DE1571606A1

DE1571606A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Zementleim

Info

Publication number: DE1571606A1
Application number: DE1966K0059029
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kalich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-04-18
Filing date: 1966-04-18
Publication date: 1970-07-23
Also published as: NL6612804A; BE692655A; ES329581A1; FR1525094A

Description

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Zueatzpatentanmeldung ζυ Κ 55 5>5/

Rudolf Kaiich, 7504 Weingarten/badan, Carl-Benz-Str. f

Verfahren und Vorrichtung zuir Herstellen von Zementleim

Die Erfindung betrifft «in Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Zementleim aus Zement und Wasser, gegebenenfalls unter Zufügen von weiteren staubförmigen, feinkörnigen oder flüssigen Additiven und/oder Zuschlagstoffen in einem Mischgerät, bei dem rotierende Teile, die mit starren Teilen zusammenarbeiten, nur so schnell angetrieben werden, daß gerade noch keine durch Kavitation bewirkte Dampfblasenschicht gebildet wird, und bei dem unmittelbar an diese Vormischung die Geschwindigkeit der rotierenden Teile beschleunigt wird (nach Patentanmeldung K 55 515 Vlb/BOb» Patent Hr..........·.).

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Ee iat bekannt, daß außer d-*r Zementqualität selbst die Zusammensetzung des Zemcntleimes, also der Wasser/ Zement-Wert und ier Suepensicnsgrad des Zwmentes im Wasser ausschlaggebend für cl.le erziel bare Druckfestigkeit von Zementstein isc, dar im erhärteten Beton die Steine des Korngerüst>»s miteinander verbinden. Vorteilhafterweise wird hierbei der Zementleim in einem besonderen Mischer vorg<smischt und dann der Betonmischmaschine, die dLi Susct.lagstoffe mit dem Zemen^- leim vermischt, ssugegibf-n. ])as erfindungsgemäße Verfahren betrifft das VorKitchen, alao das Mischen von Wasser mit Zement- und gegebenenfalls mit weiteren etaubförmigen, feinkörnige λ oder f rissigen Additiven oder Zuschlagstoffen.

Bin brauchbarer Zementleim ergibt sich dann, wenn jede β "Zementteilchen" vclikomiten von Wasser umgeben ist, sich also eine kolloidale Suspension ergibt. Srst dann ist durch Hydratation ein·; einwandfreie Kristallbildung möglich, die den Zemenfiein zu Zementstein größter Festigkeit u: d Dichte «rhärten läßt. Dieser vollkommenen Benetzui.g stellen sich vt>rschiedene Schwierigkeiten entgegen:

1. Die Oberflächenspannung des Wassers,

2. die gleichpoligeJi elektrischen Aufladungen der zu '- vermischenden Elemente,

3· die Neigung zur Nesterbildung.

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Die letztgenannte Neigung z'jr Nestorbildung -ir Gib·¹* sich daraus, daß der mit Wasser in Berührung komm';': Zement durch chemische HoaVrtion an seiner Oberfläche eine gelartige Masse bildet : Hydratation), dl·? wie eine Haut eine Vielzahl von Sementteilcben einkapseln und deren Benetzung verhindern kann. Bei der (JeI-Bi idung bindet der Zement etwa i!5 # seines Gewichtes αϊ Wasser, ao daß die vollkommene Durch feucht ung eir,»?s solchen Zementnestes nur dann stattrinden kanr, wer-n im weiteren Verlauf der Steinvrerdun^r dauernd Waoaar zugeführt wird. Da dies jedocj aus wirtschaftlichen Gründen selten genügen! lange Zeit möglich in·*., nimmt der in einem solchen N*s« fiingeschloesene Zement nicht an der Gel-Bildung teil and beteiligt si^h auch nicht an der die Festigkeit d*s Betons wesentlich bestimmenden Steinwerdung des "ejoontleimes. Steht hlngc-gsn über eine hinreichend lang« Zeit genügend Wasser zur Verfügung» so wächst die Ghl-Schich⁺ so lange, bis sänrliehe Zement te liehen volikomin<:n aogebaut sind. Kann diese Nesterbildung jedoch verhindert .'erden, so nimmt ,jedes Zementteilchen von vornherein di*¹ für seinen Abbau (Hydratation) erfordarliche W^ss^rmenge auf und die Gel-Bildung findet in idealer We^se statt. Eine spätere Befeuchtung des fertigen Zemtmtsteines bzw. Betone

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kann dann auf die Oberfläche beschränkt blaiben, um deren Austrocknung zu vermeiden.

Bei diesem Vornischen muJ3 auch dia Mischzei·'; berücksichtigt werden. Ein<* kurze Mischzeit ist unter anderem deshalb wichtig, weil sofort nach der Benetzung des Zementes mit Wasser die Hydratation und damit die Zementsteinbildung, unabhängig von weiteren äußeren Einflüssen, beginnt. Ee kann also nicht eine größere Menge Zementleim vorgemischt urd nach und nach zur Herstellung von Beton abgezogen werden, sondern immer nur eine solche Menge, die unmittelbar in dem dem Vormischer nachgeschalteten Betonmischer verbraucht werden kann. Nimmt die Zementleimvormischung bereits zu viel Zeit in Anspruch, kann die Hydratation des Zementes schon so weit vorgeschritten sein, daß das Einbringen des Batons insbesondere bei niederem W/Z-Wert auf Schwierigkeiten stößt. Außerdem werden durch lange Mischzeiten Betonmischanlagen unwirtschaftlich, da sie nur so schnell arbeiten können, wie das laigsamste in der Verarbeitungskette enthaltene Glied. SLe Spielzeit einer modernen, Wasser, Zement und Zuschlagstoffη vermischenden konventionellen Betonmischmaschine liegt in der Größenordnung von etwa 60 Sekunden. Eine üb<?r diese Zeit hinausgehende Spielzeit für die Vormischung, also für die Herstellung des

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Zement leime β, kann deshalb auch aus wirtschaftü-oLen Gründen nicht zugestanden werden.

Se stellte sich daher die Aufgabe, ein /erfahren anzugeben, das ee ermöglicht, Zement und gegebenenfalls Additive und Zuschlagstoffe so mit Wasser zu vermischen, daß die einer einwandfreien Vermischung entgegenstehenden Eigenarten der einzelnen Komponenten ausgeschaltet oder Überwunden werden können, um das Gemisch, also den Zementleim in einer Spielzeit fertigzustellen, die min destens nicht länger ist als die Spielzeit der nr.chge- ordneten Betonmischmaschine.

lach der Erfindung wird die gestellt« Aufgab· duroh «in ▼erfahren aus Hersteller von Zeaentleia aus Zement und Wasser, gegebenen/alle unier Zufügen von weiteren βtaubfureigen, feinkörnigen oder flüssigen Additiven und/odsr Zuschlagstoffen in sin·» Mischgerät, bei den rotierend· Sail·, di· mit starrem fallen zusammenarbeiten, Wir so sohnsU angetrieben werden, da* gerade noch kein« duroh Kavitation bewirkt· Daapfblas«nsoaioht gebildet wird, und bsi de« unmittelbar an diaaa Tomisohung die Oeaohvlndlgkei t dar rotierenden Τ_β11· basohleunigt wird, daduroh galtst, daS dia Mischung in einam Srehaahlbereioh arfo7.it, bsi dem duroh Kavitation aina Tlelaahl kl»lner Sattiaapfbissen erzeugt wird.

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Das in den Mischbehälter eingebrachte Misclbw&eeer wird durch das Antreiben der rotierenden Teile chne Kavitationserscheinungen so in Bewegung versetzt, da2 sich eine den zuzugebenden Zement erfasrende Strömung ausbildet. Da eich die Strömung, weil sie nicht durch Kavitation behindert wird, voll ausbilden fcavn, ist fo möglich, den zuzugehender Zement gegebenenfalls mit Additiven und.'c der 2u3chlag3toffen auf einnal Ln den ^tischbehälter einzubringen. Der Zement wird hierbei sofort von der 3'srömung erfaßt und durc.b d-m Misch behälter getrieben. Hierbei passiert er »wangeläufig die die Mischung bewirkenden rotierenden od«r starrer, feile, so daß bereite eine sur Verkücsung der eigentlichen Misohselt erwünaohte Vomiechung stattfindet. Unmittelbar naoh de« Einfüllen des Zemente in den Mieohbehälter werden die rotierenden Teil· tteer die fttr Wasser gültige Ia-?itatiotttgreiui· bioatie aag»trle-> ben, bis >u eines Drtheahleereioh, bei dt« sieh an biw. hinter den roti tuenden Teilen ein· fieleahl kleiner 8ftttde*pftl«een »ilden. Di··· vielen kleimea fattdeeipfblaeen werden iaeer d*an mnmgt, t*w. «e tritt iaaer dann Iaritation avf, «aoa iafolje su groier 9eeehvin-> difkeit umlaufender Teil· an einigen Stellen der Sruok in der FUUiaigkeit» ia der die Teile aalaufen, «nter den Terdaapfungedruok aiakt. lua let dl· Kavitation

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b«w. die mechanische Druckminderung durch schnell·· umlaufende Teile ein recht komplexer Vorgang, deT sowohl vom Zustand der Flüssigkeit, also oteLner 7A koeität und seinem 3swic!ix als auch von d«r Fora umlaufenden Teile und oeltatverstgndlioh der«n Umfangsgeschwindigkeit abhängig isΐ. Einen Anhaltspunkt eur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man darin finden, daß man die Grenze, bei der gerad*» noch keine Kavitation auftritt, nach den Dekann&**n Formeln, die für Wasser gültig sind, errechnet. Hiervon ausgehend liegt im allgemeinen der günstigste Dr^hzahlbereich, bei dem eich also eine Vielzahl kleiner Sattdampfblaeen ausbilden, etwa bei der doppelten Drehzahl. Wird dieser Drehzt-blbtoreioSi überschritten, so vereinigen eioh die einzelnen Sattdampffelaaen au einsm Über den rotierenden Teilen ruhenden Dampfdom* d«r di© Berührung des Mischgutes alt den rotierenden T«Slen und damit die Mischung verhindert. Wird der erfIndurj£8gemä8e Dreheahlbereich unterschritten, so ist die Kavitationsbildung ungenügend_s ©s werden also nur wenige Dampfbläaohen erzeugt j die auch bereits beim Entstehen, noch im Bereich der rotierenden Tail*?, wioder zusamEieiaatüygQn. Wird hingegen üqf, wie p^aktisalie Versuche geeeigt haben, durchaus !liefet ls^itlisefeo DrelassaJills®r©i@fe a®oh der Brfindua^ gewlhlt_p feei dos sick Qi&e"Vielzahl kleiner Sattdaffipfbla@©a bilder. ₉ s© führen die uoauf-

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hörlichen Einzel-Implosionen, also das Zusammenstürzen der einzelnen,.optimal großen Dampfblasen im Bereich und nach den rotierenden Teilen zu einer intensiven, nahezu molekularen Durchmischung des Mischgutes. Der so erzeugte kolloidale ZementIeim kann nun dem Mischgerät abgezogen und einem üblichen Betonmischer zum Beimischen der Zuschlagstoffe zugeführt werden.

Das erfindungsgemäBe Verfahren ist bei sämtlichen bekannten Mischerart4n anwendbar, also sowohl beim Trommelmischer als auch beim Propellermischer oder bei sonstigen Rührwerken. Mit Vorteil wird jedooh nach der Erfindung ein Mischgerät verwendet, dessen am Boden rotierender Mischkörper propellerförmig ausgebildet 1st, wobei die Propeilerflügel einen von der Aerodynamik her bekannten tragflUgo!ähnlichen, mit der Sogseite nach oben gerichteten Querschnitt aufweisen. Eine derartige Querschnittsform schafft aie Gewähr dafür, daß sich über die ganze Sogseite ein Unterdruck ausbildet und auch noch eine Unterdruck se hl ep pe nach den rotierenden Teilen . /£. mitgeführt wird. Insbesondere bildet sich die optimal« ( Kavitation bei einem derartigen Profil dann, wenn die Drehzahl etwa im Verhältnis 1:2, ausgehend von der Iavitatlonsgrenze, erhöht wird. Ein solcher Drehzahleprung ist jedooh 8ehr erwünscht, da das Drehzahlverhältnle 1:2

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■ dem Drehzahlverhältnia eines Elektromotores mit Dahlander-Schaltung entspricht und er auch bei sonstigen Antrieben ohne Schwierigkeiten durchgeführt worden kann.

Bei einem derartigen, mit propellerförmig ausgebildeten rotierenden Teilen ausgestatteten "Mischgerät können die rotierenden Teile ^edcch auch, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, einen in Drehrichtung liegenden keilförmigen Querschnitt mit senkrecht zur Drehebene angeordneter AbschluSflache erhalten. Bei einer solchen Auebildung der rotierenden Teile tritt über die gesamt« Breite dieser Teile keine Kavitation auf» sondern erst nach deren Hinterkante. Daduroh wird «in zu starker Kavitationeangriff, also der, beispielsweise von Schiffsschrauben oder Kaplanturbinen her bekannte Loohfrafl vermieden. Durch eine Anordnung der keilförmig ausgebildeten PropellerflUgel derart, daß deren Unterseite parallel zur .Drehebene verläuft, wird außerdem erreicht, daieine gute vertikale Duronströmung des so ausgebildeten Miaohkörpera erfolgt.

Der Kavltationseffekt bei keilförmig ausgebildeten Propellerfltigel» kann nooh dadurch verstärkt werden, da8 die Hinterkanten der Flügel ale Abreißkante mit eioh •■ur Absohlußfläohe Jiin verdiokend«D Quf reohnitt aue-

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gebildet sind, wodurch eine Beschleunigung dee Mischgutes kurz vor der Abreißkante erfolgt und dadurch eine intensivere !Druckminderung hinter der Abraißkante.

Der Mischkörper eines derartigen Mischgerät na 3cann einem weiteren Merkmal der Erfindung nach auoh alβ eine Scheibe ausgebildet sein, die zumindest einseitig wenigstens eine Auswolbuns; oder eine entaprechende Ausnehmung aufweist. IJe -st auch möglich, mehrere derartiger Scheiben übereinander auf einer gemeinsamen Achse so anzuordnen, daß das Mischgut zu jeder einzelnen Scheibe Zutritt hat, also auoh bei jeder Scheibe Kavitation auftreten kann. Die Auswölbungen bzw. Ausnehmungen können keilförmig oder wellenförmig sein, jeden falls müssen eit mechanisch eine Druckmimderung im Misohgut und damit Kavitation erseugen. Welche Form elnee Mlsohkörpers gewählt wird, hängt veitgehend von dem sonstigen konstruktiven Aufbau des Mischgerätes und von der verwendeten Drehzahl ab. Umgekehrt hat man es duroh Wahl der Formgebung de· Misohkörptrs in der Band, deijlavi tat ions bereich an eine festliegende Drehzahl ansupassen.

Auf der Zeiohnung ist der erfindungsgemäfie Drehsahlbereich grafisch dargelegt und sind mehrere Aueführunge-

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von Mischkörpern dargestellt. Im einzelnen zeigen:

Pig. 1 Druekfeatigkeitskurven, Pig. 2 die Draufsicht auf einen ersten propel"'erförmig

ausgebildeten Miechkürper, Pig. 3 einen Qjerschni'-t durch den Propellerflügel nach

Figur 2 in Schnittlinie II1-1II, Pig. 4 die Draufsicht Ruf pinen zweiten propellerförmig ausgebildeten Mischkörper,

Pig. 5

und 5a je einen möglichen Querschnitt nach der Schnittlinie Y-V der Figur 4,

Fig. 6 einen scheibenförmigen Mischkörper,

Pig. 7 einen Querschnitt nach der Schnittlinie 71I-VII der Figur 6,

Fig. 8 einen weiteren scheibenförmigen Mischkörper,

Fig. 9 einen Querschnitt nach der Schnittlinie IX-IX der Figur 6 und

Pig. 10 mehrere übereinander angeordnete Mischkörper.

Die in Figur 1 dargestellten ewei Kurven seigen die Druckfestigkeit von erhärtetem Zementleim, der mit demselben Mischgerät, Jedoch bei verschiedenen Dreh·* zahlen vermischt wurde. Auf der Ordinate 1 ist hierbei

di* Druckfestigkeit, auf der Abszisse 2 ein Kavitations-

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Index aufgetragen. Der Kavitations-Index entspricht der Drehzahl der rotierenden Teile, berüokeiohtipt jedoch auch noch deren Form. Die linke beginnende obere Kurve hat einen niedrigeren Waaeer-Zement-Wert &.1& die. * darunterliegende Kurve 14JJt^a beim Absziseeuwert liegt die für Wasser gültige Kavitationsgranze bei der Größe und Form der rotierenden Teile. Die höchste Druokfestigkeit und dami- de^ Beweis für die innigste Vermischung der zum Zementleim führenden Stoffe liegt nach der Kurve etwa bei einer Verdoppelung dieses Wertes, bein Abszissenwert 10. Um diesen Maximalwert liegen die Abezissenwerte 7 und 7', die durchaus noch günstige Ergebnisse erbringen. Bei .den Funkten 13* und 14'bsv. bei den zugehörigen Drehzahlen auf der Abszisse ^"uiid 14" bildet sich über den rotierenden Teilen ein Dampfdom, der die weiter«? Duvchraischung verhindert.

Figur 2 zeigt die Draufsicht auf den propellerfömig ausgebildeten Mischkörper eines Propellern!schere. Die Propellerflügel 8 sind hierbei symmetrisch uij eine Habe 9 angeordnet. Die Anzahl der FropeHerflüge1 8 richtet sieh im wesentlichen nach der Größe des Mischbehälter β 20 bzw. nach den konstruktiven Möglichkeiten, In Figur 3 ist der Querschnitt eines derartigen Propell erflügels 8 gezeigt. Dieser Propellerflügel 8 hat einen tragflügelähnlichen Querschnitt, also eine

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gewölbte* Bogerzeugende Oberseite 21 und eine flache, leicht gegen die Senkrechte angestellte Unterseite 22. Der Propellerfitigel 8 wird in Richtung 6, entsprechend der Drehrichtung des Propellers bewegt.

Bine weitere AusfÜhrungoform eines derartigen Mischkörpera iet in Figur 4 gezeigt. Dessen propellerförmig auegebildeten Teile 23 in Form eines langgestreckten Reohteoks haben einen keilförmigen Querschnitt mit parallel sur Drehebene verlaufender Unterseite 24. Eine Variante hiervon geigt Figur 5a, wobei die Hinterkanten 11 dea Propellerflügels ale Abreißkante ausgebildet Bind, die die Abschlußfläche 12 begrenzen.

Die folgenden Abbildungen 6 bis 10 zeigen acheibenförmige Miechkörper. In Figur 6 iet ein MiaohkÖrper 25 dargestellt, der eine im Querschnitt nach Figur 7 ge- «e igt β Aufwölbung 26 besitzt» Did ge* e igte Aufwölbung hat eine eoharfe Abreißkante 27, an der ein Druckepriing in dem Mischgut stattfindet* S_elbstveretändlich kann die Aufwölbung auoh wellenförmig oder mit abgerundeter Kante verlaufen, je naoh Konsistenz des Mischgutes und Dreh« eahl dee Miachkörpera. figur 8 eeigt eine weitere Ausführungsform eines scheibenförmigen Miechkörpere 28, in dem Durohbreohungen 29 vorgesehen sind. 8chlie61ioh let

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in Figur 10 no-ih di* Anordnung mehrerer scheibenförmiger Mischkbrper auf einer gemeinsamen Nabe 9 dargeatellt, die am Boden eines Mischbehälterβ 20 drehbar gelagert ist. Der Durchmesser dieser scheibenförmigen Mischlcörper 28^!, 28", 28"· nimmt zum Boden des Mischbehälters 20 hin zu. Diese Anordnung gewährleistet, daß die obersten scheibenförmigen oder sonstwie ausgebildeten Misohkörper das Mischgut ansaugen und «?s somit zu einem Vertikalkreislauf 30 zwingen. Durch die größere Umfangsgeschwindigkeit der unteren Scheiben wird die erfindungsgemäße optimale Kavitation erzeugt, also die intensive Durohitischung bewirkt.

Claims

Patentansprüche

τ . Verfahren auin Her ρ teilen vor. Z^emerrtlaii!i ava Zement und Wasser, gegebenSrXaIIs ufltnr Zufügen vr,n weiteren etaubförmigen, feinkörnigen oder flüssigen Additiven und/oder Zuschlagstoffen in einem Mischgerät, bei dem rotierende Teile, die mit starren Teilen ζυεβιηΐη*π.-arbeiten, nur so schnell angetrieben werden, daß gerade noch keine durch Kavitation bewirkte Datapfblasenachich*'; gebildet wird und bei dem unmittelbar an diese Vormischung die Geschwindigkeit der rotierenden Teile beschleunigt wird (nach Patent .... .}, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischung in einem Drehzahlbe caich er felge-, bei dem durch Kavitation eine Vielzahl kleiner Sattdampfblasen erzeugt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens :iach Anspruch 1» unter Verwendung ein*s, ara Βοα«η eines MiBchgeräteB angeordneten rotierenden Kischkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Miechkörper propellerförmig ausgebildet ist und die Propellerflügel (Θ) einen tragflügelahnlichen, mit der Sogseite (21) nach oben gerichteten Querschnitt aufweisen.

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3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1 unter Verwendung eines, am Boden eines Mischgerätes angeordneten rotierenden Misohkörp«rs, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper prope11erförmig ausgebildet ist und die PropellerflUgel (23» 23') einen in Drehrichtung (6) liegenden keilfönnigen Querschnitt mit senkrecht zur Drehebene angeordneter Abechlußflache (12) aufweisen.
4· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeiohn»t, daß die Unterseite (24, 24¹) der Propellerflügel (23, 23') parallel zur Drehebene verläuft.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkanten der PropellerflUgel (23") als Abreißkanten (11) mit sich zur Abschlußfläche (12) hin verdickendem Querschnitt auegebildet sind.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1 unter Verwendung eines am Boden eines Mischgerätes angeordneten rotierenden Hisohkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper mindestens eine Scheibe (25, 28, 28', 28«, 28"') 1st, und daß die Schelbe(n) zumindest einseitig wenigstens eine Aufwölbung (26) oder Ausnehmung (29) aufweist (aufweisen).

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe(n) wenigstens einmal durchbrochen (29) ist (sind).
8. Vorrichtung nach ein^ia der Ansprüche 6 oder 7_r dadurch gekennzeichnet, daß der Sciieibfindurohroessör der einzelnen Scheiben [28', 28", 28"') zum Bodt-n dna Mi sehgerät es hin zunimitft,

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