WO2023241036A1 - 一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法 - Google Patents

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WO2023241036A1
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buffer container
concrete preparation
gas
ultrasonic
concrete
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寇子明
王虎林
徐慧东
任启超
王彦栋
张卜文
彭艳伟
燕锋
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太原理工大学
山西凌旭达科技有限公司
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    • 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
    • B28C5/48—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions wherein the mixing is effected by vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00—Pipe-line systems
    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17D1/02—Pipe-line systems for gases or vapours
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    • F17D3/01—Arrangements for supervising or controlling working operations for controlling, signalling, or supervising the conveyance of a product
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    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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    • F17D3/00—Arrangements for supervising or controlling working operations
    • F17D3/14—Arrangements for supervising or controlling working operations for eliminating water

Definitions

  • the embodiments of the present application relate to, but are not limited to, the technical fields of air source purification and concrete preparation, and in particular, to an ultrasonic disturbance stirring concrete preparation system and method.
  • the device includes an impurity filter, a pressure regulating structure, etc., and finally stores the gas into a gas storage tank to provide a stable gas supply to the pneumatic vibrator of the concrete vibration equipment.
  • the temperature of the gas output from the gas storage tank will gradually decrease, resulting in the precipitation of liquid impurities.
  • the liquid impurities will affect the performance of the pneumatic vibrator of the concrete vibration equipment. Stopping the machine to discharge the liquid impurities will seriously affect the production efficiency. Do not discharge the liquid Impurities will affect the quality of concrete, and liquid impurities will further be affected by temperature and cool and freeze, blocking pipes and causing safety hazards such as pipe bursts.
  • the gas supply device can filter liquid impurities in the discharged gas without shutting down, thereby improving the production efficiency and improving the purity of the gas, thereby making the concrete
  • the vibration mixing effect of the preparation device is improved.
  • the ultrasonic vibration generated by the concrete preparation device can reduce the problem of cement agglomeration at the micro level, thereby improving the uniformity and other properties of concrete.
  • an ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system which includes a concrete preparation device and a gas supply device.
  • the concrete preparation device is used to generate ultrasonic waves using pure gas to disturb the mixing of concrete;
  • the gas supply device is used to supply concrete to the concrete.
  • the preparation device supplies pure gas.
  • the gas supply device includes a gas source component.
  • the gas source component is connected to the concrete preparation device through a gas storage tank and a gas pipeline in turn.
  • the gas supply device also includes a drainage component located along the gas pipeline.
  • the drainage component includes A first buffer container, a second buffer container, a first valve and a second valve.
  • the first buffer container is connected to the gas pipeline.
  • the first valve connects the first buffer container and the second buffer container.
  • the second valve connects the second buffer container to the gas pipeline.
  • the container is connected to the outside world.
  • the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system mainly includes two parts: a concrete preparation device and an air supply device.
  • the concrete preparation device is used to use pure gas to generate ultrasonic waves to disturb and stir the concrete, and the air supply device is used to prepare the concrete.
  • the device supplies pure gas.
  • the gas supply device includes a gas source component, a gas storage tank, a gas pipeline, etc.
  • the gas source component is used to generate gas and perform certain filtration of impurities in the gas.
  • the gas filtered by the gas source component It is stored in a gas storage tank. When the concrete preparation device needs gas, the gas storage tank supplies gas through the gas pipeline.
  • the gas supply device also includes A drainage assembly arranged along the gas pipeline.
  • the drainage assembly includes a first buffer container, a second buffer container, a first valve and a second valve.
  • the first buffer container is connected to the gas pipeline, and the first valve connects the first buffer container and the gas pipeline.
  • the second buffer container is connected, and the second valve connects the second buffer container to the outside world.
  • the liquid impurities in the gas pipeline accumulate in the first buffer container.
  • the first valve is always open.
  • the second valve is normally closed, so that the liquid impurities in the first buffer container can flow into the second buffer container for storage.
  • the first valve When the liquid impurities in the second buffer container accumulate to a certain amount and need to be discharged, the first valve is closed and waits for the second buffer container to be discharged. After the first valve is completely closed, the second valve is opened. Closing the first valve can isolate the gas pipeline from the outside world, preventing outside air from affecting the operation of the gas supply device. Opening the second valve can remove the liquid in the second buffer container. Impurities are discharged. During this process, there is no need to shut down the air supply device, which eliminates the impact on the efficiency of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system when discharging liquid impurities, significantly improving the production efficiency of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system of the present application.
  • the gas supplied to the concrete preparation device is purer, thereby making the operation of the concrete preparation device more stable and durable. And it improves the mixing effect of the ultrasonic perturbation mixing concrete preparation system.
  • the ultrasonic perturbation mixing concrete preparation system of the present application can easily remove the gas.
  • the liquid impurities can further purify the gas and improve the purity of the gas, thereby improving the vibration mixing effect of the concrete preparation device and improving the quality of concrete. There is no need to shut down the machine when removing liquid impurities, which improves production efficiency.
  • the gas transmission pipeline includes a water collection section and a return flow section arranged sequentially along the air flow direction.
  • the water collection section is connected to the first buffer container, and the height of the return flow section is higher than that of the water collection section. high.
  • the height of the first buffer container is lower than the height of the gas pipeline, and the height of the second buffer container is lower than the height of the first buffer container.
  • the central axis of the first buffer container and the central axis of the second buffer container are coaxially arranged.
  • the drainage assembly further includes a liquid level sensor, and the liquid level sensor is installed in the second buffer container.
  • the air supply device further includes a de-icing assembly, the de-icing assembly includes a heater, and both the first buffer container and the second buffer container are placed in the heater.
  • the outer diameters of the first buffer container and the second buffer container are the same, and both ends of the heater are respectively sleeved on the first buffer container and the second buffer container.
  • the deicing assembly further includes a temperature sensor, and a temperature sensor is provided on at least one of the first buffer container and the second buffer container.
  • the air supply device further includes a controller, and the temperature sensor, the liquid level sensor, the first valve, the second valve, and the heater are all electrically connected to the controller.
  • embodiments of the present application provide an ultrasonic perturbation mixing concrete preparation method, which can be used in any ultrasonic perturbation mixing concrete preparation system in the first aspect, including the following main steps: adding raw materials to the concrete preparation device according to the proportion. ; Start the gas supply device and pass the pure gas into the concrete preparation device; start the concrete preparation device to generate ultrasonic chaotic vibration, and the ultrasonic chaotic vibration disturbs and stirs the raw materials to form concrete.
  • the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation method provided by the embodiment of the present application is applied to the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system in the first aspect, so it has the same effect, that is, liquid impurities in the gas can be conveniently removed, and the gas can be further purified.
  • the purity of the gas is improved, thereby improving the vibration mixing effect of the concrete preparation device, improving the quality of the concrete, and eliminating the need to shut down the machine when removing liquid impurities, thereby improving production efficiency.
  • the excitation frequency of chaotic vibration is 30,000 to 50,000 Hz.
  • the ultrasonic chaotic vibration disturbance and mixing of raw materials to form concrete takes 35 to 40 seconds.
  • Figure 1 is a schematic structural diagram of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system provided by the embodiment of the present application.
  • Figure 2 is a schematic structural diagram of an air supply device provided by an embodiment of the present application.
  • Figure 3 is a schematic diagram of the structure of the drainage assembly and de-icing assembly of the air supply device provided by the embodiment of the present application;
  • Figure 4 is a comparison chart of the system vibration time response of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system provided by the embodiment of the present application;
  • Figure 5 is a comparison diagram of the original system phase diagram of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system provided by the embodiment of the present application.
  • Figure 6 is a comparison diagram of the Poincaré cross-section phase diagram of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system provided by the embodiment of the present application;
  • Figure 7 is a schematic diagram of the state of particles of concrete materials in ordinary mixing
  • Figure 8 is a schematic diagram of the state of concrete material particles mixed by the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system provided by the embodiment of the present application;
  • Figure 9 is a flow chart of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation method provided by the embodiment of the present application.
  • first and second are only used for descriptive purposes and cannot be understood as indicating or implying relative importance or implicitly indicating the number of indicated technical features. Therefore, features defined as “first” and “second” may explicitly or implicitly include one or more of these features. In the description of the embodiments of this application, unless otherwise specified, "plurality" means two or more.
  • connection should be understood in a broad sense.
  • connection can be a fixed connection, a detachable connection, or an integral body; it can be a direct connection. , can also be connected indirectly through intermediaries.
  • the terms “comprising”, “comprises” or any other variation thereof are intended to cover a non-exclusive inclusion, such that a process, method, article or apparatus that includes a list of elements not only includes those elements, but also Includes other elements not expressly listed or elements inherent to the process, method, article or apparatus.
  • an element defined by the statement “comprises a" does not exclude the presence of additional identical elements in a process, method, article or apparatus that includes that element.
  • the embodiment of the present application provides an ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system, which mainly uses vibration machinery to process the concrete materials during the mixing process, so as to increase the macroscopic and microscopic homogeneity of the concrete materials, make the hydration reaction sufficient, and improve the structure. Stable and increase the compactness of concrete to improve the quality of prepared concrete.
  • the vibration machinery transmits vibration energy of a certain frequency, amplitude and excitation force to the concrete material, which greatly reduces the adhesion and internal friction and makes it appear in a heavy liquid state.
  • the gas supply device 1 also includes a drainage assembly 14 arranged along the gas pipeline 13.
  • the drainage assembly 14 includes a first buffer container 142, a second buffer container 143, a first valve 141 and a second valve. 144.
  • the first buffer container 142 is connected to the gas pipeline 13.
  • the first valve 141 connects the first buffer container 142 and the second buffer container 143.
  • the second valve 144 connects the second buffer container 143 to the outside world.
  • the gas pipeline 13 The liquid impurities in the first buffer container 142 accumulate.
  • the first valve 141 is normally open and the second valve 144 is normally closed, so that the liquid impurities in the first buffer container 142
  • the impurities can flow into the second buffer container 143 for storage.
  • the first valve 141 When the liquid impurities in the second buffer container 143 accumulate to a certain amount and need to be discharged, the first valve 141 is closed, and the second valve 144 is opened after the first valve 141 is completely closed. , closing the first valve 141 can isolate the gas pipeline 13 from the outside world, preventing outside air from affecting the operation of the air supply device 1, and opening the second valve 144 can discharge the liquid impurities in the second buffer container 143. This During this process, there is no need to shut down the air supply device 1, which eliminates the impact on the efficiency of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system when discharging liquid impurities, significantly improving the production efficiency of the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system of the present application.
  • the concrete preparation device 2 also includes an exhaust fan and an exhaust duct.
  • the exhaust fan is arranged at the feed inlet of the mixing host and plays a role in vacuuming dust when the mixing host is working, thereby making it convenient to Users can observe the working conditions inside the mixing host at any time, and the exhaust pipe is connected to the exhaust fan to transport dust to the processing location.
  • the gas transmission pipeline 13 includes a water collection section 131 and a return section 132 arranged sequentially along the air flow direction.
  • the water collection section 131 is connected to the first buffer container 142, and the height of the return section 132 is higher than that of the collection section.
  • the height of water section 131 is higher than that of the collection section.
  • the gas pipeline 13 can be a hard pipe, a flexible pipe, or a combination of both.
  • the water collection section 131 and the return section 132 of the gas pipeline 13 are hard pipes, and the return section The outlet end of 132 is connected with a hose, and the outlet end of the hose is connected to the pneumatic ultrasonic vibrator, which avoids interference to the air supply device 1 when the pneumatic ultrasonic vibrator is running.
  • valves can be solenoid valves or manual valves.
  • solenoid valves are optionally used.
  • the height of the first buffer container 142 is lower than the height of the gas pipeline 13
  • the second The height of the buffer container 143 is lower than the height of the first buffer container 142 so that liquid impurities flow into the second buffer container 143 under the action of gravity.
  • the drainage assembly 14 further includes a liquid level sensor 145, and the liquid level sensor 145 is installed in the second buffer container 143. inside the container 143.
  • the outer diameters of the first buffer container 142 and the second buffer container 143 are consistent, and both ends of the heater 151 are respectively sleeved on the first buffer container 142 and the second buffer container 143, thus simplifying
  • the structure of the heater 151 also makes the heater 151 and the first buffer container 142 and the second buffer container 143 fit more closely, which facilitates heat transfer and improves energy utilization.
  • the embodiment of the present application provides an ultrasonic disturbance mixing concrete preparation method, which is used in the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system of the application.
  • the main steps of the concrete preparation method of the application are:
  • step S3 the excitation frequency of chaotic vibration is 30,000 to 50,000 Hz; step S3 takes 35 to 40 seconds, compared with the stirring time of about 50 seconds in related technologies, Greatly improve production efficiency.
  • the average strength of the concrete prepared by the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation method of the present application is more than 8% higher than that of concrete prepared by related technologies.
  • the concrete prepared by this method has an average strength of more than 8%.
  • the applied method can optimize the raw material ratio, save at least 5% of cement, and at the same time save the amount of additives, which will help ensure the quality of concrete in the middle and later stages of service.
  • the concrete produced by the ultrasonic disturbance mixing concrete preparation system and method of the present application has greatly improved and improved product quality, durability, macro and micro uniformity, and strength; In terms of technology, there are new breakthroughs in improving concrete mixing efficiency and reducing raw material and energy consumption.
  • the ultrasonic disturbance stirring concrete preparation system and method provided by the embodiments of the present application can conveniently remove liquid impurities in the gas, further purify the gas, and improve the purity of the gas, thereby improving the vibration stirring effect of the concrete preparation device and improving the Concrete quality, and no need to shut down the machine when removing liquid impurities, which improves production efficiency.

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Abstract

本申请实施例公开了一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法，涉及气源净化、混凝土制备技术领域，解决了相关技术中通入气动振动器的气体杂质多以及搅拌过程中微观水泥团聚的问题。该超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，包括混凝土制备装置和供气装置，混凝土制备装置用于利用纯净气体产生超声波以扰动搅拌混凝土；供气装置用于向混凝土制备装置供应纯净气体，供气装置包括设置于输气管道沿线的排水组件，排水组件包括第一缓冲容器、第二缓冲容器、第一阀门和第二阀门，第一缓冲容器与输气管道连通，第一阀门将第一缓冲容器和第二缓冲容器连通，第二阀门将第二缓冲容器和外界连通。本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统用于制备混凝土。

Description

一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请基于申请号为202210687537.4、申请日为2022年06月16日、发明名称为“一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法”的中国专利申请提出，并要求该中国专利申请的优先权，该中国专利申请的全部内容在此引入本申请作为参考。
技术领域
本申请实施例涉及但不限于气源净化、混凝土制备技术领域，尤其涉及一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法。
背景技术
相关技术的混凝土制备在搅拌过程中，多为宏观上搅拌均匀，微观上水化反应及微粒扩散不充分，从而影响混凝土的易用性以及强度。为提高混凝土密实度以及匀质性，一般是在搅拌过程中通过混凝土振动设备产生振动来改善混凝土搅拌效果。
混凝土振动设备中的气动振动器转速、功率等较高时，为保证其稳定运行和长期工作时的寿命，对气体的纯净度要求较高，通常会对气体进行一定处理，相关技术中气体处理装置包括杂质过滤器，调压结构等，最终将气体存储到储气罐中，以便向混凝土振动设备的气动振动器稳定供气。
上述方案中，储气罐输出的气体温度会逐渐降低，从而导致液态杂质析出，液态杂质会对混凝土振动设备的气动振动器的性能造成影响，停机排出液态杂质会严重影响生产效率，不排出液态杂质则会影响混凝土品质，且液态杂质进一步受温度影响冷却结冰，堵塞管道，带来管道爆裂等安全 隐患。
发明内容
本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法，供气装置能在不停机的情况下过滤排出气体中的液态杂质，提高了生产效率，同时提高了气体的纯净性，进而使混凝土制备装置的振动搅拌效果得到提升，混凝土制备装置产生的超声波振动能够减少微观下的水泥聚团问题，从而提高了混凝土的匀质性等性能。
第一方面，本申请实施例提供一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，包括混凝土制备装置和供气装置，混凝土制备装置用于利用纯净气体产生超声波以扰动搅拌混凝土；供气装置用于向混凝土制备装置供应纯净气体，供气装置包括气源组件，气源组件依次通过储气罐、输气管道连通至混凝土制备装置；供气装置还包括设置于输气管道沿线的排水组件，排水组件包括第一缓冲容器、第二缓冲容器、第一阀门和第二阀门，第一缓冲容器与输气管道连通，第一阀门将第一缓冲容器和第二缓冲容器连通，第二阀门将第二缓冲容器和外界连通。
本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，主要包括混凝土制备装置和供气装置两部分，其中混凝土制备装置用于利用纯净气体产生超声波以扰动搅拌混凝土，供气装置用于向混凝土制备装置供应纯净气体，供气装置包括气源组件、储气罐和输气管道等，气源组件用于产生气体，并对气体中的杂质等进行一定的过滤，经气源组件过滤后的气体储存在储气罐中，当混凝土制备装置需要用气时，由储气罐通过输气管道供气，为了避免气体中的液态杂质对混凝土制备装置和输气管道造成影响，供气装置还包括设置在输气管道沿线的排水组件，排水组件包括第一缓冲容器、第二缓冲容器、第一阀门和第二阀门，第一缓冲容器与输气管道连通，第一阀门将第一缓冲容器和第二缓冲容器连通，第二阀门将第二缓冲 容器和外界连通，输气管道中的液态杂质在第一缓冲容器中聚集，当供气装置和混凝土制备装置协同运作时，第一阀门常开，第二阀门常闭，使第一缓冲容器内的液态杂质可以流入第二缓冲容器中储存，当第二缓冲容器中的液态杂质积聚到一定量需要排出时，将第一阀门关闭，待第一阀门完全关闭后打开第二阀门，第一阀门的关闭可以将输气管道和外界隔离，避免了外界空气影响供气装置的运行，第二阀门的打开则能够将第二缓冲容器内的液态杂质排出，这一过程中，无需关停供气装置，免去了排出液态杂质时对超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的效率影响，使得本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的生产效率显著提高，同时，由于排水组件将输气管道中的液态杂质排出，从而达到除去气体中液态杂质的目的，使得供应至混凝土制备装置的气体更为纯净，从而使混凝土制备装置的运行更加稳定和持久，且提升了超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的搅拌效果，与相关技术中存在液态杂质易影响搅拌效果并损伤设备的方案相比，本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，可以方便的除去气体中的液态杂质，进一步净化气体，提高气体的纯净性，进而使混凝土制备装置的振动搅拌效果得到提升，提高了混凝土品质，且除去液态杂质时无需停机，使得生产效率提高。
在本申请的一种可能的实现方式中，输气管道包括沿气流方向依次设置的集水段和回流段，集水段与第一缓冲容器连通，且回流段的高度高于集水段的高度。
在本申请的一种可能的实现方式中，第一缓冲容器的高度低于输气管道的高度，第二缓冲容器的高度低于第一缓冲容器的高度。
在本申请的一种可能的实现方式中，第一缓冲容器的中心轴线和第二缓冲容器的中心轴线同轴设置。
在本申请的一种可能的实现方式中，排水组件还包括液位传感器，液 位传感器安装于第二缓冲容器内。
在本申请的一种可能的实现方式中，供气装置还包括除冰组件，除冰组件包括加热器，第一缓冲容器和第二缓冲容器均置于加热器内。
在本申请的一种可能的实现方式中，第一缓冲容器和第二缓冲容器的外径一致，加热器的两端分别套设在第一缓冲容器和第二缓冲容器上。
在本申请的一种可能的实现方式中，除冰组件还包括温度传感器，第一缓冲容器和第二缓冲容器中的至少一个上设置有温度传感器。
在本申请的一种可能的实现方式中，供气装置还包括控制器，温度传感器、液位传感器、第一阀门、第二阀门、加热器均电联接于控制器。
第二方面，本申请实施例提供一种超声波扰动搅拌式混凝土制备方法，用于第一方面中任一项超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，包括以下主要步骤：将原材料按照配比加入混凝土制备装置；启动供气装置，并将纯净气体通入混凝土制备装置；启动混凝土制备装置产生超声波混沌振动，超声波混沌振动扰动搅拌原材料以形成混凝土。
本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备方法，应用于第一方面中的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，因此具有同样的效果，即可以方便的除去气体中的液态杂质，进一步净化气体，提高气体的纯净性，进而使混凝土制备装置的振动搅拌效果得到提升，提高了混凝土品质，且除去液态杂质时无需停机，使得生产效率提高。
在本申请的一种可能的实现方式中，混沌振动的激振频率为30000至50000赫兹。
在本申请的一种可能的实现方式中，超声波混沌振动扰动搅拌原材料以形成混凝土步骤用时为35至40秒。
附图说明
图1为本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的结构 示意图；
图2为本申请实施例提供的供气装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的供气装置的排水组件和除冰组件结构的示意图；
图4为本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的系统振动时间响应对比图；
图5为本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的原系统相图对比图；
图6为本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的庞加莱截面相图对比图；
图7为普通搅拌的混凝土物料微粒状态示意图；
图8为本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统所搅拌的混凝土物料微粒状态示意图；
图9为本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备方法的流程图。
附图标记：
1-供气装置；11-气源组件；111-空气压缩机；112-压缩空气油水分离器；113-气液分离器；114-压缩空气精密过滤器；115-冷冻式压缩空气干燥机；116-吸附式压缩空气干燥机；12-储气罐；13-输气管道；131-集水段；132-回流段；14-排水组件；141-第一阀门；142-第一缓冲容器；143-第二缓冲容器；144-第二阀门；145-液位传感器；15-除冰组件；151-加热器；152-温度传感器；16-辅助组件；161-气体流量调节器；162-气体压力调节器；163-压力检测仪；164-电磁阀；165-安全阀；166-自动排水阀；2-混凝土制备装置；21-搅拌主机；22-气动式超声波激振器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优 势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请实施例提供了一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，主要通过振动机械处理搅拌过程中的混凝土物料，用于使混凝土物料的宏观及微观匀质性增大，水化反应充分，结构更稳定，增加混凝土的密实性，以便于提高制备的混凝土的品质。具体的，振动机械将一定频率、振幅和激振力的振动能量传给混凝土物料，使其中的粘着力和内摩擦力大大降低，使之呈现重质液体状态，由于骨料在自重和超声波振动搅拌的作用下，加剧混凝土拌合物在宏观及微观上的混合，排除混凝土拌合物中的气体，消除空隙，使骨料和水泥浆得到致密的排列和有效的填充。
参照图1、图2和图3，本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，包括供气装置1和混凝土制备装置2，混凝土制备装置用于利用纯净气体产生超声波以扰动搅拌混凝土；供气装置1用于向混凝土制备装置供应纯净气体，供气装置1包括气源组件11，气源组件11依次通过储气罐12、输气管道13连通至混凝土制备装置；供气装置1还包括设置于输气管道13沿线的排水组件14，排水组件14包括第一缓冲容器142、第二缓冲容器143、第一阀门141和第二阀门144，第一缓冲容器142与输气管道13连通，第一阀门141将第一缓冲容器142和第二缓冲容器143连通，第二阀门144将第二缓冲容器143和外界连通。
本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，主要包括混凝土制备装置2和供气装置1两部分，其中混凝土制备装置用于利用纯净气体产生超声波以扰动搅拌混凝土，供气装置1用于向混凝土制备装置供应纯净气体，供气装置1包括气源组件11、储气罐12和输气管道13等，气源组件11用于产生气体，并对气体中的杂质等进行一定的过滤，经气源组件11过滤后的气体储存在储气罐12中，当混凝土制备装置需要用气时， 由储气罐12通过输气管道13供气，为了避免气体中的液态杂质对混凝土制备装置和输气管道13造成影响，供气装置1还包括设置在输气管道13沿线的排水组件14，排水组件14包括第一缓冲容器142、第二缓冲容器143、第一阀门141和第二阀门144，第一缓冲容器142与输气管道13连通，第一阀门141将第一缓冲容器142和第二缓冲容器143连通，第二阀门144将第二缓冲容器143和外界连通，输气管道13中的液态杂质在第一缓冲容器142中聚集，当供气装置1和混凝土制备装置2协同运作时，第一阀门141常开，第二阀门144常闭，使第一缓冲容器142内的液态杂质可以流入第二缓冲容器143中储存，当第二缓冲容器143中的液态杂质积聚到一定量需要排出时，将第一阀门141关闭，并在第一阀门141完全关闭后打开第二阀门144，第一阀门141的关闭可以将输气管道13和外界隔离，避免了外界空气影响供气装置1的运行，第二阀门144的打开则能够将第二缓冲容器143内的液态杂质排出，这一过程中，无需关停供气装置1，免去了排出液态杂质时对超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的效率影响，使得本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的生产效率显著提高，同时，由于排水组件14将输气管道13中的液态杂质排出，从而达到除去气体中液态杂质的目的，使得供应至混凝土制备装置的气体更为纯净，从而使混凝土制备装置的运行更加稳定和持久，且提升了超声波扰动搅拌式混凝土制备系统的搅拌效果，与相关技术中存在液态杂质易影响搅拌效果并损伤设备的方案相比，本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，可以方便的除去气体中的液态杂质，进一步净化气体，提高气体的纯净性，进而使混凝土制备装置的振动搅拌效果得到提升，提高了混凝土品质，且除去液态杂质时无需停机，使得生产效率提高。
需要说明的是，本申请对混凝土制备装置2的形式不作限制，示例地，混凝土制备装置2包括搅拌主机，搅拌主机上安装有气动式超声波激振器， 供气装置1将纯净气体供给到气动式超声波激振器，搅拌主机上开设有进料口和出料口，为方便进出料，进料口开设在搅拌主机的上侧，出料口开设于搅拌主机的下侧，混凝土原料通过输料管道送至进料口，并通过进料口加至搅拌主机中，经过搅拌主机配合气动式超声波激振器利用超声波扰动式搅拌混凝土，振动搅拌后制成易用的混凝土材料。
其中，本申请对气动式超声波激振器在搅拌主机上的安装位置不作限制，例如，气动式超声波激振器安装在搅拌主机的内部，与混凝土原料直接接触，能量传递效率更高；又例如，气动式超声波激振器安装在搅拌主机的底部，免去了气动式超声波激振器的清理，更加利于设备的维护。
此外，在本申请的一种实施例中，混凝土制备装置2还包括抽风机和抽风管道，抽风机设置在搅拌主机的进料口处，在搅拌主机工作时起到吸尘的作用，从而方便用户随时观察搅拌主机内的工况，抽风管道连接抽风机，用于将灰尘输送到处理位置。
为了减小气动式超声波激振器工作时的振动对混凝土制备装置各连接点的影响，输料管道、抽风机、抽风管道均柔性连接于搅拌主机，同时搅拌主机也通过缓冲装置固定在地面上，通过将各部件柔性连接在搅拌主机上，减少了搅拌主机振动对相关部件和周围环境的影响。
参照图2，在本申请的一种实施例中，气源组件11包括空气压缩机111，空气压缩机111即产生气体流的气压源，沿气体的流动方向，空气压缩机111之后依次设置有压缩空气油水分离器112、气液分离器113、压缩空气精密过滤器114、冷冻式压缩空气干燥机115、吸附式压缩空气干燥机116。压缩空气精密过滤器114设置在储气罐12的出气端，经过多种过滤单元的多重过滤，能够除掉气体中一部分杂质，最后接至储气罐12，储气罐12起到储存和稳压作用。
为了便于对气体的流量和压力进行调节，参照图2和图3，在本申请的 一种实施例中，在气体路径上还设置有辅助组件，空气压缩机111和压缩空气油水分离器112之间通过气体流量调节器161进行连接，气液分离器113和压缩空气精密过滤器114之间通过气体压力调节器162进行连接，输气管道13沿线也设置有气体压力调节器162，气体流量调节器161可以将气体的流量稳定在所需流量范围内，气体压力调节器162则用于对气体压力进行调节，以调整气动式超声波激振器的振动频率和功率。
为了提高气源组件11在使用和检修维护过程中的安全性，参照图2和图3，在本申请的一种实施例中，辅助组件还包括压力检测仪163、电磁阀164、安全阀165等，在气体压力调节器162的两端、储气罐12上均设置有压力检测仪163；在空气压缩机111和气体流量调节器161之间、储气罐12和压缩空气精密过滤器114之间设置有两个电磁阀；在储气罐12上端设有安全阀165；此外，为了便于排出杂质，在压缩空气油水分离器112、压缩空气精密过滤器114、储气罐12的下方均设置有自动排水阀166，需要说明的是，本申请对辅助组件16中的各部件数量和安装位置不作限制。
气源组件11对气体进行处理，起到净化气压源、调节流量、调压稳压、储存等作用，为后续气动式超声波激振器提供纯净的气体驱动力，气源组件11依次连通储气罐12、输气管道13连通到气动式超声波激振器。
在此基础上，参照图3，输气管道13包括沿气流方向依次设置的集水段131和回流段132，集水段131与第一缓冲容器142连通，且回流段132的高度高于集水段131的高度。
此外，本申请对回流段132的结构不作限制，示例地，集水段131可以为U型管道、V型管道等，回流段132可以为倒U型管道、倒V型管道等，参照图2和图3，在本申请的一种实施例中，回流段132呈倒U型结构，即回流段132的中部朝远离地面方向弯曲，以使回流段132的中部位于其端部的上方，从而使得气流在通过回流段132时，气流中混杂的液态 杂质在重力作用下回流，并进入集水段131所连接的排水组件14中，从而达到过滤液杂质的目的。
此外，输气管道13可以为硬管、软管或两者的结合，示例地，在本申请一种实施例中，输气管道13的集水段131和回流段132为硬管，回流段132的出口端连接有软管，软管的出口端连接在气动式超声波激振器上，避免了气动式超声波激振器运行时对供气装置1产生干扰。
其中，集水段131和第一缓冲容器142的连通方式不作限制，参照图3在本申请的一种实施例中，集水段131和第一缓冲容器142一体设置，两者间具有广阔的通道，便于液态杂质在第一缓冲容器142中集聚。
此外，在本申请的一种实施例中，第二缓冲容器143在第二阀门144下端还设置有自动排水阀166，具体的，供气过程中，第一阀门141打开，第二阀门144和自动排水阀166关闭，气体中的液态杂质集聚到第一缓冲容器142中，并在重力和气压作用下流入第二缓冲容器143进行二次积累；当第二缓冲容器143中的液态杂质积累到一定量时，关闭第一阀门141，待第一阀门141完全关闭后打开第二阀门144和自动排水阀166将液态杂质排出。
其中，本申请对第一阀门141和第二阀门144的形式不作限制，阀门可以是电磁阀，也可以是手动阀，为便于控制，可选的采用电磁阀。
为了便于第一缓冲容器142内的液态杂质进入第二缓冲容器143，参照图3，在本申请的一种实施例中，第一缓冲容器142的高度低于输气管道13的高度，第二缓冲容器143的高度低于第一缓冲容器142的高度，使得液态杂质在重力作用下流入第二缓冲容器143。
需要说明的是，本申请对第一缓冲容器142和第二缓冲容器143的结构不作限制，示例地，缓冲容器可以为圆柱型、圆锥型等，此外，为了便于第一缓冲容器142中的液态杂质流入第二缓冲容器143，参照图3，在本 申请的一种实施例中，第一缓冲容器142的中心轴线和第二缓冲容器143的中心轴线同轴设置。
为了便于获知第二缓冲容器143内所积累的液态杂质的量，参照图3，在本申请的一种实施例中，排水组件14还包括液位传感器145，液位传感器145安装于第二缓冲容器143内。
此外，参照图3，供气装置1还包括除冰组件15，除冰组件15包括加热器151，第一缓冲容器142和第二缓冲容器143均置于加热器151内，加热器151可以将第一缓冲容器142、第二缓冲容器143的内部温度保持在一定水平，避免温度过低导致输气管道13、第一缓冲容器142和第二缓冲容器143内的液态杂质结冰，从而保护了输气管道13、第一缓冲容器142和第二缓冲容器143。
需要说明的是，本申请对加热器151的形式不作限制，加热器151可以采用电加热也可以采用其他形式产热，加热器151可以采用套筒型、拼接型等。
为了便于加热器151的设置，第一缓冲容器142和第二缓冲容器143的外径一致，加热器151的两端分别套设在第一缓冲容器142和第二缓冲容器143上，从而简化了加热器151的结构，也使得加热器151和第一缓冲容器142、第二缓冲容器143的贴合更加紧密，便于热量的传递，提高了能量利用率。
为了获知气体的温度，避免能量浪费，参照图3，在本申请的一种实施例中，除冰组件15还包括温度传感器152，第一缓冲容器142和第二缓冲容器143中的至少一个上设置有温度传感器。示例地，在本申请的一种实施例中，温度传感器有一个，设置在第一缓冲容器142上；在本申请的另一种实施例中，温度传感器有一个，设置在第二缓冲容器143上；在本申请的又一种实施例中，温度传感器有两个，两个温度传感器分别设置于第 一缓冲容器142和第二缓冲容器143上。
此外，为了实现智能化的控制，供气装置1还包括控制器，控制器在图中未示出，温度传感器152、液位传感器145、第一阀门141、第二阀门144、加热器151均电联接于控制器。
具体的，温度传感器152和液位传感器145实时采集对应的数据，并传输给控制器，当控制器获知温度过低时，打开加热器151，当温度数据恢复到正常值时，关闭加热器151；当控制器获知第二缓冲容器143内的液态杂质过多时，关闭第一阀门141，待第一阀门141完全关闭后打开第二阀门144，当液位数据恢复到正常值时，关闭第二阀门144，待第二阀门144完全关闭后打开第一阀门141。
本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，气动式超声波激振器由供气装置1所提供的高压纯净气体驱动工作，通过辅助组件16中的气体流量调节器161和气体压力调节器162调节纯净气体的压力、流量，从而调节气动式超声波激振器的振动频率，示例地，将振动频率调整至混凝土共振时，能取得良好的效果，以辅助混凝土制备装置2进行高质量生产。
其中，气动式超声波激振器产生的超声波波长较短，衍射不严重、能量集中、穿透性较强，气动式超声波激振器固定在混凝土制备装置2底部，产生的超声激振从底部传播至搅拌主机内部，作用于搅拌主机内部处于搅拌过程的混凝土。由于超声波的机械特性，激振可在混凝土搅拌的气相、液相、固相等混合物料介质中有效传播并在传播的过程中同时传递能量。
由于超声波振动频率很高，能量、功率很大，超声激振在混凝土制备装置2内部混合物料中传播时，会推动介质中的物料微粒以很高的频率往复振动。与此同时，超声波在传播过程中还会产生空化作用，超声波对物料微粒进行挤压，形成空洞式的微泡，这些微泡迅速胀大、闭合，产生巨 大的瞬时压力会使物料微粒之间发生猛烈的撞击，微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤升，起到了很好的搅拌作用，加速固液微粒的接触、加速水化等化学反应并加速反应物和产物的扩散。
采用超声波激振搅拌改善了混凝土含气量，优化微气泡孔径分布，使得混凝土耐久性显著提高；而且超声波激振搅拌具有不抱轴，安全隐患少的优点，出料后只需简单冲洗即可，降低了清洁成本，同时，工作人员也无需频繁进入搅拌主机内清理抱轴，从而降低了重大安全事故风险。
此外，在超声波激振搅拌下，混凝土中的物料微粒被打散并重新组合，阻尼等运动参数受上述机械效应、空化作用和化学效应影响下不断发生变化而扰动，无规则运动突发越来越频繁，达到混沌振动的状态。
混沌振动是一种对于初始条件极为敏感且具有随机性和长期预测不可能性的往复非周期运动。对于确定性系统，产生混沌振动的前提条件是系统的非线性，而混凝土搅拌过程中物料微粒的局部冲击造成的局部变形和弹性波能导致很强的非线性，这使得系统具备了发生混沌振动的先决条件。
为便于说明，本申请对搅拌过程中发生跳动并产生阻尼作用的物料微粒群的振动行为进行了仿真。参照图4，其为扰动搅拌系统振动和普通谐波振动的时间响应对比图，随时间变化，其中间区域振幅较规律且振幅变化范围小的曲线表示普通的单频谐波振动，上下侧振幅变化大且无规则的曲线表示本申请超声波扰动搅拌式混凝土制备系统扰动搅拌下微粒的混沌振动，可见随时间变化，相比于谐波振动，混沌振动会使物料微粒产生的位移、速度和加速度更大且变化剧烈而无周期性，这更有利于混凝土的搅拌工作。
参照图5和图6，是相图的两种不同表现形式，图5为原系统相图，图5中的黑色区域代表本系统的混沌振动，中部的线条代表普通谐波振动，图6为庞加莱截面上的相图，图6明确表征出各种振动行为，物料微粒的振动 范围以及振动参数等都有所改善提升，其中黑色的奇怪吸引子成片密集且具有了层次结构，这是混沌振动的一个重要特征。
结合图4、图5和图6，本系统产生的混沌振动和普通谐波振动进行对比可以看出，混沌振动能随机产生能量较大的宽频振动，振动搅拌时能同时产生多种振动频率来适应物料微粒粒径大小不一的情况；混沌振动下也提高了物料微粒振动速度、加速度和振幅等参数，直接从本质上增强了搅拌效果，同时，增加了被振混凝土混合物中各种物料、微粒之间碰撞和融合的机会，从而提高搅拌的工作效率和均质效果，本申请超声波扰动搅拌式混凝土制备系统搅拌过程出现非周期的混沌振动，其搅拌效果优于普通激振器周期性谐波振动所引起的搅拌效果。
参照图7，相关技术中混凝土激振器产生的激振效果多为宏观上均匀，微观仍有较大部分水泥微粒没有均匀分散于水中而形成微小的水泥团，水泥团聚不仅浪费水泥，而且影响混凝土和易性以及强度的提高。参照图8，相比于普通混凝土激振器辅助搅拌，本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，拥有更加纯净的气体源，提供了更高的激振频率，使水泥微粒处于颤动状态，破坏水泥凝聚团现象，使水泥微粒均匀分布，促进水泥微粒与拌合水融合。同时微粒产生的混沌振动增加了微粒有效碰撞次数、对流和扩散，促使物料、微粒弥散分布，更大程度上达到混凝土宏观及微观结构上的均质。这些使混凝土中水泥石与粗集料界面过渡区和水泥水化浆体的内部结构更加致密，混凝土界面过渡区的粘结强度得到了明显的改善，此外也改善了混凝土含气量，优化微泡孔径分布，从而使力学性能和耐久性显著提高，这些都有利于提高混凝土产品的强度和寿命。
此外，本申请实施例提供一种超声波扰动搅拌式混凝土制备方法，用于本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，参照图9，本申请的混凝土制备方法主要步骤有：
S1：将原材料按照配比加入混凝土制备装置；
S2：启动供气装置1，并将纯净气体通入混凝土制备装置；
S3：启动混凝土制备装置产生超声波混沌振动，超声波混沌振动扰动搅拌原材料以形成混凝土。
其中，在本申请的一种实施例中，步骤S3中，混沌振动的激振频率为30000至50000赫兹；步骤S3用时为35至40秒，与相关技术中50秒左右的搅拌时间相比，大幅提高了生产效率。
经测算，在砼配比不变的情况下，本申请超声波扰动搅拌式混凝土制备方法所制备的混凝土，比相关技术制备的混凝土平均强度提升8％以上，而在混凝土质量相同的情况下，本申请的方法则可以优化原料配比，可以节约水泥至少5％，同时节约添加剂用量，有利于保证混凝土中后期服役质量。
相比于普通混凝土生产工艺系统而言，本申请的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法所生产的混凝土在产品质量方面，耐久性、宏观微观均匀性以及强度等都有较大改善和提高；在工艺性方面，对于提高混凝土搅拌效率、降低原料以及能源消耗方面都有新的突破。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
工业实用性
本申请实施例提供的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统及方法，可以方便的除去气体中的液态杂质，进一步净化气体，提高气体的纯净性，进而使混凝土制备装置的振动搅拌效果得到提升，提高了混凝土品质，且除去液态杂质时无需停机，使得生产效率提高。

Claims (12)

  1. 一种超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，包括：
    混凝土制备装置，用于利用纯净气体产生超声波以扰动搅拌混凝土；
    供气装置，用于向所述混凝土制备装置供应所述纯净气体，所述供气装置包括气源组件，所述气源组件依次通过储气罐、输气管道连通至所述混凝土制备装置；
    排水组件，设置于所述输气管道沿线，所述排水组件包括第一缓冲容器、第二缓冲容器、第一阀门和第二阀门，所述第一缓冲容器与所述输气管道连通，所述第一阀门将所述第一缓冲容器和所述第二缓冲容器连通，所述第二阀门将所述第二缓冲容器和外界连通。
  2. 根据权利要求1所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中，所述输气管道包括沿气流方向依次设置的集水段和回流段，所述集水段与所述第一缓冲容器连通，且所述回流段的高度高于所述集水段的高度。
  3. 根据权利要求2所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中，所述第一缓冲容器的高度低于所述输气管道的高度，所述第二缓冲容器的高度低于所述第一缓冲容器的高度。
  4. 根据权利要求3所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中，所述第一缓冲容器的中心轴线和所述第二缓冲容器的中心轴线同轴设置。
  5. 根据权利要求4所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中，所述排水组件还包括液位传感器，所述液位传感器安装于所述第二缓冲容器内。
  6. 根据权利要求5所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中，还包括除冰组件，所述除冰组件包括加热器，所述第一缓冲容器和所述第二缓冲容器均置于所述加热器内。
  7. 根据权利要求6所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中， 所述第一缓冲容器和所述第二缓冲容器的外径一致，所述加热器的两端分别套设在所述第一缓冲容器和所述第二缓冲容器上。
  8. 根据权利要求7所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中，所述除冰组件还包括温度传感器，所述第一缓冲容器和所述第二缓冲容器中的至少一个上设置有所述温度传感器。
  9. 根据权利要求8所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，其中，还包括控制器，所述温度传感器、所述液位传感器、所述第一阀门、所述第二阀门、所述加热器均电联接于所述控制器。
  10. 一种超声波扰动搅拌式混凝土制备方法，用于权利要求1～9中任一项所述超声波扰动搅拌式混凝土制备系统，包括以下主要步骤：
    将原材料按照配比加入所述混凝土制备装置；
    启动供气装置，并将纯净气体通入所述混凝土制备装置；
    启动所述混凝土制备装置产生超声波混沌振动，所述超声波混沌振动扰动搅拌所述原材料以形成混凝土。
  11. 根据权利要求10所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备方法，其中，所述混沌振动的激振频率为30000至50000赫兹。
  12. 根据权利要求10所述的超声波扰动搅拌式混凝土制备方法，其中，所述超声波混沌振动扰动搅拌所述原材料以形成混凝土步骤用时为35至40秒。
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