DE19747283A1

DE19747283A1 - Verfahren und Vorrichtung zur chargenweisen Herstellung von Baustoffmischungen, insbesondere Beton, unter Verwendung von Restwasser (Recyclingwasser)

Info

Publication number: DE19747283A1
Application number: DE19747283A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Holl
Original assignee: Elba Werk Maschinen GmbH and Co
Current assignee: Elba Werk Maschinen GmbH and Co
Priority date: 1997-10-25
Filing date: 1997-10-25
Publication date: 1999-06-10

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chargenweisen Herstellung von Baustoffmischungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise des Pa tentanspruchs 4.

Vorrichtungen der vorgenannten Art gehören schon lange zum Stand der Technik und zwar in vielfältigen Varianten. Was die Baustoff beziehungsweise Betontechnologie, d. h. die Betonherstellung per se, anbelangt, so ist davon auszugehen, daß bei den Maschinenele menten einerseits und der Zuführung beziehungsweise Dosierung der Mischungsbestand- und -anteile sowie deren Vermischung anderer seits allenfalls noch Detailverbesserungen möglich sind.

Im Zeitalter ökologischen und ökonomischen Denkens erweist es sich jedoch zunehmend als dringend geboten, über eine sparsame Verwen dung der natürlichen Ressourcen nachzudenken. Es ist bekannt, daß die Wasservorräte zu den schützenswerten Gütern gehören, so daß jeder Möglichkeit, Wasser einzusparen, nachzugehen ist.

Aus den genannten Gründen wird bei der Herstellung von Baustoff mischungen im allgemeinen und bei der Herstellung von Beton im be sonderen das erforderliche Anmachwasser in Gestalt von sogenanntem Rest- beziehungsweise Recyclingwasser zugegeben. Dieses Recycling wasser entsteht bei der Reinigung der Baustoff-/Betonbereitungs anlagen, sowie bei den Baustoff-/Beton-Transport- und/oder -för dergeräten; es fällt auch beim Auswaschen der Baustoff-/Beton restmengen an. Das anfallende Restwasser (Recyclingwasser) wird dabei in Wasserauffangbecken geleitet und schließlich als Anmach wasser wieder verwendet.

Es ist allgemein bekannt, daß der Wasser-/Zementfaktor und auch das Wasser-/Feststoffverhältnis die Qualität des Baustoffs/Be tons ganz entscheidend bestimmen und beeinflussen; dies bedeutet auch, daß im Falle der Verwendung von Recyclingwasser als Anmach wasser zu berücksichtigen ist, daß die Feststoffe im Restwasser die Betonkonsistenz beeinflussen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht mithin darin, ein unkompliziertes und problemloses Verfahren sowie eine einfache und preiswerte Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise im Oberbegriff des Patentan spruchs 4 angegebenen Art anzugeben, auf deren Grundlage der Fest stoffanteil des Recyclingwassers festgestellt und die Rest wassermenge des Baustoffs/Betons dem aktuellen Baustoff-/Be tonrezept entsprechend korrigiert werden.

Diese Aufgabe wird verfahrensspezifisch durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 und vorrichtungsspezifisch durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.

Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht mit anderen als in den Ansprüchen 1 beziehungsweise 4 gebrauchten Worten darin, die ein geleitete Menge Anmachwasser volumen- und gewichtsmäßig exakt zu erfassen um die aktuelle Dichte des Anmachwasser zu bestimmen und auf der Grundlage dieses Dichtewerts auf der Grundlage einer (an sich bekannten) Formel oder einer den Zusammenhang zwischen dem Feststoffgehalt des Recyclingwassers und der Menge und Dichte des Recyclingwassers aufzeigenden Tabelle die Menge der nachzudosie renden Wassermenge zu ermitteln. Dies wird auf der Basis eines den Volumenstrom des Anmachwassers messenden Durchflußmessers und ei ner elektronischen Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Dichte wertes, sowie zur Zuordnung beziehungsweise Errechnung des Wertes für die erforderliche Restwassermenge erreicht.

Um mögliche Meßungenauigkeiten in der Anfangs- und Schlußphase der Einleitung des Anmachwassers zu verhindern, ist vorgesehen, die Volumenstrommessung und die Gewichtskraftmessung in einem vorgege benen beziehungsweise bestimmten Zeitintervall zwischen Beginn und Ende der Wasserdosierung durchzuführen (vergleiche Anspruch 2).

Im Falle der Ermittlung der Restwassermenge auf der Grundlage ei ner Tabelle ist anzumerken, daß eine solche Tabelle vorliegt (und zwar als Bestandteil der DAfStb-Richtlinie des deutschen Ausschus ses für Stahlbeton, Ausgabe 1995.) - vergleiche Anspruch 3.

Diese Tabelle zeigt den Feststoffgehalt in Abhängigkeit von der Menge und der Dichte des zugegebenen Restwassers bei einer - zu grunde gelegten - mittleren Dichte des Feststoffs von 2.100 kg/m³ und hat nachfolgenden Informationsgehalt:

Der guten Ordnung halber sei angemerkt , daß es (vergleiche Ar beitspapier "nistor/text/dichtbet1.doc" der Firma ENDRESS + MAU- SER) in Verbindung mit der Verwendung von Recyclingwasser als An machwasser bekannt ist, dessen Dichte zu ermitteln und daraus die erforderliche Restwassermenge abzuleiten. Dieses Verfahren basiert auf einer radiometrischen Dichtemessung. Dabei wird das Recycling wasser mit Gammastrahlen durchstrahlt. Anschließend wird die durch die Dichte des Recyclingwasser bedingte Dämpfung beziehungsweise Abschwächung der (Gamma-) Strahlung gemessen. Über diesen Meßwert wird dann die aktuelle Dichte des Recyclingwassers und daraus ab geleitet die erforderliche Restwassermenge ermittelt.

Abgesehen davon, daß die Verwendung und der Umgang mit radioakti vem Material stets besondere Vorsichtsmaßnahmen bedingt, erfordert das bekannte Verfahren auch eine relativ aufwendige und kompli zierte Kalibrationsprozedur.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläu tert. Diese zeigt eine komplette Betonmischanlage mit einem Trog mischer.

Die Betonmischanlage 1 ist in ein Rahmengestell 2 eingebaut und besteht aus einem (im folgenden Mischer genannten) Ein-Wellen- Trogmischer (Ein-Wellen-Zwangsmischer) 3 als Herzstück und einer Mehrzahl von Einläufen für die einzelnen Mischerbestandteile.

Der Mischer 3 seinerseits besteht aus einem Mischbehälter bezie hungsweise Mischtrog 4, in dem ein aus zwei Wendeln 5 bestehendes Mischwerkzeug umläuft. Diese (Misch-) Wendeln 5 bewegen das Misch gut in Längsrichtung und sorgen so für eine gute, homogene Durch mischung.

Dem Mischer 3 ist - wie erwähnt - je ein Einlauf für die Zuschlag stoffe (vergleiche Bezugszeichen 7) und für den erforderlichen Ze ment (vergleiche Bezugszeichen 8) zugeordnet, über die der jewei ligen Rezeptur entsprechend die vorgegebenen Mengen von der Mi scheroberseite her zugeführt werden. Darüber hinaus ist ein Zulauf 9 für das Anmachwasser vorgesehen, das in einem mit einer Wasser waage gekoppelten Wasservorratsbehälter 10 bereitgestellt wird und über eine Wasserrinne 11 zum Wasserzulauf 9 abfließt.

Der Wasservorratsbehälter 10 ist über eine Wasserzufuhrleitung 13 mit einem Wasserauffangbecken 14 verbunden, von dem aus der Was servorratsbehälter 10 über eine Pumpe 15 gespeist wird. Ist die Mischzeit abgelaufen, d. h. die Baustoff-Betonmischung fertig, so kann diese Mischung über eine Entleerklappe 12 abgezogen werden.

Die soweit beschriebene Betonmischanlage 1 ist Stand der Technik, wobei noch anzumerken ist, daß sie auch nach dem Stand der Technik über eine mehr oder weniger komplexe Steuerung beziehungsweise Da tenverarbeitungseinrichtung 16 betrieben beziehungsweise gesteuert wird.

Gemäß der vorliegenden Weiterbildung dieser Betonmischanlage 1 ist der Wasserzufuhrleitung 13 ein Durchflußmesser 20 zugeordnet, der ein den in den Wasservorratsbehälter gepumpten Volumenstrom V ent sprechendes (Meß-) Signal v generiert, das an die Datenverarbei tungseinrichtung 16 übertragen wird. Gleichermaßen wird ein dem Volumenstrom V entsprechendes Signal g an die Datenverarbeitungs einrichtung 16 übertragen, das der über eine Wasserwaage 21 gemes senen Gewichtskraft G des dosierten Anmachwassers entspricht.

Auf der Grundlage dieser Signale v und g wird über eine einfache Division die (aktuelle) Dichte des in den Wasservorratsbehälter 10 eingeströmten Anmachwassers errechnet. Auf der Grundlage dieses Dichtewerts wird dann

- entweder über entsprechende Berechnungs-Formeln
(vergleiche nachfolgendes Beispiel)
- oder über die eingangs erwähnte Tabelle
(vergleiche das Berechnungsbeispiel am Ende)

die erforderliche Restwassermenge ermittelt. Über den entsprechen den Wert für die Restwassermenge wird die Pumpe

15

angesteuert und die fehlende Wassermenge nachdosiert.

Die Ermittlung der Restwassermenge soll anhand der eingangs wieder gegeben Tabelle erläutert werden, die auf folgenden Überlegungen beruht:

Folgende physikalische Größen finden bei der Dichte beziehungswei se Feststoffmengenermittlung im gegebenen Zusammenhang Verwendung:
I. ρ = Dichte des Restwassers (kg/m³)
m = G = Gewichtskraft bzw. Masse (kg) des Restwassers
V = Volumen des Restwassers (m³)
II. ρ₂ = Dichte der Feststoffe (kg/m³) - dieser Wert wird als Konstante angenommen -
m₂ = Masse der Feststoffe (kg)
V₂ = Volumen der Feststoffe (m³)
III. ρ₃ = Dichte des (Sauber-)Wassers (kg/m³) - dieser Wert ist als Konstante vorgegeben -
m₃ = Masse des (Sauber-)Wassers (kg³)
V₃ = Volumen des (Sauber-)Wassers (m³).

Grundsätzlich läßt sich mithin die zu korrigierende Restwassermen ge auf der Grundlage der nachfolgenden Gleichungen ermitteln.

Die Dichte ρ des Restwassers errechnet sich dann wie folgt:

δ = G/V = m/V
mit G = Gewichtskraft = m (ermittelt in der Waage)
und V = Volumenstrom (ermittelt im Durchflußmesser).

Aus dieser Gleichung

ρ = m/V₂ + V₃
mit - V₂ = m₂/ρ₂ (= Feststoffvolumen)
und - V₃ = m - m₂/ρ₃ (= Wasservolumen)
ergibt sich sodann die Masse der Feststoffe zu:

Die Masse des (Sauber-)Wassers ergibt sich dann zu

m₃ = m - m₂.

Im Folgenden soll anhand der obigen Tabelle ein praktisches Bei spiel erläutert werden:

In der Wasserwaage 21 wird die Gewichtskraft des dosierten Wassers mit m 180 kg ermittelt und es wird ein komplementäres Signal g generiert. Die Dichte des Feststoffs wird - wie bereits ausgeführt - als konstanter Wert mit ρ₂ = 2.100 kg/mm zugrunde gelegt und verwendet.

Auf der Grundlage der ermittelten Gewichtskraft m und des im Durchflußmesser 20 gemessenen Volumenstroms V wird beispielsweise die Dichte des Restwassers zu ρ = 1.100 kg/m³ ermittelt. Wie be reits erwähnt ist die Dichte des Wassers allgemein eine vorgegebe ne Konstante und sie beträgt ρ₃ = 1.000 kg/m³.

Mit diesen Vorgaben wird sodann über die vorgenannte Gleichung die Masse der Feststoffe ermittelt, und zwar zu:

Dies bedeutet, daß in den verwogenen 180 kg Restwasser mit einer aktuell ermittelten Dichte von 1.100 kg/m 31,24 kg Feststoffe enthalten sind, die letztlich durch 31,24 kg Wasserzugabe ersetzt werden müssen.

Um den Rechengang abzukürzen läßt sich dieser Wert (in abgerunde ter Größe) aus der Tabelle über die ermittelten Größen m und δ un mittelbar ablesen - vergleiche die Pfeilspitzen und den eingekrei sten Wert "31".

Claims

1. Verfahren zur chargenweisen Herstellung von Baustoffmischungen, insbesondere Betonmischungen, wobei als Anmachwasser Recycling wasser verwendet wird, das über einen mit einer Wasserwaage ge koppelten Wasservorratsbehälter dosiert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Volumenstrom des Recyclingwassers einerseits und der Gewichtskraft des in den Wasservorratsbehälter eingeström ten Recyclingwassers andererseits die Dichte des Recyclingwas sers ermittelt wird, und
daß auf der Grundlage dieser Dichte die der Rezeptur der Bau stoffmischung entsprechende Restmenge an Recyclingwasser be stimmt und nachdosiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom und die zugehörige Gewichtskraft während eines Zeitintervalls zwischen Anfang und Ende der Zuleitung des Recyclingwassers ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Recyclingwasser-Restmenge auf der Basis einer für eine mittlere Dichte der Feststoffanteile im Recy clingwasser von 2100 kg/mm erstellten Tabelle erfolgt.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 1 bis 3,
bestehend aus einem Mischbehälter (3) mit integriertem Mischwerkzeug (5), sowie Einläufen für Zuschlagstoffe (7), Ze ment (8) und Anmachwasser (9), wobei das Anmachwasser über eine Wasserzufuhrleitung (13) einem mit einer Wasserwaage (21) ge koppelten Wasservorratsbehälter (10) zugeführt wird, der das Anmachwasser in den Mischbehälter (3) entleert, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserzufuhrleitung (13) zur Ermittlung des Volumen stroms ein Durchflußmesser (20) zugeordnet ist, und
daß eine Datenverarbeitungseinrichtung (16) vorgesehen ist, die einerseits aus dem Volumenstrom (v) und der Gewichtskraft (G) die Dichte des Anmachwassers ermittelt und die andererseits auf der Grundlage dieses Dichtewertes die der Rezeptur der Bau stoffmischung entsprechende Restmenge an Recyclingwasser be stimmt.