专利名称：确定搅拌容器中混凝土体积的热分析方法
技术领域：
本发明涉及一种从外部测量混凝土搅拌鼓中混凝土液面的方法。具体说，本发明涉及确定搅拌容器中混凝土体积的热分析方法。
近年来，过多的外来混凝土添加剂已在混凝土工业中泛烂开来。这些添加剂包括混凝土加气剂、脱气剂、促凝剂、碱性反应性减弱剂、超塑性增塑剂、泵送助剂、减水掺和剂、腐蚀抑制剂、减渗剂以及纤维，还可以举出一些。当使用这些添加剂时，了解该添加剂所要加入的混凝土的体积是重要的，并且常常是关键性的。这在加入凝结缓凝剂或延迟凝固掺和剂时尤其是关键性的。
在典型的混凝土使用中，混凝土搅拌卡车返回混凝土搅拌场时，在鼓中还带有一些湿的混凝土。过去，这些混凝土是直接冲洗到填筑地并扔掉。遗憾的是，这不是一种有利于环境的好作法。这类废物对地下水有有害影响。因此，混凝土卖主喜欢回收他们的尚未被使用的水泥，在第二天再用。遗憾的是，开始时机械回收系统需要大量的基本投资，且需要大量的养护工作，以保持它们运转。结果，市场上出现了许多用作凝结缓凝剂的产品。这些产品包括一些木素磺化盐、羟基化羧酸、木质素、四硼酸钠、葡糖酸、酒石酸以及其它有机酸及它们的相应的盐，还有某些碳水化合物。遗憾的是，这些材料要求使用者要相当准确地知道在上述卡车里还剩有多少混凝土。如果向混凝土中加的凝结缓凝剂太少，混凝土在一夜间就将凝固，并且将被凿下来。如果加的凝结缓凝剂太多，最后所得到的混凝土就不可能正常地凝固。不幸的是，提供一种确定一混凝土卡车中混凝土体积的简单的方法已被证明是越来越困难。
目前，确定上述卡车中混凝土的体积的唯一精确的方法是称量上述空卡车重量，并且称量一从工地返回时该卡车的重量。然后，将重量分析测定值，利用一种简单的密度转换因子转化为化为体积。遗憾的是许多小混凝土出售者不具备这种能力，加之其它的因素，例如汽油用量以及冲洗容器中的水含量，都能无意中影响上述重量的变化。
一些人曾建议对不同的混凝土体积时的液面，拍摄上述搅拌长车内部的照片，并利用这些照片来确定所述体积。已证明这种方法是不可靠的。
因此，本发明的一个目的就是提供一种简单的、精确的、确定混凝土搅拌器中的混凝土的体积的方法。
本发明涉及一种确定混凝土搅拌器中混凝土的液面的方法，该方法包括这样一些步骤，即使混凝土搅拌鼓的外壁同一条彩色热敏材料接触，并观察由于混凝土与其上方的空气之间的温差所产生的在该彩色热敏材料上的分界面。然后可以将这一液面与一体积刻度指示器水平对齐，以得出上述卡车中混凝土的体积。
图1是一个水泥搅拌卡车的侧视图，该卡车带有一条彩色热敏材料，该条利用磁性粘附在搅拌鼓的侧面。
申请人业已发现，通过测量金属搅拌鼓外侧接触混凝土的金属部分与接触空气的金属部分之间的温度差，来确定混凝土搅拌器的搅拌鼓中的混凝土的体积是可能的。该体积是通过将一热分析条，最好是背面带磁性的，放在该搅拌鼓外侧的办法来确定的。该热分析条检测出在该钢鼓中混凝土液面出现、并使颜色发生变化的温度差。然后，将颜色变化部位与上述鼓附近的校正标记相比较以确定体积。应该指出，在确定过程中，所述鼓一定不能搅拌，即不能旋转。
如这里所使用的那样，名词“彩色热敏材料”指的是液晶成分。在英国专利1，138，590、美国专利3，440，882、3，617，374和3，533，399中说明了将这些材料用于热分析目的，所有以上这些专利，在这里都被引用作为参考。对于本发明的目的来说，重要的是彩色热敏材料提供了复盖本领域所使用的空气和混凝土的整个温度范围的、不同彩色分界面。这一范围被认为是从约30°F至120°F。比较可取的一些条是由Hallcrest Mfg.，Glenview，IL.制造的热分析膜。当空气温度与混凝土温度之间的差大于10°F时，上述条在30秒内，在所述混凝土液面上产生不同的颜色变化。在变色区(通常在混凝土液面之上)产生深兰色，而在较热区(通常是在混凝土液面之下)产生浅灰色。对于本发明来说，彩色热敏材料的特定类型并不是关键性的，条假若它可以产生一种可观察的、与混凝土和空气之间的温差伴随在一起的分界面的话，所述温差约小于10°F，较好为小于5°F，最好是小于1°F。
彩色热敏材料条可以永久性粘在搅拌鼓的外侧。然而，目前这些材料有些是外来的，因而比较贵。因此，在申请人的最佳实施例中，上述条应比较短并可重复使用。本发明的可重复使用特色，如美国专利4，358，955中所述的那样(该专利内容作为参考在这里被引用)，可以利用所述条上的磁性背衬来实现，或者是利用非永久性粘合剂，例如利用压敏粘合剂来实现，这种粘合剂使得该条可以从上述混凝土搅拌容器上取下来，并且可以重新粘贴在该混凝土搅拌容器上。磁性方法为最好，因为申请人认为非永久性粘合剂会迅速地被灰尘和污垢异脏，这通常出现在施工现场。上述条合适的尺寸是，宽大约为1至3英寸，长大约为12至36英寸。
申请人还发现，特别有用的是带有定位在搅拌鼓旁边的被刻度的流体液面指示器，这里所述刻度对应于搅拌鼓内的流体液面。这指示器可以永久性地安装在混凝土搅拌卡车的外面，或者是象一根测试棒那样简单，这测试棒在上述鼓附近，连同上述卡车上的基准点一起使用。
如前所述，本发明特别适合于与混凝土凝结缓凝剂一起使用。两种流行的商业化产品是商标为RECOVER 的凝结缓凝剂(由W.R.Grace & Co.-Conn.，Cambridge，MA，提供)和商标为DELVO 的凝结缓凝剂(由Master Builders Division of Sandoz Ltd.，Basel，Switzerland.出售)。DELVO 是一种膦酸型凝结缓凝剂，有关说明见美国专利4，964，917，这专利1990年10月23日颁布授与Bobrowski等人，有关内容在这里加以引用作为参考。
较为可取的缓凝剂是膦酸衍生物，更可取的是那些含有羟基和氨基的膦酸衍生物，这些物质能起钙螯合剂作用。
其它一些适合的缓凝剂包括一些羟基羧酸及它们的盐，这其中包括柠檬酸、葡糖酸、酒石酸、富马酸、衣康酸、丙二酸、葡庚糖酸;所述缓凝剂还包括一些聚羧酸及它们的盐，例如聚马来酸、聚富马酸、聚丙烯酸和聚异丁酸，最好是低分子量的;所述缓凝剂还包括抗氧化剂，例如抗坏血酸、异抗坏血酸(isoascorbic acid);所述缓凝剂还包括聚合物，例如磺酸-丙烯酸的共聚物，聚羟基硅烷(polyhydroxysilanes)和聚丙烯酰胺，最好是低分子量的;所述缓凝剂还包括一些碳水化合物，例如蔗糖和玉米糖浆;而且，所述缓和剂还包括一些木素磺酸物(lignosulphones)，例如木质磺酸钙。当然，在这些物质中，比较可取的是那些羟基羧酸、那些聚羧酸、抗坏血酸、异抗坏血酸、那些碳水化合物和那些聚羟基硅烷。
更可取的缓凝剂是至少一种膦酸型的缓凝剂与至少一种不同类型的缓凝剂组成的混合物。因为一些非膦酸缓凝剂当中的许多种，例如柠檬酸，也具有减少水的性能，所以这些还可能具有增加最终凝固的混凝土的抗压强度的效果。
缓凝剂的有效量随温度、水含量、所要求的缓凝时间，所涉及的具体材料(掺和剂、水泥类型和牌号)以及缓凝剂的类型而变化。由于材料和操作条件因场地不同而变，所以需要进行预先试验，以选择实际的配料比例。这种确定是属于本领域人员的普通技术。这种配料的分布图一旦制成，它就可以进行复制而无需进行预先试验，假若知道添加剂的体积的话。
在使用缓凝剂后，使用一种促凝剂，或水合加速剂。一般要使该混凝土恢复成为可凝固的混合物。对于缓凝时间很短的情况，通常不需要促凝剂。
可用于本发明以使被缓凝的混凝土复原的、较为可取的促凝剂是被列入ASTMC494 Type C型掺和剂的那些物质。较为可取的促凝剂成分是不含氯化物的，并可能含有例如钙盐，例如硝酸钙和甲酸钙;一些硫氰酸盐，例如硫氰酸钠;三乙醇胺和一些甘脲，例如三甲基甘脲(trimethyloglycoluril)。一种较为可取的这种类型的促凝剂是由Master Builders Inc.，Cleveland，Ohio以POZZOLITH 555A商标出售的促凝剂。最为可取的促凝剂是由W.R.Grace&Co.-Conn.，Cambridge，MA以DARACCEL和DARASET商标出售的促凝剂。
从理论上讲，搅拌鼓中的混凝土与其上的空气可能处于几乎相同的温度下。在这样一些情况下，仍然可以通过用一种挥发性液体，例如水、异丙酸或它们的混合物，喷涂搅拌鼓的外壳来利用本发明。当这挥发性液体蒸发时，蒸发速率受到与上述搅拌鼓一起的混凝土的热量的影响。这对应于液面线上下蒸发冷却的差别，因此增大了热分析的效果。
参看图1，这里示出了一个水泥搅拌器1，其上带有粘贴在搅拌鼓3外侧的彩色热分析条2。混凝土和其上方的空气的热性能，使得在条4、5上产生了不同的色彩效果。在卡车中混凝土液面，是两种颜色之间的分界面6。
如这里所使用的那样，“混凝土搅拌器”这个词指的是任意一种常规批料的、半批料的或连续的混凝土搅拌器，这种搅拌器充分地搅拌水泥和填料，以便得到均匀的质量并用水泥浆涂敷所有颗料。比较可取的混凝土搅拌器是那些旋转搅拌器，这些旋转搅拌器由一旋转鼓或绕其对角线轴旋转的方形箱子组成，通常装有一些偏转板和浆叶，以改进搅拌效果。最为可取的是不透明的搅拌器，即金属搅拌鼓。
尽管已说明并显示了，对在一个特定类型的容器内，使用本发明的某些具体的实施例，显然，按本发明的更广的范围，可以做出各种改进并提出其它一些实施例。例如，可以使用不同尺寸的条，以及可以使用不同的热分析材料。因此，人们要明白的是本发明不限于所给出的这些具体的方案，而对于本发明的最广的范围，它包括出自本发明范围内的全部等效实施例和改进。
例1确定一个搅拌容器中的混凝土的体积的方法一个工业用的混凝土搅拌卡车，由施工现场返回混凝土场时，在搅拌鼓内还带有剩余的混凝土。将该卡车停下来，并使搅拌鼓停止旋转。该卡车司机得到彩色热敏材料条。这种材料2英寸宽，18英寸长，具有10密耳厚的磁性条状背衬，一密耳厚的热分析膜，并且是由the Hallcrest Mfg.Co.，Glenview，IL制造的。使该条与金属搅拌鼓的外表面接触(彩色热敏材料一侧朝外)。使这条平衡大约30秒钟，若混凝土与其上方空气之间的温度差是大于10°F的话，该条在混凝土液面以上将变为浅灰色，而在混凝土液面以下将变为深兰色。所述浅灰区和深兰区接触处的分界面就是上述卡车中混凝土的液面。
当混凝土温度与其上方的空气温度之间的温差小于10°F时，将雾状冷水加到上述条及搅拌鼓周围区域上。大约30秒钟后，以上所述的颜色变化将演变，并形成混凝土液面线。
例2回收未被使用的混凝土的方法例1的混凝土液面线可以用来计算上述卡车中混凝土的体积。首先，将一个已定标为搅拌鼓体积的垂直流体液面指示器设置在靠搅拌鼓上加有彩色热敏材料的区域附近。其次，操作者沿水平方向使混凝土液面线与刻度对齐，并直接从所述垂直流体液面指示器上读出混凝土的体积。接下去，该操作者对于一选定的缓凝剂，利用配料计算图或配料比例分布图。当所述缓凝剂是由W.R.Grace&Co.-Conn.，Cambridge，MA.制造的RECOVER
牌凝结缓凝剂时，上述配料比例的分布将是从3到150流体盎司/英坦，这取决于所涉及的具体材料、操作条件和所要求的稳定作用。一旦计算出凝结缓凝剂的量，就把它配料进上述混凝土中，充分加以搅拌，于是，就使该混凝土能在不使用时的情况下，保存所要求的缓解期。
在所要求的缓解期结束时，将一有效量的水合加速剂，加入到上述搅拌鼓中被缓凝的混凝土里，以使它恢复为可凝固态。当加入的是由W.R.Grace&Co.-Conn.，Cambridge，MA.制造的DARACCEL或DARASET牌的促凝剂时，所需要的配料比的分布范围将是从0到100流体盎司/英坦，这取决于稳定期以及搅拌鼓中新鲜混凝土与被稳定的混凝土之比。一般来说，未使用过的混凝土可以被缓凝保持新鲜状态达72小时。
权利要求
1.一种用于确定混凝土搅拌器中的混凝土液面的方法，包括以下步骤(1)使所述混凝土搅拌器的搅拌鼓外侧同一彩色热敏材料条相接触，(2)观察由所述混凝土和其上方的空气之间的温度差所产生的所述彩色敏感材料上的分界面。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料在每次使用后还原为它原来的颜色。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述搅拌容器是不透明的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的搅拌容器是金属的。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料由于混凝土与其上方的空气之间的小于10°F的温度差，产生了一种可观察的分界面。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料由于混凝土与其上方的空气之间的小于5°F的温度差，产生了一种可观察的分界面。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料条进一步包括-磁性背衬，该磁性背衬使得所述条可以反复地固定在金属混凝土搅拌容器上、从该金属混凝土搅拌容器上取下来、并再次固定到这金属混凝土搅拌容器上。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料条包括一粘合剂背衬，该粘合剂背衬使得所述条可以固定到任意的混凝土搅拌容器上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述粘合剂是一种非永久性粘合剂，该粘合剂使得上述条可以从上述混凝土搅拌容器上取下来、并再固定到该混凝土搅拌容器上。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述混凝土搅拌器包括一个搅拌鼓和一个垂直流体液面指示器，在这里，这垂直指示器上刻有刻度，用以表示对给定的水平液面、搅拌鼓中材料的体积，并且将所述液面指示器定位在上述彩色热敏材料条的旁边。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于该方法还进一步包括确定所述卡车中混凝土体积的步骤，这是通过沿水平方向将步骤(b)的分界面与上述垂直流体液面指示器上的体积刻度对齐进行的。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述搅拌鼓在步骤(a)之前用一种挥发性液体喷涂，在这里，混凝土液面上下的液体蒸发速率将所述温差增大。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述挥发性液体选自以下这组物质，这组物质包括水、异丙醇或者它们的混合物。
14.一种重新利用混凝土的方法，该方法包括以下步骤(1)通过测量搅拌鼓外侧混凝土液面上下的温差，以及利用所述混凝土液面计算所述鼓内的混凝土体积，来确定一个混凝土搅拌器中混凝土液面;(2)通过加入有效量的缓凝剂，使所述混凝土的水合延缓。
15.根据专利要求14所述的方法，其特征在于该方法还进一步包括以下附加步骤(3)在所要求的缓凝期结束时，将有效量的水合加速剂加入到上述混凝土搅拌鼓中被缓凝的混凝土里，以便使该混凝土复原为可凝固状态。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于步骤(1)中的混凝土液面是通过以下步骤来确定，这些步骤包括(a)使所述混凝土搅拌器的鼓的外部与一条彩色热敏材料相接触;(b)观察由所述混凝土及其上方空气之间的温度差在上述彩色热敏材料条上产生的分界面。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料在每次使用后都恢复它原来的颜色。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述搅拌容器是不透明的。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述搅拌容器是金属的。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料由于上述混凝土和其上方的空气之间小于10°F的温差，而产生一种可观察的分界面。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料由于上述混凝土和其上方的空气之间小于5°F的温度差而产生一种可观察的分界面。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于所述彩色热敏材料条进一步包括一磁性背衬，该磁性背衬可以使得所述条能反复地固定在金属混凝土搅拌器容器上，从该金属混凝土搅拌器上取下来、并能重新固定在这金属混凝土搅拌器容器上。
23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于所述热敏材料条具有可使该条被固定在任意的混凝土搅拌器容器上的粘合剂背衬。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于所述粘合剂是非永久性粘合剂，该粘合剂使得上述条可以从上述混凝土搅拌器容器上取下来并能重新固定在该混凝土搅拌器容器上。
25.根据权利要求20所述的方法，其特征在于所述混凝土搅拌器包括一搅拌鼓和一垂直流体液面指示器，在这里，这垂直指示器刻有刻度，以便反映对给定的水平液面、在搅拌鼓中材料的体积，并且在这里该液面指示器被固定在所述彩色热敏材料条的旁边。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于该方法还进一步包括确定上述卡车中混凝土体积的步骤，这是通过沿水平方向将步骤(b)中的分界面与该垂直流体液面指示器对齐来进行的。
27.根据权利要求25所述的方法，其特征在于所述搅拌鼓在步骤(a)之前用挥发性液体喷涂，在这里，所述混凝土液面上下的液体挥发速率将所述温差增大。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于所述挥发性液体是造自以下这组物质，这组物质包括水、异丙醇和它们的混合物。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定混凝土搅拌器中混凝土液面的方法，方法包括以下步骤使混凝土搅拌鼓的外部与一彩色热敏材料条相接触，并观察由混凝土和它上方的空气之间的温差在该彩色热敏材料上所产生的分界面。然后，将这一液面沿水平方向与一被刻了度的体积指示器对齐，以便得出卡车中混凝土的体积。
文档编号G01F23/00GK1066327SQ9210294
公开日1992年11月18日 申请日期1992年3月24日 优先权日1992年3月24日
发明者J·O·迪马斯 申请人:格雷斯公司