DE2432609A1

DE2432609A1 - Verfahren zur chargenweisen herstellung von frischbeton

Info

Publication number: DE2432609A1
Application number: DE19742432609
Authority: DE
Inventors: Johann Gilgen
Original assignee: AMMANN U MASCHF AG
Current assignee: AMMANN U MASCHF AG
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1974-07-06
Publication date: 1975-03-13
Also published as: NL7409561A; BE819281A; DE2432609B2; CH568139A5; AT333638B; FR2242209A1; DE2432609C3; FR2242209B1; ATA561674A

Description

Essen, den 5. Juli 1974 (44 120/MS) PATENTANWÄLTE

Dr. Andrej ewski Dr.-Ing. /Honke

U. Ammann Maschinenfabrik AG, Langenthai Dipl.-Ing. Gesthuysen

43 Essen, TheaterpUtz Telefon 223994

Verfahren zur chargenweisen Herstellung von Frischbeton

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chargenweisen Herstellung von Frischbeton mit gegebener Kornzusammensetzung und gegebenem Wasserzementfaktor, bei welchem die Zuschlägst off charge und die Zementcharge mit der für den gegebenen Wasserzementfaktor erforderlichen Zusatzwassermenge vermischt werden.

Es ist bekannt, die erforderliche Zusatzwassermenge dadurch zu bestimmen, dass von der Gesamtwassermenge, die sich aus der Zementmenge und dem Wasserzementfaktor ergibt, den durch eine elektrische Feuchtigkeitsmessung ermittelte Wassergehalt der Zuschlagstoffcharge subtrahiert wird. Dabei hängt die Genauigkeit, mit welcher der gegebene Wasserzementfaktor des Frischbetons erzielt wird, davon ab, wie genau der durch die Feuchtigkeitsmessung ermittelte Wassergehalt der Zuschlagstoff charge ist.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (CH-PS 439 O54) werden die Zuschlagstoffkomponenten mit annähernd konstanten Trockengewichtsanteilen mittels volumetrisch arbeitender"Dosiereinheiten auf ein Sammelband, das in ein Wiegegefäss fördert,

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übereinander geschichtet. Dadurch wird eine für eine zuverlässige elektrische Messung der Feuchtigkeit der Zuschlagstoffcharge hinreichend homogene Mischung deren Komponenten im Wiegegefäss erzielt, das mit Elektroden für.die elektrische Peuchtigkeitsmessung ausgerüstet ist. Dieses Verfahren ist bei sog. Turmanlagen nicht anwendbar, bei denen die Zuschlagstoffkomponenten nacheinander aus ihren Silos direkt in das Wiegegefäss gegeben werden, indem die Auslässe der Silos zum additiven Abwiegen der Komponenten nacheinander von der Waage -. ■gesteuert geöffnet und geschlossen werden. Dabei gelangen die ' einzelnen Komponenten im wesentlichen übereinander in das Wiegegefäss. Eine homogene Mischung, welche Voraussetzung für eine zuverlässige elektrische Messung der Feuchtigkeit der gesamten Zuschlägstoffcharge ist, wird nicht erhalten.

Bei einem anderen, bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (US-PS 3117640) passiert der Zuschlägstoffstrom jeder Komponente im freien Fall den Zwischenraum zwischen zwei Elektroden, mittels welcher die elektrische Leitfähigkeit des Querschnitts jedes Zuschlägstoffstroms fortlaufend gemessen wird. Die Leitfähigkeiten der strömenden Komponenten werden addiert und die Summe wird mit hydraulischen Mitteln integriert. Für eine hinreichend genaue Messung des Wassergehalts müsste dabei der Materialfluss jeder Zuschlägstoffkomponente, nämlich dessen Querschnitt und Geschwindigkeit sowie der Zusammenhang

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der Körner, weitgehend konstant gehalten werden. Dies ist jedoch praktisch nicht möglich. Beim Oeffnen und Schliessen von Schiebern treten Querschnittsänderungen auf, und der Zusammenhang der Körner hängt von der Feuchtigkeit, die Geschwindigkeit hängt von der Füllhöhe des Silos a"b. Dieses Verfahren ist grundsätzlich bei Turmanlagen anwendbar, jedoch kann der Wassergehalt der Zuschlagstoffcharge nicht hinreichend genau ermittelt werden.

Da reines Wasser den elektrischen Strom fast gar nicht leitet, hängt das Ergebnis der elektrischen Feuchtigkeitsmessung der Zuschlägstoffcharge und somit der Wassergehalt der Zuschlägstoffcharge, welcher nach diesen bekannten Verfahren ermittelt wird, von der Art und der Menge der im Wasser gelösten Stoffe ab. Zwar könnten die Einrichtungen jeweils für das betr. Wasser kalibriert werden. Jedoch könnte auch dies nur dann zum Ziele führen, wenn alle Zuschlagstoff- ,. komponenten gleicher Herkunft sind, d.h. Wasser gleicher elektrischer Leitfähigkeit enthalten, was" keineswegs immer der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem insbesondere auch bei Turmanlagen anwendbaren zeitsparenden Verfahren den gegebenen Wasserzementfaktor des Frischbetons genauer und insbesondere auch unabhängig von der Leitfähigkeit einzuhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass

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die Zuschlagstoffcharge und die Zementcharge zuerst mit einem grösseren Teil der Zusatzwassermenge, die aufgrund einer elektrischen Feuchtigkeitsmessung der Zuschlagstoffcharge ermittelt wurde, in einem Mischer gemischt werden, und nach Erreichen eines wenigstens annähernd konstanten Wertes der vom Mischerantrieb aufgenommenen Leistung das restliche Zusatzwasser zugemischt wird, bis die Antriebsleistung einen an dem betreffenden Mischer für die herzustellende Prischbetoncharge mit dem gegebenen Wasserzementfaktor empirisch vorbestimmten Wert erreicht, wobei die Strömung des restlichen, zuzumischenden Zusatzwassers so schwach bemessen wird, dass die Antriebsleistung des Mischers in Punktion der Zeit monoton abnimmt, und die Strömung des grösseren Teiles der Zusatzwassermenge in den Mischer vielfach stärker bemessen wird. Dabei dient die elektrische !Feuchtigkeitsmessung nur einer vorläufigen, ungefähren Bestimmung der Zusatzwassermenge. Endgültig wird die Zusatzwassermenge in Abhängigkeit von der Antriebsleistung, die eine Punktion der "Viskosität und damit des Wassergehaltes des Frischbetons"ist, bemessen. Dabei ist es nötig, die Strömung des zuzumischenden .Zusatzwassers so schwach zu halten, dass die Antriebsleistung des Mischers in Punktion der Zeit monoton abnimmt. Es hat sich gezeigt, dass bei einer zu intensiven Wasserzufuhr die Betoncharge das Wasser nicht rasch genug, d.h. nur stark verzögert,

β aufzunehmen, vermag. Dies führt zu grossen Ungenauigkeiten,

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indem nach Abschalten der Wasserzufuhr die Leistungsaufnahme des Mischerantriebs weiter abnimmt. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Antriebsleistung bei hinreichend langsamer Zugabe von Zusatzwasser ohne Schwankungen einen nach Abstellen der Zusatzwasserzufuhr konstanten Wert erreicht. Deshalb darf das nach der Antriebsleistung des Mischers dosierte, restliche Zusatzwasser auch erst dann zugemischt werden, wenn die An-'triebsleistung annähernd konstant geworden ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Bs zeigen:

Fig. 1 das Schema einer Einrichtung zur Herstellung von Frischbeton und

Fig. 2 die vom Mischerantrieb der Einrichtung nach Fig. aufgenommene Leistung in Abhängigkeit von der Zeit.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung hat Silos, z.B. la,· Ib, für die Komponenten der Zuschlagstoffcharge. Die Auslässe der Silos sind mit Klappen z.B. 2a, 2b, versehen und wie bei Turmanlagen üblich, direkt über einem Wiegegefäss 3 einer Waage 4 angeordnet, dessen Auslass mit einer Klappe 5 versehen und über einem Mischer 6 angeordnet ist. Die Klappen der Silos, z.B. 2a, 2b, sind von der Waage 4, wie weiter unten erläutert, gesteuert. Der Mischer 6 ist von einem Drehstrom-Asynchron-Motor angetrieben.-Der Antrieb hat die Eigenschaft, dass die von ihm aufgenommene elektrische Leistung eine Funktion der Zähigkeit des Mischgutes ist, die von dessen Wassergehalt abhängt. Diese

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leistung wird mit einem Wattmeter 8 gemessen, das eine der Leistung proportionale Spannung liefert.

In den Mischer 6 führt eine Wasserzuleitung 9 mit zwei parallel zueinander geschalteten Magnetventilen 10 und 11. Das Magnetventil 10 hat einen wesentlich (z.B. fünf mal) grösseren Durchflussquerschnitt als das Magnetventil 11. In der Wasserzuleitung 9 liegt ausserdem ein Mengenmesser 12, der zusammen mit dem Yentil 10.eine Dosiervorrichtung bildet. ·

Das Wiegegefäss 3 enthält eine Elektrode 13 einer elektrischen Leitfähigkeitsmessvorrichtung 14 für die Bestimmung der in der Zuschlagstoffcharge enthaltenen Wassermenge. Das metallische Wiegegefäss 3 "bildet die Gegenelektrode, es kann aber auch eine zweite Elektrode im Wiegegefäss angeordnet sein.

Zur Steuerung der Dosiervorrichtung 10, 12 und des Yentils 11 dient ein Analogrechner mit zwei Rechenwerken 15 und 16.. Das Rechenwerk 15 erhält von der Leitfähigkeitsmessvorrichtung 14 eine Eingangsgrösse, die der Feuchtigkeit der Zuschlagstoffcharge im Wiegegefäss 3 analog ist, und eine Eingangsgrösse, die einen einstellbaren Reduktionsfaktor (z.B. 0,90 bis 0,97), die Chargengrösse, das Verhältnis Zement :]?ertigbeton und den Wasserzementfaktor enthält. Der Reduktionsfaktor muss so gross gewählt werden, dass die von der Dosiervorrichtung 10, 12 . dosierte Wassermenge auch bei der grössten auftretenden Uhgenauigkeit der elektrischen Feuchtigkeitsmessung der Zuschlagstoffcharge den Sollbetrag der gesamten Zusatzwassermenge nicht

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überschreitet. Andererseits soll die von der Dosiervorrichtung 10, 12 verhälinismassig rasch dosierte Wassermenge im Interesse einer kurzen, totalen Mischzeit ein möglichst grosser Teil des Sollbetrages der gesamten Zusatzwassermenge sein. Die Chargengrösse ist an einer Vorrichtung 17, des Verhältnis

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Zement:Fertigbeton an einer Vorrichtung 18, der Reduktionsfaktor an einer Vorrichtung 19 und der Wasserzementfaktor an einer Yorricntung 20 einstellbar. Das Rechenwerk 15 ermittelt daraus eine Wassermenge, die entsprechend dem Korrekturfaktor kleiner ist als die Differenz zwischen der für den herzustellenden Frischbeton erforderlichen G-esamtwassermenge und dem durch die elektrische Feuchtigkeitsmessung ermittelten Wassergehalt der Zuschlägstoffeharge. Die dieser Wassermenge analoge Grosse wird gespeichert, um die Dosiervorrichtung 10, 12 zu steuern, nachdem die Zusehlagstoffcharge und die Zementcharge in den Mischer 6 gegeben wurden.

Das Rechenwerk 16 erhält vom Wattmeter 8 die der vom Antriebsmotor 7 des Mischers 6 aufgenommenen Leistung analoge G-rösse und den Einstellungen an den Vorrichtungen 17, 18 und 20 analoge G-rössen, es ermittelt aus diesen letzteren drei G-rössen aufgrund empirisch festgestellter Zusammenhänge den Betrag der Leistung, die der Antriebsmotor 7 aufnimmt, wenn der Mischer 6 Frischbeton mit der eingestellten Chargengrösse, dem eingestellten Verhältnis Zement:Beton und der dem eingestellten Wasserzementfaktor entsprechenden gesamten Wassermenge enthält. Das Rechenwerk 16 vergleicht diese Leistung mit der am Wattmeter gemessenen Leistung und schliesst das vorher geöffnete Ventil 11,. wenn die vom Wattmeter gemessene Leistung auf diesen Betrag gefallen ist.

'Die Einrichtung hat ausserdem eine nicht dargestellte Pro-

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grammsteuervorrichtung, welche die von der Waage 4 und vom Analogrechner 15, 16 gesteuerten Vorgänge in einer "bestimmten zeitlichen Folge auslöst.

Mit der "beschriebenen Einrichtung können grössere Mengen Frischbeton in kürzerer Zeit mit höherer, von der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers unabhängiger Genauigkeit des Wasserzementfaktors automatisch wie folgt hergestellt werden:

Nachdem die Klappe 2a des ersten Silos la geöffnet wurde, veranlasst die Waage 4 ein Schliessen dieser Klappe, sobald das Gewicht der betreffenden Zuschlagstoffkomponente erreicht ist. Dann öffnet die Waage die Klappe 2b des zweiten Silos Ib und schliesst diese nach Erreichung des Summengewichtes dieser beiden Zuschlägstoffkomponente. Entsprechend werden die weiteren Zuschlägstoffkomponenten additiv hinzugewogen, nachdem die Zuschlagstoffcharge vollständig im Wiegegefäss 3 ist, wird deren Wassergehalt mittels der elektrischen Leitfähigkeitsmessvorrichtung IJ, 14 gemessen. Danach wird die Klappe 5 geöffnet, um die Zuschlägst off char ge in den Mischer 6 zu gelben. Die Zementcharge wird ebenfalls abgewogen und in den Mischer 6 gegeben. Das Rechenwerk 15 steuert dann die Dosiervorrichtung 10, 12, um eine Wassermenge in den Mischer 6 zu geben, welche entsprechend dem Reduktionsfaktor etwas kleiner, beispielsweise 3 bis 10$ kleiner als die um den elektrisch ermittelten Wassergehalt der Zuschlägstoffcharge verminderte, für den Beton insgesamt nötige. Wassermenge ist. Dabei ist die Strömung dem grössere'n

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Durchflussq.uerscha.itt des Ventils 10 entsprechend stark, so dass der weitaus grösste Teil der gesamten Zusatzwassermenge in verhältnismässig kurzer Zeit in den Mischer 6 gelangt. Die Zuschlagstoff- und Zementcharge werden mit dieser Wassermenge vermischt. Dabei steigt und fallt die vom Mischer aufgenommene Leistung F und erreicht schliesslich einen konstanten Wert KL im Zeitpunkt t-, , wie Pig. 2 zeigt. Fach Ablauf dieser vorher empirisch bestimmten und durch einen Toleranzbetrag wenig verlängerten Zeit, wird'im Zeitpunkt t„ das Ventil 11 geöffnet. Wegen des entsprechend klein bemessenen Durchflussq.uerschnitts dieses Ventils 11 fliesst das Wasser in einer so schwachen Strömung in den Mischer 6, dass dessen Antriebsleistung bei stetiger Homogenisierung langsam abnimmt. Sobald die Antriebsleistung des Mischers auf den Wert IL gefallen ist, der dem herzustellenden Frischbeton mit dem gewünschten Wasserzementfaktor entspricht (Zeitpunkt t~)', schliesst das Rechenwerk 16 das Ventil 11. Danach wird die hergestellte Frischbeton-Charge dem Mischer 6 entnommen.

Fachdem das Wiegegefäss 3 in den Mischer 6 entleert worden war, konnte die nächste Zuschlägstoffcharge bereits abgewoben und deren Feuchtigkeit elektrisch gemessen werden, so dass nach Herstellung einer Frischbetoncharge sofort mit dem Mischen der nächsten Frischbetoncharge begonnen werden kann.

Der Drehstromasynchronmotor 7 hat bekanntlich die Eigenschaft, bei einer Abnahme der Fetzspannung mehr Strom aufzunehmen,

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so dass die aufgenommene Leistung praktisch unabhängig von NetζspannungsSchwankungen ist. Bei Motoren, welche diese Eigenschaft nicht haben, muss die Betriebsspannung entweder hinreichend konstant sein oder es muss im Rechenwerk 16 der Einfluss von Betriebsspannungsschwankungen auf die Leistung berücksichtigt werden, um die restliche Wasserzufuhr nach der auf die Nennspannung bezogenen Leistung zu dosieren.

Nach dem beschriebenen Verfahren wird der Frischbeton schnell hergestellt, weil der. weitaus grösste Teil der Zusatzwassermenge mit intensiver Strömung und nur der restliche, viel kleinere Teil (z.B. 3 bis 10$) langsam zugeführt wird. Um den grösseren Teil möglichst gross jedoch notwendigerweise zuverlässig kleiner als die gesamte Zusatzwassermenge zu bemessen, empfiehlt es sich, die Elektrode 13 so anzuordnen, dass sie sich normalerweise in der Sandkomponente der Zuschlagstoff charge befindet, da diese Komponente erfahrungsgemäss den grössten Wassergehalt hat. Mit dem Verfahren wird eine hohe Genauigkeit des Wasserzementfaktors erzielt, da die endgültige Bemessung der Zusatzwassermenge unabhängig von der elektrischen Leitfühigkeit des in den Zuschlagstoffen enthaltenen Wassers ist und das restliche Zusatzwasser erst dann, wenn die grösste Wassermenge bereits homogen in der Mischung verteilt ist, langsam zugeführt wird, so dass die Antriebsleistung des Mischers dem Wassergehalt praktisch ohne Ver- · zögerung folgt, zumal diese Leistung auch.bei nicht völlig

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λ%

homogener Mischung einem Mittelwert der Zähigkeit des Mischgates entspricht.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur chargenweisen Herstellung von Frischbeton mit gegebener Kornzusammensetzung und gegebenem Wasserzementfaktor, bei welchem die Zuschlagstoffcharge und die Zementcharge mit der für den vorbestimmten Wasserzementfaktor erforderlichen. Zusatzwassermenge vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschlägstoffcharge und die Zementcharge zuerst mit einem grösseren Teil der Zusatzwassermenge, die aufgrund einer elektrischen Feuchtigkeitsmessung der Zuschlagstoffcharge ermittelt wurde, in einem Mischer gemischt werden, und nach Erreichen eines wenigstens annähernd konstanten Wertes der vom Mischerantrieb aufgenommenen Leistung das restliche Zusatzwasser zugemischt wird, bis die Antriebsleistung einen an dem betreffenden Mischer für die herzustellende Frischbetoncharge mit dem gegebenen Wasserzementfaktor empirisch vorbestimmten Wert erreicht, wobei die Strömung des restlichen, zuzumischenden Zusatzwassers so schwach bemessen wird, dass die Antriebsleistung des Mischers in Funktion der Zeit 'monotoⁿ abnimmt, und die Strömung des grösseren Teiles der Zusatzwassermenge in den Mischer vielfach stärker bemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen der Zusatzwassermenge und dem genannten Teil derselben mindestens entsprechend dem grössten Messfehler der elektrischen Feuchtigkeitsmessung, um den der gemessene Wassergehalt

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der Zuschlagstoffcharge kleiner als der tatsächliche ist, "bemessen wird.
3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das restliche Zusatzwasser nach Ablauf einer empirisch vorbestimmten Mischzeit, während welcher die Leistungsaufnahme des Mischerantriebs den konstanten Wert erreicht, zugemischt wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem mit einer Zuschlagstoff- und einer Zementcharge zu beschickenden Mischer mit Antriebsvorrichtung und einer Waage, deren Wiegegefäss in den Mischer entleerbar und mit wenigstens einer Elektrode einer Vorrichtung zur elektrischen Messung des Wasser- -gehalts der im Wiegegefäss abgewogenen Zuschlagstoffcharge aus-•gerüstet ist, einen in den Misehr führenden Wasserzulauf mit einer Dosiervorrichtung mit einem Ventil und einem dieses steuernden Mengenmesser, und einer Subtraktionsvorrichtung, deren Differenzausgang mit dem Steuereingang der Dosiervorrichtung und deren Minuendeingang mit einer Vorrichtung, an der die für die gegebene Chargengrösse und den gegebenen Wasserzementfaktor erforderliche Gesamtwassermenge einstellbar ist, und deren Subtrahendeingang mit der Vorrichtung zur Messung des Wassergehalts der Zuschlagstoffcharge verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (19) zur Verminderung der Differenz aus der G-esamtwassermenge und dem Wassergehalt der Zuschlagstoffcharge um einen einstellbaren Reduktionsfaktor, ein Wattmeter (8) für die Messung der Leistungsaufnahme der Antriebsvorrichtung (7) des Mischers (6), ein zweites

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Ventil (11), welches dem Ventil (10) des Mengenmessers (10, 12) parallel geschaltet ist und einen vielfach kleineren Durchflussquerschnitt hat als dieses und eine Steuervorrichtung (8, 16, 17, 18, 20), welche nach Ablauf einer vorbestimmten, mit dem Beschicken des Mischers (6) und dem Oeffnen des ersten Ventils (10) beginnenden und grösstenteils nach Schliessen des ersten Ventils (10) verlaufenden Mischzeit das zweite Ventil (11) öffnet und dasselbe beim Erreichen einer vorbestimmten Leistungsaufnahme der Antriebsvorrichtung (7) schliesst.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Minuendeingang der Subtraktionsvorrichtung (15) mit Vorrichtungen (17-20) verbunden ist, an denen die Chargengrösse, das Zement: Fertigbeton-Verhältnis, der Reduktionsfaktor und der Wasserzementfaktor einstellbar sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 4-oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (11) von einem Rechenwerk (16) gesteuert ist, das mit Vorrichtungen (17, 18, 20) verbunden ist, an denen die Chargengrösse, das Zement-: Fertigbeton-Verhältnis und der. Wasserzementfaktor einstellbar sind, welches Rechenwerk (16) aus diesen Grossen die Leistung, welche der Mischer-Antrieb (7) bei einer Frischbetoncharge mit den eingestellten Daten aufnimmt, ermittelt, diese Leistung mit der vom Wattmeter (8) gemessenen Leistung vergleicht, und bei'Gleichheit ein Schliessen des zweiten Ventils (il) bewirkt.

K/ms-mb-4923
3.7.74

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U. Ammann Maschinenfabrik AG Der Vertreter:

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