EP2958721A1 - Dispersionsverfahren und -vorrichtung - Google Patents

Dispersionsverfahren und -vorrichtung

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Publication number
EP2958721A1
EP2958721A1 EP14717066.6A EP14717066A EP2958721A1 EP 2958721 A1 EP2958721 A1 EP 2958721A1 EP 14717066 A EP14717066 A EP 14717066A EP 2958721 A1 EP2958721 A1 EP 2958721A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dispersion
zone
mixing
solids
fines
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14717066.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Garrecht
Christian BAUMERT
Manfred Kleimeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Stuttgart
MAT Mischanlagentechnik GmbH
Original Assignee
Universitaet Stuttgart
MAT Mischanlagentechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Stuttgart, MAT Mischanlagentechnik GmbH filed Critical Universitaet Stuttgart
Publication of EP2958721A1 publication Critical patent/EP2958721A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28C5/00—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions
    • B28C5/08—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions using driven mechanical means affecting the mixing
    • B28C5/10—Mixing in containers not actuated to effect the mixing
    • B28C5/12—Mixing in containers not actuated to effect the mixing with stirrers sweeping through the materials, e.g. with incorporated feeding or discharging means or with oscillating stirrers
    • B28C5/1223—Mixing in containers not actuated to effect the mixing with stirrers sweeping through the materials, e.g. with incorporated feeding or discharging means or with oscillating stirrers discontinuously operating mixing devices, e.g. with consecutive containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/59—Mixing systems, i.e. flow charts or diagrams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/92—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws
    • B01F27/921—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws with helices centrally mounted in the receptacle
    • B01F27/9212—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws with helices centrally mounted in the receptacle with conical helices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/80—Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/82—Combinations of dissimilar mixers
    • B01F33/821—Combinations of dissimilar mixers with consecutive receptacles

Definitions

  • the present invention relates to the term claimed above and thus relates to the preparation of dispersions.
  • Dispersions in chemistry and process engineering are heterogeneous mixtures of at least two substances which do not or hardly dissolve into one another or chemically combine with one another.
  • An important application is dispersions of solids in a liquid phase. Often, such dispersions have a pasty consistency, especially when the solids content is high and the liquid content is low. There are a number of such dispersions which are of considerable importance in the art.
  • Dispersions of considerable importance are inter alia in the production of concrete, in particular for high-performance concretes. Therefore, the present invention will be described below mainly with reference to the production of concrete, in particular high performance concrete or ultra high strength concrete, without, however, a compelling limitation is seen only in this application. Rather, it will be apparent to those skilled in the art that the invention disclosed herein is applicable to other areas of dispersion production other than high performance concrete fabrication; So high fly ash concretes are produced and it is readily possible to produce for self-compacting concretes in a first stage, a suspension, which later coarser aggregates or fibers can be added.
  • Concrete is an important building material that is traditionally made with concrete formulations that mix cement, water and aggregates. Depending on the production vary the properties of the concrete; Particular attention has been paid recently to concretes with special performance characteristics, see, for example, the article "Cement-bound high-tech materials for industry" by T. Teichmann in: BWI BetonWerk International 6/2011, pages 78-82.
  • the solids to be used now have the tendency to agglomeration or aggregate formation, that is they "clump".
  • DE 10 2007 027 080 B4 discloses a process for producing a concrete mixture by metering and stepwise mixing of the concrete components, in which water and fine-grained concrete components and in a final mixing stage the premix prepared in the premix stage with the other components be mixed.
  • This has the advantage that in the dispersion formation for the movement of the coarse granular components no energy must be expended.
  • the energy input in the dispersion production is still significant, especially for high performance concretes with very low water-cement value or water-binder value and finely distributed solids.
  • the energy input is not only undesirable because of the cost, but also has a negative and limiting effect due to the associated, usually unwanted temperature rise.
  • An agitator for the production of ultra-high-strength concrete is known from DE 20 2009 013 755 Ul. It is provided that an agitator for a mixer for mixing a suspension is designed so that the suspension is premixed with an external agitator and an internal agitator.
  • the object of the present invention is to provide new products for commercial use.
  • the ratio of the different solids relative to one another may vary in the course of dispersion preparation, in order to initially add only or predominantly first and subsequently further (per se comparatively preferably likewise finely dispersed, ie not coarsely granular) solids.
  • a dispersion method according to the invention that at least one of the following substances is added to produce a high-performance concrete as solid or fines: silica fume (microsilica), fly ash, rock flour, for example limestone, metakaolin, fine slag sand, burnt oil shale , Quartz powder, reinforcing fibers, in particular glass fibers, steel fibers, carbon fibers, in particular CNTs, plastic fibers, in particular fibers
  • a high performance concrete fluid as water, preferably in addition to defoamer and / or flow agent
  • grain sizes typically of up to 2 mm, preferably up to 10% of the weight of the additives.
  • fiber addition should probably occur only towards the end of a batch production or after, in order to avoid exposure to shear forces on the fibers and thus fiber damage.
  • the process according to the invention can easily be carried out. This shows that the invention per se does not limit the choice of material, but a broad field of substances to be dispersed is available for carrying out the method according to the invention.
  • additives in part because of the viscosity reduction, the processability is improved and the strength of the resulting concrete is significantly increased.
  • These additives can be added according to the invention if particularly high-performance concrete, that is to say in particular UHPC concrete or the like, is to be produced, even if extremely low water-cement values or water-binding medium values are sought and the resulting products have a correspondingly high viscosity have.
  • the dispersion is produced in batches.
  • initially the entire amount of fluid and / or all or substantially all of the water can be introduced into the dispersion device and the recycling can be carried out.
  • initially only the amount of fluid may be started by, for example, switching on the mixer itself or circulating pumps or the like before adding solids.
  • the solids and / or flow agents are then preferably added gradually, wherein the instantaneous addition to a particular batch production stage may be dependent on one or more parameters, such as viscosity already achieved, material specific parameters such as composition, relative solids concentration, packing density, and / or the density, the time required to start or complete run certain chemical processes, the current temperature of the dispersion and / or the environment, the currently supplied and / or the maximum available drive power present in the dispersion device drive motors, in particular the Drive motors for the means for mixing the solids in the mixing zone and / or the drive motors for the means for intensive mixing.
  • the addition of the flow agent can influence the hydration and / or the adsorption behavior of the flow agents on the cement surface.
  • the addition of the solids may be volume or weight controlled and it is possible to alter the ratios of the solids added to one another during the course of the production of a single batch. It should be mentioned that a (process) computer control is possible and preferred. The fact that a continuous production is possible as an alternative to a batchwise preparation should also be mentioned.
  • This may be added as such, for example, in the mixing zone or fed to the recycled dispersion prior to the addition of further solids, such as in a compulsory mixer;
  • further solids such as in a compulsory mixer;
  • the intervalwise addition has the advantage that comparatively much fluid is available, so that dispersion formation, in particular when selecting one or more suitable among the solids to be added, is facilitated.
  • the zone of highest shear is in the mixing zone.
  • the high shear in this mixing zone causes effective destruction of large, but possibly not strongly adhering agglomerates. This destruction of agglomerates which are not strongly adhering can take place before the intensive mixing and thus before the moistening of the outer agglomerate areas; since the humidification of the outer agglomerate areas may act to agglomerate stabilize, a good Agglomeratzerone is caused by the high shear forces.
  • the dispersion intensively mixed in the zone of intensive mixing is removed at the outlet of the zone of intensive mixing and / or behind it.
  • the dispersion prepared per se is recycled again; This is particularly advantageous. This can be achieved by equipment that the
  • the withdrawn dispersion is fed back into the mixing zone and mixed with further solids or fines.
  • the mixing of the further substances to be added in the course of production preferably takes place directly into the dispersion, ie without prior additional moistening or the like, it being noted, however, that in a structurally particularly preferred embodiment, the supply of solids in the mixing zone is by introduction, such as sprinkling, of the solids in a center from where the solids are spun into outer areas where or where they are contacted with the recycled dispersion. This way will be an excellent one
  • the power supplied in the mixing zone and / or the intensive mixing zone is regulated, in particular controlled in multiple stages or (optionally quasi) continuously, in particular taking into account a currently detected temperature, in particular the dispersion temperature and / or a drive temperature, the (drive) energy input, the drive power and / or the drive torque.
  • a simple hysteresis is not simply used to increase and / or decrease or switch off the power supply, but rather, in many fine stages or stages. Regulated or controlled, which allows to achieve optimized dispersion results in a short time.
  • the amount of added fines is controlled and / or regulated, in particular taking into account the power consumption, the power consumption of the drive, the drive power and the drive torque of at least one motor, the dispersion temperature and / or a drive temperature, the time since batch batch and / or the amount of already added fines and / or the stoke and / or grain density, wherein the amount of added fines is determined in particular taking into account tabulated values.
  • the method according to the invention that processes taking place during dispersion or mortar or glue formation are taken into account in such a way that excellent results are achieved for the substances used in each case.
  • Protection is also claimed for a device for dispersion of fines, with a mixing zone and a zone of intensive mixing, characterized in that a return is provided for intensively mixed in the zone intensive mixing dispersion.
  • Fig.l is a partially cutaway perspective view of a device according to the invention for dispersion of fines
  • Fig. 2 is a sectional view of a portion of the apparatus of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic view of a device according to the invention.
  • Fig. 1 comprises a device generally designated 1 for the dispersion of
  • Fines a mixing zone 2 and a zone of intensive mixing 3, with a return 4 for intensively mixed in the zone of intensive intermixing Dis- is provided so that with the device 1, a dispersion method can be carried out in which solids undergo a Einmischzone and a zone intensive mixing of a dispersing, and wherein in the zone of intensive mixing intensely mixed dispersion removed and is passed to the intermingling of other solids.
  • a compulsory mixer 5 in which, see FIG. 3, on the one hand, the return 4 from the zone of intensive mixing 3 opens and on the other hand, a supply for fluid, which in predetermined ratios from a flow agent supply 6a, a water source 6b and a
  • Defoamer reserve 6c can be mixed together in a liquid balance or using dosing pumps 6d. That further and / or other fluids are immiscible, may be mentioned.
  • From the compulsory mixer 5 can further from a first Doseur 7 quartz sand and from a second Doseur other materials, such as fibers, such as steel fibers, are supplied. The doses are controlled so that this feed can be varied in the batch process, for example, in order to supply all or part of the coarser constituents only after completion of the dispersion of all fines.
  • a fluid line 4a is led into an outer zone of an inlet 9 in front of the mixing zone 2.
  • a cylindrical partition wall 9a is provided, which surrounds a central area 9b for the supply of solids.
  • This central region 9b is upwards for the supply of dispersible fines such as cement, microsilica, fly ash, granulated slag, limestone and quartz powder from storage containers 10a, 10b, 10c (see Fig. 3) via suitable dosing on scales I Ia, I Ib, 11c opened funnel-shaped.
  • the inlet 9 leads to a centrifuge plate 12, which is arranged centrally below the central region and designed to hurl the fines from the top, which are metered in from above, and thus into the liquid or suspension which freely falls there.
  • moving, perforated, sheet-shaped mixing tools 13 are arranged along the circumference, which promote mixing of the fines into the liquid.
  • the perforated, sheet-shaped mixing tools ge 13 and the whirl plate turn in the same direction; Alternatively, a rotation in opposite directions is possible, resulting in a zone of very high shear. A shearing action is then given primarily in the gap between wall and sheet-shaped mixing tool. For mixing the liquid and solid components to the perforations of the mixing tools 13 is used.
  • a homogenization zone is provided with blade-shaped mixing tools 14 which, as possible and preferred, are formed integrally with the sheet-shaped mixing tools 13, but have a finer perforation.
  • the blade-shaped mixing tools 14 run in a gap 15, which defines a zone of intensive mixing and the over a pumping and
  • Emptying area 16 ends, from which intensively mixed dispersion can be removed through an outlet 17a or returned to the inlet 9 via the line 4 and the forced mixer 5. For this purpose, the finished dispersion is driven into the outlet line 17.
  • non-perforated paddles which are brought so close to the wall, that results in sufficient pumping for the high viscosity. That alternatively perforated and / or differently structured paddles would be useful, but should be mentioned.
  • the rotational speed of the blade-shaped mixing tools is so high that forms a liquid film on the outer wall.
  • Typical peripheral speeds are 16 - 22 m / s.
  • the area is half to about two-thirds full. Between the blade-shaped mixing tools and the outer wall remains only a small gap, which is completely filled with mass to be dispersed.
  • the blade-shaped mixing tools 13 and 14 are driven by a powerful drive whose power can be regulated; the controller is not shown. It should be mentioned that both a direct and an indirect drive can be realized. In this respect, the direct drive is preferred. It should be further mentioned that the controller can respond to a plurality of influencing variables.
  • a temperature measurement can be carried out at several points by means of temperature sensors in order to generate a local or global heating or overheating of the capture the dispersion and take it into account in the control strategy.
  • means are preferably provided for detecting how high the torque required for a given rotational speed or the rotational speeds achievable with a given supplied electric drive power are. The corresponding measured values are also fed to the controller.
  • the speed can be selected, for example, as a function of a desired formulation, an actual temperature or a deviation between the actual and desired temperature, a packing density, a relative solids concentration, the Blaine value, the water content of the binders and / or additives , the C3 A content, the saturation dosage of superplasticizer to additives and / or the machine Froude number. Accordingly, it may be mentioned that a control can be used in which processes adapted to different starting materials and / or different desired dispersions are stored. This can be done on the basis of microcontrollers and the like with digital controllers.
  • fluid in the fluid balance 6d is mixed from the sources 6a, 6b, 6c and supplied via the positive mixer 5 into the inlet 9.
  • the drive for the low-power blade-shaped mixing tools is put into operation and gradually solids from the supplies 10a, 10b, 10c for the dosing I Ia, I Ib, 11c are mixed via the inlet 9, after which the solids on the spinner plate 12th fall, where they are accelerated to the outside and are already largely freed from coarse lumps by the impact and the effect of the whip dish.
  • the solids are distributed and meet the liquid and are mixed therein, in order to then go down into the homogenization zone, where they are mixed intensively by the blade-shaped mixing tools and so a homogeneous dispersion is generated.
  • the intensely mixed dispersion passes into the outlet line 17 and from there via the return line 4 back into the compulsory mixer, where, as for a particular recipe required, additional fluid can be added.
  • the temperature is continuously monitored in order to avoid a high temperature during dispersion formation; If the temperatures are too high, the power can be reduced and / or, if necessary, the fine material feed can be throttled accordingly. That can be cooled with suitable means known per se, may be mentioned. Thus, it would be possible to add fluids cooled and / or from the outside cooling elements such. water-flow snakes to be arranged on housing walls.
  • the process remains well manageable despite the high input power, because in each phase a complete wetting of the solids is ensured, with the first moistening of new solids in the shear zone and the narrow column ensures intensive mixing with good moisture penetration.
  • Even at high viscosities achieved in the final phase no problems arise as a result of the controlled addition of fines, since the gradual addition of fines or solids over time, in particular under consideration the temperature, the fines densities, the packing densities and / or the relative solids concentration and / or one or more drive parameters, such as the currently possible (or) possible rotational speed for a given power, can be controlled such that a grinding of larger components by internal friction and so on a permanent dispersion can be guaranteed. It can be dispersed in a short time a large amount of material with low energy consumption. The fact that optionally the fine material dispersion is miscible in a different machine with coarser solids, should be mentioned otherwise.
  • the drive power is first gradually increased successively in accordance with the increase in viscosity in order to ensure a consistently good mixing regardless of the increasing viscosity.
  • the drive power is limited to a certain maximum, which protects the device.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dispersionsverfahren, bei welchem Feststoffe eine Einmischzone und eine Zone intensiver Durchmischung einer Dispergiervorrichtung durchlaufen. Hierbei ist vorgesehen, dass in der Zone intensiver Vermengung intensiv vermengte Dispersion entnommen und zur Einmengung weiterer Feststoffe rückgeführt wird.

Description

Dispersionsverfahren und -Vorrichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und bezieht sich somit auf die Herstellung von Dispersionen.
Als Dispersionen werden in der Chemie und Verfahrenstechnik heterogene Gemische aus mindestens zwei Stoffen bezeichnet, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden. Ein wichtiger Anwendungsfall sind Dispersionen von Feststoffen in einer flüssigen Phase. Oftmals haben derartige Dispersionen eine pastöse Konsistenz, insbesondere dann, wenn der Feststoffanteil hoch und der Flüssiganteil niedrig ist. Es gibt eine Reihe solcher Dispersionen, die in der Technik erhebliche Bedeutung aufweisen.
Von erheblicher Bedeutung sind Dispersionen unter anderem bei der Fertigung von Beton, insbesondere für Hochleistungsbetone. Daher wird die vorliegende Erfindung nachfolgend überwiegend mit Bezug auf die Herstellung von Beton, insbesondere Hochleistungsbeton bzw. ultrahochfesten Beton beschrieben, ohne dass darin jedoch eine zwingende Beschränkung nur auf diesen Anwendungsfall zu sehen ist. Es wird für den Fachmann vielmehr einsichtig sein, dass die vorliegend offenbarte Erfindung auch für andere Gebiete der Dispersionsherstellung außer der Hochleistungsbetonfertigung anwendbar ist; so sind auch hoch flugaschehaltige Betone herstellbar und es ist ohne weiteres möglich, für selbstverdichtende Betone in einer ersten Stufe eine Suspension herzustellen, der später gröbere Gesteinskörnungen beziehungsweise Fasern zugegeben werden können.
Beton ist ein wichtiger Baustoff, der klassisch mit Betonrezepturen gefertigt wird, nach denen Zement, Wasser und Gesteinskörnungen vermengt werden. Je nach Fertigung variieren dabei die Eigenschaften des Betons; besonderes Augenmerk richtet sich in jüngster Zeit auf Betone mit besonderen Leistungseigenschaften, vergleiche etwa den Aufsatz "Zementgebundene Hightech-Werkstoffe für die Industrie " von T. Teichmann in: BWI BetonWerk International 6/2011, Seiten 78-82.
Um einen Beton zu erhalten, der besondere Eigenschaften, etwa eine besonders hohe Festigkeit von um oder über 250 N/mm2 aufweist, ist es in der Regel erforderlich, die Art und Menge der Zusatzstoffe anforderungsgemäß festzulegen, die Menge des eingesetzten Anmach- Wassers, bezogen auf die Menge an Zement, das heißt den sogenannten Wasser-Zement- Wert beziehungsweise den Wasser-Bindemittel- Wert, zu reduzieren und eine geeignete Vermengung vorzusehen, das heißt die Dispersion aus den genannten Substanzen auf geeignete Weise zu bilden. So ist es aus dem Artikel "The influ-ence of mixing on the microstructure of the cement paste/ag-gregate interfacial zone and on the strength of mortar" von A. W. Pope et al., J. Materials Science 27, 1992, 6452- 6462, bekannt, dass die Art der Mischung die Festigkeit eines Mörtels beeinflusst. Die DE 10 2008 031 852 AI diskutiert die Optimierung der Festigkeit und Dichtigkeit der Zementsteinmatrix eines Betons.
Die zu verwendenden Feststoffe haben nun die Neigung zur Agglomeration beziehungsweise Aggregatsbildung, das heißt sie "klumpen". Um die gewünschten Beton- Eigenschaften zu erzielen, ist es aber erforderlich, die Feststoffpartikel zu vereinzeln und sie sehr homogen zu verteilen, das heißt - abgesehen von etwaigen grobkörnigen Bestandteilen - eine weitgehend homogene Verteilung zu erzielen. Dies ist auf unterschiedliche Arten möglich, erfordert aber im Regelfall einen erheblichen Energieaufwand, was nicht nur aus ökologischen, sondern auch aus ökonomischen Gründen unerwünscht ist.
Aufgemahlener Zementklinker neigt abhängig von seiner Mahlfeinheit, den zwischen der Klinkermahlung und der Zementverordnung gegebenen Lagerbedingungen (Feuchte, Temperatur, Lagerungsart sowie -druck etc.) infolge der Wechselwirkungskräfte (van der Waals) zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Agglomeration der im Mahl- prozess vereinzelt vorliegenden Zementpartikel. Festgestellt wurde, dass - stets vorhan- dene - Zementagglomerate bei der Dispersionsherstellung zerstört werden müssen, um so trotz agglomeriertem Ausgangsmaterials die gesamte Zementmenge nutzbar zu machen. Der Aufsatz "Influences of Mixing Methods ort the Microstructure and
Rheological Behavior of Cement Paste " von M. Yang et al. in Adv. Cem. Bas. Mat. 1995, 2: 70-78, untersucht dazu den Einfluss des Mischverfahrens auf die Eigenschaften einer resultierenden Zement-Paste. Es wird ausgeführt, dass ein Intensivmischer dazu beitragen wird, zusammenhaftendes Pulver zu zerteilen. Das Einbringen der erforderlichen Scherkräfte und der Energieaufwand dafür werden jedoch, abhängig von den eingesetzten Verfahren, variieren.
Es wurde auch vorgeschlagen, zunächst feinere Feststoffe zu dispergieren und dann grobgranulare Bestandteile wie Kies usw. zuzusetzen. So ist aus der DE 10 2007 027 080 B4 ein Verfahren zur Herstellung einer Betonmischung durch Dosieren und stufenweises Mischen der Betonkomponenten bekannt, bei welchem in einer Vormischstu- fe Wasser und feinkörnige Betonkomponenten und in einer Endmischstufe die in der Vormischstufe hergestellte Vormischung mit den weiteren Komponenten vermischt werden. Dies hat den Vorteil, dass bei der Dispersionsbildung für die Bewegung der grobgranularen Bestandteile keine Energie aufgewendet werden muss. Der Aufsatz "Technique of multi-step concrete mixing" von K.R. Saeed in: Materials and Structures 1995, 28, 230-234, gibt einen Überblick über verschiedene Techniken, Beton in mehreren Schritten zu mixen.
Auch wurde vorgeschlagen, zur Dispersionsbildung eine Beaufschlagung mit Ultraschallenergie vorzusehen. Der Vorschlag, bei der Mischung von Flugasche mit einem Fluid eine Ultraschallbeaufschlagung mit einer solchen Leistung und Frequenz vorzunehmen, dass in dem partikulären Material enthaltene Mehrfachkügelchen aufgebrochen werden, findet sich unter anderem in der EP 0 948 410 B1.
Trotz dieser Maßnahmen ist der Energieeintrag bei der Dispersionsherstellung noch erheblich, insbesondere für Hochleistungsbetone mit sehr geringem Wasser-Zement- Wert beziehungsweise Wasser-Bindemittel-Wert und fein zu verteilenden Feststoffen. Der Energieeintrag ist jedoch nicht nur wegen der Kosten unerwünscht, sondern wirkt sich auch aufgrund des damit verbundenen, im Regelfall unerwünschten Temperaturanstiegs negativ und begrenzend aus.
Es ist wünschenswert, ein verbessertes Dispergierverfahren anzugeben, insbesondere ein Dispergierverfahren, das eine günstige Herstellung von leistungsfähigem Beton ermöglicht.
Ein Rührgerät für die Herstellung von ultrahochfestem Beton ist aus der DE 20 2009 013 755 Ul bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass ein Rührwerk für einen Mischer zum Mischen einer Suspension so ausgebildet ist, dass mit einem äußeren Rührwerk und einem inneren Rührwerk die Suspension vorgemischt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Grundgedanken der Erfindung wird somit bei einem Dispersionsverfahren, bei welchem Feinstoffe eine Einmischzone und eine Zone intensiver Durchmischung einer Dis-pergiervorrichtung durchlaufen, vorgeschlagen, dass in der Zone intensiver Vermengung intensiv vermengte Dispersion entnommen und zur
Einmengung weiterer Feststoffe rückgeführt wird.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass immer nur wenig Feststoffe neu vermengt werden müssen. Die kleinen Feststoffmengen können daher vergleichsweise einfach in die - gegebenenfalls schon pastöse - rückgeführte Dispersion eingearbeitet werden. Dabei können die geringen Feststoffmengen einerseits leichter zerteilt und verteilt werden, ohne dass einzelne Agglomerate in großen Mengen verbleiben. Andererseits ist auch bei geringer Gesamtfeuchte beziehungsweise niedrigem Wassergehalt eine gleichmäßige Be- und Durchfeuchtung erzielbar, ohne dass an einzelne Teilchen große Wassermengen beziehungsweise Fluidmengen gebunden werden, während andere Teilchen oder Aggregate ungenügend befeuchtet und/oder ungenügend durchfeuchtet bleiben. Die allmähliche Einarbeitung führt also zu den gewünscht homogenen Ergebnissen. Zugleich muss in der Anfangsphase der Dispersionsbildung nur wenig Energie aufgewendet werden; damit bleibt die Temperaturerhöhung zunächst vergleichsweise niedrig. Auch im Laufe der weiteren Dispersionsbildung kann mit weniger Energieeintrag gearbeitet werden als bei sofortiger oder allmählicher Zugabe aller Feinstoffe in die Gesamt- Dispersion. Auch damit ist einerseits die Temperaturerhöhung eher gering und andererseits kann die Antriebsleistung geringer gehalten werden, was maschinenseitige Investitionskosten gering hält und/oder bei gegebener Anlagenleistung höhere Produktionsmengen erlaubt. Der Gesamtenergieaufwand für eine gegebene Dispersionsmenge ist zudem geringer als im Stand der Technik.
Es wird einzusehen sein, dass bevorzugt wenigstens eines von Leistung, Antriebs- Drehmoment und/oder Drehzahl der Antriebsmotoren und/oder die Zugabe an Feststoffen und/oder Wasser und/oder Zusatzmittel geregelt wird, wobei bevorzugt sowohl die Leistung beziehungsweise das Drehmoment und/oder die Drehzahl der Antriebsmotoren geregelt sein wird, als auch die Zugabe an Feststoffen und/oder Wasser und/oder Zusatzmittel dosiert erfolgen wird. Bei Zugabe mehrerer unterschiedlicher Feststoffe kann in einer bevorzugten Variante der Erfindung das Verhältnis der verschiedenen Feststoffe zueinander im Laufe der Dispersionsherstellung variieren, um zunächst nur oder überwiegend erste und nachfolgend weitere (per se vergleichsweise bevorzugt ebenfalls feindisperse, also nicht grobgranulare) Feststoffe zuzugeben. Auch hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass zu Beginn nur eine Teilmenge des Fließmittels zugegeben wird und erst nachfolgend, insbesondere erst nach Einarbeiten von Zement in Wasser, weiteres Fließmittel zugesetzt wird. Es können dabei z.B. etwa 30-50, bevorzugt 40 % des Fließmittels zu Anfang zugesetzt werden, und später, nämlich nachdem ein Großteil, das heißt hier über 80 % des Zements, bevorzugt 100 % des Zements eingearbeitet wurden, die übrigen 60 % beziehungsweise das restliche Fließmittel. Dies hat Vorteile hinsichtlich des Adsorptionsverhaltens der Fließmittelpolymere auf der Zementsteinober- fläche und hinsichtlich der entstehenden Zementphasen. Es ist vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren vorgesehen ist, dass zur Herstellung eines Hochleistungsbetons als Fest- bzw. Feinstoff zumindest eine der folgenden Substanzen zugesetzt wird: Silicastaub (Microsilica), Flugasche, Gesteinsmehl, zum Beispiel Kalksteinmehl, Metakaolin, Feinhüttensand, gebrannter Ölschiefer, Quarzmehl, Verstärkungsfasern, insbesondere Glasfasern, Stahlfasern, Kohlenstofffasern, insbesondere CNTs, Kunststofffasern, insbesondere Fasern aus
Polypropylen und/oder Polyvinylalkohol, Zement, Sand, insbesondere mit einer vorgegebenen Feinheit und/oder worin zur Herstellung eines Hochleistungsbetons als Fluid Wasser, bevorzugt zusätzlich zu Entschäumer und/oder Fließmittel, zugesetzt wird. Typisch wird es bevorzugt, dabei Körnungen bis 2 mm zuzugeben, bevorzugt bis 10 % des Gewichts der Zuschlagstoffe. Es sei darauf hingewiesen, dass Faserzugabe womöglich erst gegen Ende einer Chargenherstellung oder danach erfolgen sollte, um Einwirken von Scherkräften auf die Fasern und damit Faserzerstörung zu vermeiden. Es sei angemerkt, dass mit diesen - für die Herstellung von Hochleistungsbetonen per se gebräuchlichen - Ausgangsmaterialien ohne weiteres das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Dies zeigt, dass die Erfindung per se nicht beschränkend auf die Materialwahl wirkt, sondern ein breites Feld an zu dispergierenden Substanzen für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verfügung steht.
Mit diesen Zusatzstoffen wird, zum Teil auch aufgrund der Viskositätsreduzierung, die Verarbeitbarkeit verbessert und die Festigkeit des resultierenden Betons signifikant erhöht. Diese Zusatzstoffe können erfindungsgemäß zugesetzt werden, wenn besonders leistungsfähiger Beton, das heißt insbesondere UHPC-Beton oder dergleichen gefertigt werden soll, auch wenn dabei extrem niedrige Wasser-Zement- Werte beziehungsweise Wasser-Bindemeittel- Werte angestrebt werden und die resultierenden Produkte eine entsprechend hohe Viskosität besitzen.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren vorgesehen ist, dass die Dispersion chargenweise gefertigt wird. In einem solchen Fall kann anfänglich die gesamte Fluidmenge und/oder die gesamte oder weitgehend die gesamte Wassermenge in die Dispersionsvorrichtung eingebracht werden und die Rückführung ge- gebenenfalls anfänglich von nur der Fluidmenge zum Beispiel durch Einschalten von dem Mischer selbst oder Umwälzpumpen oder dergleichen begonnen werden, bevor eine Zugabe von Feststoffen erfolgt. Die Feststoffe und/oder Fließmittel werden dann bevorzugt allmählich zugegeben, wobei die momentane Zugabe zu einer bestimmten Phase der Chargenfertigung abhängig von einem oder mehreren Parametern erfolgen kann, etwa der bereits erzielten Viskosität, stoffspezifischen Parametern wie der Zusammensetzung, der relativen Feststoffkonzentration, der Packungsdichte und/oder der Dichte, der erforderlichen Zeit bis zum Anlaufen oder vollständigen Ablaufen bestimmter chemischer Prozesse, der aktuellen Temperatur der Dispersion und/oder der Umgebung, der aktuell zugeführten und/oder der maximal zur Verfügung stehenden Antriebsleistung von in der Dispersionsvorrichtung vorhandenen Antriebsmotoren, insbesondere den Antriebsmotoren für die Mittel zur Feststoff-Einmischung in der Einmischzone und/oder die Antriebsmotoren für die Mittel zur intensiven Vermengung. Die Fließmittelzugabe kann dabei die Hydratation und/oder das Adsorptionsverhalten der Fließmittel auf der Zementoberfläche beeinflussen. Die Zugabe der Feststoffe kann insbesondere volumen- oder gewichtsgesteuert sein und es ist möglich, die Verhältnisse der zuzugebenden Feststoffe untereinander im Laufe der Produktion einer einzelnen Charge zu verändern. Dass eine (Prozess-)Rechnersteuerung möglich und bevorzugt ist, sei erwähnt. Dass alternativ zu einer chargenweisen Herstellung auch eine kontinuierliche Herstellung möglich ist, sei ebenfalls erwähnt. Es wird einsichtig sein, dass auch für eine kontinuierliche Herstellung eine Anlaufphase bis zum Erreichen eines stationären oder quasistationären (Fließ-)Zustandes benötigt wird, in welchem dann gegebenenfalls genau soviel Menge entnommen wie nachgefertigt wird; während einer solchen Anlaufphase gelten die oben genannten Möglichkeiten der chargenphasenabhängigen Wahl bestimmter Parameter vollumfänglich; in einer Phase eines quasistationären Zustandes ist dagegen bevorzugt Sorge zu tragen, dass Material einer solchen Zusammensetzung entnommen wird, wie zugefügt wird. Dass dazu gegebenenfalls auch wieder neues Fluid, wie zum Beispiel Wasser und/oder Fließmittel zugesetzt werden muss, sei erwähnt. Dieses kann als solches zum Beispiel in der Einmischzone zugesetzt werden oder der rückgeführten Dispersion vor Zufuhr weiterer Feststoffe zugeführt werden, etwa in einem Zwangsmischer; alternativ ist es, wenn eine quasikontinuierliche Fertigung gewünscht wird, möglich, das Fluid intervallweise vorab mit einem oder den Fest- Stoffen zu versetzen und dann diese so bereits fluidversetzten Feststoffe mit der rückgeführten Dispersion intensiv zu vermengen. Die intervallweise Zugabe hat dabei den Vorteil, dass vergleichsweise viel Fluid zur Verfügung steht, so dass eine Dispersionsbildung, insbesondere bei Auswahl eines oder mehrerer geeigneter unter den zuzugebenden Feststoffen, erleichtert ist.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren vorgesehen ist, dass die Zone höchster Scherwirkung in der Einmischzone liegt. Die in dieser Einmischzone hohe Scherwirkung bewirkt eine effektive Zerstörung großer, aber gegebenenfalls nicht stark zusammenhaftender Agglomerate. Diese Zerstörung nicht stark zusammenhaftender Agglomerate kann vor der intensiven Vermischung und damit vor der Anfeuchtung der äußeren Agglomeratsbereiche erfolgen; da die Anfeuchtung der äußeren Agglomeratsbereiche womöglich agglomeratstabilisierend wirkt, wird eine gute Agglomeratzerstörung durch die hohen Scherkräfte bewirkt.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren vorgesehen ist, dass zur chargenweisen Fertigung anfänglich Wasser und/oder Entschäumer und/oder Fließmittel und dann Feinstoffe zugegeben werden. Dass handelsübliche Fließmittel-Entschäumer-Gemische verwendbar sind, sei erwähnt. Es ist demnach nicht erforderlich, die Feinstoffe in bereits teilweise fertig gestellte Dispersion einzuarbeiten. Wie vorstehend bereits erwähnt, ist es vielmehr möglich, anfänglich ein Fluid ohne Feststoffeinmengung zu verwenden, also anfänglich eine niedrigviskose Dispersion zu erzeugen.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren der vorliegenden Erfindung die in der Zone intensiver Vermengung intensiv vermengte Dispersion am Ausgang der Zone intensiver Vermengung und/oder dahinter entnommen wird. Bei kontinuierlicher Fertigung, also dann, wenn nicht chargenweise gefertigt wird, kann also ein Teil der per se fertig hergestellten Dispersion wieder zurückgeführt werden; dies ist besonders vorteilhaft. Damit kann apparativ erreicht werden, dass die
Einmischzone und die Zone intensiver Vermischung (lokal) getrennt bleiben. Dies erlaubt optimierte Auslegungen beider Zonen. Bei chargenweiser Fertigung wird durch die bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltung erreicht, dass die zuvor dispergierten Feststoffe durch deren bereits erfolgte intensive Vermengung wie erforderlich und zu einem gegebenen Zeitpunkt möglich dispergiert sind, bevor weitere Feststoffe zugegeben werden. Dies hat zur Folge, dass - wie gewünscht - die Zugabe der weiteren Feststoffe in eine fließfähige Dispersion hinein erfolgt. Dies gewährleistet auch ohne weiteres die erfindungsgemäß angestrebte Wirkung.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren vorgesehen ist, dass die entnommene Dispersion in der Einmischzone wieder zugeführt und mit weiteren Fest- bzw. Feinstoffen versetzt wird. Mit anderen Worten erfolgt die Einmischung der weiteren, im Laufe der Fertigung zuzusetzenden Stoffe bevorzugt direkt in die Dispersion hinein, das heißt ohne vorherige zusätzliche Anfeuchtung oder dergleichen, wobei jedoch erwähnt sei, dass in einer baulich besonders bevorzugten Ausgestaltung dessen ungeachtet die Zufuhr von Feststoffen in die Einmischzone durch Einbringen, etwa Einstreuen, der Feststoffe in einem Zentrum erfolgt, von wo aus die Feststoffe in äußere Bereiche geschleudert werden, wo oder wobei sie mit der rückgeführten Dispersion in Kontakt gebracht werden. Auf diese Weise wird eine hervorragende
Agglomeratzerstörung bewirkt. Dass es aber nicht zwingend ist, dass die entnommene Dispersion in der Einmischzone mit weiteren, zuvor noch nicht benetzten Fest- bzw. Feinstoffen versetzt wird, sei gleichfalls erwähnt. So können etwa einzelne, gegebenenfalls auch alle der zuzugebenden und zu dispergierenden Feststoffe vorab mit Fluid, insbesondere frischem Anmachwasser, Fließmitteln usw. versetzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren vorgesehen ist, dass die in der Einmischzone und/oder der Zone intensiver Vermengung zugeführte Leistung geregelt wird, insbesondere mehrstufig oder (gegebenenfalls quasi- )kontinuierlich geregelt wird, insbesondere unter Berücksichtigung einer momentan erfassten Temperatur, insbesondere der Dispersionstemperatur und/oder einer Antriebstemperatur, des (Antriebs-)Energieeintrags, der Antriebsleistung und/oder des Antriebdrehmoments. Es wird also in der bevorzugten Ausführung nicht einfach eine einfache Hysterese verwendet, um die Leistungszufuhr zu erhöhen und/oder zu senken beziehungsweise abzuschalten, sondern es wird vielmehr in vielen feinen Stufen bzw. stufen- los geregelt oder gesteuert, was es erlaubt, optimierte Dispergierungsergebnisse in kurzer Zeit zu erzielen.
Es ist auch vorteilhaft, wenn bei einem erfindungsgemäßen Dispersionsverfahren vorgesehen ist, dass die Menge der zugesetzten Feinstoffe gesteuert und/oder geregelt wird, insbesondere unter Berücksichtigung der Leistungsaufnahme, der Energieaufnahme des Antriebs, der Antriebsleistung und des Antriebdrehmoments zumindest eines Motors, der Dispersionstemperatur und/oder einer Antriebstemperatur, der Zeit seit Chargenansatz und/oder der Menge bereits zugesetzter Feinstoffe und/oder der Schürt- und/oder Korndichte, wobei die Menge zugesetzter Feinstoffe insbesondere unter Berücksichtigung tabellierter Werte bestimmt wird. Auf diese Weise kann auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden, dass bei der Dispergierung beziehungsweise Mörtel- oder Leimbildung ablaufende Prozesse so berücksichtigt werden, dass für die jeweils verwendeten Stoffe hervorragende Ergebnisse erzielt werden.
Schutz wird auch beansprucht für eine Vorrichtung zur Dispersion von Feinstoffen, mit einer Einmischzone und einer Zone intensiver Durchmischung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung für in der Zone intensiver Vermengung intensiv vermengte Dispersion vorgesehen ist.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser ist dargestellt durch:
Fig.l eine partiell aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dispersion von Feinstoffen;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Nach Fig. 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Dispersion von
Feinstoffen eine Einmischzone 2 und eine Zone intensiver Durchmischung 3, wobei eine Rückführung 4 für in der Zone intensiver Durchmengung intensiv vermengte Dis- persion vorgesehen ist, so dass mit der Vorrichtung 1 ein Dispersionsverfahren ausgeführt werden kann, bei welchem Feststoffe eine Einmischzone und eine Zone intensiver Durchmischung einer Dispergiervorrichtung durchlaufen, und wobei in der Zone intensiver Vermengung intensiv vermengte Dispersion entnommen und zur Einmengung weiterer Feststoffe lückgeführt wird.
In Fig. 1 ist dabei die Vorrichtung 1 weiter mit einem Zwangsmischer 5 versehen, in welchen hinein, vergleiche Fig. 3, einerseits die Rückführung 4 aus der Zone intensiver Vermengung 3 mündet und andererseits eine Zufuhr für Fluid, das in vorgebbaren Verhältnissen aus einem Fließmittelvorrat 6a, einer Wasserquelle 6b und einem
Entschäumervorrat 6c in einer Flüssigkeitswaage beziehungsweise unter Verwendung von Dosierpumpen 6d zusammengemischt werden kann. Dass weitere und/ oder andere Fluide zumischbar sind, sei erwähnt. Vom Zwangsmischer 5 können weiter aus einem ersten Doseur 7 Quarzsand und aus einem zweiten Doseur weitere Materialien, beispielsweise Fasern, wie Stahlfasern, zugeführt werden. Die Doseure sind gesteuert, so dass diese Zufuhr im Chargenverlauf variiert werden kann, zum Beispiel um sämtliche oder einen Teil der gröberen Bestandteile erst nach Abschluss der Dispersion aller Feinstoffe zuzuführen. Vom Zwangsmischer ist eine Fluidleitung 4a in eine Außenzone eines Einlasses 9 vor der Einmisch-Zone 2 geführt. Dazu ist zwischen der Fluidzufuhröff- nung aus dem Zwangsmischer und dem Zentralbereich des Einlasses 9 eine zylindrische Trennwand 9a vorgesehen, die einen Zentralbereich 9b für die Zufuhr von Feststoffen umgibt. Dieser Zentralbereich 9b ist nach oben für die Zufuhr von zu dispergierenden Feinstoffen wie Zement, Microsilica, Flugasche, Hüttensand, Kalksteinmehl und Quarzmehl aus Vorratsbehältern 10a, 10b, 10c (vergleiche Fig. 3) über geeignete Dosierer auf Waagen I Ia, I Ib, 11c trichterförmig geöffnet. Der Einlass 9 führt auf einen Schleuderteller 12, der zentral unter dem Zentralbereich angeordnet und dazu ausgebildet ist, die zudosiert von oben einfallenden Feinstoffe nach außen und somit in die dort frei herabfallende Flüssigkeit oder Suspension zu schleudern.
Im radial außen liegenden Bereich der Einmischzone 2 sind entlang des Umfangs bewegte, perforierte, blattförmige Mischwerkzeuge 13 angeordnet, die eine Einmischung der Feinstoffe in die Flüssigkeit fördern. Die perforierten, blattförmigen Mischwerkzeu- ge 13 und der Schleuderteller drehen sich in die gleiche Richtung; alternativ ist eine Drehung in entgegengesetzte Richtungen möglich, was eine Zone besonders hoher Scherwirkung ergibt. Eine Scherwirkung ist dann primär im Spalt zwischen Wand und blattförmigem Mischwerkzeug gegeben. Zur Durchmischung der flüssigen und festen Bestandteile wird dazu die Perforationen der Mischwerkzeuge 13 genutzt.
Unterhalb der Einmischzone 2 ist eine Homogenisierungszone mit blattförmigen Mischwerkzeugen 14 vorgesehen, die, wie möglich und bevorzugt, einstückig mit den blattförmigen Mischwerkzeugen 13 gebildet sind, jedoch eine feinere Perforierung aufweisen. Die blattförmigen Mischwerkzeuge 14 laufen in einem Spalt 15 um, der eine Zone intensiver Vermengung definiert und der über einem Umpump- und
Entleerbereich 16 endet, aus welchem intensiv vermengte Dispersion durch einen Aus- lass 17a entnommen oder über die Leitung 4 und den Zwangsmischer 5 in den Einlass 9 zurückgeführt werden kann. Dazu wird die fertige Dispersion in die Auslassleitung 17 getrieben. Im Umpump- und Entleerbereich rotieren nichtperforierte Paddel, die so dicht an die Wand herangeführt sind, dass sich eine für die hohe Viskosität ausreichende Pumpwirkung ergibt. Dass alternativ perforierte und/oder anders strukturierte Paddel verwendbar wären, sei aber erwähnt.
Die Rotationsgeschwindigkeit der blattförmigen Mischwerkzeuge ist so hoch, dass sich an der Außenwand ein Flüssigkeitsfilm bildet. Typische Umfangsgeschwindigkeiten liegen bei 16 - 22 m/s. Typisch ist der Bereich zur Hälfte bis etwa zu zwei Dritteln gefüllt. Zwischen den blattförmigen Mischwerkzeugen und der Außenwand verbleibt ein nur geringer Spalt, der vollständig mit zu dispergierender Masse gefüllt ist.
Die blattförmigen Mischwerkzeuge 13 und 14 sind von einem leistungsstarken Antrieb angetrieben, dessen Leistung geregelt werden kann; die Steuerung ist nicht dargestellt. Es sei erwähnt, dass sowohl ein direkter als auch ein indirekter Antrieb realisierbar ist. Bevorzugt ist insoweit der direkte Antrieb. Es sei weiter erwähnt, dass die Steuerung auf eine Mehrzahl von Einflussgrößen reagieren kann. So kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung an mehreren Stellen mittels Temperatursensoren eine Temperaturmessung erfolgen, um ein lokales oder globales Erhitzen oder Überhitzen der zu erzeugen- den Dispersion erfassen und in der Regelstrategie berücksichtigen zu können. Gleichfalls sind bevorzugt Mittel vorgesehen, um zu erfassen, wie hoch das für eine gegebene Umdrehungsgeschwindigkeit erforderliche Drehmoment beziehungsweise die mit einer gegebenen, zugeführten elektrischen Antriebsleistung erzielbaren Drehgeschwindigkeiten sind. Die entsprechenden Messwerte werden ebenfalls an die Steuerung gespeist. Die Geschwindigkeit kann zum Beispiel gewählt werden in Abhängigkeit von einer Soll-Rezeptur, einer Ist- Temperatur oder einer Abweichung zwischen Ist- und Soll- Temperatur, einer Packungsdichte, einer relativen Feststoffkonzentration, dem Blaine- Wert, dem Wasseranspruch der Bindemittel und/oder Zusatzstoffe, dem C3 A-Gehalt, der Sättigungsdosierung von Fließmittel zu Zusatzstoffen und/oder der Maschinen- Froude-Zahl. Dass demgemäß eine Steuerung verwendet werden kann, in der an verschiedene Ausgangsmaterialien und/oder verschiedene gewünschte Dispersionen ange- passte Abläufe abgelegt sind, sei erwähnt. Dies kann auf Basis von Mikrokontrollern und dergl. mit digitalen Steuerungen geschehen.
Die Anordnung wird betrieben wie folgt:
Zunächst wird Fluid in der Fluidwaage 6d aus den Quellen 6a, 6b, 6c gemischt und über den Zwangsmischer 5 in den Einlass 9 zugeführt.
Dann wird der Antrieb für die blattförmigen Mischwerkzeuge mit geringer Leistung in Betrieb gesetzt und es wird allmählich Feststoff aus den Vorräten 10a, 10b, 10c für die Dosiermittel I Ia, I Ib, 11c über den Einlass 9 zugemischt, worauf die Feststoffe auf den Schleuderteller 12 fallen, wo sie nach außen beschleunigt und durch den Aufprall und die Wirkung des Schleudertellers bereits weitgehend von groben Klumpen befreit werden. Dabei werden die Feststoffe verteilt und treffen auf die Flüssigkeit und werden darin eingemischt, um dann nach unten in die Homogenisierzone zu gelangen, wo sie durch die blattförmigen Mischwerkzeuge intensiv vermengt werden und so eine homogene Dispersion erzeugt wird.
Über den Bereich 16 gelangt die intensiv vermengte Dispersion in die Auslassleitung 17 und von dort über die Rückfuhrleitung 4 zurück in den Zwangsmischer, wo, wie für eine bestimmte Rezeptur erforderlich, weiteres Fluid zugesetzt werden kann. Im
Zwangsmischer wird der intensiv vermengten Disper-sion gegebenenfalls weiteres Fluid zugesetzt sowie gegebenenfalls geringe Mengen vergleichsweise groben Sandes aus dem Vorrat 7, Fasern aus dem Vorrat 8 usw. zugesetzt werden können. Gemeinsam mit dem weiteren Fluid und eventuell zugesetzten gröberen Feststoffen gelangt die zuvor bereits intensiv vermengte Dispersion wiederum in die Einmischzone, wo sie der Befeuchtung weiterer zudosierter, feiner Feststoffe dient, die aus dem Zentralbereich 9b des Einlasses 9 nach außen geschleudert werden. Typisch werden gröbere Stoffe und/oder Fasern allerdings entweder erst in einem sehr späten Mischstadium oder in einer - typisch externen - Mischstufe zugesetzt.
Im Laufe dieses Verfahrens wird mit Fortschreiten der Zumischung die sich bildende Dispersion immer höher viskos, ohne dass jedoch Klumpen nicht durchfeuchteten Materials verblieben oder die zugemischten Feinstoffe unbefeuchtet blieben. Vielmehr wird durch die sukzessive Rückführung des intensiv vermengten Materials sichergestellt, dass eine homogene Dispersion erhalten wird.
Während des Fortschreitens der Mischung wird dabei, wie bevorzugt und möglich, kontinuierlich die Temperatur überwacht, um eine hohe Temperatur bei der Dispersionsbildung zu vermeiden; bei zu hohen Temperaturen kann die Leistung reduziert und/oder erforderlichenfalls die Feinstoffzufuhr entsprechend gedrosselt werden. Dass auch mit geeigneten, per se bekannten Mittel gekühlt werden kann, sei erwähnt. So wäre es möglich, Fluide gekühlt zuzugeben und/oder von außen Kühlelemente wie z.B. wasserdurchströmte Schlangen an Gehäusewänden anzuordnen.
Während der Mischung bleibt der Prozess trotz der hohen zugeführten Leistung gut beherrschbar, weil in jeder Phase eine vollständige Benetzung der Feststoffe gewährleistet ist, wobei die erstmalige Befeuchtung neuer Feststoffe in der Scherzone erfolgt und durch die enge Spalte eine intensive Vermengung bei guter Durchfeuchtung gewährleistet ist. Auch bei hohen, in der Endphase erreichten Viskositäten ergeben sich dabei durch die gesteuerte Zugabe von Feinstoffen keine Probleme, da die allmähliche Feinstoff- bzw. Feststoff-Zudosierung über die Zeit insbesondere unter Berücksichtigung der Temperatur, der Feinstoffdichten, der Packungsdichten und/oder der relativen Feststoffkonzentration und/oder von einem oder mehreren Antriebsparametern, wie der aktuell bei gegebener Leistung (noch) möglichen Drehgeschwindigkeit, so gesteuert werden kann, dass eine Zermahlung größerer Bestandteile durch innere Reibung und so eine permanente Dispergierung gewährleistet werden kann. Es kann so in kurzer Zeit eine große Menge Material mit geringem Energieaufwand dispergiert werden. Dass gegebenenfalls die Feinstoffdispersion in einer anderen Maschine mit gröberen Feststoffen mischbar ist, sei im übrigen erwähnt.
Zugleich wird die Antriebsleistung zunächst nach und nach sukzessive entsprechend der Viskositätszunahme erhöht, um ungeachtet der ansteigenden Viskosität eine dauerhaft gute Vermengung gewährleisten zu können. Typisch wird die Antriebsleistung dabei auf ein bestimmtes Maximum begrenzt, was die Vorrichtung schont.
Auf die beschriebene Weise können extrem leistungsfähige Betonsorten mit geringem Energieaufwand hergestellt werden.
Dass dabei im übrigen weitere Maßnahmen zur Bildung einer besonders homogenen, intensiv vermengten Dispersion mit geringem Energieaufwand sind, beispielsweise durch die Zuführung von Ultraschallenergie, sei erwähnt.

Claims

Ansprüche
1. Dispersionsverfahren bei welchem
Feststoffe
eine
Einmischzone
und eine
Zone intensiver Durchmischung einer
Dispergiervorrichtung durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zone intensiver Vermengung
intensiv vermengte
Dispersion entnommen
und
zur Einmengung weiterer Feststoffe
rückgeführt wird.
2. Dispersionsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch zur Herstellung eines Hochleistungsbetons, in welchem als Feststoffe zumindest eine der folgenden Substanzen zugesetzt wird: Zement, Silicastaub, Flugasche, Hüttensand, Kalksteinmehl, Quarzmehle und/oder -sande, Microsilica, Verstärkungsfasern, insbe-
19 sondere Glasfasern, Stahlfasern und/oder Kohlenstofffasern und/oder worin als Fluid Wasser, bevorzugt zusätzlich zu Entschäumer und/oder Fließmittel, zugesetzt wird.
3. Dispersionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zone höchster Scherwirkung in der Einmischzone liegt.
4. Dispersionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispersion chargenweise gefertigt wird.
5. Dispersionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur chargenweisen Fertigung anfänglich die Feinstoffe dem vorgelegten Wasser und/oder Entschäumer und/oder Fließmittel zugegeben werden.
6. Dispersionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Zone intensiver Vermengung intensiv vermengte Dispersion am Ausgang der Zone intensiver Vermengung und/oder dahinter entnommen wird.
7. Dispersionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entnommene Dispersion in der Einmischzone wieder zugeführt und mit weiteren Feinstoffen versetzt wird.
8. Dispersionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einmischzone und/oder der Zone intensiver Vermengung die zugeführte Leistung geregelt wird, insbesondere mehrstufig und/oder kontinuierlich geregelt wird, insbesondere unter Berücksichtigung der Leistungsanforderung an den Antrieb und/oder der Geschwindigkeitsanforderungen der Mischwerkzeuge, insbesondere in Abhängigkeit von der Rezeptur, der Ist- und/oder Soll-Temperatur, der Packungsdichte, der relativen Feststoffkonzentration, des Blaine- Wertes, des Wasseranspruchs der Bindemittel und/oder Zusatzstof-
20 fe, des C3A-Gehalts, der Sättigungsdosierung von Fließmittel zu Zusatzstoffen und/oder der Maschinen-Froude-Zahl und/oder der Dosierrate und/oder der Dosierreihenfolge der Ausgangsstoffe und/oder der Temperatur, insbesondere der Dispersionstemperatur und/oder einer Antriebstemperatur.
9. Dispersions verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung und Reihung der zuzusetzenden Feinstoffe zur Minimierung der gesamten Prozessdauer gesteuert und/oder geregelt wird, insbesondere unter Berücksichtigung der Leistungsaufnahme zumindest eines Motors, der Werkzeuggeschwindigkeit, der Dispersionstemperatur und/oder einer Antriebstemperatur, der Zeit seit Chargenansatz und/oder der Menge bereits zugesetzter Feinstoffe und/oder der Schürt- und/oder Korndichte, wobei die Menge zugesetzter Feinstoffe insbesondere unter Berücksichtigung tabellierter Werte bestimmt wird.
10. Dispersionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit nicht von Anspruch 4 abhängig,
dadurch gekennzeichnet, dass
kontinuierlich produziert wird.
11. Dispersions verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlaufphase durchlaufen wird.
12. Vorrichtung zur Dispersion von Feinstoffen, mit einer Einmischzone und einer Zone intensiver Durchmischung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung für in der Zone intensiver Vermengung intensiv vermengte Dispersion vorgesehen ist.
21
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