TW200942390A - Method for monitoring thixotropy in concrete mixing drum - Google Patents

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200942390 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於混凝土製造且更具體而言係關於監控及控 制混合滾筒中混凝土之搖變性的方法。 【先前技術】 * 已在許多公開專利文件中闡述預混合運載卡車中混凝土 . "坍落度”之監控及控制，該等專利文件在下文中予以概述 且以引用方式併入本文中。 ® 在美國專利第4,008,093號中，1^811£1&等人揭示可藉由 以下來控制混凝土混合物之坍落度特性：量測旋轉混合滾 筒所需要之電能並容許卡車操作員藉由添加水將坍落度保 持在一定範圍内來調節坍落度，由此使卡車式混合器能夠 較長時間運輸混凝土。 在專利第5,713,663號中，Zandberg揭示混凝土明落度可 藉由監控卡車混合滚筒之液壓傳動器上之扭矩並自動添加 液體組份以將混凝土混合物調節至期望坍落度來控制，該 期望坍落度係藉由荷載於混合滚筒上之最小扭矩來檢測。 在美國專利第6,484,079號中，Buckelew等人揭示 • Zandberg等人之坍落度控制可遠距離監控。可使用無線傳 ^ 輸及全球定位單元來報告運載卡車之狀態並進行追蹤。 在申請案第09/845660號（公開案第US2002/0015354A1 號）中，Buckelew揭示使用GPS定位系統連續監控场落度可 有助於檢測卡車操作員或建築工頭是否添加水來使混凝土 較容易鋪開（段落0005-0006)。此未經許可之水添加可能藉 134244.doc 200942390 由降低抗壓強度而對混凝土混合物產生損害。因此， Buckelew教示應在運載期間多次監控坍落度並在安裝地點 藉由無線傳遞下載树落度數據。 在美國申請案第1〇/59913〇號（公開案第2〇〇7/〇i856a〗號） 中，C〇〇ley等人揭示用於計算及報告卡車滾筒中坍落度之 系統，該卡車滚筒具有與液虔傳動器福合之液麼感測器及 • 與滾筒連接之旋轉速度感測器。兩種感測器均與無線通信 ❹ 系統連接。此容許在運載服務期間對卡車操作進行修改。 混凝土坍落度之監控涉及校準自混合卡車上之液壓或電 感測器獲得之值並將該等值與使用標準辨落度錐體試驗所 獲得之坍落度值聯繫起來。在標準坍落度錐體試驗中，移 開含有新鮮混凝土之12-英吋截頂錐體以容許混凝土降落 並量測混凝土之垂直高度降落（ASTM c143_〇5)。 本發明之發明者認為混凝土混合物之坍落度不提供其抗 離析性之準確指示。此抗離析性係指混凝土混合物符合一 Ο 致稠度以避免組份固體分離之能力。混凝土係自水、水 泥、及集料（例如，沙、碎礫石）混合製得之懸浮液。當停 止混合時，較緊密材料（通常為集料）往往下沈。安裝在卡 車旋轉滾筒内部之葉片或槳葉之擰螺絲（tUm_Screw)效應可 藉由沿滾筒旋轉軸方向推動集料而使離析加劇。 離析可導致混凝土混合物之"可抽送性”（即，藉助導管 1專送之能力）以及其"可修整性”（即，提供平滑但緊密之外 邛表面的能力）減弱。另一方面，控制黏結性以使其不致 變得過度而妨礙易抽送或可修整性甚為重要。 134244.doc 200942390 在美國專利第6,227 039號中，Te，eni聲明"當藉由不同技 術量測時不同混凝土混合物可呈現同等可塑性（坍落度）且 關於其對於通常所需應用之適宜性而言仍可具有完全不同 之流變學特性"，例如抽送（col. 2, „ 14_2〇^他揭示一剪 切感測器單元，該剪切感測器單元具有振動及剪切誘導裝 置及用於量測應力及加速度之感測器（圖1 ·，col. 6_7)。活 塞向下推動剪切盒，強迫混凝土自仏形剪切盒開口端之側 面出來’其中多個感測器監控活塞桿之抗運動性（c〇i· 7, ^ 59-col. 8, I. 9^剪切盒可安裝在卡車滾筒内以用無線方式 向混合車間傳輸數據，由此可基於可塑性、應力狀態靈敏 性、應力分佈、剪切速率靈敏性、振動衰減、可振動性、 可抽送性、及變形性產生流變學特性曲線（c〇1 8，π 59_ col. 9, II. 39)。 然而’在混凝土運載卡車之混合滾筒内安裝Te，eni之 性盒剪切感測裝置似乎有問題。卡車操作員需要確保剪切 盒浸沒於混凝土混合物下面而非在滚筒内顛倒在混凝土混 合物上面以使感測器正確運行。可能需要卡車操作員關閉 引擎以確保其振動不會干擾剪切盒上振動感測器之運行。 而且，運輸期間，剪切盒可能藉由集料之巨大重量壓碎， 導致修理問題。剪切盒在混合滾筒内突出亦可能干擾混合 槳葉對混凝土混合物之作業。 因此，本發明之目的係使用混凝土工業中當前可得之卡 車混合滾筒作為流變§十及監控設備而無需在滾筒内安裝u_ 盒或其他氣動或振動裝置來在自預混合車間（或調度中心） 134244.doc 200942390 至澆置（或洗注）地點之運輸期間監控及控制混凝土混合物 之流變性。 總而言之，本發明之另一目的係使需要評價之流變性因 素的數量最小化且避免不得不分析某些因素，例如振動衰 減或可振動性。

本發明之又一目的係提供控制高度易流動混凝土（例如 自凝固混凝土（"SCC"))之流變性的方法。scc係能夠流動 且在其自身質量下無振動即可凝固之混凝土。scc高度填 充（一般為約70體積％集料）且具有高流動性。由於此高程 度流動性（描述為”坍流度"），可量測放置於坍落度錐體中 之混凝土的水平流動（鋪開）而非垂直降落（ASTM C 1611_ 〇5)。當藉由該坍落度錐體方法量測時，scc一般呈現18_ 32英吋坍流度。 用於估計混凝土混合器中㈣度之先前技術未提供對辨 流度之估計m而且’本發明之發明者認為使用上述 用於量測㈣度之㈣度錐财法不能提供用於評價scc 或其他高流動性混凝土混合物之準確手段。 因此’需要監控及控制混凝土運載混合卡車中混凝土混 合物之流變性的新穎方法。 【發明内容】 就克服先前技術之缺點而言，本發明提供監控及控制混 凝土混合滾筒（包括彼等安裝在運載混合卡車上者）中搖變 性之新賴方法，由此容許在自* 牡目半間至澆置處之運輸中監控 及控制搖變性。該方法可與該箄遂 丹茨寻運載卡車上之習用坍落度 134244.doc 200942390 監控設備一起使用，且較佳用以補充習用坍落度監控。 本發明之新穎方法發明性地建立於Amziane、Ferraris及 Koehler在”Measurement of Workability of Fresh Concrete Using a Mixing Truck，" Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology(第 110卷， ‘第1期，2005年1月-2月，第55-66頁）中之方法上，其以引 . 用方式併入本文中。Amziane等人教示屈服應力及塑性黏 度對於研究流動性質甚為重要；且此外可將功率（旋轉滾 ® 筒所需要之功率）及剪切速率（旋轉速度）繪製於圖上，如此 所得曲線之斜率指示塑性黏度，而零剪切速率處曲線之截 距指示屈服應力。 本發明使用習用坍落度監控系統來監控稱為”搖變性"之 流變性因素。儘管”屈服應力”係指開始流動所需要之混合 力的量且"塑性黏度"係指超過屈服應力時之抗流動性，但 術語"搖變性”係指當混凝土經受剪切力時（例如，混合）發 生之黏度之可逆的時間依賴性降低。當混凝土靜止時，藉 ❿ 由水合水泥之内部結合及其他力形成搖變性内部結構。結 果係藉由開始混合材料所需要之能量的量反映之高靜態屈 服應力。混合力破壞搖變性結構，降低抗流動性，但當剪 -切（混合）力減小時搖變性内部結構復原。 用於監控混凝土混合物之搖變性之本發明實例性方法包 含：（A)在混凝土混合滾筒中以第一混合速度（SO旋轉混凝 土混合物或混凝土混合物之組份以完全混合混凝土混合物 組份或者使混凝土混合物保持完全混合狀態；及（B)藉 134244.doc -10- 200942390 由監控黏度之可逆的時間依賴性變化量測混凝土混合物之 搖變性，該黏度之可逆的時間依賴性變化係在藉由變化為 不同於S!之另一速度（S2)(例如，較佳地，S2大於s 1)改變混 合滾筒中混凝土混合物之旋轉速度後發生》 本發明方法之實例涉及量測速度增加後之能量》該實例 • 性方法包含，在步驟A後’使混合滾筒之速度增加至較為 ' 快速之恆定混合速度sz，以使sz每分鐘比S!至少快二分之 一轉；監控以怪定速度S2旋轉混合滾筒所需要之能量（Er) 直至ER隨時間穩定；將在使混合速度自s〗增加至後對應 於旋轉混合滾筒所需要之最大能量（er.max)的第一值儲存 於電腦（可存取）記憶體中並亦將預定時間段期間對應於旋 轉混合滾筒所需要之平均能量之第二值儲存於電腦記憶體 中’其中在自ER_MAX降低後以恆定速度連續旋轉混合滾 筒所需要之能量開始穩定至最小量（er min);將該等 及er_min值與至少一組儲存於電腦記憶體中之預定目標值 Φ 進行比較；及使用液體組份調節該旋轉混合滾筒中所含有 之該混凝土混合物之屈服應力、塑性黏度、或搖變性。 因此，吾人可量測滾筒速度增加後旋轉混合滾筒所需能 量之總體降低。（本發明者稱此為本發明方法之”扭矩衰減" 變化）。因此，吾人可藉由取心七以與“……之差（或比）並 藉由將該值與儲存於電腦記憶體中之預定（目標）流變性值 範圍（例如，基於預定以…^與ER MIN值之差或比之範圍）進. 行比較獲得一個值。 另一較佳實例涉及在增加及降低滾筒速度後之每一時間 134244.doc -11 - 200942390 段中量測旋轉混合滚筒所需要之能量。因為將所得Er值相 對於速度繪製於圖上產生梯形形狀，故本發明者稱此為 "梯形"變化。該方法之該變化包含在步驟八後在規定時間 段内以較高速度（比步驟A中之混合速度S丨）或更佳以按逐 步方式增加之恆定速度旋轉混合滾筒。測定每一速度區間 下旋轉混凝土混合物所需要之能量（Er)❶將該等Er值儲存 於電腦§己憶體中。（若繪示於二維圖上，該等Er值將展示 ❹ 關於ER相對於速度之第一應力曲線以相同較高速度旋 轉混凝土混合物並再次計算規定時間段内之&，但僅在Er 已穩定後β十算。再次，該穩定展示混凝土混合物搖變性之 一個態樣。換言之，混合導致由於搖變性而形成之三維結 構崩潰，此導致對於給定剪切速率（混合速度）抗流動性較 低。當對於給定混合速度達成恆定最小抗流動性時，搖變 性組合結構遭到破壞。剪切速率（混合速度）降低時，恢復 搖變性組合結構β以不同速度（此次較佳以較低速度而非 ❷ 以較高速度）重複該程序（其中再次計算規定時間段内之

Er ’但僅在Er已穩定後計算）以測定第二組Er值並儲存於 電腦記憶體中（且更佳地，使用一系列漸進性降低速度並 在規定時間内於該等較低速度下進行量測）。（若繪示於二 維圖上，該第二組Er值將展示關於Er相對於速度之第二應 力曲線）。將搖變性值（當繪製於圖上時對應於應力曲線之 間的梯形面積）與儲存於電腦-可存取記憶體中之預定（目 標）範圍進行比較。 因此，用於監控混凝土流變性之本發明之另一實例性方 134244.doc -12- 200942390 法包含：在混凝土混合滚筒中以第一混合速度（S!)旋轉混 凝土混合物或混凝土混合物之組份以完全混合混凝土混合 物組份或者使混凝土混合物保持完全混合狀態；在規定時

間段内以第一恆定滾筒速度（S!)及至少一個較高之速度 (S2)旋轉該混凝土混合物以測定以每一速度旋轉混凝土混 合物所需要之能量（ER);將該測定之第一能量值（ER1)及第 二能量值（Er2)儲存於電腦記憶體中；在規定時間段内以s2 旋轉該混凝土混合物以測定第三能量值（ER3)，但僅在以穩 定後測定第三能量值（由此指示混凝土混合物之搖變性）， 並將Ejo儲存於電腦記憶體中；在規定時間段内以不同於 (且此次較佳低於）S2之速度（S3)旋轉該混凝土混合物以測 定第四能量值（Eju) ’但僅在Er穩定後測定第四能量值 (Eu)(由此指示對於給定混合速度混凝土混合物已達到最 小抗流動性），並將Eu儲存於電腦記憶體中；將基於該等 所測定ER1、Erz、Ευ、及Em值之相對流變性值（就選自屈 服應力、塑性黏度、及搖變性之至少兩個值而言）與儲存 於電腦記憶體中之預定值（就選自屈服應力、塑性黏度、 及搖變性之至少兩個值而言）進行比較；及㈣液體組份 調tp該混凝土混合物之流變性。 本發明方法適於在具有混合滾筒及自料落度監控及液 體分配設備之運载工具(例如，卡車)上控制混凝土流變 性。搖變性以及坍落度及其侦冷继u 再他流變性值可自動調節並保持 在預定（目標）範圍内。本發明、翁从^ +赞明適於諸如自凝固混凝土 (SCC)等高流動性混凝土。理相 理想地，SCC應具有低屈服應 134244.doc -13· 200942390 力以使其在其自身質量下流動及凝固；但當混合力降低 時，其靜態屈服應力應容許其抵抗離析並部分支撐其自身 重量，降低傳輸至模板（模子）之側力。澆置時，期望scc 具有18-32英吋之坍流度；但在運輸期間，此高流動性可 能造成在崎嶇不平或爬坡路上濺出，導致材料損失（通過 混合滾请開口）及使辨落度監控缺乏準確性。 因此，在運輸期間使坍落度降低至〇·η英吋（錐體試驗） 並使用本發明之搖變性監控方法較為有用。在運載期間之 一些時刻，作出增加坍落度並監控搖變性之決定以證實其 符合"澆置特性曲線"（例如，對於scc)e因此，實例性方 法包含將卡車監控系統之模式自預定（目標）運輸流變性轉 化至澆置流變性。轉化點可藉由考慮以下各者來確定：溫 度（環境及混凝土）、濕度、混凝土混合物比例、卸載時 間、自運輸流變性轉化至澆置流變性所需要之時間、地勢 性質（例如，是否平坦、崎嶇不平、爬坡）、及其他信息（例 如’使用GPS估計之到達時間）。 具體而言，對於SCC應用，因為避免運輸期間離析對於 避免將SCC澆置（卸載）至模板中時離析甚為重要，故吾人 期望確保流變性因素（屈服應力、塑性黏度、及搖變性）得 以監控。 本發明之其他優點及特徵可在下文中予以闡述。 【實施方式】 本發明之發明者預期，用於在自配料車間或中心調度中 心至澆置地點（例如，將混合物自卡車上卸載下來之施工 134244.doc -14· 200942390 地點）之運載作業期間控制混凝土混合物之流變性之本發 明方法可使用㈣用於混凝土運載卡車之f知㈣度控制 系統來實施。該等混凝土混合物通常含有可水合水泥質黏 合劑（例如普通波特蘭（p0rtland)水泥、粉煤灰、粒狀高爐 礦渣、石膏、或其一或多種混合物）、集料部分（沙、碎石 或碎礫石、及通常二者）、水（用於水合黏合劑）、及一或多 種化學摻合物（例如減水劑或高效減水劑、黏度調節劑、 腐蝕抑制劑、及諸如此類）。迄今，具有坍落度控制監控 及控制設備之混凝土運載混合卡車在工業中已相對熟知， 該等坍落度控制監控及控制設備係例如用於量測旋轉混合 滾筒之能量的液壓或電感測器、用於量測旋轉速度之速度 感測器、用於監控大氣溫度以及混合物溫度之溫度感測 器、及分配設備、以及用於監控來自感測器之信號及開動 分配設備之電腦處理單元。 例如，可與無線通信系統聯合使用之該等坍落度控制系 統揭示於美國專利第5,713,663號及第6,484,079號、及美國 專利申請案第09/845,660號（公開案第2002/0015354A1號） 及第10/599,130號（公開案第2007/01856A1號）中，該等專 利先前在背景中已予以論述且以引用方式併入本文中。使 用無線通信與用於監控混凝土混合物之各種物理特性之感 測器組合來監控及控制之另一實例性系統亦教示於C〇ffee 之美國專利第6,611，755號中，其以引用方式併入本文中。 用於在混凝土運載卡車上監控及控制坍落度之硬體及軟 體可以READYSLUMP®商品名自RS Solutions購得。 134244.doc -15- 200942390 此處亦應注意’許多（即使非大多數）市售坍落度控制系 統需要駕駛員手動調節滾筒速度。然而，本發明之發明者 認為較佳使用閉合環路速度控制系統。換言之，滾筒之旋 轉速度較佳藉由電腦自動選擇、監控及控制以使人為誤差 及投入最小化（且亦容許駕敬員專心駕駛）。因此，本發明 ' 實例性方法包含使用閉合環路速度控制系統來控制混凝土 - 混合滚筒之旋轉速度。 圖1中之並置圖展示用於監控混凝土混合物之搖變性之 ® 本發明實例性方法（本發明者先前稱為"扭矩衰減”之變 化），其係關於量測隨時間變化之轉動混凝土混合物所需 要之能量（er)(上圖）以及隨時間變化之滾筒速度（s)(下 圖）。將圖並置以同時查看能量及滾筒速度相對於時間之 增加。 該實例性方法從在混凝土混合滾筒中以第一混合速度 (S〗）旋轉混凝土混合物或混凝土混合物組份以完全混合混 Φ 凝土混合物組份或者使混凝土混合物保持完全混合狀態 (藉由^與^間很少或無ER波動證實（上圖））開始。如先前所 論述，混凝土混合物之組份包括液體組份（例如，水、化 學摻合劑，例如高效減水劑（HRWR)、及黏度調節劑 (VMA)) ’該等液體組份係在混合車間添加至混合卡車中 且可藉由混凝土運載卡車上之自動液體分配設備在運载作 業期間添加。混合之目的在於確保混凝土組份完全混合； 或者，將混合物及/或組份引入至混合滾筒中，該混合滾 筒係經旋轉直至獲得一致糊稠度。儘管此可以經驗方式實 134244.doc 200942390 施，但完全混合之確定較佳係藉由以值定速度旋轉混合滾 筒，同日夺量測旋轉滾筒所需要之能量（Er)直至獲得以隨時 間變化之預定最小波動來實施。 e

如圖1之下圖所示，介於t〇#tl之間時的滾筒速度係Si， 其在tl時增加至82。如上圖所示’搖變性係藉由量測碰 發生之黏度之可逆的時間依賴性變化來監控。發現&增加 (對應於混凝土混合物（對應於s a)中搖變性内部結構之 量）’直至er達到最大值（Er.max)，i此後Er開料低且最 終至穩疋"（ER_MIN)。將此ER值儲存於電腦（存 :’且其對應於在將混合速度“，増加至82後旋轉)= 筒所需要之最大能量(ER-MAX)。系統繼續監控〜並將對應 於在敎時間段期間旋轉混合滾筒所需要之平均能量之第 二值儲存於電腦記憶體中，其中妹定速度S2連續旋轉混 合滾筒所需要之能量開始穩定至最小量(ermin)。 隨後將得到之er.max&ER.MIN值與至少―組儲存於電腦 記憶體中之預定（目標）值進行比較。此可藉由取ER韻與 =R-MIN間之差並將該差值與儲存於電腦記憶體中之大量預 疋差值(例如，ER.MAX減去ERMIN)進行比較；或藉由取ER峨 ，ER.MIN之比並將該比值與儲存於電腦記憶體中之大量預 疋值（例如，ER-MAX/ER.MIN)進行比較來實施。 #得j之ER_MAX與er_min間之差值或比值不在預定（目標） 2範圍内」則本發明進—步涉及藉由使用液體組份（例 间效減水劑、黏度調節劑）調節流變性以使混凝 土之流變性在預定（目標）流變性範圍内。 I34244.doc -17· 200942390 先前已提及，在速度增加後量測搖變性通常較快速，乃 因使搖變性内部結構崩潰所需時間比將其構築回對應於特 定混合速度之程度所需要時間少。當在速度增加後量測搖 變性（"扭矩衰減”變化）時，吾人可（例如）使混合滾筒之速 度每分鐘增加二分之一轉（rpm)。然而，為提高準確性， ’ 使速度增加至少1及更佳2 rpm或更多係可取的。當在速度 • 降低後量測搖變性時，較佳將旋轉速度降低至少2且更佳3 rpm以提高檢測及計算對應於混合滾筒旋轉之特定速度的 O p

Er-min值之準確性。 因此，在速度增加後量測能量之本發明實例性方法揭示 該種搖變性監控之"扭矩衰減"特徵。該實例性方法包含在 混凝土混合滾筒中以第一混合速度（Si)旋轉混凝土混合物 或混凝土混合物組份以完全混合混凝土混合物組份或者使 混凝土混合物保持完全混合狀態；隨後使混合滾筒之速度 增加至較快速之恆定混合速度h以使心較Si每分鐘快至少 ❿ 一分之一轉（rPm)且更佳至少1 rpm ;監控以恆定速度心旋 轉混合滾筒所需要之能量（Er)直至Er隨時間穩定；將對應 . ;在將忍δ速度自Si增加至S2後旋轉混合滾筒所需要之最 大能量（ER-MAX)的第一值儲存於電腦記憶體中且亦將對應 於在預冑時間㈣間旋轉混合滾筒所需要之平均能量的第 =儲存於電腦記憶體中，其中以㈣速私連續旋轉混 筒斤需要之旎量在自Er-μαχ降低後開始穩定至最小量 n)將該等ER.MAX及er_min值與至少一組儲存 記憶體中夕^ 預疋目標值進行比較；及使用液體組份（例 134244.doc 200942390 如，水、高效減水劑、黏度調節劑）調節該旋轉混合滾筒 中所含有之該混凝土混合物之屈服應力、塑性黏度、及/ 或搖變性。 用於監控及控制混凝土混合物之搖變性之本發明另一實 例性方法涉及增加及降低混合滾筒之旋轉速度二者。 如圖2所示，該方法涉及在一定時間段内以多個速度旋 ' 轉遇合滾筒以完全混合混凝土混合物組份或者使混凝土混 φ 合物保持完全混合狀態（藉由ER隨時間很少或無波動證 實）。較佳地，如圖2之圖中所展示，以逐步方式實施速度 增加及降低。如圖3A-3B所示，在該等多個速度變化下監 控旋轉混合滾筒所需要之能量（Er)。 因此，參考圖2及3 A-3B，本發明之發明者闞述本發明之 另一實例性方法，其中能量量測係在增加以及降低混合滾 筒之速度後實施。該變化（"梯形，，）包含在規定時間段内以 第一恆定速度（S,)旋轉含有（完全混合）混凝土混合物之混 Φ 合滾筒並量測以恆定速度旋轉滾筒所需要之能量（ER) ^提 尚速度，較佳每分鐘提高至少二分之一轉（rpm)且更佳至 少整整1 rpm;並再次量測規定時間段内之Er(圖3A)。較 佳地，此係在一或多個步驟中遞增實施以在設置轉變成最 高速度（S2)後敎規;t時間段内之Er_r2，圖3B)及隨後 在以82旋轉混合滾筒所需要之能量穩定一段時間後測定規 定時間段内之以值（圖3B中之Er3)。以逐步方式將速度改 變(較佳降低而非增加)至83(其不同於S2，但最佳與⑽ 同），且亦在以降低之速度(S3)旋轉混合滾筒所需要之能量 134244.doc •19- 200942390 穩定一段時間後量測旋轉滾筒所需要之能量（Er4，圖 3C)。 視情況’可使用圖2中所示之介於81與82之間之一或多 個速度增量以產生如圖4中所示之介於Er丨與Er2之間的更 多能量/速度數據點。可能期望實施此以獲得更準確之第 ' 一應力曲線。 ' 如圖把中所示，對將旋轉速度增加至32後轉動混合滚筒 #需要之能量實施監控並在另-規定時間段期間在對於給 定混合速度由於搖變性内部結構崩潰而導致之混凝土混合 物達到最小抗流動性後予以量測，如標示為&之相對平 直部分所示。在圖4之能量相對於滾筒速度之圖上將在該 第三時間段期間旋轉滾筒$需要 < 平均能量㈣成點 (Er3)。 如圖3C中所不，改變滾筒之旋轉速度且此較佳係藉由將 速度自S2降低至S3來實施。在另一規定時間段内在速度自 _ S2降低至S3後並隨後在另一規定時間段内在對於給定混合 速度由於搖變性組合結構崩潰而導致之混凝土混合物達到 ，艮定抗流動性後對以S3轉動滾筒所需要之能量實施監控， 如標示為ER4之相對平直部分所示。將在該第四時間段期 ㈣轉滾筒所需要之平均能量(er4)繪製在圖4之能量相對 於滾筒速度之圖上。 如圖4中所示，四個點Eri、Er2、Er3、及Er4展示一個大 致近似梯形之四邊形。該梯形界定對應於運載卡車混合滾 筒中混凝土混合物之搖變性的區域。因此，可如下監控及 134244.doc •20- 200942390 控制混凝土混合物：使用在預混合運載卡車上可得到之習 用明落度控制設備藉由測定滾筒中混凝土之搖變性值並將 此與储存於電腦記憶體中之預定搖變性值範圍進行比較， 並隨後藉由添加液體添加劑（水、化學摻合物）來相應調節 混凝土混合物之流變性以使測定之搖變性值符合儲存於電 腦記憶體中之期望預定搖變性範圍。 - 因此’用於監控運載卡車混合器滾筒中混凝土流變性之 ❹ 本發明實例性方法包含：（A)在運載卡車之旋轉滾筒内將 混凝土混合物混合至混凝土混合物完全混合之程度；（B) 在規定時間段内以第一恆定滾筒速度（Si)及至少一個較高 之速度（S2)旋轉混凝土混合物以測定以每一速度旋轉混凝 土混合物所需要之能量（Er) ; (c)將測定之第一能量值 (ER1)及第二能量值（Εια)儲存於電腦記憶體中；在規定 時間段内以S2旋轉混凝土混合物以測定第三能量值（Er3)， 但僅在ER穩定由此指示對於給定混合速度由於搖變性組合 Φ 結構崩潰混凝土混合物已達到最小抗流動性後測定第三能 量值（Er3)，並將ER3儲存於電腦記憶體中；（E)在規定時間 • 段内以不同於（且較佳低於）SZ之速度（SO旋轉該混凝土混 合物以測定第四能量值（Eiu)，但僅在Er穩定（指示混合物 已恢復一定流動性）後測定第四能量值（Eju)，並將Er4儲存 於電腦記憶體中；（F)將基於所測定Eri、Er2、Er3、及Er4 值之至少兩個車載屈服應力、塑性黏度、及搖變性值與儲 存於電腦記憶體中之至少兩個對應預定屈服應力、塑性黏 度、及搖變性值範圍進行比較；及（G)使用在卡車上分配 134244.doc -21- 200942390 之液體組份調節混凝土混合物之流變性以達成對應於屈服 應力、塑性黏度及/或搖變性值之至少兩個預定範圍之流 變性。 在本發明之又一些實例性方法中，可重複步驟（B)至 (G) ’並可將基於步驟（F)中之該等所測定Eri、Er2、Er3、 及Eiu值之車載屈服應力、塑性黏度、及/或搖變性值與期 ' 望之對應於每一運輸流變性特性曲線或澆置流變性特性曲 線之預定屈服應力、塑性黏度、及/或搖變性值進行比 ❿ 較。 在其他實例性方法中，在規定時間段内在大於Si但小於 S2之速度下測定至少一個其他以值，且類似地，對於其中 速度自Sz降低至S3之方法部分可使用旋轉速度之額外逐步 降低並在規定時間段内僅在E R穩定由此指示對於給定混合 速度由於搖變性組合結構崩潰混凝土混合物已達到最小抗 流動性後測定額外旋轉能量值（ER)。 _ 此處應注意，參考圖4, ER4與Ers之間應力曲線之斜率 可用以計算塑性黏度值（標示為"V")，而斜線與標有"能量" 值之縱轴之截距提供滾筒中混凝土混合物之屈服應力值 (標示為"Y")。據信，藉由使用衍生自上文提及之，，梯形"方 法部分的數據可更準確地監控塑性黏度及屈服應力之測 定，在上文提及之"梯形"方法中由於能量係在於恆定速度 下持續一段時間後或在速度降低後量測，故能量_對_時間 量測將不受速度增加後所需要能量之拐點（參見例如，圖i 中之Er-max)影響。亦可自屈服應力及塑性黏度值之量測計 134244.doc 22· 200942390 算坍流度之估計值。 無論如何’本發明實例性方法包含測定塑性黏度值、屈 服應力值、或二者、以及測定混凝土混合物之搖變性值； 並將所測定搖變性值及至少一個塑性黏度值、屈服應力 值、或二者與儲存於電腦記憶體中之預定值進行比較。如 下文進步闡釋’混凝土混合物之流變性可基於得到之流 變性值與預定（目標）流變性值之比較藉由於混合滾筒中添 加液體組份來調節。 對於如上所述方法之"梯形"變化，可將混合滾筒之旋轉 速度自每分鐘二分之一轉（rpm)改變成8或更多rpm。再 次’旋轉速度之增加或降低應較佳約為至少二分之一（0.5) rpm且較佳至少一（丨）rpm或更多。滾筒速度自I增加至 S2(其代表最高速度）以及滚筒速度自S2降低至％(其較佳與 s〗相等）應較佳在接連居中連續時間段期間以逐步方式實 施。較佳地’每次實施方法時藉由Tl、τ2、τ3、及Τ4表示 之連續時間段以及介於Τ〗與Τ2之間及介於Τ3與Τ4之間之任 何可選接連居中時間段之長度應類似。時間段（τ)可短至 3〇秒及長至1-3分鐘或更長。 例如’若將初始恆定速度S!設置為1 rpm，則在接連連 續時間段内混合滚筒之旋轉速度可以遞增方式增加i rpm 增量’並測定每一步增加之ER直至達到最高速度s2(例 如，8-12 rpm)。在搖變性崩潰期過去及在τ3期間量測S2下 之能量（Eju)後，可以類似逐步方式使旋轉混合速度反過來 降低1 rpm直至其達到S3(其較佳與S!相等）。 134244.doc •23· 200942390 在論述本發明方法㈣現之原理中，本發明之發明者認 為再-次界定與混凝土特性有關之一些概念會有所幫助。 術語"可塑性"有時可與概念”坍落度，，互換使用，但其更準 確闞述係"決定新混合混凝土或灰泥之可混合、澆置、凝 固及修整為均質狀態之容易程度的特性"(aci ι⑽卜另 • 一方面，術語"流變性"係流體流動特性之科學闡述。然而 . 彳塑性可就多個變量來闡述，包括辨落度、流動性、壓實 性、及抗離析性，流變性一般就屈服應力、塑性黏度、及 搖變性來闡述。”屈服應力"係使材料開始或保持流動所需 要之應力或能量的量，而，，塑性黏度"係在超過屈服應力後 之應力增加/剪切速率增加。搖變性係經受剪切之流體之 黏度之可逆的時間依賴性降低。亦可使用與豸等參數近似 之術語，例如反映混合器扭矩與滾筒旋轉速度間之關係之 直線的截距（屈服應力）及斜率（塑性黏度）。可使用與混合 器扭矩相關之諸如液壓或安培數等術語而非混合器扭矩。 Φ 由於搖變性，在量測屈服應力及塑性黏度之前應考慮到 混凝土之剪切歷程。另外，搖變性的量應適於應用。 混凝土應在澆置時具有恰當之流變性及恰當之硬化特性 而成本最小。通常，當混凝土係在車間配料時，其不呈現 預期流變性。而且，在卡車自配料車間至工地之運輸時間 期間流變性可能會有所變化。因此，在車間配料之混凝土 可具有與工地上所需流變性不同之流變性，預期流變性會 隨時間而變化。或者，可在工地上使用水或添加劑來調節 流變性。通常，由於後勤原因在工地上僅可添加水。一些 134244.doc -24- 200942390 添加劑且尤其水之使用可能不利影響硬化特性。其他添加 劑可能積極影響硬化特性。 最佳添加劑或水添加物及其添加時間之選擇極為複雜。 因此’需要考慮相關參數並確定在車間配料之最佳初始混 合物比例及配料後且直至在工地上卸載混凝土所用添加劑 ’ 之類型、量、及添加時間之最佳化系統。 本發明之流變性監控及控制系統選擇：初始配料混合物 ❺ 比例、添加劑類型、添加劑及/或水的量、及添加劑及/或 水之添加時間，·此係基於：使用者界定之目標混凝土特 性、初始混合物比例及添加劑對流變性之預測效應、初始 混合物比例及添加劑對硬化特性之預測效應、及成本；其 中對流變性及硬化特性之預測效應係基於：當前混凝土流 變性、混合時間、混合速度、環境溫度、環境濕度、混凝 土溫度、混凝土卡車特徵（例如，滾筒幾何形狀、滾筒材 料、滾筒狀況）、混凝土荷載大小、混凝土原材料特徵、 e 混凝土混合物比例、澆置（卸載）之前之時間、混凝土混合 物轉化（例如自運輸流變性至澆置流變性）所需要之時間、 ㈣與混凝土特性之間之預程式化關係、、及藉由系統收集 之歷史數據；以確保在特定時間流變性最佳、在特定時間 •硬化特性最佳、及成本最佳。 在非澆置時混凝土之流變性較為重要且系統會考慮到。 混合期間混凝土之流變性可能影響混合效率及添加劑之功 效。澆置後且直至凝固之流變性可能影響諸如由混凝土對 模板施加之水平壓力及抗離析性等特性。為降低模板麗力 134244.doc -25- 200942390 及增加抗離析性，涊赵 結束後迅速_=在_為流㈣，但在洗置 料㈣流變性之添加 〜硬化特性。系統可選擇最佳類型、用量、及添 加時間以確保恰當之硬化特性。 =:調節在配料車間裝載至混合器中之材料之初始 幻以作為最佳化混凝土流變性、硬化特性、及成本之方

=一部分。由於卡車上空間有限，故在車間能夠利用更 大董之材料。初始配料比例之調節可基於來自其他配料之 :饋數據、配料時間後之預期狀況、及其他預確定之關 係。 因此’用於在運載作業期間監控及調節混凝土之概念性 模塊（其就運輸部分及淹置部分所構想出來）在搖變性測定 步驟（步驟B)中涉及以下敎：敎至少—個對應於自混 合車間或調度中心運輸至繞置地點期間混凝土混合物之搖 變性之值並將該測定值與運載混凝土之運輪部分期間對混 凝土之期望預定值進行比較；藉由於混凝土混合物中添加 液體組㈣其實施至少-次調節，該調節係基於所測定之 運輸搖變性與運載運輸部分期間對混凝土之期望預定值之 比較；測定至少-個對應料置時混凝土混合物之搖變性 之值並將該測定值與澆置時混凝土之預定值進行比較；及 基於該測定之澆置搖變性與洗置時對混凝土之期望預定值 之比較，藉由於混凝土混合物中添加液體組份而對其實施 至少-次調節。在又-些實施例中，確定何時基於該測定 134244.doc -26 - 200942390

之洗置搖變性錢置時對混凝土之期望預定值之比較調節 混凝土混合物可基於至少-個預定且選自以下各者之因 素·混凝土混合物組份、混凝土混合物之體積、於混凝土 混合物巾添加《之效應、自配料車間或職巾心至洗置 之估計運輸時間、錢置地點之料等待時間、交通擁擠 狀況、環境溫度、混凝土溫度、濕度、將個別組份混合成 均勻混合物所需要之最短時間、納入並完全混合引入至混 凝土中之液體組份所需要之最短時間、將混凝土混合物自 運輸流變性轉化至澆置流變性所需要之最短時間、及地 形如上所述，該方法尤其適於運載諸如SCC等高流動性 混凝土。 本發明方法之效果可參考圖5_7來闡釋。例如，繪示於 圖5中之盒代表對於擬定混凝土混合物應用，澆置時（卸載 時刻）流變學參數Y&V之最佳範圍。圖3及4顯示基於在不 同時間使用不同添加劑，分別關於流變性參數¥及v之流 變性隨時間變化之多個預測。若對混凝土無實施修改，則 在繞置時混凝土會具有不適宜之流變性（如藉由直線"A"處 與h之交點所示）。情形"B"表示在ti時添加添加劑。對於流 變性參數V，澆置時之流變學特性在澆置時係不適宜（如圖 7中所示）。情形"C"及"D”表示在不同時間添加兩種不同添 加劑之效應，但二者均提供澆置時（圖6及7中之t3)之恰當 流變性。因此，情形C或情形D將基於其成本或對硬化特 性之效應進行選擇。系統將連續監控狀況並相應作出調 節。 134244.doc -27- 200942390 系統所用之流變學參數（例如圖5中之¥及力可為彼等藉 由使用者指定者。使用者可指定諸如场流度或屈服應力等 參數，且系統可測定γ、V及其他參數之對應值。因此， 當收集來自現場洗置之數據時，可隨時間改進期望流變學 參數（下文"可塑性盒"）(例如，圖5)。 . 用於實施本發明方法之系統係用圖表示在圖8之流程圖 . 巾，而用於自配料車間至混凝土卸載點之管理及最佳化混 凝土 A合物之方法係’顯示於圖9中。量測Y(反映屈服應 ，力）、聚映塑性黏度）、及χ(反映搖變性）之方法係先前顯 示於上文圖2-4中。 如圖8中所示，女裝於適於實施擬使用之本發明方法之 作匕凝土運載卡車上之實例性流變性監控及控制設備系統包 括電腦處理單元CPU (12)或最佳化系統，該最佳化系統可 與電腦（可存取）記憶體14、用於監控卡車上之設備的感測 器16、及用於調節/控制混凝土混合物坍落度及流變性之 ❹ 刀配0又備18連接。使用者介面1〇可為習用於將數據輸入至 最佳化线12巾之鍵盤或觸摸屏幕監控器，該最佳化系統 12包含具有必需應用軟體且可存取電腦記憶體i42Cpu， . 該電腦記憶體14用於储存及檢索諸如預定（目標辦落度及 流變性範圍數據（例如’屈服應力、塑性黏度、及/或搖變 14值）等歷史數據以及用於儲存在混凝土運載卡車上實時 測定之坍落度及流變性數據。使用者可輸入關於以下各者 之資訊：混凝土混合物材料（組份）、混合物設計、規範或 限制（例如水/水泥比、強度參數等）、混凝土應用資訊、目 134244.doc •28· 200942390 標可㈣㈣落度值（例如’運輸流變性特性曲線、堯置 流變性特性曲線）、澆置後混凝土之目標硬化特性、澆置 位置、及其他程式化關係（例如給定 性及/或流變性與其組成材料特性間 混凝土混合物之可塑 之相關性，此將在下

文進一步論述）《>該資訊儲存於電腦記憶體14中，電腦記 憶體14亦可用於儲存在逐批基礎上自車載運載作業測定之 資訊。最佳化系統12與監控設備電連接，該監控設備可包 括（作為實例）用於量測旋轉滚筒速度之感測器及相關設 備、在卡車上旋轉混凝土混合滾筒所需要之能量（液壓或 電）、混凝土混合物之荷載大小（以體積計或以質量計）、卡 車速度、卡車加速度、卡車位置、混合滾筒之傾斜角、環 境溫度、環境濕度、混凝土溫度、及混合時間。最佳化系 統12亦與分配設備電連接，該分配設備用於計量任何數量 之添加劑（較佳呈液體形式）至混凝土混合滾筒中。添加劑 可包括水、減水劑（例如高效減水劑或所謂強塑劑）、黏度 調節劑及其他添加劑（18)。 圖9係實例性方法之流程圖，該實例性方法涉及使用習 用混凝土運載卡車設備，其中本發明方法可用於監控及控 制車載混凝土混合物之流變性。步驟概述如下。 使用者輪入與混凝土混合物有關之各種資訊，例如組份 材料及混合物設計（如20處所標示）。 輸入或測定期望或目標可塑性（例如坍落度或坍流度）及/ 或流變性值（屈服應力、塑性黏度、及/或搖變性）（如以處 所標示）。該等輸入可總稱為”可塑性盒"參數且可包括與運 134244.doc •29· 200942390 分有關之特定㈣落度及流變性標準，例 "凝混合物之特性有關)及"堯置流變性特性曲線" =與在㈣置混凝土之施工地點卸載時混凝;^^有

=二者可鍵人與估計之配料時間及卸載時間有關之資訊 所標示）。或者’該資訊可預程式化至系統中或基 於歷，配料數據由系統獲得。而且，若卡車裝載預混合混 凝土混合物或若引入組份(例如，水、水泥、沙、、一或多 種接=物、纖維）由此運載卡車混合滾筒需要旋轉以將該 等組份混合在一起，則配料時間資訊會有所不同。鍵入預 疋卸載時間將容許系統確定是否有足夠時間來製備混凝土 混合物（例如藉由引入液體添加劑（例如，強塑劑、黏度調 即劑、水等)以符合目#。鍵入配料聘間及卸載時間之幕 後意圖係計算混凝土將在卡車中待多長時間，且因此計算 監控混凝土混合物並作出調節以使混合物在合適時間符合 預疋（目標）運輸及洗置流變性特性曲線所需要之時間。端 視系統之自動化程度而定，配料時間可在其發生時記錄而 不需要操作員將其鍵入至電腦中；且因此更佳地，實際配 料時間可程式化至系統中或基於歷史配料數據由系=獲 得0 亦可輸入特定混凝土混合物設計、特定添加物（水、化 學摻合物）對特定混凝土混合物之效應與配料比例間之關 係及相關性（如23處所標示）。較佳地，該資訊係藉由系統 134244.doc •30· 200942390 收集，且系統將基於歷史數據"受到培訓"。可將關於多種 初始配料比例、及添加劑（摻合物）及/或水之類型及量、及 添加時間對隨時間變化之混凝土流變性的預測效應之資訊 連同關於硬化時混凝土之特性的資訊輸入至電腦記憶體 中。更佳地，該資訊可由系統基於歷史配料數據獲得，由 此系統實際上係經每一運載作業"培訓”。 . 使用者可選擇最佳初始配料比例及添加劑/摻合物及/或 水添加物（如24處所標示），且該種類資訊亦可由系統基於 歷史配料數據獲得，由此系統實際上係經每一運載作業 "訓練"。 隨後以初始配料比例裝載混凝土運載卡車混合器滾筒 (如25處所標不）’隨後在混合器滾筒中旋轉混凝土混合物 或混合物組份同時量測旋轉滾筒之能量（或混合器扭矩）（如 26處所標示）’且系統評定混合是否完全（如27處所標示卜 如先前所提及，此係藉由在恆定滾筒旋轉速度下量測扭矩 參 直至扭矩波動隨時間達到預定值或範圍來達成，並隨後評 定流變性因素，例如搖變性（例如，實施先前所述"扭矩衰 減"或梯形方法）以及塑性黏度、屈服應力、坍落度、及/或 坍流度（28)。 了基於與對於上文22所論述方法相同之方法估計或輸入 卸載時間（如29處所標示）。 在完成流變性量測2 8並測定一組車載流變性值（選自屈 服應力、塑性黏度、及搖變性之至少兩個值）後，將該等 值與儲存於電腦記憶鱧中之預定屈服應力、塑性黏度、及 134244.doc 31 . 200942390 搖變性值進行比較，該等值亦可稱為”可塑性盒”值，其經 程式化或選擇用於運載作業期間之時間點（如30處所標 不）。右所測定之車載流變性值不在可塑性盒内，則系統 會再檢查已按照所需要之添加劑類型、量、及添加時間儲 存於電腦圮憶體中之添加劑（例如，摻合物）及/或水的預測 效應（如31處所標示）。隨後系統選擇最佳添加劑及/或水添 • 加物（如32處所標示）。隨後系統可考慮運載作業之當前時 ❹ 間及分配添加劑之時間（如33處所標示），並由系統CPUs 送仏號至用於在合適時間分配合適種類及量之添加劑的合 適刀配裝置（如34處所標示）；且隨後系統反向循環通過步 驟26將添加劑混合至混凝土混合物中並量測其扭矩（26)、 量測混合物流變性（28)，直至符合目標流變性參數（3〇處之 可塑性盒）。 在本發明之又一些實例性方法中，系統可確保所有添加 劑身在σ適時間適當納入混凝土混合物中（如35處所標示） e 以在當前預定卸載時間符合澆置流變性特性曲線（如36處 所標示）。若符合澆置流變性特性曲線，則卸載混凝土混 合物（如38處所標示）或若運載中有暫停或延遲，則系統可 繼續監控並實施調節（37)並視需要再循環通過監控、比 較、混合及調節步驟。 因此，本發明之發明者認為，本發明容許混凝土在運輸 期間及卸載期間之具體時間以最佳流變性以及在具體時間 以最佳硬化特性運載至工地，且此可以就成本及性能而言 為最佳之方式完成。該方法可用於習用姆落度監控設備以 134244.doc •32· 200942390 確保在最關鍵時間（例如澆置時間）具有最佳流變性。系統 亦容許可塑性數據隨時間儲存，由此可塑性盒（或用於運 輸以及用於澆置之目標流變性特性曲線）可基於來自先前 配料運載之反饋隨時間而改進。系統可實現該等益處，同 時使對於人類投入之需要最小化。 在本發明之又一些實例性方法中，其中將混凝土混合物 . 之車載流變性與預定目標運輸流變性特性曲線及預定澆置 流變性特性曲線進行比較，且其中兩種流變性特性曲線均 涉及監控選自屈服應力00、塑性黏度（V)、及搖變性（χ)之 至夕兩個因素，監控模式自運輸流變性特性曲線至洗置流 變性特性曲線之轉變可藉由使系統考慮一或多個以下因素 來實現.例如混凝土混合物組份、混凝土混合物之體積、 於混凝土混合物中添加液體（例如，水、化學摻合物）之效 應估β十運輸時間（自配料車間或調度中心至澆置地點）、 在澆置地點之估計等待時間、交通擁擠狀況（運輸期間及/ e 或在澆置地點）、環境溫度及/或混凝土溫度（運輸期間及/ 或在澆置地點）、濕度程度、將個別組份混合成均勻混合 物所需要之最短時間（若各組份在配料地點單獨裝載且混 凝土擬在運輸期間混合）、納入並完全混合引入至混凝土 之液體，伤所需要之最短時間、將混凝土混合物自運輸 流變性轉化至《置流變性力需要之最短_間、地形（例 如，地勢及路是否平坦、崎嶇不平、傾斜、筆直、或彎 曲）、及其他因素（例如，可衍生自全球定位系統（Gps)，例 如估计之到達時間、交通擁擠狀況）。 134244.doc -33- 200942390 如圖ίο所示，用於如先前上文所論述及圖24中所示量 測Υ(反映屈服應力）、v(反映塑性黏度）、及χ(反映搖變性） 之本發月方法可按照二維流變學特性曲線或"可塑性盒"直 觀化H在本發明之又—些實例性實施例中，屈服應 力（Υ)、塑性黏度（V)、及搖變性（χ)可在運載作業之運輸階 #又及/或堯置段期間在混凝土運載卡車上監控並顯示於 電腦監控器上或打印出來。亦可以可視方式將γ、ν、及χ 之在線量測與預定流變學特性曲線或”可塑性盒"（在圖10 中繪不成三維形狀，界定為沿每一 χ、V、及¥轴之範圍） 進行比較以提供使用者或顧客車載流變性與預定或目標流 變性特性曲線之比較之直觀顯示或表示。例如，對應於混 凝土混合物之車載測定值V、Y、及/或χ的‘點或點娱（未顯 不）可直觀地由"可塑性盒"代表以提供使用者、卡車駕駛 員、顧客、或混凝土預混合物供應商關於混凝土混合物之 流變性是否在儲存於電腦記憶體中之預定（目標）範圍内之 直觀指示。 關於圖5(二維）及圖10(三維），本發明之又一些實例性方 法匕含展示選自屈服應力（Υ)、塑性黏度（V)、及搖變性（X) 之至少兩個預定運輸或澆置流變性值並在監控器、紙張或 其他視覺顯示器上以兩雉或三維盒形式展示該等值、並監 控混凝土混合物之對應於屈服應力（γ)、塑性黏度（V)、及/ 或搖變性（X)之至少兩個流變性值並將該等值展示成與所 展示兩維或二維盒呈相對空間關係之圓點、點或其他物 體。 134244.doc -34- 200942390 本發明之又一些實例性方法提供混合滾筒中混凝土之塑 性黏度（v)、屈服應力（γ)、及搖變性（χ)值之量測，將該等 值與至少一組儲存於電腦記憶體中之預定（目標）值進行比 較，並藉由引入預定量可將混合物有效調節至預定流變性 之液體組份對混凝土混合物進行調節以使其流變性符合儲 . 存值。更佳地，將V、Y、及X值與至少兩組預定（目標）值 . 進行比較，例如一組對應於運輸流變性特性曲線，且另一 組對應於澆置流變性特性曲線。 ❹ 本發明實例性方法適於運載scc。在混合滾筒中於運載 作業之運輸階段期間將SCC調節至流變性值對應於〇至J i 英吋之坍落度；並隨後在運載作業之澆置階段期間基於在 步驟B期間所測定之值調節至大於18英吋之高坍流度；並 在澆置階段期間及視情況亦在運輸階段期間量測混凝土之 搖變性。 儘管在本文中使用有限數量之實施例闡述本發明，但該 φ 等具體實施例並不意欲限制以其他方式闡述及本文主張之 本發明之範疇。存在所述實施例之修改及變化。更具體而 °以下實例係作為所主張本發明之實施例之具體闡釋給 出。應瞭解，本發明並不受限於實例中所陳述之具體細 卽。除非另有說明，否則在該等實例以及說明書剩餘部分 中所有份數及百分數皆以體積計。 而且，說明書或申請專利範圍中所列舉之任何數字範圍 列如代表特定組特性、量測單元、條件、物理狀態或百 刀數）白意欲照字面意義以引用或其他方式清楚地併入本 134244.doc -35· 200942390 文中’任何數字皆在該範圍内，包括在任何所列舉範圍内 之任何數字子集◎例如，每當揭示具有下限RL及上限Ru 之數值範圍時’在該範圍内之任何數字R皆明確揭示。具 體而言，在該範圍内之以下數字R明確揭示：R=RL+k* (RU_RL) ’其中k係增量為1%之介於1%至100%範圍内之變 量，例如，k係 1%、2%、3%、4%、5%.…50%、5m、 52〇/〇··. 95%、96%、97%、98%、99%、或 1〇〇〇/0。而且，藉 由如上所計算之任何兩個R值表示之任何數值範圍皆亦明 確揭示。 實例1 若一個人將使用自 Georgia and RS Solutions公司（Ohio) 之RMC Industries Corporation購得之坍落度監控預混合卡 車’則其可如表1中所示監控及控制混凝土混合物之场落 度及流變性。在本實例中，該系統可最初在運載作業之運 輸部分期間監控坍落度並控制混凝土之流變性以使其符合 預定"目標運輸流變性，，，且在一些時刻，系統可決定藉由 按照"目標澆置流變性"對混凝土流變性實施調節而轉換。 首先，使用者將混凝土混合物設計之要求程式化至系統 中’其在該本發明實例中要求具有24_26英吋坍流度及其 他特性之自凝固混凝土（SCC)。當混凝土混合卡車進入配 料車間時，系統可要求或以其他方式藉由使用者之輸入確 定資訊，例如澆置時間、在自車間至澆置地點之運輸期間 混凝土混合物之流變性特性曲線（或者稱為"目標運輸流變 I1生）、在澆置地點期望之混凝土混合物之流變性特性曲線 134244.doc -36- 200942390 (或者稱為"目標澆置流變性"）、自目標運輸流變性改變成 目標澆置流變性所需要之時間、及最初達成運輸流變性所 需要之初始配料部分。 目標澆置流變性可為最低限度，其僅需要使用習用坍落 度監控系統監控坍落度》 ’ 然而’本發明容許監控坍流度以及坍落度，亦容許使用 - 者於系統中鍵入關於坍流度及關於屈服應力（Y)、塑性黏 度（V)、及搖變性（X)因素之可塑性參數之資訊。此較佳以 對應於至少一個目標運輸流變性數據集及至少一個目標運 輸流變性數據集之兩個或更多個數據集實施。 在混凝土運載卡車裝載新鮮混凝土或用於製造新鮮混凝 土之組份後，以初始混合速度旋轉混合滾筒以使組份完全 混合在一起。隨後系統可開始量測坍落度估計值以確定是 否達成目標運輸流變性。若未達成該初始目標運輸流變 吐’貝U例如）系統可藉由（例如）於滾筒中分配2〇加侖水及 ❷ 10盘司（〇z)高效減水劑（HRWR)實施調節並開始混合。 虽70成混合時，系統再次開始連續量測混凝土混合物之 明·落度’並證實達成目標運輸流變性。 S卡車自車間出發時，系統再次估計自運輸流變性改變 成澆置流變性之時間及澆置時間。在運輸期間，系統可檢 測何時車載流變性降到目標運輸流變性特性曲線以下並確 最佳調知（例如藉由納入12 〇z高效減水劑（HRWR))並開 始混合。 當完成混合時，系統可再次開始連續量測流變性（在此 134244.doc -37· 200942390 情形下為坍落度）並實施任何調節直至達成目標運輸流變 性。 若混合卡車延遲（例如由於在運輸期間或在澆置地點延 遲），則系統可再次估計自運輸流變性改變成澆置流變性 之新時間及新澆置（卸載）時間。 當系統自監控混凝土混合物之運輸流變性改變成監控澆 - 置流變性之時間來臨，則系統確定擬實施之最佳調節（例 如，運載200 〇z高效減水劑（HRWR)& 1〇 〇z黏度調節劑或 ® 摻合物（"VMA”））並開始混合。 混合完成後，現在監控混凝土混合物以確定車載流變性 疋否符σ目標堯置流變性之系統開始"梯形"方法。隨後系 統監控屈服應力（Υ)、塑性黏度（V)、及/或搖變性（χ)，且 較佳所有三個該等流變性因素，並將其與儲存於電腦記憶 體中之預定目標澆置流變性特性曲線進行比較。如圖丨0中 所展示，該目標特性曲線可稱為"可塑性盒"，其可想象成 Φ 三維圖’其中可將γ、V、及X之車載值與以展示於：10中 之可塑性盒顯示之預定（目標）範圍進行比較。若丫、乂、或 χ在目標潦置特性曲線（可塑性盒）之外，則系統確定最佳 調節（例如，25 〇Z HRWR及15 oz VMA)，使分配員將需要 之液體組份注入至混凝土混合物中以實施調節，並開始混 合混凝土。 13 * 在完成混合後，系統可再次使用梯形方法監控混凝土混 合物之流變性狀態。重複該過程直至期望澆置混凝土之時 刻，此時駕駛員開始在澆置地點實際卸載混凝土混合物。 134244.doc -38- 200942390 上文敍述之該方法之實例概述於下表1中。 表1 事件 時間 讲落度 坍流度 Y V X 行動 10:00 使用者訂購混凝土混合物ID 4205，此係 具有24至26-英吋坍流度、5,000 psi抗壓強 度、及0.40最大水-與-水泥比之SCC。使 用者輸入澆置地址。 10:01 卡車進入配料車間，準備裝載。系統確定 估計之洗置時間(11:00)、目標運輸流變性 (5英吋坍落度）、目標澆置流變性(24至26 英吋坍流度及就Y、V、X而言之可塑性 盒）、自運輸流變性改變成澆置流變性之 時間（10:45)、及達成運輸流變性之初始配 料比例。 10:02 裝載混凝土卡車。開始混合。 10:06 混合完成。系統開始量測坍落度估計值。 10:07 2英吋 未達成運輸流變性。系統確定最佳調節為 20加侖水及10 oz HRWR，分配水及 HRWR至混合器中，並開始混合。 10:10 混合完成。系統開始連續量測坍落度估計 值。 10:11 5英吋 達成運輸流變性。 10:12 5英吋 離開車間。系統再次估計自運輸流變性改 變成澆置流變性之時間(10:47)及澆置時間 (11:02)。 10:24 4英吋 運輸流變性低於目標。系統確定最佳調節 為12 oz HRWR，分配HRWR，並開始混 合。 10:26 混合完成。系統再次開始連續量測坍落度 估計值。 10:27 5英叫· 達成運輸流變性。 10:35 5英吋 混合卡車延遲。系統估計自運輸流變性改 變成澆置流變性之新時間(10:50)及新卸載 時間(11:05)。 134244.doc •39· 200942390 事件 時間 坍落度 坍流度 Y V X 行動 10:50 5英吋 自運輸流變性調節至澆置流變性之時間。 系統確定最佳調節為200 oz. HRWR及10 οζ· VMA。系統分配添加劑並開始混合。 10:54 混合完成。系統開始梯形方法。 10:55 23英吋 0.42 0.81 0.42 梯形方法完成。未達成坍流度目標且Y、 V、X不在目標可塑性盒中。系統確定最 佳調節為25 oz HRWR及15 oz VMA，分 配HRWR及VMA，並開始混合。 10:58 混合完成。系統開始梯形方法。 10:59 26英吋 0.21 0.73 0.40 梯形方法完成。達成坍流度目標且Y、 V、X在可塑性盒中。系統繼續梯形方 法。 11:05 26英吋 0.21 0.75 0.42 澆置時間。坍流度接近目標且X、Y、Z在 可塑性盒中。駕駛員開始卸載混凝土。 11:13 卸載完成，駕驶員將卡車返回車間。 已在上述說明書中闡述本發明之原理、較佳實施例及作 業模式。然而，意欲在本文中經保護之本發明並不認為受 限於所揭示之特定形式，因為該等特定形式擬視為闡釋性 的而非限制性的。熟習此項技術者可實施改變及變化，此 並不背離本發明之精神。 【圖式簡單說明】 將較佳實施例之以下詳細闡述與附圖結合可更容易地理 解本發明之其他優點及特徵，其中 圖1係複合圖解說明； 圖2係本發明實例性方法之態樣的圖解說明，其中含有 新鮮混凝土混合物之混合滾筒之旋轉速度在一定時間段内 以增量增加； 圖3 A係本發明實例性方法之圖解說明，其中在連續時間 134244.doc 200942390 段内在第一值定旋轉速度（Si)下連續量測旋轉含有新鮮混 凝土混合物之混合滾筒所需要之能量； 此 圖3B係圖2A之實例性方法之圖解說明，其 穴T成合滾筒 之旋轉速度增加至較高恆定旋轉速度（SO，且在第二連續 時間段内量測旋轉含有新鮮混凝土混合物之混合滾筒所需 要之能量（如Erz處所標示），並隨後破壞混合物之搖變性組 合結構，搖變性組合結構之破壞係藉由在隨後連續時間段 内δ十算之能量（ER3)之穩定來指示； 圖3C係圖2B之實例性方法之圖解說明，其中旋轉速度 (S3)降低（自值I至Sl)並監控旋轉混合滾筒所需要之能量 (ER)直至其隨時間開始穩定（再次指示對於給定混合速度而

言混合物已達到最小抗流動性）並隨後在另一連續時間段 内量測（eR4);及 X 圖4係圖2A-2C之實例性方法之圖解說明，其中將用於旋 轉含有混凝土混合物之混合滾筒之能量值Eri、Er2、Er3、 及ER4相對於滾筒旋轉速度（剪切速率）繪製於圖上，由此顯 示一個梯形’其面積提供混凝土混合物之搖變性特徵之指 示； 圖5係代表流變學參數之最佳範圍的圖，其中可藉由使 用本發明方法提供澆置時之恰當流變性（如C及d處所標 不，其在圍繞C及D之"可塑性盒"内），其中添加劑係以適 當量及在適當時間投用’而在無添加劑（例如，A)或有添 加劑（例如’ B)下若使用量及/或時間不適當則會在澆置時 獲得不恰當之流變性（如a&b處所標示）； 134244.doc •41· 200942390 圖6-7係展不流變性隨時間變 A ^ 燹化之多個預測的圖，1俜 圖8係一流程圖，其顯示用於監控及控制混凝土運載令 之混凝土流變性之實例性系、统，在混凝土運載中可實施本 發明方法； 圖9係闡釋典型混凝土混合物管理及最佳化系統之流程 圖’其中使用本發明實例性方法來監控混凝土混合物之流 變性；及 圖10係"可塑性盒"或預定（目標）流變性特性曲線之圖解 說明。 【主要元件符號說明】 10 使用者介面 12 最佳化系統 14 記憶體（歷史數據） 16 監控設備 18 分配設備 134244.doc -42·

Claims (1)

1. 200942390 、申請專利範圍·· 1. -種監控混凝土搖變性之方法，其包含： ⑷在混凝土混合滚筒中以第一混合速度（S,)旋轉混 凝土混合物或混凝土之組份以完全混合該等混凝土混合 物組物或者使該現凝土保持完全混合狀態；及 ()藉由監控黏度之可逆的時間依賴性變化量剛該混 凝土混合物之該搖變性，其㈣㈣之可 ❹ φ 性變化係在藉由改變成石1依賴 變成不㈤於S】之另-速度（s2)改變該 Λ 胃混凝土混合物之旋轉速度後發生。 :求項1之方法’其進_步包含將對應於該所量測搖 :值與儲存於電腦記憶體中之預定搖變性值進行比 較0 3·如請求項1之方法，其中步驟Β包含 使該混合滾筒之速度增加至較為快速之但定混合速度 s2,以使s2之每分鐘比Si至少快二分之一轉： 監控以恆定速度S2旋轉該混合 直至ER隨時間穩定; 滚筒所需要之能量伽) 將在使該混合速度自<5 w 滾行…… 至S2後對應於旋轉該混合 /展筒所需要之最大能量 _MAX)之第一值儲存於雷腦印 憶體中並亦將預定時間段期 ㈣於電腦》己 需要之平约浐眚之⑨ B’對應於旋轉該混合滾筒所 需要之千均能量之第二值儲存 悝定速度s2連續旋轉該屍合滾筒，己憶體中，其中以 至最小量（ER.MIN) ; 3需要之咸量開始穩定 將該等ER_MAX及ER_MIN值與、 、v 一組儲存於電腦記憶體 134244.doc 200942390 中之預定目標值進行比較；及 使用液趙組份調節該旋轉混合滾筒中所含有之該混凝 土混合物之屈服應力、塑性黏度、或搖變性。 4·如請求項3之方法，其中將藉由取^韻-麵值間之 差或比所測定之值與儲存於電腦記憶體中之預定或目標 ' 值進行比較。 • 5.如請求項1之方法，其中步驟B包含 ❹ 測定以Sl旋轉該混凝土混合物所需要之第一能量值 (E R丨)並在規定時間段内以大於s丨之至少一個較高速度 ⑻旋轉該混合滾筒以測定以該至少__個較高之速度⑻ 旋轉該混凝土混合物所需要之能量（ER2); 將該測定之第一能量值（&)及測定之第m(ER2) 儲存於電腦記憶體中； 在規定時間段内以s2旋轉該混凝土混合物以測定第三 知量值（eR3)，但僅在以呂2旋轉該滾筒所需要之能量穩定 ® 灸幻定〇第—忐里值（Er3)，並將ER3儲存於電腦記憶體 中； 在規定時間段内以不同於S2之速度(S3)旋轉該混凝土 在:物以測定第四能量值（ER4 W旦僅在ER穩定後測定第 四月b量值（Er4)，並將Eju儲存於電腦記憶體中； 將基於該等所測定ER1、ER2、ER3、及ER4值之相對流 變性值與儲存於電腦記憶體中之預定值進行比較；及 使用液體組份調節該混凝土混合物之流變性。 6.如請求項5之方法，其中S3小於s 134244.doc 200942390 如明求項6之方法，其中83與8丨相等。 月求項1之方法，其在步驟B中進一步包含測定塑性黏 度值、屈服應力值、或二者以及測定該混凝土混合物 搖變性值； 將該測定之搖變性值及該塑性黏度值、屈服應力值中 之至夕一個或二者與儲存於電腦記憶體中之預定值進行 比較；及

   藉由於該混合滾筒中添加液體組份調節該混凝土混合 物之流變性。 9_如π求項1之方法，其中在步驟B中 測疋至少一個對應於自混合車間或調度中心運輸至澆 置地點期間該混凝土混合物之搖變性之值並將該測定值 與在運載該混凝土之運輸部分期間對該混凝土之期望預 定值進行比較； 藉由於該混凝土混合物中添加液體組份對其實施至少 一次調冑，該調節係基於所測定之運輸搖變性與在該運 載之運輸部分期間對該混凝土之期望預定值之比較； 測定至少一個對應於澆置時該混凝土混合物之搖變性 之值並將該測定值與澆置時該混凝土之預定值進行比 較；及 基於該測定之澆置搖變性與澆置時對該混凝土之期望 預定值之比較，藉由於該混凝土混合物中添加液體組份 對其實施至少一次調節。 10.如請求項9之方法，其包含確定何時基於該測定之澆置 134244.doc 200942390 搖變性與澆置時對該混凝土之期望預定值之比較調節該 混凝土混合物，該確定係基於至少—個選自以下各者之 因素.該等混凝土混合物組份之性質、混凝土混合物之 體積、於該混凝土混合物中添加液體之效應、自配料車 間或調度中d繞置處之估計運輸㈣、錢置地點之 估計等待時間、交通擁擠狀況、環境溫度、混凝土溫 度、濕度、將個別組份混合成均勻混合物所需要之最短 時間、納人並完全混合引人至該混凝土中之液體組份所 需要之最短時間、將該混凝土混合物自運輸流變性轉化 至洗置流變性所需要之最短時間、及地形。 11·如請求項1之方法’纟中該混凝土混合物係自凝固混凝 土。 12·如請求項n之方法，其中該自凝固混凝土係在運载卡車 之該混合㈣中於運㈣業期間在運輸階段期間調節至 對應於0至11英吋坍落度之流變性值；並在該運載作業 之澆置階段期間基於在步驟B期間所測定之值調節至大 於18英吋之高坍流度。 13. 如明求項1之方法，其中步驟a包含在連續時間段内連續 監控旋轉該混合滾筒所需要之能量（ER)直至。之波動小 於預定波動程度時，並隨後開始進行步驟B。 14. 如請求項1之方法，其中該速度Ml之差係介於每分鐘 1與25個滾筒轉數之間。 15. 如請求項丨之方法，其中所使用的混凝土運載卡車具有 用於自動控制該混合滾筒之該旋轉速度之閉合環路速度 I34244.doc 200942390 控制系統。 16·如請求項1之方法，其中將該混凝土混合物之該車載流 變性與預定運輸流變性特性曲線及預定澆置流變性特性 曲線進行比較，且其中兩種流變性特性曲線均涉及監控 至少兩個選自屈服應力（Y)、塑性黏度（V)、及搖變性（χ) 之因素；該方法進一步包含一選擇轉變點並於此處使流 變性與㈣定堯置流變性特性曲線而非該預定運輸流變 參 e 性特性曲線進行比較，該轉變點係基於至少一個選自以 下各者之以下因素來確定：混凝土混合物組份；自配料 車間或調度中心至淺置地點之估計運輸時間；在該洗置 地點之估e十等待時間；運輸期間或在★置地點之交通擁 擠狀況；運輸期間或在洗置地點之溫度；將個別組份混 合成均句混合物所需要之最短時間，其中各組份在配料 地點單獨裝載且該混凝土擬在運_間混合；及將該混 凝土混合物自運輸流變性轉化至堯置流變性所需要之最 短時間。 17.如清求項16之方法，其中將g卜 再干將至少兩個選自屈服應力（γ)、 塑性黏度（V)、及搖變性（幻夕祐^ 雙性（χ)之預定流變性值以兩維或三 維盒形式展示於監控器或其他顯示裝置上，並將至少兩 個自該混凝土混合物測定之對應於屈服應力⑺、塑性黏 度⑺、及/或搖變性（χ)之流變性值展示成與該所展示之 兩維或三維盒呈相對空間關係之圓點或點。 134244.doc