Zum Herstellen kolloidaler Gemische geeignete Einrichtung

Abstract

 Eine zum Herstellen kolloidaler Wasser-Zement-Gemische mit und ohne Zuschläge geeignete Einrichtung begreift einen Mischbehälter (1), eine Wasser- sowie eine Feststoffzufuhr-Vorrichtung und einen Flügel-Rührer (10). Ein vorzugsweise über dem Mischbehälter angeordnetes Antriebsaggregat (30) ist mit dem Rührer feststehend über eine Welle (12) verbunden, die einen am unteren Ende fest anliegenden und am oberen Ende offenen Schutzmantel (13) aufweist, wobei das Wasserzufuhrrohr(14) in den offenen Teil des Schutzmantels (13) zielt. Der Mischbehälter (1) ist heb-und senkbar so angeordnet, dass in Hochststellung das Verhältnis zwischen dem Gesamtdurchmesser der Rührerflügel (11) und dem des Mischbehälters in der mittleren Flügelebene 1:1,15 bis 1:2 beträgt.
Man rührt das zu kolloidierende Gemisch indem man das Rührwerk mit einer Umfangsgeschwindigkeit am Aussendurchmesser von zumindest 500 und vorzugsweise 1500 m_/min. rotiert, wobei man die Leistungsaufnahme des Rührer-Antriebes kontinuierlich bestimmt und das Rühren abbricht, sobald die gemessene Leistungsaufnahme einen plötzlichen Uebergang von einem schwankenden zu einem praktisch schwankungsfreien Verlauf anzeigt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Herstellen kolloidaler Gemische, insbesondere vergiess- bzw. verspritzbarer kolloidaler Wasser-Zement-Gemische, die Zuschläge enthalten können, sowie ein Verfahren zu deren Betreiben.

[0002] Die Entwicklung kolloidaler Wasser-Zement-Gemische zum Herstellen von kolloidalem Beton, sei es auf reiner Wasser-Zement-Basis, oder in Gegenwart von Zuschlägen, erfordert spezifische Mischanlagen. In der Tat werden solche Gemische hergestellt, indem man generell in die innig miteinander vermengten Gemisch-Komponenten Energie einleitet. Unter dem Einfluss der eingeleiteten Energie werden die einzelnen Zementpartikel weitgehend benetzt und man kann das Gemisch in einen kolloidalen Zustand überführen, in einen Zustand also, in welchem weder flüssiges Wasser, noch feste Zementpartikel als solche vorliegen, sondern ein innig vermengtes,. homogenes Gemisch, das in einer einzigen Phase existi.ert.

[0003] Das Einleiten von Energie in ein anfänglich vorliegendes ZweiPhasen-System, bestehend aus Wasser sowie darin suspendiertem festen Zement, wird selbstverständlich am besten vermittels eines geeigneten Rührers vollzogen.

[0004] So kann man bspw. gemäss den in der DE-OS 27 18 236 beschriebenen Verfahren in einem Mischer Zement und Wasser in einem Verhältnis von 0,25-0,6 während eines Zeitraumes von etwa 2 Minuten mit einer Rührer-Umfangsgeschwindigkeit von etwa 300 m/Minute vormischen und dann mindestens 8 Minuten lang einer Massenbeschleunigung von mindestens 2 g (g = 9,81 m/sec2) aussetzen.

[0005] Weiter hat die Anmelderin in ihrer LU 81.524 ein Verfahren beschrieben, dessen Merkmale darin bestehen, dass man in einem Mischer einen auf die Zementmenge bezogenen Anteil von 25-60 % Wasser mittels eines Rührers in eine Drehbewegung solcher Art versetzt, dass die Umfangsgeschwindigkeit am Aussendurchmesser des Rührers mi,n 1500 m/Minute beträgt, dass man den Mischer mit Zement beschickt, dass man die Drehbewegung des Rührers beibehält oder auf höchstens die Hälfte der Umfangsgeschwindigkeit drosselt und dem Gemisch einen Anteil von bis zu 2 Teilen Sand pro Zementmenge. mit einem Feuchtigkeitsgrad von 5-15 % so zuführt, dass der Sand in das Zentrum des durch das Rühren gebildeten trichterförmigen Profils des Mischgutes gelangt.

[0006] Es wurde festgestellt, dass die Zugabe von Sand überraschenderweise bewirkt, dass weniger hochwertige Zemente, die sich wohl gut kolloidieren lassen aber des öfteren Gemische ohne ausrei.chendes Haftvermögen ergeben, unter den erfindungsgemässen Bedingungen verwendet werden können, was unbestreitbare Vorteile sowohl in Punkto Gestehungskosten als auch hinsichtlich der Versorgung an Rohstoffen mit sich bringt.

[0007] Solcherart hergestellte kolloidale Wasser-Zement-Gemische, mit oder ohne Zuschläge, dienen insbesondere zum Beschi-chten von Formteilen aus Stahl, wie Leitungsrohren, Kesseln, Behältern u.dgl. Sie können auch dazu herangezogen werden die teuren zum Schutz gegen Korrosion verwendeten Anstriche, Farben, Lacke oder Kunststoffüberzüge bspw. auf der Basis organischer Polymerer, preisgünstig zu ersetzen. Hierbei besteht einer der Hauptvorteile dieser Gemische darin, dass die zu beschichteten Formteile aus Stahl keiner Oberflächenbehandlung, z.B. durch Sandstrahlen, bedürfen , die einen hohen Faktor bei der Berechnung der Gestehungskosten für den konventionellen Korrosionsschutz darstellt.

[0008] Allerdings ist erwiesen, dass bereits geringfügige Abweichungen von den einzelnen Verfahrensbedingungen, wie z.B. eine zu hohe oder zu niedrige Sandfeuchtigkeit, oder eine nicht verfahrensgerechte Zuführung des Sandes zum Scheitern des Herstellungsprozesses führen.

[0009] So kann im Fall einer nicht verfahrensgerechten Zugabe des Sandteiles das Mischgut an der Wandung des Mischers hochsteigen und abbinden, während sich um die Rührerflügel ein Hohlraum bildet in welchem diese wirkungslos rotieren.

[0010] Weiter darf man, um ein frühzeitiges Abbinden des Mischgutes zu vermei.den, die Mischzeit nicht überschreiten; gleichzeitig ist es notwendig, das Mischen und Rühren möglichst lange und intensiv zu betreiben, da dies die unabdingbare Voraussetzung zur Kolloidierung selbst darstellt.

[0011] Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung vorzuschlagen, die die Herstellung kolloidaler Gemische gemäss den gewonnenen Erkenntni.ssen in der Verfahrensweise erlaubt und die zum Teil widersprüchlichen Bedingungen zu erfüllen gestattet.

[0012] Dieses Ziel wird voll erreicht durch die erfindungsgemässe Einrichtung, die in der Hauptsache einen Mischbehälter, eine Wassersowie eine Feststoffzufuhr-Vorrichtung und einen Flügel-Rührer begreift und die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein vorzugsweise über dem Mischbehälter angeordnetes Antriebaggregat mit dem Rührer feststehend über ei.ne Welle verbunden ist, die einen am unteren Ende fest anliegenden und am oberen Ende offenen Schutzmantel aufweist, wobei das Wasserzufuhrrohr in den offenen Teil des Schutzmantels zielt und dass der Mischbehälter heb- und senkbar so angeordnet ist, dass in Höchststellung das Verhältnis zwischen, Gesamtdurchmesser des Flügel-Rührers und dem des Mischbehälters in der mittleren Flügelebene 1:1,15 bis 1:2 beträgt.

[0013] Die der Erfindung zugrundeliegende Idee stützt sich auf die Beobachtung, dass die besten Resultate hinsichtlich der Qualität des hergestellten Kolloidgemisches dann zu erzielen sind, wenn das Mischgut im Verlauf des Misch- und Rührvorganges im Behälter die Form einer stehenden Welle annimmt, deren Profil an eine Lemniskate erinnert. Innerhalb dieser Form erfahren die Materialteilchen eine Beschleunigung, die zu einer weitgehenden Desintegration führt; letztere ist dafür verantwortlich, dass es überhaupt zu einer Kolloidierüng kommt.

[0014] Diese Beschleunigung der Teilchen kann man durch eine entsprechend hohe Rührgeschwindigkeit herbeiführen, wobei jedoch zu beachten ist, dass das Ueberschreiten einer gewissen Geschwindigkeitsgrenze, die vom jeweiligen Zustand des Materials, von der Konfiguration des Mischbehälters und von der Ausbildung des Rühreres, insbesondere der Flügel abhängt, dazu führt, dass das Mischgut an der Behälterwand hochsteigt und abbindet, während sich um die Rührerflügel ein Hohlraum bildet, in welchem diese wirkungslos rotieren.

[0015] Geht man davon aus, dass konventionelle Rührer mit geneigten Flügeln eine bestimmte Beschleunigung der Teilchen bewirken, so ist es erfindungsgemäss sinnvoll, sich nicht durch das oben erwähnte Geschwindigkeitsmaximum eingrenzen zu lassen, sondern ein Mehr an Beschleunigung dadurch herbeizuführen, dass man mehrere Beschleuniger vorsieht, deren Einzelwirkungen kumulativ sind.

[0016] Aus diesem Grunde weist der zu der erfindungsgemässen Vorrichtung gehörende Rührer eine bzw. mehrere in zur Rührachse- senkrechten Ebenen und mit einem Abstand zueinander angeordnete Serien von Flügeln gleicher Abmessungen auf, wobei die zu einer Serie gehörenden Flügel gegenüber den Flügeln der benachbarten Serie um ein Winkel-mass von annähernd 60° versetzt sind, jeder Flügel zur besagten Ebene und entgegen der Rührer-Drehrichtung eine Neigung von annähernd 12° aufweist und der Höhenstand zwischen zu benachbarten Serien gehörenden Flügeln zumindest dem Dickenmass eines Flügels entspricht.

[0017] Während bei Verwendung eines einstöckigen Rührers, also eines Rührers, der eine gewisse Anzahl Flügel aufweist die alle in einer Ebene liegen, der Beschleunigungseffekt ledi.glich Funktion der Drehzahl und des Flügel-Neigungswinkels ist, bietet ein mehrstöckiger Rührer den Vorteil, dass der Beschleunigung von Null auf einen ersten Wert eine weitere Beschleunigung nachgeschaltet ist, die von einem bereits relativ hohen Wert ausgeht.

[0018] Zum Schutz des Rührwerkes vor Verschmutzungen durch abgebundene Kolloidgemischreste, bzw. zur Erleichterung der Reinigung, dient erfindungsgemäss der die Rührerwelle umgebende Schutzmantel.

[0019] In der Tat genügt es, wie erfindungsgemäss vorgesehen, das Wasser in den Mantel zu leiten um zu bewirken, dass das Rührwerk von Verunreinigungen befreit bzw. freigehalten wird und zwar wird man nach erfolgter Kolloidierung den Behälter absenken und horizontal verfahren, den entleerten oder auch einen neuen Behälter ein-und auffahren, den Rührer in Bewegung setzen und das Wasser für die nächste Charge einführen. Di.e Tatsache dass der Schutzmantel an de Rührerwelle fest anliegt und daher mitdreht, bewirkt einen Schleudereffekt, der zur Reinhaltung der Welle sowie des Getriebes beiträgt.

[0020] Die erfindungsgemässe Einrichtung besitzt ferner eine Vorzug, der sich in der Verfahrensweise bei der Herstellung kolloidaler Gemische und insbesondere in Bezug auf die Frage der" Endpunktbestimmung äussert. Zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu welchem das Gemisch voll durchkolloidiert ist und nach welchem ein weiteres Rühren nichts mehr zur Produktqualität beiträgt und nur die Gefahr eines Abbindens vergrössert, genügt es in der Tat, die Leistungsaufnahme des Rührerantriebes zu verfolgen.

[0021] Der Rührer wird erfindungsgemäss mit einer Umfangsgeschwindigkeit am Aussendurchmesser von zumindest 500 und vorzugsweise 1500 m/min betrieben. Es konnte erwiesen werden, dass vor Erreichen des kolloidalen Zustandes, d.h. bei. Anwesenheit einer Fest- neben einer Flüssigphase im Gemisch, die Leistungsaufnahme des elektrischen Antriebs unregelmässig ist, wobei die Schwankungen an einem Amperemeter beobachtet werden können, insbesondere wenn letzterer eine laufende Schrei.beranzeige aufweist. Die Schwankungen nehmen zu einem bestimmten Zeitpunkt ein jähes Ende, was darauf hinweist, dass sich im Behälter ein kolloidales Einphasensystem befindet. Zu diesem Zeitpunkt und nicht etwa nach Ablaufen einer bestimmten Rührzeit empfielt es sich, das Rühren sofort abzustellen und das kolloidierte Produkt weiterzuverarbeiten.

[0022] Zur bildhaften Darstellung dienen die Zeichnungen die in nicht einschränkender Weise in Fig.1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, und in Fig.2 eine bevorzugte Anführungsform eines erfindungsgemässen Rührwerkes zeigen.

[0023] Man erkennt den Behälter ( 1 ), der zwecks Zugang zum Rührwerk (10) eine aufklappbare Bodenpartie ( 2 ) aufweisen kann. Der Behälter ( 1 ) ist heb- und senkbar an geeigneten Hubvorrichtungen (20) angeordnet. Das Rührwerk (10) zeigt eine einstöckige Flügelausführung (11). An der Welle (12) des Rührwerks (10) befindet sich der in der Obenpartie offene Schutzmantel (13). In die offene Obenpartie des Mantels (13) zielt die Wasserzufuhr-Vorrichtung (14): Der Elektromotor (30) ist mit einer nicht dargestellten Messvorrichtung ausgerüstet, die es erlaubt, die Leistungsaufnahme und insbesondere deren Schwankungen zu verfolgen. Es ist ohne weiteres möglich, die Messvorrichtung mit einem Modul zu kopplen, das optisch und/oder akutisch anzeigt wann die Leistungsaufnahme ohne Schwankungen verläuft und das Rührwerk dann ggf. abschaltet. Zur Verringerung des insbesondere bei mehrstöckigen, breiten Rührern auftretenden hohen Anfahrmomentes wird eine nicht gezeigte Flüssigkeitskupplung zwischen Rührwerk und Antrieb geschaltet.

[0024] In Fig.2 erkennt man ein zweitstöckiges Rührwerk, das je 3 Flügel pro Ebene aufweist. In jeder Ebene sind die Flügel um 120° gegeneinander versetzt; die beiden Flügelserien sind wiederum um 60° gegeneinander versetzt.

[0025] Die erfindungsgemässe Einrichtung bietet gegenüber bekannten Einrichtungen Vorteile, die sich in 2 Weisen äussern können:

Erstens ist es möglich kolloidale Gemische herzustellen indem man die für konventionelle Vorrichtungen notwendigen und oft kritischen Rührgeschwindigkeit bequem und risikolos herabsetzen kann. Dies ergibt auch Ersparnisse, was die apparative Ausrüstung insbesondere die Nennleistung des Motors anbelangt, der das Rührwerk antreibt.

[0026] Zweitens ist es möglich, die üblichen Rührgeschwindigkeiten ohne Bedenken weit unter die kritische Geschwindigkeit zu senken und gleichzeitig die Dauer des Kolloidierprozesses drastisch herabzusetzen. Dies trägt dazu bei, dass bei optimaler Qualität des Endproduktes jedes Risiko eines vorzei.tigen Abbindens des Materials ausgeschaltet wird.

Ansprüche

1. Zur Herstellung kolloidaler Gemische, insbesondere Wasser-Zement-Gemische mit und ohne Zuschläge geeignete Einrichtung, die in der Hauptsache einen Mischbehälter, eine Wasser- sowie eine Feststoffzufuhr-Vorrichtung und einen Flügel-Rührer begreift und di.e dadurch gekennzeichnet ist, dass ein vorzugsweise über dem Mischbehälter angeordnetes Antriebsaggregat mit dem Rührer feststehend über eine Welle verbunden ist, die einen am unteren Ende fest anli.egenden und am oberen Ende offenen Schutzmantel aufweist, wobei das Wasserzufuhrrohr in den offenen Teil des Schutzmantels zielt und dass der Mischbehälter heb- und senkbar so angeordnet ist, dass in Höchststellung das Verhältnis zwischen dem Gesamtdurchmesser des Flügel-Rührers und dem des Mischbehälters in der mittleren Flügelebene 1:1,15 bis 1:2 beträgt.

2. Einrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer eine bzw. mehrere in zur Rührerachse senkrechten Ebenen und mit einem Abstand zueinander angeordnete Serien von Flügeln gleicher Abmessungen aufweist, wobei die zu einer Serie gehören den Flügel gegenüber den Flügeln der benachbarten Serieum ein Winkelmass von annähernd 60° versetzt sind, jeder Flügel zur besagten Ebene und entgegen der Rührer-Drehrichtung eine Neigung von annähernd 12° aufweist und der Höhenstand zwischen zu benachbarten Serien gehörenden Flügeln zumindest dem Dickenmass eines Flügels entspricht.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass sich zum Verringern des Anfahrmomentes zwischen dem Rührer und dem Antrieb eine Flüssigkeitskupplung befindet.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührwerk-Antrieb eine Messvorrichtung zum kontinuierlichen Bestimmen der Leistungsaufnahme aufweist.

5. Verfahren zum Betreiben der Einrichtung nach dem Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man das zu kolloidierende Gemisch rührt indem man das Rührwerk mit einer Umfangsgeschwindigkei.t am Aussendurchmesser von zumindest 500 und vorzugsweise 1500 m/min. rotiert, dass man die Leistungsaufnahme des Rührer-Antriebes koninuierlich bestimmt und das Rühren abbricht, sobald die gemessene Leistungsaufnahme einen plötzlichen Ubergang von einem schwankenden zu einem praktisch schwankungsfreien Verlauf anzeigt.

Zeichnung