SE529503C2 - Förfarande och anordning för blandning av betong - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 529 505 rätt receptur; men härigenom påverkas naturligtvis betongens egenskaper, i synnerhet lufthalt.

Ett förut väl känt sätt att minska risken för överdosering av vattenmängden är därför att man i flera omgångar, under bland- ningen, tillsätter delmängder av den beräknade totala vatten- mängden som skall tillsättas och att man efter varje sådan tillsättning av en vattendelmängd och inblandning av denna, mäter betongens konsistens, som anses utgöra ett mått på bland- ningens vattenmängd. Men sådana reglersystem är långsamma och reglertiden varierar kraftigt mellan olika blandningar, och detta leder till stora variationer i betongens lufthalter.

GB-2-171326, US-3593966 och GB-385447 avslöjar en sådan förut känd teknik, varvid betongblandningens konsistens avkännes genom att man efter varje tillsättning av en delmängd vatten avkänner betongblandarens vridmoment, varvid man så småningom når fram till ett vridmoment som anses motsvara en i förväg bestämd konsistens, vilken i sin tur motsvarar den i förväg bestämda recepturen. Men, såsom nämnts, är dessa kända regler- system långsamma och vidare kommer reglertiden att kraftigt variera mellan olika blandningar, vilket leder till stora variationer i betongens lufthalter.

För att fä de förut kända reglersystemen för betongblandning snabbare, måste mängden tillsatt vatten vid reglertillfällena stegras, men detta stegrar i sin tur risken för en överdosering av vattenmängden för betongblandningen.

Ett ändamål med uppfinningen är därför att komma till rätta med den nyssnämnda problematiken. Ett ändamål med uppfinningen är alltså att anvisa en teknik som gör det möjligt att efter till- sättning och inblandning av en första delmängd tillsatsvatten kunna utvärdera en andra delmängd tillsatsvatten, som erfordras för att betongblandningen skall få den eftersträvade, i förväg bestämda recepturen och konsistensen. 10 15 20 25 30 35 3 52@ saa Ãndamàlet uppnås genom uppfinningen.

Uppfinningen definieras i de bilagda självständiga patent- kraven.

Utföringsformer av uppfinningen anges i de bilagda osjälv- ständiga patentkraven.

Genom uppfinningen uppnàs förhållandet att man utan någon egentlig risk för överdosering av vattenmängden snabbt kan framställa olika blandningar, och detta med väsentligen kon- stanta reglertider, vilket i sin tur leder till små eller försumbara variationer i betongens lufthalt.

Vid det uppfinningsenliga systemet utgår man ifràn att man känner till en referenskurva över blandaremomentets förändring i tiden efter det att man vid första vattentillsättningen sat- sar allt tillsatsvatten som erfordras för uppnäende av en viss betongreceptur. Genom att man sedan vid beredningen av en sats av betong som skall ha denna receptur, mäter blandaremomentet över tiden, kan man efter tillsättning av en första vattendel- mängd genom utnyttjande av momentkurvan och referenskurvan, beräkna den ytterligare delmängd vatten som mäste tillsättas blandningen för att betongen skall få den i förväg valda recep- turen och konsistensen. Det avkända vridmomentet motsvarar den effekt som betongblandaren mäste tillföras för att betongblan- darens omrörningsorgan skall övervinna den inre friktionen i betongblandningen vid väsentligen konstant bearbetning av blandningen, och vridmomentet är därför proportionellt mot betongblandningens momentana konsistens.

Betongblandarens utövade arbete mot betongblandningen, vid konstant varvtal, kan mätas indirekt genom mätning av den reella strömmen som tillföres betongblandarens rotations- drivningsmotor. Denna motor är proportionell mot vridmomentet.

Vridmomentkurvan är ett uttryck för betongblandningens konsis- tens och kan uttryckas som en funktion över tiden. Vridmomen- 10 15 20 25 30 35 4 529 ses tet för betongblandaren ökar, dä ballastmaterial och cement tillförs. När sedan en första delmängd vatten tillföres bland- ningen av ballast och cement, kommer momentet att minska. För- ändringen av momentet i tiden (momentkurvan) är signifikant för den momentana betongkompositionens slutliga konsistens. Därför kan dessa data användas för att beräkna den extra mängd vatten som behöver tillsättes blandningen för att denna skall fä den i förväg bestämda, önskade konsistensen och recepturen.

I begreppet receptur ingår inte bara mängden och tillsätt- ningsordningen/tidpunkten för de olika beståndsdelarna, utan även blandningstiden efter vattentillsättningen, eftersom denna 'blandningstid kan påverka betongens lufthalt. Om man för en normal sats vid en viss tidpunkt erhåller en betongblandning som kan anses vara homogen, kan blandningen fortsättas ytter- ligare exempelvis en eller tvà minuter utan att någon besvä- rande stegring av lufthalten uppträder; men om blandningstiden förlänges därutöver, exempelvis till en tidsperiod av åtmin- stone fyra eller fem minuter efter det tillfälle dà betong- blandningen kan anses vara homogen, kan väsentlig luftinbland- ning uppträda.

Uppfinningen gör det möjligt att producera betong av en i för- väg bestämd komposition, med en lufthalt understigande ett i förväg valt värde.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig. l visar en kurva över uppmätt vridmoment hos en betong- blandare under ett betongblandningsförlopp för en sats av betong av en känd komposition Fig. 2 visar schematiskt en anordning för genomförande av förfarandet. 10 15 20 25 30 35 5 529 503 Figurens abskissa visar tid och figurens ordinata anger en betongblandares vridmoment som en funktion av tiden. I en sådan betongblandare satsas först ballast och cement. Därefter till~ sättes vatten. Kurvan visar hur momentet minskar då vatten tillsättes. Vattentillsatsen sker vid kurvans första maximum.

Kurvans andra maximum uppträder då flytmedel och andra till- satsmedel införs i blandaren. Kurvan är en referenskurva för ent viss betongkomposition för vilken tillsatsvatten tillsättes vid ett tillfälle till blandningen av cement och ballast, varvid tillsatsvattenmängden är den som erfordras för att betongen skall fä en i förväg bestämd receptur och därmed konsistens.

Det av betongblandaren utövade vridmomentet kan enkelt mätas indirekt genom mätning av den reella strömförbrukningen för betongblandarens elmotor. Under förutsättning av konstant drivspänning är denna ström proportionell mot det utövade momentet. Om momentet avkànnes eller registreras kontinuerligt kan momentet och därigenom betongens konsistens uttryckas som V en funktion av tiden. Betongblandarens moment ökar då ballast- material (sand, grus, sten o. dyl.) och cementet tillföres. När en första vattendelmängd tillföres blandningen kommer momentet att minskas. Denna förändring av momentet i tiden (moment- kurvan) är signifikant för den momentana betongens slutliga konsistens. Därför kan man med ledning av referenskurvan och momentkurvan efter tillsättning av den första vattendelmängden utvinna information som gör det möjligt att beräkna den ytterligare mängd vatten som behöver tillsättas ingredienserna i blandaren för att betongsatsen skall fä den i förväg valda sammansättningen och sålunda den förväntade/önskade konsisten- sen.

Vi har funnit att betongsatser av olika storlek men av lika receptur får momentkurvor som blir identiska efter korrektion med en skalfaktor C, under förutsättning av att ingredienserna tillsättes i den givna ordningen och vid likformiga tidpunkter.

Om alltså m(t) representerar momentkurvan för en satsstorlek x 10 15 20 25 30 35 6 529 503 av betong som blandats i enlighet med en receptur R, så kan momentkurvan för en satsstorlek Y av samma betongreceptur anges som C x m(t) där C är en funktion av satsstorleken. V I en utföringsform av uppfinningen har vi utvecklat ett regler- system, vilket sàsom insignal utnyttjar e(t°) + d(e)(t))dt, där' e(t) = m(t) - r(t). Sàsom nämnts är m(t) momentkurvan för* A betongen som är under beredning, och r(t) är den motsvarande momentreferenskurvan för den aktuella betongrecepturen. t0 är en i förväg bestämd tidpunkt efter tillsättningen av en första vattendelmängd. Insignalen till reglersystemet kan betraktas som en prediktor, vari e(t0) är medelvärdet för avvikelsen mellan referenskurvan och den uppmätta kurvan och d(e(t))dt är felets förändring över tiden. Den extra mängd vatten V som måste tillsättas för uppnàende av recepturens vattenmängd, ges av V = Lleülg) + vari L1 och L2 är konstanter som är förknippade med den aktuella betongrecepturen.

Om hänsyn skall tas till satsstorleken kan prediktorn skrivas SOM v = Lflmvco) ~ eran) + Lzdufmt) - crum/dc (2) Reglersystemets parametrar blir dä Lh Is och C. Derivatan av felet utvärderas under tidsperioden to till tl.

Vid t1 beräknas vattenmängden V enligt ekvationen 2. Den tid regleringen tar är i det närmaste konstant. Beräkningen av erforderlig kompletteringsmängd vatten V tar alltid väsentligen lika lång tid, medan tiden för att tillföra den kompletterande vattenmängden vanligen varierar då den tillföres som en vattenström av konstant flöde. Förhållandet att det uppfin- ningsenliga reglersystemet har konstant reglertid är av stor 10 15 20 25 ao 35 vi 529 503 vikt, eftersom tidsperioden för blandningscykeln i hög grad påverkar lufthalten i den framställda betongen; betongens luft~ halt påverkar betongens bearbetnings- och frysegenskaper.

Momentet för betongblandaren uppmäts lämpligen vid ett konstant varvtal för betongblandaren.

I fig. 1 visas tillsättning och blandning av ballastmaterial" och cement fràn tiden 0 fram till tidpunkten tvför första vattentillsats,varefter man kan se att momentet först sjunker och sedan stiger för att sedan plana ut och sjunka, varvid man vid tidpunkten t¿ tillsätter flytmedel, om sådant ingår i recepturen och därefter följer tidpunkterna to och tl, som definierar det tidsintervall inom vilket felet beräknas.

Mellan to och tl faller kurvan i huvudsak linjärt. Fig. 1 kan anses visa en referenskurva för en viss betongreceptur, varvid allt tillsatsvatten tillsättes vid-tv. Vid framställning av en betongsats med motsvarande receptur, tillsättes en första del- mängd av vatten vid tv och tillsättes den beräknade slutmängden omedelbart efter ty På fig. 1 kan man se att kurvan planar ut vid T Q 160 sek., vilket innebär att blandningen blivit väsentligen homogen ca 120 sek. efter vattentillsättningen och att blandningsopera- tionen kan anses vara genomförd vid T ~ 160 sek., varvid betongblandningen har en viss lufthalt. Om blandningsopera- tionen förlänges (med konstant varvtal) exempelvis till T ~ 300 sek., kommer betongbladningens lufthalt normalt inte att _stegras väsentligt, men om blandningsoperationen efter vatten- tillsättningen fortsättes tre eller fyra minuter eller mer, ökar vanligen lufthalten i besvärande omfattning.

Fig. 2 visar en betongblandare 10 med ett blandningskärl 18 och ett däri roterbart blandningsverktyg 17, som är rota- tionsdrivet fràn en elmotor 13 via en axel 11, som visas rotationslagrad i en lagring 12, som liksom motorn 3 och behållaren 18 är burna av ett stativ 22. Motorn 13 visas 10 8 529 soß ansluten till elnätet via en elkabel 14. En sensoranordning 15 avkänner motorns strömförbrukning och registrerar denna över tiden. Sensorn 15 är ansluten till en dator 16, vilken inne- håller en referenskurva och vilken utgående från strömförbruk~ ningen beräknar blandarens reella vridmomentkurvaf Datorn 16 är anordnad att styra en ventil 20 i en vattenledning 19, som inmynnar i behållaren 18, för att vid det första vattentill- sättningstillfället tv tillsätta en andel, exempelvis ungefär* hälften av den beräknade vattentillsättningsmängden, och för att omedelbart efter tidpunkten tl tillsätta den beräknade kompletterindsvattenmängden, som utvärderas på basis av den reella vridmomentkurvan, i jämförelse med referenskurvan.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 529 503 Patentkrav q

1. Förfarande för beredning av en sats av betong med i förväg bestämd komposition, varvid man blandar betongens in- gredienser i en betongblandare, under likformig bearbetning av blandningen avkänner betongblandarens utövade vridmoment pà blandningen, etablerar en referenskurva avseende vridmoment- förändringen över tiden för en recepturenlig betongsats, som vid första vattentillsättningstidpunkten (to) tillsatts hela vattenmängden för uppnàende av betongrecepturen, vid bland- ningen av en betongsats med den nämnda recepturen först blan- dar betongsatsens ballast och cement, och sedan inblandar en första vattendelmängd, efter tillsättningen av den första vattendelmängden avkänner, under konstant blandarevarvtal, betongblandarens vridmoment över tiden, pà basis av referens- kurvan och den avkända momentförändringen över tiden för betongsatsen efter tillsättningen av den första vattendel- mängden, beräknar en andra vattendelmängd (V), som skall tillsättas betongblandningen för att denna skall få den i förväg bestämda recepturen, kännetecknat av att den andra vattendelmàngden (V) beräknas med hjälp av sambandet: v = L, (marc) - cruzm + L2d(m(t) - cr(c)>/dt vari r(t) är referenskurvan, m(t) är momentkurvan för betongen som är under beredning och skall genom vattentillsättning vid tvà olika tidpunkter ges samma komposition som referenskurvans betongkomposition, e(t) = m(t) - r(t), e(t0) + d(e(t))/dt utnyttjas som insignal för beräkningen av den andra vattentillsatsmängden, C är en korrigeringsfaktor för beräkning av den andra vatten- beräkningsmängden, varvid C är beroende av skillnaden i sats- storlek mellan betongsatsen för vilken referenskurvan etable- rats och betongsatsen för vilken den andra vattentillsats- mängden beräknas, 10 15 20 25 30 35 529 503 IO (to) är en given tidpunkt efter den första vattentillsättningen tv, varvid insignalen kan anses som en prediktor där e(t0) är medelvärdet av avvikelsen mellan den aktuella momentkurvan och referenskurvan vid (to) och d(e(t))/dt är avvikelsens förändring över tiden, varvid LI och L2 är konstanter som är förknippade med den aktuella recepturen,

2. Förfarande enligt krav 2, kännetecknat av att korrigeringsfaktorn (C) är proportionell mot skillnaden i satsstorleken.

3. Anordning för beredning av en sats av betong med en i förväg bestämd receptur, innefattande en betongblandare, medel för att vid konstant varvtal avkänna blandarens mot betong- satsen utövade vridmoment, organ för tillsättning av en första vattendelmängd till satsens ballast och cement som tillförts betongblandaren, organ för avkänning av vridmomentets föränd- ring i tiden efter tillsättningen av vattendelmängden, organ för tillhandahållande av en referenskurva avseende blandarens utövade vridmoment i tiden mot en betongsats, vilken har samma komposition som den betongsats som skall tillverkas med anord- ningen och till vilken allt tillsatsvatten tillförts satsen vid första vattentillsättningstidpunkten (tv), organ för beräkning av erforderlig tillsatsmängd vatten till betong- blandningen som är under tillverkning i anordningen för att denna betongblandning skall fà den i förväg valda recepturen, varvid beräkningsorgan avkänner betongblandarens vridmoment över tiden efter tillsättning av den första vattendelmängden och jämför denna med referenskurvan, och beräknar, på basis av referensvridmomentets förändring i tiden en kompletterings- vattenmängd som vid tillsättning till blandningen i blandaren ger betongsatsen dess i förväg bestämda receptur, kännetecknad av att beräkningsorganen är anordnade att beräkna tillsats- vattenmängden V pà basis av sambandet V = Li (Hflto) - Cr(t°) + L2d(m(t) - Cr(t))/dt 10 15 20 529 503 vari r(t) är referenskurvan, m(t) är momentkurvan för betongen som är under beredning och skall genom vattentillsättning vid tvà olika tidpunkter ges samma komposition som referenskurvans betongkomposition, e(t) = m(t) - r(t), e(t0) + d(e(t))/dt utnyttjas som insignal för beräkningen av den andra vattentillsatsmängden, C är en korrigeringsfaktor för beräkning av den andra vatten- beräkningsmängden, varvid C är beroende av skillnaden i sats- storlek mellan betongsatsen för vilken referenskurvan etable- rats och betongsatsen för vilken den andra vattentillsats- mängden beräknas, (to) är en given tidpunkt efter den första vattentillsättningen tv, varvid insignalen kan anses som en prediktor där e(t0) är medelvärdet av avvikelsen mellan den aktuella momentkurvan och referenskurvan vid (to) och d(e(t))/dt är avvikelsens förändring över tiden, varvid L1 och L; är konstanter som är förknippade med den aktuella recepturen.

4. Anordning enlig krav 3, kånnetecknad av att korrigeringsfaktorn C är proportionell mot skillnaden i satsstorleken.