基于标称剂量-响应分布图调节混凝土流变学的方法

专利名称：基于标称剂量-响应分布图调节混凝土流变学的方法
技术领域：
本发明涉及制造混凝土，更具体地，涉及通过参考标称剂量响应分布图计算的流变学改性剂的增量剂量，来调节预拌卡车或固定混合器中的混凝土的流变学性质的方法。
背景技术：
已知通过使用传感器来监测旋转混合鼓所需的能量，例如通过测量液压而监测施用于鼓的扭矩，来控制在预拌递送卡车中的混凝土的“坍塌度”或流动性性质(参见例如，美国专利 4，008，093,5, 713，663)。与液压传动偶联的液压传感器和/或转速传感器例如可用于监测混合鼓旋转。监测混凝土坍塌度包括校准在含有混凝土混合物的混合卡车上的液压传感器和/或电传感器得到的输出或值，和使这些值与使用标准坍落度筒试验得到的坍塌度值关联。在标准坍落度筒试验中，将含有新的混凝土的12英寸截锥移除，以允许混凝土掉落，并且测量混凝土的垂直高度掉落(例如，ASTM C143-05)。将具有该已知坍塌度值的混凝土加入到鼓混合器中，使得作为来自传感器的输出得到的液压或电值可储存在存储器位置中并随后通过计算机处理单元(CPU)关联。在将混凝土递送至消费者期间，由于水合、蒸发和其它因素，混凝土随着时间变硬，当转动混合鼓所需的液压或电能提高时，传感器检测到这一点。板载CPU比较由一个或多个传感器得到的检测到的能量值，并且将该值与在存储器中储存的值相比较。如果传感器和CPU检测到混凝土正开始变硬，则该理论是可触发CPU以激活计量或泵送装置，以向混凝土中注射水或其它液体(例如，化学分散剂)，以恢复坍塌度至期望的值。长期以来期望能以有效的方式向混凝土中加入水或化学混合物，或者，换言之，力口入实现目标流变学值所需的精确量的混合物，同时避免投配误差和冗长的试错。假设由于可使用高度精密的传感器和CPU，则必然得到精确的和有效的方法。然而，现有技术水泥混合系统，由于它们均涉及精密的硬件，仍然存在它们控制的混合物的变化。Zandberg等人的US 5，713，663声明，通过向联机CPU输入信息,可在预拌卡车中监测坍塌度读数，并且所述信息可包括批料水量、颗粒状材料成分的量、沙子水分含量、时间、“指定的”坍塌度和其它因素(参见第8栏，第3-14行)。然而，Zandberg等人未明确说明包括这些因素中的哪一些以及如何加权。该专利阐明这样的信息可在存储器中储存，使得CPU可以从输入的信息计算达到期望的坍塌度所需的液体组分。备选地，该专利阐明可“预先计算”所需的液体组分并随其它信息加载到CPU中(第8栏，第15-22行)。该专利还提及存储器可在与“一系列可能的混合物”相关的“查询表”中储存信息，因此“对于具体的混合类型和具体的坍塌度值和混合成分的具体的量，系统将能够比较通过传感器测量的值与混合物的已知值，以提供加入的液体组分的手动或自动调节”(第8栏，第29-36行)。尽管重申目的是能够“使混合最大化而没有过量供应液体组分”，否则需要混凝土混合物返回而不是递送，Zandberg等人未指定在“查询”表中包括什么因素。他们也没有描述计算待给予的液体组分的剂量的精确方法。类似地，Hines等人的美国专利 6，042，258 和 6，042，259 (MBT Holding/BASF)公开了一种混合物分配系统，用于稳定混凝土过夜、同一天(作为递送)或持久操作。在这些模式的每一种中，基于位于计算机可存取存储器内的“内部表”，计算混合物剂量(参见例如6，042，258，第9栏，第4-30行；第9栏，第42-52行；第10栏，第7-20行；和图2A，128、138和148)。然而，这样的内部表或表格需要包含的“变量”或条件的数量看起来相当广泛。这些变量包括在混合器中混凝土的量、其温度、在混凝土中水泥的类型、在递送卡车中运输混凝土的时间量)、所需的水量和其它因素。建议取决于输入计算机的所选数据，批料工人(batchman)或司机可产生他自己的特定的表或查询表，并且软件供应者可进行调节，以允许司机或批料工人“补偿在数据表或查询表中未考虑的因素的剂量值”(参见例如，US6，042，258的第9-10栏；还参见US 6，042, 259的第9_10栏)。此外，应该强调加入混合物的意图是控制水泥水合，而不是坍塌度或其它流变学值。在美国专利公开2009/0037026 中，Sostaric 等人(RS Solutions LLC)公开了一种使用水或化学添加剂在预拌递送交通工具中调节混凝土的系统。该系统包括用于检测各种参数的传感器:例如温度、压力、旋转(速度、能量)和用于计算坍塌度的倾斜/加速(参见例如，图4C ;第0071-0072段)。例如，该系统可包括用于测量载荷温度以及混合鼓的外壳温度的传感器。该系统还可包括用于测量“加速/减速/倾斜”的传感器。该系统甚至可包括用于测量振动和环境参数(例如湿度和大气压)的传感器。(参见第0132段)。此夕卜，基于系统使用的传感器测得的输出，系统将自动加入水或其它混合物。尽管用于测量日益提高数量的参数的技术精密化提高，如部署增加的传感器数量用于测量将其递送至建设工地期间水泥的各方面所示，本发明人不认为现有技术现状关于以下提供清楚的指引:哪些参数必须考虑并且包括在查询表中或者哪些参数对于计算化学混合物投配量是最重要的。实现精确和有效投配化学混合物到混凝土中认为是困难的，这主要是由于以下事实:由于比例(例如，水/水泥比率)、特性(例如，水泥细度)和混凝土成分的状况(例如，温度)和载荷历史(老化、温度分布图等)，比起水对流变学的影响，加入的化学混合物对流变学的影响改变至较大的程度。在一天、一周、一个月等过程期间，在混凝土批料的不同载荷过程期间，这些因素可能变化。例如，当环境温度提高时，在一天期间，混凝土温度可随着每个批料而提高。水泥的不同的递送可在化学性和细度上改变。不只是仅仅调节坍塌度，期望调节混凝土的其它流变学性质。流变学处理物质的流动和变形科学。混凝土的流变学可按坍塌度、塌落流动度、屈服应力、塑性粘度、表观粘度、触变性或流动试验台试验以及其它因素而定义。因此，本发明的目的是选择化学混合物的适当剂量来调节这些混凝土流变学参数中的一个或多个。鉴于前述，本发明人认为需要在混合鼓和其它混合装置中调节混凝土流变学性质的新的方法，比起在当前的实践中的方法在使用上更有效和实用的方法。发明概述
为了克服在混凝土混合物中实现投配精确性和避免投配过多问题的现有技术方法的缺点和提高的技术复杂性，本发明提供了一种方法，其中使用标称剂量响应(“NDR”)分布图计算具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的投配，该方法意外地不需要耗时地编辑参数查询表以及因此在每次批料制备或递送的开始时输入众多参数。剂量响应曲线将流变学改性剂或流变学改性剂组合(例如水、化学混合物或它们的组合)的剂量与被流变学改性剂的作用改性的混凝土的流变学、强度或一些其它特性关联。为了清楚和方便，以及为了容易CPU程序化，剂量响应曲线可采用多种形式中的一种来表示。例如，修改坍塌度的化学混合物的剂量响应曲线可表示为化学混合物的剂量作为对混凝土的坍塌度给予的剂量的函数。备选地，其可表示为坍塌度变化I个增量单位所需的化学混合物剂量的变化(例如，坍塌度变化I英寸所需的混合物剂量)。通常在某组条件下对于给定组的材料建立剂量响应曲线，其可后来用于在混凝土生产期间选择适当的剂量。该曲线在本文中称为标称剂量响应(“NDR”)曲线。由于剂量响应曲线为大量变量(材料性质、温度等)的函数，以下将不切实际地复杂:考虑所有相关变量开发剂量响应曲线，使用查询表等编程CPU，测量所有相关变量，和选择流变学改性剂(例如，化学混合物)的正确剂量以实现期望的响应。本发明的目的是提供一种手段来有效和精确地更新标称剂量响应曲线来满足不断改变的外部变量，而无需明确考虑这些变量。因此，产生标称剂量响应曲线并且随后通过适应性控制方法来调节。本发明源自以下意外的发现:具有不同参数(例如，温度、混合设计、水分水平、水合水平、湿度、不同的卡车)的混凝土混合物显示广泛变化的“剂量响应”分布图，否则具有类似的性能，原因在于它们的剂量响应曲线不交叉。本文使用的“剂量响应”的概念意思是并且是指具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合对流变学(例如坍塌度、塌落流动度或屈服应力)的影响作为给予的剂量的函数。该出乎意外的剂量响应性能在

图1中说明，其中显示向其中混合流变学改性剂(例如聚羧酸盐水泥分散剂混合物)的不同的混凝土混合物显示类似的剂量响应曲线，其中坍塌度显示作为坍塌度变化I个单位(例如从2英寸到3英寸坍塌度，和从3英寸到4英寸坍塌度等)所需的剂量(盎司混合物每立方码混凝土)的函数。标称剂量响应(“NDR”)分布图的计算基本上在图2中说明，其中考虑至少两个分布图曲线(为了方便参考，标记为“最大剂量”和“最小剂量”)来提供一个NDR分布图。剂量响应曲线的非交叉性能的显著性(图1)引导本发明人实际上实现通过使用NDR分布图可调节混凝土流变学，该NDR分布图基于甚至由仅一个数据集得到的一个曲线，但是优选使用至少两个曲线(例如，图2)，且从精确性的角度更优选使用多个曲线(例如，图1)，通过换算仅一个参数(即，反映实际的混合物性能并通过标称剂量响应曲线预测的比率)可调节NDR分布图。因此，基于实际的混合物性能，实现适应性控制方法以更新标称剂量响应曲线。混合物的每个剂量通过使用由换算系数调节的标称剂量响应曲线而选择，换算系数来自先前将混合物加入相同载荷的混凝土中。因此，将所选的剂量调节至与混凝土载荷关联的实际的条件，而无需明确测量和调节这些参数。在这种情况下，在载荷内混合物的第二个和每个随后的剂量有望比第一个剂量显著更精确。这消除了冗长的试错过程，其中不考虑在混凝土的载荷中先前的混合物性能。 基于来自先前载荷的混合物性能数据，还可调节标称剂量响应曲线。虽然现有技术方法已提出通过使用水或化学混合物可补偿混凝土混合物的经验性能，但是迄今为止未教导或提出如何进行该补偿。本发明的意外的方面在于混凝土混合物的流变学可通过输入计算机处理器单元(CPU)仅混凝土的量(载荷大小)和目标流变学值(例如，坍塌度、塌落流动度或屈服应力)进行调节，并且比较实际的流变学与NDR，加入将实际的流变学变为目标流变学(理论上)所需的标称剂量化学混合物的一定百分比，测量得到的流变学值变化，并且将该值与使用该百分比的标称剂量理论上会得到的NDR值相比较，然后通过加入随后的剂量来调节流变学，该随后的剂量考虑由于第一次百分比加入测量的偏差。因此，本发明考虑在所述方法中结合的“学习”步骤，而不必考虑众多参数，例如温度、混合设计、湿度和其它因素。因此，用于在混合器中控制能水合的水泥质组合物的流变学的本发明的一种示例性方法(其中测量操作含有水泥质组合物的所述混合器所需的能量并且与标称流变学值关联，其中将流变学改性剂加入到水泥质组合物中，以修改其流变学)包括:
(a)向计算机处理器单元(“CPU”)输入目标流变学值(“TRV”)和含有或预期含有具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的能水合的水泥质组合物的载荷大小；和
(b)得到在混合器内所含的能水合的水泥质组合物的当前的流变学值(“CRV”)；
(c)通过使用CPU，比较在步骤(b)中得到的当前的流变学值与在CPU可存取存储器中储存的标称剂量响应(“NDR”)分布图，并且其中所述NDR基于至少一个数据集，其中具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的各种剂量和它们对流变学值(例如坍塌度、塌落流动度或屈服应力)的关联效果可检索地储存，并且测定将所得到的CRV变为在步骤“(a) ”中指定的TRV所需的所述具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的标称剂量；
(d)在混合器中投配能水合的水泥质组合物，其中选择或预先选择所述具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的百分比为5%-99%，基于将所述得到的CRV变为在步骤(a)中指定的所述TRV所需的在步骤(c)中测定的标称剂量；
(e)在加入在步骤(d)中选择或预先选择的具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的标称剂量的百分比并且与所述能水合的水泥质组合物均匀混合之后，得到能水合的水泥质组合物的随后的CRV;比较在步骤(d)中选择或预先选择的剂量与根据NDR分布图从步骤(b)到步骤(e)相同的流变学值变化所需的剂量，并且测定换算系数(“SF”)，通过该换算系数调节得自NDR分布图的剂量，其中SF定义为得自步骤(d)的实际剂量除以实现NDR分布图指示的相同流变学值变化的标称剂量；和
(f)在所述能水合的水泥质组合物中混合具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合，其量按SF乘以得自NDR分布图的剂量来计算，该剂量指示将在步骤(e)中测得的当前的CRV转化为在步骤(a)中指定的TRV。如果当完成前述步骤后未达到目标流变学值例如坍塌度时(其可由于任何数量的因素，例如温度或湿度变化)，则按需可重复过程步骤(e)和(f)。此外，混凝土流变学随时间变化。每一次流变学值降低某一量，必须加入流变学改性剂(例如，化学混合物)以恢复流变学值。可重复步骤(e)至(f)以调节流变学值。在本发明的优选的方法中，基于至少两个剂量响应曲线的值(参见例如，图2)的平均来计算NDR分布图，更优选地，由测试具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合得到的多个剂量响应曲线的值的平均(参见例如，图3)来计算。在其它示例性实施方案中，系统CPU可程序化以采取一种学习模式，由此批料历史可结合到NDR分布图中，该分布图随后储存在CPU可存取存储器中，和/或可重新定义换算系数，使得投配可更加精确。换言之，将在混凝土混合物递送操作期间通过给予的流变学改性剂的剂量影响的流变学值变化结合到标称剂量响应(NDR)曲线或换算系数中，由此修改NDR曲线或换算系数(SF);和基于修改的NDR曲线或修改的SF，实现在一个或多个随后的混凝土混合物递送操作中流变学值变化。示例性流变学改性剂包括水、化学混合物(例如，聚羧酸盐减水剂(waterreducer)、萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂、三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物减水剂、木素磺酸盐减水剂或水胶体粘度改性混合物例如韦兰胶或纤维素衍生物)或它们的混合物。优选化学混合物，例如聚羧酸盐水泥分散剂，在混凝土领域它们通常用作超增塑剂(或所谓的高比例减水剂)。只要使用和先前测试用于产生标称剂量响应(NDR)分布图的相同的流变学改性剂或流变学改性剂组合，则其它变量(例如混凝土混合设计、水或水泥的量或水/水泥比率、集料选择或组成、水合程度)不必输入到CPU中并且保持为任选的。粘度改性混合物主要影响混凝土的粘度，同时对其它性质具有相对较小的影响。下文描述本发明的其它优点和特征。附图概述
当以下优选实施方案的详述结合附图时，可以更容易地理解本发明的其它优点和特征，其中
图1图示说明多个混凝土混合物的多个剂量响应曲线(分布图)，由此测量具体的流变学改性剂(例如，化学混合物，例如聚羧酸盐减水剂)对混凝土的坍塌度(沿着水平轴显示)的影响，针对流变学改性剂的剂量(其量按照使混凝土的坍塌度降低I个单位所需的盎司/立方码度量，沿着垂直轴显示)测量；
图2为另一个图示说明，其中具体的流变学改性剂的至少两个剂量响应曲线(为了说明的目的，标记为最小和最大)用于计算平均剂量响应分布图，其可用作用于本发明的示例性方法的标称剂量响应分布图，用于自动化控制混凝土混合物流变学；和
图3为图示说明，其中绘制当使用本发明的示例性方法时，理论(或标称)坍塌度变化相对于实际的坍塌度变化。优选实施方案详述
本文使用的术语“水泥质”是指包含普通水泥和/或普通水泥替代物的材料，当与水混合时，用作粘合剂，以将细集料(例如，沙子)、粗集料(例如，碎石或沙砾)或它们的混合物结合在一起。认为是“能水合的”或水硬的水泥质材料为通过与水的化学相互作用而硬化的那些。这样的水泥质材料还可包括飞灰、颗粒状高炉渣、石灰石或天然火山灰，其可与普通水泥组合或用于代替或替代一部分普通水泥而不会严重降低能水合的性质。“灰浆”是指具有细集料(例如沙子)的水泥或水泥质混合物；而“混凝土”更精确地是指也含有粗集料(例如碎石或沙砾)的灰浆。术语“水泥质材料”的用途可与术语“混凝土 ”互换使用，这是由于混凝土最通常由具有可旋转的混合鼓的预拌卡车提供。本文使用的术语“混凝土”不必排除本发明可用于递送仅含有水泥或水泥替代物(例如，火山灰)或灰浆的材料的事实。能水合的水泥质材料，例如混凝土混合物，通常含有一种或多种流变学改性剂，其可包括单独的水或化学混合物，例如减水剂或称为“超增塑剂”的高比例减水剂、粘度改性剂、腐蚀抑制剂、收缩降低混合物、凝固加速剂、凝固延迟剂、空气夹带剂、空气去夹带剂、颜料、着色剂、用于塑性收缩控制或结构增强的纤维等。因此，短语“流变学改性剂”应理解为是指并且包括水、化学混合物或它们的混合物。在许多情况下，化学混合物制剂包含例如分散剂和水。流变学改性剂可良好地包含一种或多种水泥分散剂(例如，聚羧酸盐减水剂)、空气去夹带剂或去夹带剂组合和其它混合物。如在背景部分中提及的，具有坍塌度控制监测和控制设备的混凝土递送混合卡车如今为本行业相对众所周知，所述设备例如用于测量转动混合鼓的能量的液压和/或电传感器、用于测量旋转速度的速度传感器、用于监测大气温度以及混合物温度的温度传感器、和分配设备、以及用于监测来自传感器的信号并且驱动分配设备的计算机处理单元(CPU)。例如，可与无线通讯系统结合使用的这样的坍塌度控制系统公开于美国专利5，713，663;美国专利6, 484, 079 ;美国序列号09/845，660(公开号2002/0015354A1);美国序列号10/599，130 (公开号 2007/0185636A1);美国序列号 11/764，832 (公开号 2008/0316856)；美国序列号11/834,002(公开号2009/0037026)和WO 2009/126138。使用与用于监测混凝土混合物的各种物理性质的传感器组合的无线通讯来监测和控制的另一示例性系统在Coffee的美国专利6，611，755中教导。这些教导以及在以上背景部分中前面讨论的专利参考文献通过引用明确结合到本文中。预期用于本发明的示例性混合鼓可为常规安装用于在如上提及的预拌递送卡车上或者在可见于混合设备中的固定混合器上旋转的那些。这样的混合鼓可具有内表面，在该内表面上至少一个混合叶片与内表面连接，使其与混合鼓一起旋转并且用于混合混凝土混合物，包括包含在混合物中的集料。鉴于本文公开的本发明，认为使用市售可得的自动化混凝土混合监测设备可实践本发明的多种示例性实施方案，其中微小的修改是显而易见的。这样的混合监测设备以VERIFI 名称得自 Grace Construction Products, Cambridge,Massachusetts,并且也得自RS Solutions LLC, West Chester，Ohio。如前面在以上概述中描述的，用于在混合器中控制能水合的水泥质组合物的流变学的本发明的一种示例性方法(其中测量操作含有水泥质组合物的所述混合器所需的能量并且与标称流变学值关联，其中将具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合加入到水泥质组合物中，以修改其流变学)包括以下步骤:
(a)向计算机处理器单元(“CPU”)输入目标流变学值(“TRV”)和含有或预期含有具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的能水合的水泥质组合物的载荷大小；和
(b)得到在混合器内所含的能水合的水泥质组合物的当前的流变学值(“CRV”)；
(c)通过使用CPU，比较在步骤(b)中得到的当前的流变学值与在CPU可存取存储器中储存的标称剂量响应(“NDR”)分布图，并且其中所述NDR基于至少一个数据集，其中具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的各种剂量和它们对流变学值(例如坍塌度、塌落流动度或屈服应力)的关联效果可检索地储存，并且测定将所得到的CRV变为在步骤“(a) ”中指定的TRV所需的所述具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的标称剂量；
(d)在混合器中投配能水合的水泥质组合物，其中选择或预先选择所述具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的百分比为5%-99%，基于将所述得到的CRV变为在步骤(a)中指定的所述TRV所需的在步骤(c)中测定的标称剂量；
(e)在加入在步骤(d)中选择或预先选择的具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的标称剂量的百分比并且与所述能水合的水泥质组合物均匀混合之后，得到能水合的水泥质组合物的随后的CRV;比较在步骤(d)中选择或预先选择的剂量与根据NDR分布图从步骤(b)到步骤(e)相同的流变学值变化所需的剂量，并且测定换算系数(“SF”)，通过该换算系数调节得自NDR分布图的剂量，其中SF定义为得自步骤(d)的实际剂量除以实现NDR分布图指示的相同流变学值变化的标称剂量；和
(f)在所述能水合的水泥质组合物中混合具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合，其量按SF乘以得自NDR分布图的剂量来计算，该剂量指示将在步骤(e)中测得的当前的CRV转化为在步骤(a)中指定的TRV。如在步骤(a)中描述的，该示例性方法的第一步需要输入计算机处理器单元(“CPU”)仅两条信息:目标流变学值(“TRV”)和放置在混合器中的给定的能水合的水泥质组合物的载荷大小。这两种数据点的输入可由在预拌设备处的批料技工、卡车司机或在建设工地的工头进行。实际上，该输入可由负责混凝土递送的任何人进行，并且不需要输入其它参数，例如温度、湿度和任选的其它因素。目标流变学值(TRV)可为任何流变学因素，其单位值的测量为常规采用，例如:坍塌度(按长度单位常规测量，例如，英寸)；塌落流动度(长度，例如，英寸)；屈服应力(按应力常规测量，例如，磅/平方英寸或帕斯卡)；粘度(帕斯卡.秒)；流动(长度)；和触变性(帕斯卡/秒)。载荷大小可按包括所有组分的批料混凝土的总重量或体积(例如，立方码)输入CPU中。如果TRV按坍塌度定义，则坍塌度的测量可根据以下标准进行:ASTM C143-05,AASHTO T 119或EN 12350-2。如果TRV按塌落流动度定义，则该测量可根据ASTMC1611-05进行。如果TRV按流动试验台试验定义，则该测量可根据DIN EN 12350-5进行。在步骤(a)中提及的流变学改性剂或流变学改性剂组合意思是并且是指水、化学混合物或它们的混合物，它们存在于用于产生一个或多个数据集的混凝土中，所述数据集提供在步骤(c)中提及的标称剂量响应(“NDR”)分布图，以及存在于被调节的混凝土中，即在步骤(a)中将其载荷大小输入到CPU中，并且在步骤(b)中得到其当前的流变学值(CRV) 0为了校准(即，产生NDR分布图)的目的，使用和在混凝土中投配的相同或类似的流变学改性剂用于NDR分布图是重要的。适用于本发明方法的优选的“化学混合物”包括通常用于混凝土行业的减水剂和超增塑剂。这些中优选水泥分配聚合物，其含有(聚)羧酸和/或盐基团和(聚)氧化烯基团(本文中称为“聚羧酸盐聚合物”)。因此，例如，当“流变学改性剂或流变学改性剂组合”用于步骤(a)时，这个短语可指一种或多种活性成分，例如一种或多种聚羧酸盐聚合物，它们进而可与空气夹带剂或可对混凝土的流变学具有影响的其它混合物一起使用。所述一种或多种活性成分的浓度是非常重要的。如果在化学混合物制剂中加入或从化学混合物制剂中省略具体的活性成分，则人们可需要建立和使用另一个标称剂量响应(NDR)分布图。分配聚合物看起来影响流变学并且认为是“活性成分”，使得优选在NDR分布图中使用相同的聚合物；该同样的推理适用于其它组分，例如空气夹带和/或去夹带组分，如果通过它们的量和/或性质，它们对流变学具有深入影响。由于本发明的益处之一是其自身校正，可实现高精确性，即使其中水泥分配聚合物不同以及其中其它活性成分的性质和量可能不同。然而，当使用本发明的方法时，优选由相同的流变学改性剂或相同的流变学改性剂组合开始，并且补偿它们的浓度的任何差异。在该示例性方法的步骤(b)中，该第二步需要系统测定在混合器中所含的能水合的水泥质组合物的当前的流变学值(“CRV”)。这储存在CPU可存取存储器中，因为它为后面的步骤提供参考点。在该示例性方法的步骤(C)中，CPU比较在步骤(b)中得到的当前的流变学值(CRV)与在CPU可存取存储器中储存的标称剂量响应(“NDR”)分布图。如前面提及的，该NDR分布图基于至少一个数据集，其中测量具体的一种或多种流变学改性剂的各种剂量对流变学(例如，坍塌度、塌落流动度、屈服应力等)的影响。虽然本发明的方法可使用一个数据集工作，其中关联了流变学改性剂对流变学的影响，但优选使用用至少两个数据集产生的NDR分布图，最优选使用用多个数据集产生的NDR分布图。例如，图2说明两个剂量响应曲线(标记为最小和最大)，由此将混凝土组合物的坍塌度(英寸)相对于改变坍塌度I个单位(例如，坍塌度改变I英寸，例如从2英寸到3英寸)所需的具体的流变学改性剂(坍塌度改性混凝土混合物)的量绘制。标称剂量响应分布图(或曲线)则取两个剂量响应曲线(最小和最大)的平均值。作为一个更优选的实例，图1说明多个剂量响应曲线，其平均值提供在递送操作期间可用作参考的标称剂量响应(“NDR”)分布图。在步骤(d)中，将CPU程序化，以使用选择或预先选择的百分比的流变学改性剂的理想量，在混合器中投配能水合的水泥质组合物，该理想量通过NDR分布图确定，以将在步骤(b)中测定的当前的流变学值(CRV)变为在步骤(a)输入的目标流变学值(TRV)。百分比可为理想(或标称)量的50%-95%，更优选为约50%-90% ;最优选为50%-80%。通常，对于该第一剂量，优选为这些范围中较低的百分比，直到获得置信度。在步骤(e)中，将CPU程序化，以在加入在步骤(d)中给予的一定百分比的具体的流变学改性剂(例如，化学混合物)的标称剂量并且与能水合的水泥质组合物均匀混合之后，得到能水合的水泥质组合物的随后的当前流变学值(CRV)。CPU将比较在步骤(d)中选择或预先选择的百分比剂量对流变学值的标称(或理论)影响与随后的当前流变学值(随后的CRV)，然后确定换算系数(“SF”)，通过该换算系数调节得自NDR分布图的剂量，其中SF定义为得自步骤(d)的实际剂量除以实现NDR分布图指示的相同流变学变化的标称剂量。在步骤(f)中，将CPU程序化，以在能水合的水泥质组合物中混合随后剂量的流变学改性剂。通过将在步骤(e)中计算的换算系数(SF)乘以根据标称剂量响应(NDR)分布图的理论所需量，计算该随后的剂量的量，以将在步骤(e)中测得的随后的当前流变学值(CRV)变为在步骤(a)中指定的目标流变学值(TRV)。每当当前的流变学值(CRV)小于或大于目标流变学值(TRV)预定的量时，可重复步骤(e)和(f)。这可自动进行，例如，通过使CPU程序化，以在CRV与TRV之间的差异超过预定的量时重复该步骤。如果CRV与TRV之间的差异小于预定的量，则可将CPU程序化，以触发报警来指示操作者混凝土混合物可以卸载和倾倒。
如以上提及的，本发明的优选的方法涉及使用衍生自具体的流变学改性剂的至少两组剂量响应曲线的平均的标称剂量响应(NDR)分布图，如图2中说明的；更优选地，衍生自具体的化学混合物的多个剂量响应曲线的平均，如图1中说明的。图1的剂量响应曲线特别提出，通过改变曲线幅度，批料与批料之间的各种参数例如混凝土混合设计、温度、水合程度、水/水泥比率和集料量可稍微变化(或甚至显著变化)。另外，各种剂量响应曲线不交叉的事实引导本发明人实现这些其它各种参数不必需要保持恒定以建立标称剂量响应(NDR)分布图，因为关于使流变学值(例如，坍塌度)从一个值变为下一个(例如，坍塌度从2英寸变为比如说5英寸)所需的流变学改性剂的计算量而言，这些剂量响应曲线的平均值具有类似的性能。因此,本发明的示例性方法涉及标称剂量响应(NDR)分布图，该分布图涉及使用具有至少一个非均质参数的多个数据集。该参数可例如为混凝土混合设计、反应温度、水泥水合程度、水/水泥比率和集料量或水泥/集料比率。在批料与批料之间，这些可在组成NDR分布图的数据集中变化(参见例如，图1)。因此，本发明的其它示例性方法包括使用衍生自具有至少两个非均质参数以及甚至多于两个非均质参数的数据集的标称剂量响应(NDR)分布图，所述参数例如不同的混凝土混合设计、混凝土混合成分来源、温度、水合、水/水泥比率、不同的集料量或比率以及混凝土混合设计。只要用于建立NDR分布图和得到当前的流变学值的具体的流变学改性剂(例如，水和/或混凝土混合物或化学混合物组合)相同或实质上类似，则从一个流变学值单位到下一个，剂量响应曲线的斜率性能类似。实际上，即使两种流变学改性剂的组成变化但是性能类似，仍可对二者使用相同的NDR分布图。在本发明的其它示例性实施方案中，监测流变学变化的过程可涉及使用多于一种类型的流变学改性剂(或化学混合物)，其中每种类型的流变学改性剂具有其自己的换算系数(SF)、标称剂量响应分布图或二者。例如，人们可建立化学混合物的组合的NDR分布图，例如:高比例减水剂与粘度改性混合物；正常范围的减水剂与高比例减水剂；减水剂与凝固加速剂、凝固延迟剂或它们的组合；高比例减水剂与触变性改性混合物等。在其它示例性实施方案中，可修改本发明的方法以便可在相同的混凝土混合物递送操作中指定并满足多于一个流变学目标。例如，人们可使用多个流变学目标，例如在运输期间(从配料或设备操作到工地)和在放置期间(在卡车到达倾倒混合物的工地之后)的坍塌度目标。作为另一个实例，人们可定义在相同的递送操作/过程内并且在相同的时间混凝土混合物必须达到的两个流变学目标，例如塌落流动度和塑性粘度。换言之，可具有一种流变学改性剂或改性剂组合(例如，混合物包装)来修改塌落流动度(其特征为混凝土从移除的坍落度筒的铺展)和具有另一种流变学改性剂或改性剂组合来修改塑性粘度(其特征为剪切应力除以剪切速率)。在另一示例性实施方案中，换算系数计算为在给定的载荷或混合设计中所有剂量响应的加权平均。换言之，在其中衍生多个换算系数的一系列递送操作中，在当前的递送操作中使用的换算系数可基于计算的所有换算系数的平均，但是主要基于由最近的递送操作得到的数据。虽然本文使用有限数量的实施方案描述了本发明，这些具体的实施方案不旨在限制本文另外描述和请求保护的本发明的范围。存在由所述实施方案的修改和变化。更具体地，给出以下实施例作为请求保护的本发明的实施方案的具体说明。应理解的是，本发明不局限于在实施例中描述的具体细节。除非另外说明，否则在实施例以及在说明书的其他地方中的所有份数和百分比按重量计。另外，在说明书或权利要求书中引用的任何数字范围，例如表示具体的性质组、度量单位、条件、物理状态或百分比，旨在在字面上通过引用或以另外的方式在本文中明确结合落入这些范围内的任何数字，包括在所引用的任何范围内的任何数字子集。例如，当公开具有下限RL和上限RU的数值范围时，具体公开了落入该范围内的任何数值R。特别是，具体公开了落入该范围内的以下数值R:R = RL + k*(RU-RL)，其中k为从1%到100%的变量，具有 1% 增量，例如，k 为 1%、2%、3%、4%、5%…50%、51%、52%、...95%、96%、97%、98%、99% 或100%。此外，还具体公开了如上计算的任何两个R值表示的任何数值范围。实施例1
在实验室混合器中制备混凝土混合物，而不加入任何化学混合物。通过除去样品和将它们放置在坍落度筒中，根据ASTM C143-05测量坍塌度。当完成该试验时，将第一混合物丢弃。随后立即，在相同的实验室混合器中制备具有相同的混凝土混合设计的另一个混凝土混合物，但是这次使用化学混合物(聚羧酸盐减水剂)，并且使用相同的标准筒试验再次测量坍塌度。当完成该试验时，将混合物丢弃。在实验室混合器中还制备相同的混凝土混合设计和等同的混合因素(例如，温度、水泥的类型、空气和水的量、水/水泥比率等)的多个其它连续的混凝土混合物，但是每一个仅聚羧酸盐聚合物减水剂的剂量变化。除了减水剂的混合物剂量以外，所有其它变量保持恒定。在坍落度筒试验之后，将每个连续的混合物丢弃。以上混凝土混 合物的数据作为示于图1的绘制线说明。重复以上过程，但是对于每次重复，混合因素中的一个变化，而所有其它混合因素保持恒定。变化的混合因素包括:材料的温度、水泥的量和类型、细集料的类型、粗集料的类型、混凝土中空气的量、水的量和水与水泥比率。具有不同混合因素的这些混凝土混合物的数据也作为示于图1的各种线绘制。意外地，发明人发现，示于图1的剂量响应曲线不交叉。因此，本发明人发现可通过参考任何曲线或所有这些剂量响应曲线的平均的性能来调节混凝土混合物的坍塌度，并且该曲线或多个曲线的性能可用作实时生产操作期间的标称或参考剂量响应曲线。图2为图1的简化版本，显示“最小”、“最大”和平均剂量响应曲线。示于图2的平均剂量响应曲线可用作实时生产操作期间的标称剂量响应曲线。实施例2
使用以商品名VERIFI市售可得的由Ohio的RS Solutions LLC提供的具有自动化监测和投配系统的混凝土混合卡车，在工地试验本发明的示例性方法。基于液压和混合鼓速度，该监测系统可测量坍塌度。该系统还可从安装在挡泥板上的小化学储槽将液体形式的化学混合物注入混合鼓。(也参考在背景部分中的描述的Sostaric等人的美国专利公开2009/0037026)。在数月期间，在混凝土混合卡车中制备多种混凝土混合物。在该试验之前，得到标称剂量响应分布图，它与以上在实施例1中描述的过程类似，并且将它用作参考或“标称”参考剂量(“NDR”)分布图。
对于不同的混凝土混合物递送操作，使用本发明的示例性方法进行多个试验，其中对于在混合鼓中制备的每个连续的混凝土混合样品，通过自动化监测和投配系统的计算机处理单元使用NDR。在接下来的几周时间内，在鼓中生产的混合物经历关于温度、原料、混合物比例(例如，水/水泥比率、水/集料比率、细/粗集料比率等)而言的天然变化。根据前述概述部分中描述的本发明的方法投配减水混合物(基于聚羧酸)的量。如图3所示，使用该方法导致在混凝土混合物中坍塌度变化非常接近于当标称剂量响应(NDR)曲线用作参考时的预期变化。参见在上述概述部分中的方法步骤(a)至(f)。当首先施用NDR曲线时，坍塌度变化随后用于产生换算系数(SF)，该换算系数随后用在下一次混合物添加。图3说明实际测量的坍塌度变化值(用点显示)紧密匹配理论坍塌度变化值。在前述说明书中已描述了本发明的原理、优选实施方案和操作模式。然而，本文旨在保护的本发明不应看作是局限于所公开的具体的形式，因为这些看作是说明性的而不是限制性的。在不偏离本发明的精神的情况下，专业技术人员可进行变化和改变。
权利要求
1.一种在混合器中控制能水合的水泥质组合物的流变学的方法，其中测量操作含有所述水泥质组合物的所述混合器所需的能量并且与标称流变学值关联，其中将流变学改性剂或流变学改性剂组合加入到水泥质组合物中，以修改其流变学，其中改进包括: (a)向计算机处理器单元(“CPU”)输入目标流变学值(“TRV”)和含有或预期含有具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的能水合的水泥质组合物的载荷大小；和 (b)得到在混合器内所含的能水合的水泥质组合物的当前的流变学值(“CRV”)； (c)通过使用CPU，比较在步骤(b)中得到的当前的流变学值与在CPU可存取存储器中储存的标称剂量响应(“NDR”)分布图，并且其中所述NDR基于至少一个数据集，其中具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的各种剂量和它们对流变学值(例如坍塌度、塌落流动度或屈服应力)的关联效果可检索地储存，并且测定将所得到的CRV变为在步骤“(a) ”中指定的TRV所需的所述具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的标称剂量； (d)在混合器中投配能水合的水泥质组合物，其中选择或预先选择所述具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的百分比为5%-99%，基于将所述得到的CRV变为在步骤(a)中指定的所述TRV所需的在步骤(c)中测定的标称剂量； (e)在加入在步骤(d)中选择或预先选择的具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的标称剂量的百分比并且与所述能水合的水泥质组合物均匀混合之后，得到能水合的水泥质组合物的随后的CRV;比较在步骤(d)中选择或预先选择的剂量与根据NDR分布图从步骤(b)到步骤( e)相同的流变学值变化所需的剂量，并且测定换算系数(“SF”)，通过该换算系数调节得自NDR分布图的剂量，其中SF定义为得自步骤(d)的实际剂量除以实现NDR分布图指示的相同流变学值变化的标称剂量；和 (f)在所述能水合的水泥质组合物中混合具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合，其量按SF乘以得自NDR分布图的剂量来计算，该剂量指示将在步骤(e)中测得的当前的CRV转化为在步骤(a)中指定的TRV。
2.权利要求1的方法，其中每当CRV小于或大于TRV预定的量时，重复步骤(e)和(f)。
3.权利要求1的方法，其中在步骤(c)中描述的所述NDR分布图源自具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的至少两组剂量响应曲线的平均。
4.权利要求1的方法，其中在步骤(c)中描述的所述NDR分布图源自具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的多个剂量响应曲线的平均。
5.权利要求4的方法，其中，在所述NDR分布图中，至少两个剂量响应曲线含有至少一个选自以下的非均质参数:混凝土混合设计、混凝土混合成分来源、温度、水合程度、水/水泥比率和集料量。
6.权利要求5的方法，其中，在所述NDR分布图中，至少两个剂量响应曲线含有至少两个选自以下的非均质参数:混凝土混合设计、混凝土混合成分来源、温度、水合程度、水/水泥比率和集料量。
7.权利要求4的方法，其中所述具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合包含水、至少一种水泥分散剂或它们的混合物。
8.权利要求7的方法，其中所述至少一种流变学改性剂为水泥分散剂。
9.权利要求8的方法，其中所述水泥分散剂为木素磺酸盐、萘磺酸盐、三聚氰胺磺酸盐、聚羧酸盐或它们的混合物。
10.权利要求8的方法，其中所述水泥分散剂为聚羧酸盐聚合物。
11.权利要求1的方法，其中所述混合器为在预拌递送交通工具上安装的可旋转的混合鼓。
12.权利要求1的方法，其中所述流变学值为与标准12英寸坍落度筒的坍塌度关联的坍塌度。
13.权利要求1的方法，其中所述流变学值为塌落流动度。
14.权利要求1的方法，其中所述流变学值为屈服应力。
15.权利要求1的方法，其中所述流变学值为触变性。
16.权利要求1的方法，其中所述流变学值为塑性粘度。
17.权利要求1的方法，其中所述流变学值为流动试验台铺展。
18.权利要求1的方法，其中将由在混凝土混合物递送操作期间给予的剂量实现的流变学值变化结合到所述标称剂量响应(NDR)曲线或换算系数中，由此修改所述NDR曲线或换算系数(SF);和基于所述修改的NDR曲线或所述修改的SF实现在相同的或随后的混凝土混合物递送操作中随后的流变学值变化。
全文摘要
本发明涉及一种调节混凝土流变学的方法，所述方法仅需要开始时选择载荷大小和目标流变学值，而不是需要输入和查阅参数查询表，例如水和水合水平、混合组分、温度、湿度、集料组分等。基于参考标称剂量响应(“NDR”)曲线或分布图计算的标称剂量的百分比，计算具体的流变学改性剂或流变学改性剂组合的剂量。NDR分布图基于流变学值(例如，坍塌度、塌落流动度、屈服应力)和流变学值变化1个单位(例如，坍塌度从2英寸变为3英寸)所需的流变学改性剂剂量之间的相关性，使得基于NDR和系统测得的偏差，示例性方法可采用矫正的投配。
文档编号G01N33/38GK103180710SQ201180040834
公开日2013年6月26日 申请日期2011年5月10日 优先权日2010年6月23日
发明者E.克勒, M.F.罗伯茨, R.J.库利, S.费尔迪诺 申请人:威瑞飞有限责任公司