通过向普通混凝土混入空气并消散的过程制造高性能混凝土的高性能混凝土制造装置及其制造方法

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通过向普通混凝土混入空气并消散的过程制造高性能混凝土
的高性能混凝土制造装置及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高性能混凝土制造装置及其制造方法，尤其涉及一种在形成高性能混凝土时，把要消除的气泡与已调配的普通混凝土和混合材料一起大量地混合，从而利用气泡的滚轴效应而使混合材料均匀地分散在普通混凝土内而形成混合混凝土，并在排出这种混合混凝土时，用高压空气使混凝土中包含的过多的空气消散，以使因大量的气泡而大幅增加的坍落度降低至普通混凝土的坍落度范围内，并出料高性能混凝土的通过向普通混凝土混入空气并消散的过程制造高性能混凝土的高性能混凝土制造装置及其制造方法。
背景技术
[0002] 通常，轻量气泡混凝土通过在轻量混凝土中注入气泡而生产，并且通常指在硬化的净浆或者砂浆中导入20％以上的稳定的孔隙而减少混凝土的密度的混凝土。在所述轻量气泡混凝土中，只使用水泥浆的情况下密度约为0.3～0.5t/m3左右，并且在使用混入细骨
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料的砂浆的情况下密度约为0.8～1.5t/m左右，并且主要为了隔热而以板、块、填充材料等形态用于地板、墙壁、屋顶等。
[0003] 所述轻量气泡混凝土根据气泡的产生时间分为先发泡轻量气泡混凝土(pre-foaming cellular concrete)和后发泡轻量气泡混凝土(post-foaming cellular concrete)，所述先发泡轻量气泡混凝土可以通过预先产生气泡而在制造过程中投入的方法在内部形成孔隙而减少密度并提高轻量性，或者利用气泡的滚珠效应增大坍落度而提高填充性。
[0004] 并且，所述先发泡轻量气泡混凝土可以通过提前制造气泡而分别用于净浆(水泥+水)、砂浆(水泥+水+细骨料)、混凝土(水泥+水+细骨料+粗骨料)等，但是为了轻量性以及填充性，通常用于普通净浆或者砂浆，并且通常不用于含有粗骨料的混凝土。即，先发泡轻量混凝土将预先制造的气泡主要混入净浆或者砂浆而提高其本身的轻量性以及填充性。
[0005] 并且，轻量气泡泥土(soil)是一种将先发泡气泡配合于净浆，并将它与选取的现场土再配合而增加操作性，并以流化混凝土(flow foll concrete)形态使用，并且大幅减少强度以使日后保修时的挖掘容易的轻量气泡材料。如上所述，先发泡的气泡为了轻量性以及填充性而用于混凝土其应用于非结构材料。
[0006] 几乎没有将先发泡的轻量气泡混凝土用于结构材料的情况，这是因为空气量增加
1％时压缩强度减少4％左右，因此没有在使用粗骨料并要求高强度的高性能混凝土中含有
20％以上的空气量的情况。
[0007] 所述高性能混凝土指相比混合水、水泥、骨料等的普通混凝土，具有高强度、高耐久性、高流动性的混凝土。其中，高强度指35MPA以上的强度，高耐久性需要90％以上的冻结-融化抵抗性，高流动性指操作性非常优秀的混凝土。所述高性能混凝土可以使用硅粉、粉煤灰、平板型粉尘、偏高岭土等的微粉尘混合材料以及引气剂、高性能流化剂、乳胶等化学掺合料等而发挥所述性能，并且需要同时满足高强度高耐久性等条件，所以需要使内部结构致密，并且为了冻结-融化抵抗性，通常将空气量调整为3～6％左右。
[0008] 所述材料中，硅粉和高性能塑化剂代表性地用于高性能混凝土的掺合料，所述硅粉相对形成普通混凝土的水泥粉末以1/80～1/100左右微细地填充混凝土而通过火山灰反应使内部更密实而形成高强度和高耐久性，但是因为比表面积大，具有导致操作性低下的特性，所以通常与高速减水剂一起使用。
[0009] 这种硅粉相对形成普通混凝土的水泥重量使用7～10％，并且与水泥预调配(pre-blending)而以混合水泥的形态使用。这是因为硅粉过于微小，所以在现场配料机(BP)中进行混凝土调配时，如果与其他混凝土材料一起投入而调配，则硅粉无法均匀地分散反而引起更多的问题。尤其，如果在已调配的混凝土中投入粉末形态的硅粉并调配，则硅粉几乎不分散。
[0010] 并且，为了生产所述高性能混凝土而使用硅粉、粉煤灰、高炉矿渣微粉末、偏高岭土等微粉末混合材料，为了使所述混合材料分散而利用混合水泥，在所述混合水泥的使用量较大的情况下，在工厂中以散装方式生产并为了移送至现场而设置专门的筒仓并使用；
在使用量为中等规模或者小规模的情况下，也使用吨袋供应，所以存在因为专门工艺和专门的输送而增加生产成本的问题。
[0011] 并且，需要在现场配料机中一并生产而供应高性能混凝土，并利用高性能混凝土而对对向结构物的全断面进行施工，所以导致施工成本上升。
[0012] 【现有技术文献】
[0013] 韩国授权专利第10-0875240号
[0014] 韩国授权专利第10-1069775号
发明内容
[0015] 技术问题
[0016] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供如下的通过向普通混凝土混入空气并消散的过程制造高性能混凝土的高性能混凝土制造装置及其制造方法：在将水、水泥、骨料等混合而移送至现场的普通混凝土中，将气泡以及混合材料进行混合并利用气泡的滚珠效应而使混合材料均匀地分散在普通混凝土内而形成混合混凝土，并在排出所述混凝土时，用高压空气出料而减少混合混凝土中包含的过多的空气，从而使因大量的气泡而大幅增加的坍落度减少至普通混凝土的坍落度范围内。
[0017] 并且，本发明的另一目的在于，提供因为能在现场只制造所需的量的高性能混凝土，所以减少施工成本并提高经济性的通过向普通混凝土混入空气并消散的过程制造高性能混凝土的高性能混凝土制造装置及其制造方法。
[0018] 技术方案
[0019] 本发明提供一种通过向普通混凝土混入空气并消散的过程制造高性能混凝土的高性能混凝土制造装置，其特征在于，包括：普通混凝土形成部，以预定比例调配水、水泥、骨料而形成普通混凝土；气泡以及混合材料投入部，向普通混凝土投入气泡和混合材料，以增加所述普通混凝土的坍落度；混合混凝土形成部，具有：轴，形成于装载所述普通混凝土的混凝土预拌车内部，并借助于电机的动力而旋转；混合部件，以至少一段的放射状形成于所述轴，用于将普通混凝土与从气泡以及混合材料投入部投入的气泡以及混合材料进行混合而形成混合混凝土；高性能混凝土出料部，出料如下的高性能混凝土：在排出所述混合混凝土时，以五个大气压以上的高压空气喷射而使混合混凝土中包含的气泡消散，并使因气泡而增加的坍落度降低至普通混凝土的坍落度范围。
[0020] 另外，本发明提供一种通过向普通混凝土混入空气并消散的过程制造高性能混凝土的高性能混凝土制造方法，其特征在于，包括如下步骤：普通混凝土形成步骤，以预定比例调配水、水泥、骨料而形成普通混凝土；气泡以及混合材料投入步骤，向普通混凝土投入气泡和混合材料，以增加所述普通混凝土的坍落度；混合混凝土形成步骤，借助于如下构造而执行：轴，形成于装载所述普通混凝土的混凝土预拌车内部，并借助于电机的动力而旋转；混合部件，以至少一段的放射状形成于所述轴，用于将普通混凝土与通过气泡以及混合材料投入步骤投入的气泡以及混合材料进行混合而形成混合混凝土；高性能混凝土出料步骤，出料如下的高性能混凝土：在排出所述混合混凝土时，以五个大气压以上的高压空气喷射而使混合混凝土中包含的气泡消散，并使因气泡而增加的坍落度降低至普通混凝土的坍落度范围。
[0021] 有益效果
[0022] 根据本发明，在形成高性能混凝土时，利用气泡的滚珠效应而把要消除的气泡与已经调配的普通混凝土和混合材料在普通混凝土内均匀地混合而形成混合混凝土，并在排出所述混合混凝土时，利用高压空气进行喷射而使混合混凝土内包含的过多的空气消散，以使因大量的气泡而大幅增加的坍落度减少至普通混凝土的坍落度范围内，并出料这样的高性能混凝土，从而具有能够确保高强度、高耐久性的优点。
[0023] 并且，根据本发明，可以在现场制造所需量的高性能混凝土，所以具有可以改善生产并节省施工成本而提高经济性的优点。
附图说明
[0024] 图1是本发明的流程图。
[0025] 图2是本发明的示意图。
[0026] 图3是示出本发明的普通混凝土形成部的图。
[0027] 图4是本发明的泥浆的生成图。
[0028] 图5是本发明的气泡泥浆的生成图。
[0029] 图6是根据图5生成的气泡泥浆的放大图片。
[0030] 图7至图8是示出本发明的混合混凝土形成部的图。
[0031] 图9是示出本发明的混合混凝土的另一实施例的图。
[0032] 图10至11是应用于本发明的普通混凝土、混合混凝土的坍落度图。
[0033] 图12至13是利用本发明的高性能混凝土出料部进行高性能混凝土出料的图。
[0034] 图14是本发明的高性能混凝土出料部的横截面结构图。
[0035] 图15是本发明的高性能混凝土的坍落度图。
[0036] 图16是借助于本发明的高性能混凝土出料部而出料的高性能混凝土中含有的空气量比较曲线。
[0037] 符号说明
[0038] 100：高性能混凝土制造装置 110：普通混凝土形成部
[0039] 120：气泡以及混合材料投入部 130：混合混凝土形成部
[0040] 140：高性能混凝土出料部
具体实施方式
[0041] 以下，根据附图对本发明进行详细说明。图1是本发明的流程图，图2是本发明的示意图。
[0042] 本发明的通过向普通混凝土中混入空气并消散的过程制造高性能混凝土制造装置100包括：普通混凝土形成部110，以预定比例混合水、水泥、骨料而形成普通混凝土；气泡以及混合材料投入部120，投入气泡和混合材料到普通混凝土以增加所述普通混凝土的坍落度；混合混凝土形成部130，具有轴131和混合部件132，该轴131形成于装载所述普通混凝土的混凝土预拌车内部，并借助于电机的动力旋转，该混合部件132在所述轴131上以至少一段的放射状形成，以将普通混凝土和从气泡以及混合材料投入部120投入的气泡以及混合材料进行混合而形成混合混凝土；出料高性能混凝土的高性能混凝土出料部140，在所述混合混凝土排出时，喷出5大气压以上的高压空气而使混合混凝土中包含的气泡消散，并且使因气泡而增加的坍落度减少至普通混凝土的坍落度范围内。
[0043] 并且，本发明的通过向普通混凝土中混入空气并消散的过程制造高性能混凝土制造装置100包括：普通混凝土形成部110，以预定比例混合水、水泥、骨料而形成普通混凝土；
气泡以及混合材料投入部120，投入气泡和混合材料到普通混凝土以增加所述普通混凝土的坍落度；混合混凝土形成部130′包括：料斗133和混合部件135，该料斗133得到所述普通混凝土和气泡以及混合材料的供应，该混合部件135通过螺杆134的旋转而将从料斗133供应的普通混凝土和从气泡以及混合材料投入部120投入的气泡以及混合材料进行混合而形成混合混凝土；出料高性能混凝土的高性能混凝土出料部140，在所述混合混凝土排出时，喷出5大气压以上的高压空气而使混合混凝土中包含的气泡消散，并且使因气泡而增加的坍落度减少至普通混凝土的坍落度范围内。
[0044] 所述气泡以及混合材料投入部120优选将混合了所述气泡和泥浆的气泡泥浆进行投入。
[0045] 所述气泡以及混合材料投入部120向所述普通混凝土依次投入气泡和泥浆。
[0046] 所述泥浆优选混合所述混合材料和水而生产。
[0047] 所述气泡以及混合材料投入部120向所述普通混凝土中依次投入气泡和混合材料。
[0048] 所述混合材料优选混合硅粉、偏高岭土、粉煤灰、高炉矿渣微粉末、乳胶、聚合物中的一个或者一个以上。
[0049] 所述硅粉以形成所述普通混凝土的水泥100重量份为基准而混合5～15重量份。
[0050] 所述偏高岭土以形成所述普通混凝土的水泥100重量份为基准混合混合7～20重量份。
[0051] 所述粉煤灰和高炉矿渣微粉末以形成所述普通混凝土的水泥100重量份为基准而混合15～25重量份。
[0052] 所述乳胶和聚合物以形成所述普通混凝土的水泥100重量份为基准而混合3～15重量份。
[0053] 所述气泡在起泡剂以及气泡产生器中产生或者借助于发泡剂而产生，并以普通混凝土100重量份为基准而混入20～40％。
[0054] 所述混合材料被大量的气泡均匀地分散并混入到普通混凝土内而形成混合混凝土，在所述混合混凝土中添加消泡剂，以在考虑高性能混凝土的强度以及坍落度的角度下减少混合的过多的气泡。
[0055] 所述高性能混凝土出料部140包括：出料引导部件141，可装卸地安装于所述混合混凝土形成部130，内部贯通以使混合混凝土被压缩而排出，中央部的直径比两端部小；空气供应孔142，使移动至所述出料引导部件141的混合混凝土中包含的气泡消散而减少空气量，为了供应5气压以上的高压空气而贯通于出料引导部件。
[0056] 所述空气供应孔142在所述出料引导部件的外周面以放射状倾斜地形成。
[0057] 下文中对如上文所述地构成的本发明的制造过程进行说明。
[0058] 首先，如图3所示，将从配料机(BP)分别供应的水、水泥、骨料等以预定的比例调配并混合而形成坍落度为60mm以上的普通混凝土后，利用混凝土预拌车111而移送至施工现场。
[0059] 将从配料机(BP)分别供应的水、水泥、骨料等以预定的比例调配并混合而形成坍落度为40mm以下的普通混凝土，并利用自卸车而移送至施工现场。
[0060] 并且，如图4以及图5所示，从气泡以及混合材料投入部120将硅粉(Silica Fume)、偏高岭土(Metakao lin)、粉煤灰、乳胶(Latex)、聚合物等的混合材料和水以1:1的比例利用螺杆等混合装置调配而生产泥浆，然后将生产的泥浆和起泡剂以及气泡产生器中生产的气泡利用螺杆等混合装置混合而形成气泡泥浆后，投入到普通混凝土中，所述气泡泥浆优选以混合材料1kg：气泡量8～10升(L)调配而混合，但是优选考虑到高性能混凝土的强度和坍落度而调配。
[0061] 此时，所述起泡剂是利用在已调配的普通混凝土中投入在外部制造的气泡的方式，通常作为利用30～50倍的水稀释并借助于表面活性作用而利用物理方式导入气泡的混合剂，可以得到大约达到80％的空气量，但是本发明中有效的气泡量优选相对高性能混凝土整体含有20～40％的空气，所述气泡具优选具有类似球形的形状，并且其大小优选在
0.01～0.3mm范围内，并且优选存在相对微细的气泡。
[0062] 所述气泡可以利用发泡剂产生，这是在普通混凝土中追加添加而在搅拌、再混合的过程中产生气泡的发泡剂，所述气泡借助混合器的高速旋转而形成，在初期产生大气泡，但是在搅拌过程中被切碎成更细小的气泡而被较为均匀地分布，气泡产生量根据混合时间而存在较大差异。所述发泡剂中含有铝粉末，并且优选相对高性能混凝土整体使用0.1～
0.5％。
[0063] 图6中示出了包含所述气泡和硅粉的气泡泥浆的放大图片。可以知道所述气泡泥浆中包含的气泡A大约以0.1～1mm的大小形成，在所述气泡之间均匀地分散而分布有作为硅粉S的混合材料。
[0064] 对将混合所述泥浆和气泡的气泡泥浆投入到普通混凝土的方法进行了说明，但是也可以依次投入气泡和泥浆至所述普通混凝土。
[0065] 并且，可以不制造所述泥浆而依次投入气泡和混合材料，即硅粉、偏高岭土、粉煤灰、平板微粉末、乳胶、聚合物中的一个或者一个以上，优选地，所述硅粉以形成普通混凝土的水泥100重量份为基准而混合5～15重量份；所述偏高岭土以形成普通混凝土的水泥100重量份为基准而混合7～20重量份；所述粉煤灰和高炉矿渣微粉末以形成普通混凝土的水泥100重量份为基准而混合15～25重量份；所述乳胶和聚合物以形成普通混凝土的水泥100重量份为基准而混合3～15重量份。这是因为在小于所述范围的情况下，高强度、高耐久性下降，并且在超过所述范围的情况下，不表现出更高的强度、耐久性的同时施工成本上升。
[0066] 在混合混凝土形成部130中混合通过所述过程而从气泡以及混合材料投入部120投入的气泡以及混合材料或者气泡泥浆与普通混凝土，所述普通混凝土和气泡泥浆的混合
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比可以是普通混凝土每1m混合300～400升，这使混合混凝土包含30～35％的气泡量。
[0067] 如图7至图8所示，所述混合混凝土形成部130的轴131借助于混凝土预拌车111内部的电机(未图示)的动力旋转的同时，在所述轴131上以至少一段放射状形成的混合部件
132也旋转，从而将普通混凝土和气泡泥浆或者气泡以及混合材料或者发泡剂以及混合材料进行混合，并利用气泡的滚珠效应而形成混合材料在普通混凝土内均匀地分散的混合混凝土。
[0068] 并且，如图9所示，利用自卸车移送坍落度为40mm以下的普通混凝土而供应至混合混凝土130′的料斗133，供应至所述料斗133的普通混凝土借助于螺杆134的旋转而移动至混合部件135，并将从气泡以及混合材料投入部120投入的气泡以及混合材料投入到移动至所述混合部件135的普通混凝土中，并借助于螺杆134的旋转而将普通混凝土和混合材料进行混合。
[0069] 此时，可以分开投入所述气泡以及混合材料，但是借助于螺杆134的旋转的气泡以及混合材料和普通混凝土的混合时间较短，所以优选将气泡泥浆投入到普通混凝土中。
[0070] 其中，所述混合混凝土形成部130′为上下搅拌式混合器，并且以出口侧比入口侧更高的方式倾斜地形成，以使气泡泥浆以及普通混凝土借助于混合部件135的高度差而容易地混合。
[0071] 在将构成所述泥浆的硅粉、偏高岭土、高炉矿渣、乳胶、聚合物等的混合材料和水的重量比设定为1:1的情况下，通过将硅粉等的混合材料1.5kg以及水1.5kg进行混合而生产泥浆，水和硅粉的混合材料的比应当考虑到最终高性能混凝土的坍落度以及强度而确定。
[0072] 另外，图10示出普通混凝土的坍落度的图，普通混凝土中使用的水、水泥、骨料等的混合比为根据通常广泛使用的标准组成比的混合比，并且示出坍落度为0mm的状态，图11则示出将包含气泡的气泡泥浆与普通混凝土调配时混合后的坍落度为大幅增大的230mm的情形。即，图10中将包含气泡的气泡泥浆与普通混凝土调配前的普通混凝土中存在的空气量是3％，但是图11中调配包含气泡的气泡泥浆与普通混凝土时，混合的混合混凝土中存在的空气量为26％，其表现出急剧的增加。
[0073] 通过上述方法大量地增加的空气可以基于滚珠效应而使普通混凝土内的混合材料均匀地分散，但是包含大量的空气的混合混凝土中，混合混凝土的强度和耐久性大幅降低，通常，在普通混凝土中包含的空气量和压缩强度之间的关系中，在普通混凝土内的空气量增加1％的情况下，压缩强度减少约4％。即，如上所述，气泡大量混合的混合混凝土因为强度大幅降低而难以用作结构用材料，并且因为坍落度大幅增加而超出根据混合混凝土浇筑需要的操作性范围。
[0074] 所以，本发明如图12至图13所示，在所述混合混凝土形成部130中添加混合混凝土消泡剂或者利用混凝土出料部140进行出料以减少混合的混合混凝土中包含的大量的空气。
[0075] 以消除使所述普通混凝土内的混合材料均匀地分散的气泡为目的，将所述消泡剂添加到混合混凝土中。
[0076] 其中，消泡剂(Antifoam Agent)指抑制气泡的产生的物质，并将破坏所产生的气泡的过程称为破泡，而将从一开始抑制气泡的产生的过程称为抑泡，并且本发明中可以使用破泡剂以消除已存在的过多气泡。所述混合混凝土中使用的消泡剂有多种，并且以高性能混凝土100重量份为基准，优选混合0.1～2.0重量份。
[0077] 利用所述高性能混凝土出料部140出料混合混凝土的情况下，混合混凝土供应至混合混凝土形成部130的混凝土预拌车111或者混合混凝土形成部130′的混合部件135上可装卸地安装的出料引导部件141的入口。
[0078] 其中，所述出料引导部件141的中央部的直径比内部贯通的入口、出口的两端部更小地形成，所以供应至出料引导部件141的混合混凝土被压缩而产生压力。
[0079] 并且，如图14所示，混合混凝土经过所述出料引导部件141的中央部并通过比中央部的直径大的出料引导部件141的出口的同时，5气压以上的高压的压缩空气被供应至在出料引导部件141的外周面上以放射状倾斜地形成的空气供应孔142，并形成涡流而出料至出料引导部件141的出口，所述压缩空气和混合混凝土以喷射方式展开，并且在压缩空气和混合混凝土以喷射方式展开的同时，压缩空气和混合混凝土碰撞而使混合混凝土内部包含的大量的气泡消散。
[0080] 如图15至图16所示，所述气泡消散的混合混凝土中包含的气泡量接近混合气泡泥浆之前的普通混凝土中包含的空气量的范围，并且可以出料成将混合混凝土中包含的空气量减少至3～7％，并减少至原有的坍落度而确保操作性、高强度、高耐久性的高性能混凝土。下表1示出关于坍落度为0mm的硬混凝土和坍落度为80mm的一般混凝土的混入气泡泥浆之前的普通混凝土、混入气泡泥浆的混合混凝土、出料后的高性能混凝土的坍落度和空气量。
[0081] 【表1】
[0082]
[0083] 本发明中所述实施形态是一个示例，本发明不限于此。实现本发明的权利要求范围中记载的技术思想和实质相同的构成并起到相同作用效果的任何变形均属于本发明的技术范围内。
[0084] 尤其，本发明在所述实施例中列举了硅粉、偏高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、乳胶、聚合物等作为混合材料的例子，但是除了这些混合材料之外，能够改善普通混凝土的性质并在经济性方面得到认可的其他混合材料也可以应用于本发明的制造装置以及制造方法。