构
可以使用本发明的混凝土块10建筑任何数量的景观结构。图4示出了用按照本发明的混凝土块可以建筑的结构的一例子。如图所示，可以建筑由多层42a-c的混凝土块组成的一挡土墙40。建筑墙40用的混凝土块可以包括具有相同的有图案的前表面的诸混凝土块，或者具有不同的、但相适合的图形的诸表面的诸混凝土块的混合。墙40的高度将取决于所使用的层的数量。在该领域挡土墙的结构是众所周知的。美国专利5,827,015中揭示了用于建筑墙40的一种合适的工艺的说明。
如以上所讨论的，混凝土块10上的凸缘提供了从下一层的混凝土块的收进。因此，从层42a收进了层42b，从层42b收进了层42c。而且，如以上所讨论的，通过减小在下层中的各混凝土块的前表面和相邻上层中各混凝土块的前表面之间可看到的下层中各混凝土块的上表面部分的数量，前表面12的向后倾斜减小了形成在各相邻层之间的凸边。
在图中所示的挡土墙是直的。但是，带有倾斜的侧表面20、22的较佳的混凝土块10的结构使可建筑蜿蜒的或弯曲的挡土墙，例如在美国专利5,827,015中叙述的那样。
混凝土块成形工艺
本发明的又一方面涉及关于形成混凝土块10的加工工艺。参阅图5，示出了该加工工艺的概况。通常，通过混和将形成混凝土块10的干浇注混凝土开始该过程。在挡土墙块的领域中，干浇注、不坍塌混凝土是众所周知的。将选择该混凝土，以致满足预定的强度、水吸收、密度、收缩以及关于该混凝土块的相关的标准，从而该混凝土块将适当的执行它的预期用途。熟悉该领域的普通技术人员能够易于选择满足所需的混凝土块标准的材料成分。并且，关于混和干浇注混凝土成分的步骤和设备在该领域是众所周知的。
一旦混和了混凝土，将它运输到在模子附近的容纳混凝土的料斗。如以下所讨论的，模子组件50包括适合于形成较佳的混凝土块的至少一混凝土块成形腔56(见图6-11)。空腔56在它的顶部和底部是敞开的。当希望形成一混凝土块时，将托板定位在模子之下，以致闭合空腔56的底部。然后通过一个或多个传送拖动工具将来自料斗的干浇注混凝土的适当数量通过空腔56的敞开顶部加到混凝土块成形腔内。用于传送干浇注混凝土和对混凝土块成形空腔加料的工艺和设备在该领域是众所周知的。
然后必须压实空腔56内的干浇注混凝土，以使混凝土致密。主要通过干浇注混凝土的振动，并与从上方在干浇注混凝土的块状物上施加压力相结合完成这工作。通过在模子下方的托板的振动(台振动)或通过模式箱体的振动(模子振动)或通过两个作用的组合可以施加振动。由如以下所讨论的加压头施加压力，加压头上装有从上方接触于干浇注混凝土块的脱模模板。振动和加压的时间和程序可以变化，这取决于所使用的干浇注混凝土的特性和所要求的结果。振动力的适当程序、时间和类型的选择和应用是在该领域的普通技能之内的。通常，这些振动力用于完全充填空腔56，以致在加工好的混凝土块中没有不希望有的空腔，并压实干浇注混凝土，从而所加工好的混凝土块将具有所需的重量、密度和工作特性。
由脱模模板94施加压力，使脱模模板向下移动与空腔56内的干浇注混凝土的顶部相接触以压实混凝土。脱模模板94振动地工作以压实空腔56内的混凝土，用于形成固态的、接触的、预固化的混凝土块。在较佳实施例中，脱模模板还包括在它的表面上的三维图96，用于随着脱模模板压实混凝土在所产生的预固化的混凝土块上产生相应的图案。较佳地，被有图案的模板表面所接触的预固化混凝土块的部分包括混凝土块的前表面。
在致密之后，从空腔释放预固化混凝土块。较佳地，通过在相对于模子组件下降托板82的同时进一步下降脱模模板94通过模子空腔以帮助预固化混凝土块从模子空腔脱出，从而发生预固化混凝土块的排放。然后，向上升起脱模模板移出模子空腔，使模子准备好重复这生产周期。
如果混凝土块具有一个或多个会聚的侧壁，那么，如以下详细所述的，在模子内必须提供相应的模子侧壁。这些模子侧壁必须适合于移动到一第一位置以使可进行模子的充填以及干浇注混凝土的压实和致密，以及，必须适合于移动到一第二位置，以允许模子的脱模，而不损坏预固化混凝土块。
一旦已从空腔完全移出预固化混凝土块，为了随后的固化可以输送该混凝土块离开模子组件。利用对于该领域的那些熟练人员是已知的任何装置可以固化该混凝土块。适合于执行本发明的固化过程的例子包括空气固化、蒸压和蒸汽固化。该领域的那些熟练人员可以进行用于固化该混凝土块的这些工艺中的任一工艺。
一旦被固化，可以包装这些混凝土块，用于存放和随后运送到工地，并然后可以与在形成一建筑例如图4中的挡土墙40中的其它固化的混凝土块一起使用。
模子组件
图6-11示出了用于执行本发明的按照本发明的模子组件50。由能够承受在形成预固化混凝土块期间施加的压力以及提供足够的磨损使用寿命的材料制造模子组件50。
模子组件50被形成为使所形成的预固化混凝土块的前表面面向上，它的后表面被支持在位于模子组件50之下的托板82上。这使图案压印或其它直接加工在混凝土块的前表面12上进行，以使形成预定混凝土块前表面。预定的前表面能够包括具有预定的图案和纹理的前表面、具有预定形状的前表面、由与混凝土块的其余部分为不同材料(多数)制成的前表面以及它们的组合。
此外，模子组件50被设计成包括带有下凸起或凸缘和/或一个或多个会聚侧表面的混凝土块的预固化块能够通过模子组件的底部排放。
参阅图6，模子组件50包括模子52和如以下所讨论地与模子52相互作用的加压头组件54。模子52包括在其中形成的至少一块形成空腔56。在一较佳实施例中，模子52的尺寸被确定为用于标准的、“一次三个混凝土块”美国混凝土块加工机器(“three-at-a-time”American block machine)中，该机器具有一约18.5英寸×26.0英寸的标准托板尺寸，用于在托架上制造带有它们的上表面的三个混凝土块。模子52还包括多个基本相同的混凝土块成形空腔56。图7示出了并列设置的五个混凝土块成形空腔56，该空腔是在标准的“一次三个混凝土块”的托板上制造较佳尺寸混凝土块时可以使用的。当然，使用较大托板的较大机器也在使用，并且这技术可以用于较大和较小的机器，在一个模子内的可用的模子空腔的数量取决于机器的尺寸和/或类型和托板的尺寸。多个混凝土块成形空腔56使提高来自一个模子52的混凝土块的生产率。
参阅图7，由诸分隔板58形成诸空腔56，诸板包括一对外侧分隔板、多个内侧分隔板以及对各空腔56是共用的一对端衬板60。使用外侧和内侧分隔板和端衬板以在模子内形成混凝土块成形腔，这对于该领域的那些熟练人员是已知的。分隔板和端衬板形成混凝土块成形空腔的边界，并提供了在混凝土块成形期间与预固化混凝土块接触的表面，从而易于磨损。这样，分隔板和端衬板通常安装成在模子52内可拆卸，以便它们被磨损或损坏时可以被调换。对于在模子内安装分隔板和端衬板之混凝土块成形空腔并使拆卸分隔板和端衬板的技术该领域的那些熟练人员是已知的。
在较佳实施例中，分隔板58形成混凝土块10的上和下表面16、18，同时端衬板60形成侧表面20、22。为了方便起见，分隔板和端衬板以下(包括在权利要求中)将集中地都被称为空腔的侧壁。这样，侧壁涉及分割板和端衬板以及用于形成混凝土块成形空腔的边界的任何其它类似结构。
现在参阅图8，示出了一个混凝土块成形空腔56的一部分。由侧壁58、60形成的空腔56具有一敞开的顶部64和一敞开的底部66。如图所示，枢轴62将侧壁60(例如端衬板)的顶端连接至模子52的适当的周围结构，以使侧壁60在图8所示的闭合位置和后退位置之间枢转，在闭合位置诸侧壁60相互会聚，在后退位置诸侧壁60基本上彼此垂直和相互平行(未示出)。在后退位置，空腔66的底部至少如模子空腔的顶部那样宽，这样使预固化的混凝土块通过敞开的底部排出。当仅仅混凝土块的任一个侧表面20、22的一部分会聚时，将仅仅枢转侧壁60的相应部分。图8还示出了形成混凝土块10的下表面的侧壁58，但没有示出形成混凝土块的上表面的另一侧壁58。
为了形成较佳的混凝土块10要求枢转侧壁60。如以上所讨论的，在模子52中混凝土块10被形成为“面向上”，同时由侧壁60形成它的会聚的侧表面。这样，当会聚的侧壁60如图8所示倾斜时，形成了预固化混凝土块的会聚的侧表面20、22。但是，预固化混凝土块的前部比该混凝土块的后部更宽。为了能够通过敞开的底部66排放预固化混凝土块，侧壁60必须向外枢转，以使预固化混凝土块能够向下运动通过敞开的底部。
设置偏置机构68，用于在注入混凝土和随后压实干浇注混凝土期间将侧壁60保持在会聚位置，并使在预固化混凝土块排放期间枢转到垂直位置。较佳地，对于所有空腔56是公用的各侧壁60连接于一偏置机构58，以便通过普通的机构(见图7)控制各侧壁60的运动。或者，对于各空腔可以设置单独的偏置机构。偏置机构68被示为包括空气袋，通过使用空气或类似气体将控制空气袋。将提供用于空气的适当的入口和出口以及高压空气供应源。也可以使用除空气袋之外的偏置机构，例如可以使用液压的或气动的缸体。
当用空气加压时，空气袋将迫使侧壁60到达图8所示的位置。当到达排入预固化混凝土块时，从空气袋放出压缩空气，随着在下降托架时通过敞开的底部排放预固化混凝土块，在预固化混凝土块的力作用下使侧壁60向外枢转。在混凝土块排放期间，侧壁60保持与预固化混凝土块的侧表面相接触。或者，偏置机构例如螺旋弹簧可以连接于侧壁60，用于当放空空气袋时迫使侧壁到达退后位置。在这情况下，随着托板82开始下降以开始混凝土块的排放，将迫使侧壁到达退后位置，并且在排放期间侧壁60将不接触混凝土块的侧表面。排放之后，通过对空气袋再加压，使侧壁60返回到闭合时发生倾斜的位置。
除了枢转侧壁60之外，可以使用其它机构，以使侧壁60运动，用于使排放预固化混凝土块。例如，可以将侧壁60安装成向内滑动到图8所示的位置以及向外滑动到空腔56的底部是至少如模子空腔的顶部那样宽的一位置。能够使用轨道系统完成滑动运动，侧壁安装在该系统内。
如图8所示，各侧壁60包括面对空腔56的一成形面。该成形面76基本上是一平面。其结果是形成混凝土块10的基本上是平面的侧表面20、22。
现在参阅图9，示出了形成混凝土块10的上和下表面16、18的侧壁58。在模制加工期间固定的和不移动的侧壁58基本上是垂直的。
形成上表面16的侧壁58(图9中的左侧壁58)包括面对空腔56的成形表面78。表面78基本上是一平面，该平面形成了基本上平面的上表面16。
形成下表面18的侧壁58(图9中的右侧壁58)包括在敞开底部66附近的它的底边处的下方凹入或“内台阶”部分80。下方凹入部分80与在模制加工期间为临时闭合敞开的模子底部在模子52之下引入的托板82相结合，形成空腔56的凸缘成形子空腔。凸缘成形子空腔具有产生混凝土块10上凸缘26的成形的形状。
尤其是，下方凹入部分80包括形成凸缘26的前表面28的成形表面84、形成凸缘的底表面30的成形表面86以及形成凸缘26的边缘32的成形表面88，以及形成凸缘26的边缘32的成形表面88。为后表面14的延伸部分的凸缘26的部分与后表面14的其余部分一起由托板82和在该板上形成。表面84和86的形状便于在混凝土的引入和随后的压实期间用混凝土充注下方凹入部分80，以致完整地形成凸缘26，以及，在混凝土块排放期间有助于从表面84、86释放凸缘26。
在具有下表面上的凸缘和没有会聚的侧表面的混凝土块的情况下，侧壁60被垂直定向而不是会聚的。在下表面上没有凸缘和带有会聚的侧表面的混凝土块的情况下，没有下方凹入部分80。在下表面上没有凸缘和没有会聚的侧表面的混凝土块的情况下，没有下方凹入部分80并且侧壁垂直定向。
返回到图6和8，头组件54被示为包括板形状的加压头90。由驱动机构以该领域的已知方式驱动该头部90，以致头部90可上下垂直运动，使在模腔56内压实干浇注混凝土，并帮助预固化混凝土块从模子52里脱出。
连接于头部90的底部和从该底部延伸的是多个支座(stand-offs)92，对于各混凝土块成形腔56有一个支座，如图6所示。诸支座92相互分开，并且各支座的纵向轴线被定向为垂直于头部90的平面和大体中心地延伸通过混凝土块成形空腔56。
脱模模板
在图6、8、9和10中示出的脱模模板94连接于各支座92的端部。脱模模板94为矩形，并且它的尺寸被确定为它可以通过敞开的顶部进入相应的空腔56，以与混凝土接触，用于压实混凝土，并在预固化混凝土块的排放期间运动通过该空腔。脱模模板94的尺寸仅仅比空腔56的畅开顶部64的尺寸稍小，从而模板94以在模板94的侧面与形成空腔56的侧壁58、60之间几乎没有或完全没有间隙的配合进入该空腔。这使压缩期间在模板94的侧面与侧壁58、60之间的混凝土泄漏为最小，并使由模板94接触的混凝土块的前表面面积最大。
在脱模模板94的表面的相对端上形成凸缘98a、98b，如图11清楚所示。凸缘98a、98b是弧形的，用于在混凝土块的前表面12上产生被弄圆的边缘24a、24b。如果需要，在脱模模板94的两个其余端上也可以设置弧形凸缘，以便产生在前表面12上的被弄圆的上边缘和下边缘。
如以上所讨论的，模板94的一表面上较佳地设置有为所需的表面或诸表面的相反图像的预定图案96。随着包含图案96的模板94压实混凝土，该图案被施加于混凝土块的前表面。图案96较佳地模拟天然石头，以使所产生的混凝土块的前表面模拟天然石头，从而使混凝土块外观更自然和“像岩石”。依据所希望实现的前表面的外观，在模板94可以提供许多不同的图案96。除了图案96之外，或者与图案96分开，模板94的表面可以被形成为实现有小平面的或弯曲的混凝土块前表面。确实，模板94的表面可以按所希望的任何方式形成图案和/或成形，以便实现混凝土块前表面的所需外观。
图10A-F和11提供了在模板94上能够提供的图案96的例子。图案96模拟天然形成的物体，例如天然石头或者人造的物体。在预定的三维图案的基础上较佳地将图案96机加工加入模板表面内。用于在模板表面上产生预定图案96的一示例性加工工艺如下所述。
现在，总体上参阅图12，首先选择一个或多个物体。例如，物体可以包括具有认为是视觉上尝心悦目的表面的一个或多个天然石头。也可以使用其它的天然的或人造的物体。
然后，利用数字扫描机对一个或多个岩石表面扫描。用于实践本发明的适当的扫描机的一例子是可从明尼苏达州、Minneapolis的激光设计公司得到的、具有RPS 150头部的激光设计测量器。该激光设计测量器1200具有在XYZ座标中的0.0005英寸的直线精度和0.0001英寸的分辨率。如所进行的那样，对于所扫描的一个或多个岩石表面的每0.004英寸在256个点处收集数据。为了在所有表面上收集数据，可以按所需的许多角度对诸岩石表面扫描。
一旦收集了所扫描的数据，可以使用许多技术处理该数据。首先，激光设计测量器利用DataSculpt软件，该软件可从明尼苏达州Minneapolis的激光设计公司得到，以从扫描数据产生一个或多个DataSculpt点云(point cloud)，或包括在X、Y和Z座标中定位的诸数据点的诸套数据。
然后，使用计算机辅助设计(CAD)包，以修饰点云。再对点云采样，以将扫描数据减少为一易操纵的尺寸，同时通过删去范围之外的点和噪扰(noise)来修整该数据。其次，混合来自该点云的数据形成一完成的点云。利用多边形将完成的点云转化成多边形网或点云的三维再现。修整多边形网的边缘以形成一清楚的直线，并施加边界，形成紧密的网图案。利用该网，网格被施加和转换成一不一致的合理的B-仿样(NURBS)(Non-Uniform Rational B-Splines)(NURBS)表面。
显示了所产生的数字图像(例如见图10A-F)。使用者通过选择和修改在数字图像上、在X、Y和/或Z方向的一个或多个点能够处理数字图像。其次，确定数据的尺寸比例和/或将数据修整为一整个混凝土块尺寸，在所示的实施例中每张图是3.88英寸×11.88英寸。此外，修改数据以满足在表面凹凸(face relief)中的3/4英寸的最大差异、从表面的下边缘至表面的上边缘的0-10°表面倾斜以及对于凹凸的所有内表面的5-10°斜度。其次，对完成的数据文件进行镜像处理，以产生为形成脱模模板所需的相反的图像。可以将数据以最初的图形变换规格(IGES)形式输出到以下讨论的CAD系统。
适合于处理扫描数据的CAD系统是从康涅狄格州、Tolland的CNC软件公司可得到的MastercamMill型8.1.1。
然后，将IGES形式的数据较佳地输入到用于铣削脱模模板的三轴线(或四轴线)、数字控制铣床内。由铣床将数据转变成刀具路径。利用刀具路径，铣床将岩石表面的镜像图形铣削进入脱模模板的表面内。
为了产生所示的脱模模板，铣床能够执行一系列的刀具路径，包括：(1)用具有1/2英寸直径平底的立铣刀以90英寸/分(IPM)和7,000转/分(RPM)的速度做出一平行凹处(pocket)的一第一刀具路径；(2)用具有1/4英寸直径平底的立铣刀以100IPM和10,000RPM做出一表面轮廓的一第二刀具路径；(3)用具有1/4英寸直径球的立铣刀以100IPM和12,000RPM做出一45°表面轮廓的一第三刀具路径；以及(4)用带有1/8英寸直径球的立铣刀以150IPM和14,000RPM做出一45°表面轮廓的一第四刀具路径。在再产生的表面复杂程度的基础上可以改变刀具路程的数量和类型。用于实施本发明的适当的铣床是可从瑞士Nidau的Mikron AG Nidau得到的Mikron VCP 600。
其结果是在模板94的表面内铣削产生的一图案，该图案是混凝土块的所需图案的镜像图形。当包括该图案的模板94压实用于混凝土块的混凝土时，图案被压印入混凝土块的前表面。在图10A-F和11所示的示例性实施例中，所产生的三维图案具有在约0.5英寸和约1.0英寸之间、较佳地不大于约3/4英寸的凹凸。
能够重复这加工工艺，用于生产具有相同的或不同的表面图案的附加的模板。因为各模板的有图案的表面受到磨损，当图案变得过分磨损时将需要调换该模板，所以这是有利的。另外，对于多个模子可以使用多个模板。并且，通过形成许多不同的预定模板图案，能够实现许多不同的混凝土块前表面外观。通过组合多个不同岩石的扫描表面能够形成其它的模板图案。在图10A-F和11中示出了多个示例性模板图案。
如以上所讨论的，在混凝土块前表面上设置的所产生的细节和凹凸比从传统的劈开技术以及以上讨论的其它前表面龟裂技术所产生的、在混凝土块的前表面上设置的细节和凹凸显著地大。如果需要，能够处理扫描数据，以便增大或减少铣削进入模板表面的凹凸，这将改变最终设置在混凝土块前表面上的凹凸。
在该领域已知干浇注混凝土可能具有会粘附于模子表面，例如脱模模板94的有图案表面的趋势。。已知有许多增加脱模模板94从干浇注混凝土的释放能力的技术，在本发明的实践中可能需要使用它们中的一个或多个。例如，形成在脱模模板上的图案必须被设计成提高而不是阻碍释放能力。在这方面，在图案中必须采用适当的拔模斜角。如以上所指出的，在所示的实施例中，使用了45°的拔模斜角。以上所述的图案成形技术使处理扫描的图案，以产生适当的拔模斜角。能够在机加工周期之间在脱模模板上喷洒释放剂例如油的细雾。可以使头部振动以提高释放能力。可以对脱模模板加热以提高释放能力。在该领域已知加热的模子构件可防止干浇注混凝土的粘附。在本发明中，由于要对混凝土块前表面施加详细的图案，所以，甚至更加重要的是防止粘附。尤其重要的是控制模板的温度，以便能够将温度保持在所需的范围。
较佳地，如图13示意地示出的，将加热器100连接于模板94，用于加热该模板。由温度控制单元102控制加热器100。安装在模板94上的热电偶104检测模板的温度，并将该信息传送到对控制单元102和加热器100供电的电源控制单元106。该系统被设计成当如热电偶104检测的模板94的温度下降到预定值之下时对加热器100供电，以提高模板温度。当加热电偶检测的模板温度达到预定值时切断加热器的电源，从而能够维持模板温度在所选范围。较佳地，控制单元102被设计成使在所使用的干浇注混凝土的基础上选择最小和最大温度值。在较佳实施例中，将脱模模板94的表面温度保持在120°F和130°F之间。
以上说明，例子和数据提供了本发明的组成部分的制造和使用的完整说明。由于在不脱离本发明的原理和范围的情况下可以作出本发明的许多实施例，所以本发明归属于以下所附的权利要求。

Claims (63)

1.一种制造用于给予干浇注混凝土的一三维图的一混凝土单元模子的一金属模子表面的方法，干浇注混凝土放置在混凝土单元模子内，以形成具有带有三维图案的一表面的一未固化的混凝土单元，该方法包括：
选择一个或多个现存的自然产生的或人造的物体的一三维图案；
数字扫描所选三维图案，以产生代表所选的三维图案的扫描资料；
在扫描资料的基础上选择代表该混凝土单元的一所需三维图案的一数字资料组；
使用该数字资料组，以产生带有为所需图案的混凝土单元表面的镜像图形的一三维图案的金属模表面。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用数字资料组产生模子表面的步骤包括对模子表面进行机加工。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在利用数字资料组产生模子表面的步骤之前显示从扫描数据产生的所选的三维图案的数字图像的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，处理所显示的图像以修改三维图案，并从处理的图像产生数字资料组。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在模子表面上产生三维图案，以使它具有至少约0.5英寸的最大凹凸。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，最大凹凸为至少约1.0英寸。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括选择至少一石头的三维图案。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括选择多块石头的三维图案。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模子表面是一脱模模板的一表面。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，包括沿着脱模模板表面的周边的至少一部分形成一凸缘。
11.一种制造具有三维图案表面的混凝土单元的方法，该方法包括下列步骤：
选择一个或多个现存的自然产生的或人造的物体的一三维图案；
数字扫描所选的三维图案，以产生代表所选的三维图案的扫描资料；
在扫描资料的基础上选择代表该混凝土单元的一所需三维图案的一数字资料组；
使用该数字资料组，以产生带有为所需三维图的混凝土单元表面的镜像图形的一三维图案的金属模表面；
提供具有多个形成一模腔的侧壁的一模子，该模子包括带有所需的三维图案混凝土单元表面的镜像图形的金属模表面；
将干浇注混凝土引入模腔；
压实干浇注混凝土以形成预固化混凝土单元，其中，在压实期间，由具有所需的三维图案的混凝土单元表面的镜像图形的模子表面将所需的三维图案表面施加于预固化混凝土单元；
从模腔排出预固化的混凝土单元；以及
固化该预固化的混凝土单元。
12.一种由权利要求11所述的方法产生的混凝土单元。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，利用数字资料组产生模子表面的步骤包括对模子表面机加工。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，压实干浇注混凝土的步骤包括将具有三维图案的模子表面的有图案的表面压印入容纳在模腔中的干浇注混凝土内。
15.一种由权利要求14所述的方法产生的混凝土单元。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括在利用数字资料组产生模腔的步骤之前显示由扫描资料产生的所选三维图案的数字图像的步骤。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，包括处理显示的图像以修改三维图案，并从处理的图像产生数字资料组。
18.一种如权利要求17所述的方法产生的混凝土单元。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括在模子表面上产生三维图案，以使它具有至少约0.5英寸的最大凹凸。
20.一种如权利要求19所述的方法产生的混凝土单元。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，最大凹凸为至少约1.0英寸。
22.一种如权利要求21所述的方法产生的混凝土单元。
23.如权利要求11所述的方法，其特征在于，包括选择至少一石头的三维图案。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，包括选择多块石头的三维图案。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，模子表面是一脱模模板的一表面。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，包括沿着脱模模板表面的周边的至少一部分形成一凸缘。
27.一种如权利要求11所述的方法产生的混凝土块。
28.一种制造具有一有三维图案的前表面的一混凝土块的方法，该方法包括下列步骤：
选择一个或多个现有的自然产生的或人造的物体的一三维图案；
数字扫描所选的三维图案，以产生代表所选的三维图案的扫描资料；
在扫描资料的基础上产生代表该混凝土块的一所需的有三维图案的前表面的数字资料组；
利用数字资料组产生带有为所需的有三维图案的混凝土块表面的镜像图形的一三维图案的一金属模板；
提供具有多个形成一模腔的侧壁的一模子；
将一托板放在模腔之下；
将干浇注混凝土引入模腔；
压实干浇注混凝土，以形成具有位于托板上的混凝土块的后表面和面向上的混凝土块的前表面的预固化混凝土块，压实的步骤包括引导模子模板进入模腔，并加压具有所需的有三维图案的混凝土单元表面的镜像图形的模子模板的表面进入容纳在模腔内的干浇注混凝土内，以对预固化混凝土块的前表面施加所需的有三维图案的混凝土块表面；
从模腔排出预固化的混凝土块；以及
固化该预固化的混凝土块。
29.一种如权利要求28所述的方法产生的混凝土块。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，利用数字资料组产生模子模板表面的步骤包括对模子模板表面机加工。
31.如权利要求28所述的方法，其特征在于，包括在利用数字资料组产生模腔的步骤之前显示由扫描资料产生的所选三维图案的数字图像的步骤。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，包括处理显示的图像以修改三维图案，并从处理的图像产生数字资料组。
33.一种如权利要求32所述的方法产生的混凝土块。
34.如权利要求28所述的方法，其特征在于，包括在模子模板表面上产生三维图案，以致它具有一至少约0.5英寸的最大凹凸。
35.一种如权利要求34所述的方法产生的混凝土块。
36.如权利要求34所述的方法，其特征在于，最大凹凸为至少约1.0英寸。
37.一种如权利要求36所述的方法产生的混凝土块。
38.如权利要求28所述的方法，其特征在于，包括选择至少一石头的三维图案。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，包括选择多块石头的三维图案。
40.如权利要求28所述的方法，其特征在于，包括沿着脱模模板表面的周边的至少一部分形成一凸缘。
41.一种制造具有上和下表面、一有三维图案的前表面、一后表面、诸相对的侧表面以及在混凝土块的下表面之下延伸的一体凸缘的一弧形混凝土挡土墙块的方法，该方法包括下列步骤：
选择一个或多个现有的自然产生的或人造的物体的一三维图案；
数字扫描所选的三维图案，以产生代表所选的三维图案的扫描资料；
在扫描资料的基础上产生代表该混凝土块的一所需的有三维图案的前表面的一数字资料组；
利用数字资料组产生带有为所需的三维有图案的混凝土块前表面的镜像图形的一三维图案的一金属模板；
提供具有形成带有一敞开的顶部和一敞开的底部、具有在模腔的敞开的底部的附近的凹入部的一第一侧壁的一模腔的多个侧壁的一模子；
将一托板放在模子之下以临时闭合模腔的敞开的底部，从而托板与第一侧壁的凹入部协作以形成模腔的一凸缘成形子空腔；
将干浇注混凝土通过敞开的模子顶部引入模腔；
压实干浇注混凝土，以形成具有位于托板上的混凝土块的后表面和面向上的混凝土块的前表面的一预固化混凝土块，压实步骤包括引导模子模板进入模腔，并加压具有所需的有三维图案的混凝土单元表面的镜像图形的模子模板的表面进入容纳在模腔内的干浇注混凝土内，以对预固化混凝土块的前表面施加所需的有三维图案的混凝土块表面；
再打开模腔的临时闭合的底部；
通过模腔的再打开的底部从模腔排出预固化的混凝土块；以及
固化该预固化的混凝土块。
42.一种如权利要求41所述的方法产生的弧形混凝土挡土墙块。
43.如权利要求41所述的方法，其特征在于，利用数字资料组产生模子模板表面的步骤包括对模子模板表面机加工。
44.如权利要求41所述的方法，其特征在于，包括在利用数字资料组产生模腔的步骤之前显示由扫描资料产生的所选三维图案的数字图像的步骤。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，包括处理显示的图像以修改三维图案，并从处理的图像产生数字资料组。
46.一种如权利要求45所述的方法产生的弧形混凝土挡土墙块。
47.如权利要求41所述的方法，其特征在于，包括在模子模板表面上产生三维图案，以使它具有一至少约0.5英寸的最大凹凸。
48.一种如权利要求47所述的方法产生的弧形混凝土挡土墙块。
49.如权利要求47所述的方法，其特征在于，最大凹凸为至少约1.0英寸。
50.一种如权利要求49所述的方法产生的弧形混凝土挡土墙块。
51.如权利要求41所述的方法，其特征在于，包括选择至少一石头的三维图案。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，包括选择多块石头的三维图案。
53.如权利要求41所述的方法，其特征在于，包括沿着脱模模板表面的周边的至少一部分形成一凸缘。
54.如权利要求41所述的方法，其特征在于，基本垂直于所述第一侧壁的模子的一第二侧壁包括一第一会聚的侧壁部分，该部分就在引入混凝土步骤之前被定向成相对于垂直方向有一角度，从而在混凝土引入和压实步骤期间模腔在它的顶部比在它的底部较宽，其中，模子的第一会聚侧壁部分可动地被安装，还包括将第一会聚侧壁部分运动到一位置的步骤，在该位置模腔的底部与模腔的顶部至少一样宽，以使通过模腔底部的再打开排放预固化的混凝土块。
55.一种如权利要求54所述的方法产生的弧形混凝土挡土墙块。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于，与第二侧壁相对的模子的侧壁包括与第一会聚的侧壁部分相对的一第二会聚侧壁部分，其中，第二会聚的侧壁部分就在混凝土引入步骤之前被定向成相对于垂直方向有一角度，以使在混凝土引入和压实步骤期间模腔在它的顶部比在它的底部较宽，其中，第二会聚侧壁部分可动地被安装，并包括将第二会聚侧壁部分运动到一位置的步骤，在该位置模腔的底部至少与模腔的顶部一样宽，以使通过模腔底部的再打开排放预固化的混凝土块。
57.一种如权利要求56所述的方法产生的弧形混凝土挡土墙块。
58.如权利要求56所述的方法，其特征在于，模子的诸侧壁的第一和第二会聚部分由作用力保持在它们的预混凝土引入倾斜方位，其中，释放该力以使从模子排放预固化的混凝土块。
59.一种用于对一混凝土单元模子中的一未固化混凝土单元的表面施加一三维图案的模子模板，由放置入该混凝土单元模子的空腔内的干浇注混凝土模制混凝土单元，该模子模板包括：
具有相对的诸主表面和一周边的一金属板，其中，金属板的周边尺寸被确定为配合进入模腔，以在从模子对混凝土单元脱模时能使该金属板移动进入模腔；以及
在金属板的诸主表面的一表面中形成的一三维图案，该图案是对于混凝土单元的表面所需的一三维图案的镜像图形，用于将三维图案施加于在模子内的未固化混凝土单元的表面，该三维图案是基于来自一个或多个自然产生的或人造的物体的一预先存在的三维图案。
60.如权利要求59所述的模子模板，其特征在于，该板的主表面上的三维图案具有一至少约0.5英寸的最大凹凸。
61.如权利要求60所述的模子模板，其特征在于，最大凹凸是至少约1.0英寸。
62.如权利要求59所述的模子模板，其特征在于，通过数字扫描一个或多个自然产生的或人造的物体的三维图案产生三维图案。
63.如权利要求59所述的模子模板，其特征在于，还包括沿着带有三维图案的脱模模板的主表面的至少一部分的一凸缘。
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