用于將添加劑添加至水泥狀組合物的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于將添加劑添加至水泥狀組合物優(yōu)選的為混凝土混合物的方法。所述方法包括形成一液體流（A），優(yōu)選的為水流；提供一添加劑（9）至該系統(tǒng)；通過將添加劑以與所述液體流流向橫切和/或逆流方向進(jìn)料至該液體流（A）的方式，定量進(jìn)料所述添加劑（9）至所述液體流（A），以這樣的方式形成包含所述添加劑和納米纖維素的混合物；將所述形成的混合物作為添加劑添加至水泥狀組合物。此外，本發(fā)明涉及一種水泥狀組合物以及一種用于將添加劑添加至水泥狀組合物的設(shè)備。
【專利說明】用于將添加劑添加至水泥狀組合物的方法和設(shè)備
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于將添加劑添加至水泥狀組合物的方法和設(shè)備。更具體的，本發(fā)明涉及用于將納米纖維素(nanocellulose)添加至水泥狀組合物的方法。此外，本發(fā)明涉及通過所述方法制備的產(chǎn)品。
_2] 發(fā)明背景
[0003]混凝土是一種由水泥、砂、石和水的混合物制成的建筑材料。混凝土在與水混合和澆筑后，會(huì)通過稱為水合作用的化學(xué)過程固化和硬化。水與水泥反應(yīng)，水泥將其它成分粘合在一起，最終形成石材狀材料?；炷劣脕斫ㄔ炻访?、建筑結(jié)構(gòu)、地基、汽車道/道路、橋梁/立交橋、停車場(chǎng)設(shè)施、磚塊/石塊墻以及門、圍欄和電線桿的底板。
[0004]在混凝土技術(shù)中，一重要和有趣的領(lǐng)域是自密實(shí)混凝土(SCC)，它可依靠重力自動(dòng)鋪展和固結(jié)。因此，不需要外部振動(dòng)或另外壓實(shí)。硬化后的混凝土在結(jié)構(gòu)上與正常的混凝土功能類似。自密實(shí)混凝土可用于制備非常高質(zhì)量的混凝土。因?yàn)椴恍枰獕簩?shí)工作，建造過程中的噪音水平明顯下降，而且消除了一工作階段。在自密實(shí)混凝土中，可能會(huì)發(fā)生離析，可以是水或骨料的離析。原材料組合物或含水量的變化甚至可以在很大程度上改變所述自密實(shí)混凝土的行為。缺少穩(wěn)定性限制了所述自密實(shí)混凝土在某些應(yīng)用的使用。
[0005]注射砂漿用于與注射技術(shù)一起使用。這些材料所要求的性質(zhì)包括:例如，必要的流動(dòng)性和水的低離析。添加劑可用于改變混凝土的性質(zhì)。
[0006]發(fā)明概沭
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種用于將添加劑具體為納米纖維素添加至水泥狀組合物的新方法和設(shè)備。將納米纖維素均勻的添加至各種混合物是非常具有挑戰(zhàn)性的。由于水泥混合物例如混凝土的性質(zhì)且具體為其快速干燥的性質(zhì)，制造過程可只需非常短的時(shí)間，通常只有幾分鐘。對(duì)于添加劑的均勻混合來說，這產(chǎn)生了額外的挑戰(zhàn)。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施方式，所述方法包括:
[0009]-形成液體流，
[0010]-提供添加劑至該系統(tǒng)，
[0011]-進(jìn)料通過將添加劑以與所述液體流流向基本橫切的方向進(jìn)料至該液體流的方式，定量進(jìn)料所述添加劑至所述液體流，以這樣的方式形成包含液體和所述添加劑的混合物，以及
[0012]-將所述形成的混合物作為添加劑添加至水泥狀組合物。
[0013]優(yōu)選的，多虧了所述進(jìn)料方法，所述添加劑在所述液體流的基本上整個(gè)橫截面區(qū)域混合。
[0014]根據(jù)另一實(shí)施方式，所述方法包含:
[0015]-形成液體流，
[0016]-將添加劑進(jìn)料至該系統(tǒng)，
[0017]-通過將添加劑以與所述液體流流向基本逆流的方向進(jìn)料至該液體流的方式，定量進(jìn)料所述添加劑至所述液體流進(jìn)料，以這樣的方式形成包含添加劑和液體的混合物，以及
[0018]-將所述形成的混合物作為添加劑添加至水泥狀組合物。
[0019]優(yōu)選的，多虧了所述進(jìn)料方法，所述添加劑在所述液體流的基本上整個(gè)橫截面區(qū)域混合。
[0020]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，所述添加劑包括納米纖維素，所述納米纖維素的固體含量，例如，當(dāng)提供給所述液體流時(shí)可為約2%。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)提供給所述液體流時(shí)，所述納米纖維素的固體含量可為0.5至5%，優(yōu)選的為I至3%。
[0021]一獨(dú)立的注射流體可用于輔助添加所述添加劑，優(yōu)選的為納米纖維素。因此，根據(jù)一實(shí)施例，可以以這樣的方式強(qiáng)化所述添加劑至液體流的混合:用于添加所述添加劑的裝置，例如添加納米纖維素的裝置不僅包括進(jìn)料槽而且還包括獨(dú)立的注射流體進(jìn)料槽，用于通過注射流體提供所述添加劑至流動(dòng)槽。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，所述注射流體進(jìn)料槽由一側(cè)流槽組成，所述側(cè)流槽連接至流動(dòng)槽，并用于從流動(dòng)槽吸收流體并通過噴嘴將該流體傳送回所述流動(dòng)槽。
[0022]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，多虧了橫切的添加所述添加劑，例如納米纖維素的注射，所述添加劑例如納米纖維素進(jìn)入所述液體流的均相混合發(fā)生于一強(qiáng)化混合區(qū)，該強(qiáng)化混合區(qū)沿著液體流的流動(dòng)方向位于或緊隨所述定量進(jìn)料點(diǎn)。如果被添加的所述納米纖維素混合物的進(jìn)料速率高于所述液體的流速，該混合變得特別有效。替代或除了橫切添加所述添加劑以夕卜，例如，所述添加劑可逆流地提供至所述液體流。另外，在這種情況下，所述添加劑例如納米纖維素進(jìn)入所述液體流的均相混合發(fā)生于一強(qiáng)化混合區(qū)，該強(qiáng)化混合區(qū)沿著液體流的流動(dòng)方向位于或緊隨所述定量進(jìn)料點(diǎn)。即將被進(jìn)料的添加劑的進(jìn)料速率在這種情況下也優(yōu)選的高于所述液體的流動(dòng)速率。
[0023]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)納米纖維素用作添加劑時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的方法均勻混合至獨(dú)立液體流的所述納米纖維素以這樣的方式進(jìn)一步向前混合至混凝土混合物和/或水泥:用于制備該材料的水的至少一部分被所述納米纖維素/液體混合物所置換。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述納米纖維素/水溶液組成水的總含量的至少60%或至少70%，更優(yōu)選的至少80%或至少90%，以及最優(yōu)選的至少95%或至少98%，該水用于制備水泥狀組合物，例如混凝土混合物和/或水泥。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述納米纖維素/水溶液是唯一的或基本上唯一的水，該水用于制備水泥狀組合物，例如混凝土混合物和/或水泥。當(dāng)采用除了納米纖維素的以外的其他添加劑時(shí)，也可按相應(yīng)的方式作用。
[0024]用于將添加劑添加至水泥狀組合物的設(shè)備，在一優(yōu)選實(shí)施方式中，主要特征在于它包括:
[0025]-一液體流動(dòng)槽，
[0026]-裝置，所述裝置用于提供添加劑至所述液體流動(dòng)槽，
[0027]-定量進(jìn)料點(diǎn),所述定量進(jìn)料點(diǎn)在所述流動(dòng)槽中,包括一個(gè)或多個(gè)開口進(jìn)入所述流動(dòng)槽的進(jìn)料裝置，該進(jìn)料裝置方向基本橫切于所述液體流的流向，并且用于以這樣的方式進(jìn)料所述添加劑:添加劑在定量進(jìn)料點(diǎn)混合優(yōu)選的在所述流的整個(gè)橫截面區(qū)域混合，從而形成包含添加劑和液體的混合物，以及
[0028]-用于將所述混合物混合至水泥狀組合物的混合裝置。
[0029]因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括在流動(dòng)槽中的一定量進(jìn)料點(diǎn)，包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)料裝置，例如噴嘴，該進(jìn)料裝置開口進(jìn)入流動(dòng)槽以及方向基本橫切于所述液體流的流向，并以這樣的方式用于添加，優(yōu)選的注射，所述添加劑:所述添加劑優(yōu)選的在定量進(jìn)料點(diǎn)的流基本上整個(gè)橫截面區(qū)域混合。
[0030]沿著液體流動(dòng)槽，所述設(shè)備可包括連續(xù)的多個(gè)上述類型的定量進(jìn)料點(diǎn)，優(yōu)選的包括添加裝置，該添加裝置連接至定量進(jìn)料容器并用于將所述添加劑進(jìn)料和混合進(jìn)入流動(dòng)槽內(nèi)的所述液體流中。
[0031 ] 通過本發(fā)明的方法，很小數(shù)量的添加劑，優(yōu)選的為納米纖維素，可均勻的添加至水泥狀組合物，例如混凝土混合物和/或水泥。在一實(shí)施例中，納米纖維素以這樣的方式用作添加劑:所述納米纖維素的含量為成品混凝土混合物和/或水泥的0.002至2重量百分?jǐn)?shù)(wt-%),更優(yōu)選的不大于0.2wt-%和最優(yōu)選的不大于0.05wt-%。
[0032]通過添加劑，具體為納米纖維素，可以充分的改進(jìn)，例如即將制備的混凝土的性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備使得可以制備具有統(tǒng)一質(zhì)量的產(chǎn)品。如果在定量進(jìn)料點(diǎn)使用了多種進(jìn)料裝置，在槽的不同側(cè)，例如互相相對(duì)的兩進(jìn)料裝置，也可在定量進(jìn)料點(diǎn)強(qiáng)化所述添加劑的混合。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法其主要特征在于權(quán)利要求1和15所呈現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的方法其主要特征在于權(quán)利要求10特征部分所呈現(xiàn)的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中:
[0035]圖1以簡(jiǎn)圖方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法，
[0036]圖2更詳細(xì)的顯示了納米纖維素定量進(jìn)料和混合點(diǎn)，以及
[0037]圖3至12列舉了測(cè)試運(yùn)行的結(jié)果。
[0038]發(fā)明詳沭
[0039]除非另有說明，本說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語具有建筑業(yè)以及制漿和造紙工業(yè)中常用的含義。具體地，下列術(shù)語的含義說明如下。
[0040]在本發(fā)明中，通過一新穎方法制備了一水泥狀組合物，在該方法中一添加劑被添加至水泥狀組合物。該術(shù)語“水泥狀組合物”指由水泥狀膠粘劑和至少水組成的材料。這樣的材料包括，例如，混凝土，建筑砂漿，和接縫砂漿。通常，例如混凝土由水泥、水、骨料組成，在很多情況下還包括添加劑。
[0041]在混凝土的制備中，通常會(huì)添加骨料，一般為粗骨料和細(xì)骨料，以及化學(xué)添加劑。該術(shù)語“骨料”表示適合在混凝土中使用的顆粒材料。骨料可以是天然來源的材料、合成材料，或者之前已在在建筑使用過的回收的材料。用于混凝土的骨料包括粗骨料(如礫石、石灰石或花崗石)和細(xì)骨料(包括砂)。碎石料或回收的碎混凝土也可以用作骨料。在本發(fā)明中，可以使用粗骨料和/或細(xì)骨料。該術(shù)語“粗骨料”指骨料，該骨料最大尺寸大于或等于4毫米而且最小尺寸大于或等于2毫米。該術(shù)語“細(xì)骨料”指骨料，該骨料的最大尺寸小于或等于4毫米。
[0042]該術(shù)語混凝土混合物在本申請(qǐng)中指用于制備混凝土的原材料混合物。
[0043]水泥包括,但不僅僅是,普通的波特蘭水泥(Portland cements)、快速硬化或超快速硬化水泥、抗硫酸鹽水泥、改性的水泥、氧化招水泥、高氧化招水泥、招酸韓水泥和包含添加劑如飛灰、火山灰等的水泥。在本發(fā)明中，還可使用其他水泥狀的材料，例如飛灰和高爐礦洛，而不是水泥。
[0044]術(shù)語“自密實(shí)混凝土”和術(shù)語“自固結(jié)混凝土”或SCC，指高度流動(dòng)性、不離析的混凝土，該混凝土無需要任何機(jī)械振動(dòng)就能展開到位、填充模板和密封最密集的鋼筋(reinforcement)。根據(jù)本發(fā)明，正是混凝土混合物僅依靠自身重量而無需振動(dòng)就可鋪展。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，在本發(fā)明中即將制備的所述水泥狀組合物是自密實(shí)混凝土。
[0045]術(shù)語“在水泥狀組合物中的添加劑”或“在水泥/混凝土中的添加劑”指一物質(zhì)，該物質(zhì)以相對(duì)于水泥的小量添加至水泥狀組合物，例如混凝土混合過程，以改變新鮮或硬化混凝土的性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的混凝土混合物可包括所謂的水泥狀添加劑。術(shù)語“水泥狀添加劑”指任何的無機(jī)材料，包括鈣、鋁、硅、氧和/或硫的化合物，具有足夠的水相活性從而在水的存在下凝固或硬化。
[0046]本發(fā)明的液體流指任何基于液體的、最常見基于水的流，其中，液體作為載體介質(zhì)。優(yōu)選的，所述液體流為水流。
[0047]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，來此纖維素原材料的納米纖維素被用作本發(fā)明的添加劑。術(shù)語“纖維素原料”指可用于纖維素漿料、精制漿料或微原纖纖維素制備的任意纖維素原料來源。所述原料可以基于含纖維素的任意植物原料。所述原料也可以源自某些細(xì)菌發(fā)酵過程。該植物材料可以是木材。所述木材可以是軟木如云杉、松樹、歐洲冷杉、落葉松、花旗松，或加拿大鐵杉，或是硬如樺樹、白楊、楊樹、榿木、桉樹或刺槐，或者軟木和硬木的混合物。除了基于木材以外，原料可包括農(nóng)業(yè)廢料、草或其他植物材料，例如從棉花、玉米、小麥、燕麥、黑麥、大麥、稻、亞麻、大麻、馬尼拉麻、劍麻、黃麻、苧麻、洋麻、西沙爾麻落麻(bagasse)、竹或蘆葦?shù)玫降牡静?、樹葉、樹皮、種子、殼、花、蔬菜或果實(shí)。纖維素原料的來源也可以是生產(chǎn)纖維素的微生物。所述微生物可以屬于醋酸桿菌(Acetobacter)屬、土壤桿菌(Agrobacterium)屬、根瘤菌(Rhizobium)屬、假單胞菌(Pseudomonas)屬或產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes)屬,優(yōu)選醋酸桿菌屬,更優(yōu)選木質(zhì)醋酸桿菌(Acetobacter xyIinum)種或巴斯德醋酸桿菌(Acetobacter pasteurianus)種。
[0048]術(shù)語“納米纖維素”指來自纖維素原料的一組獨(dú)立的纖維素微原纖或微原纖束。該微原纖一般具有高的長(zhǎng)徑比:長(zhǎng)度可能大于一微米，但數(shù)均直徑一般小于200納米。微原纖束的直徑也可更多，但通常小于一微米。最小的微原纖類似于所謂的初級(jí)原纖，通常直徑為2至12納米。原纖或原纖束的尺寸取決于原料和制漿方法。納米纖維素還可包括半纖維素；其含量將取決于所述植物來源。從纖維素原料、纖維素紙漿或精制紙漿的納米纖維素機(jī)械制衆(zhòng)可通過合適的裝置實(shí)施，例如精煉機(jī)(refiner)、熱磨機(jī)(defibrator)、勻衆(zhòng)機(jī)、膠體攪拌機(jī)、摩擦粉碎機(jī)、超聲儀、流化床，例如微型流化床、大型流化床，或流化床類型的勻漿機(jī)?！凹{米纖維素”也可直接從某些發(fā)酵過程分離。根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)纖維素的微生物可以屬于醋酸桿菌(Acetobacter)屬、土壤桿菌(Agrobacterium)屬、根瘤菌(Rhizobium)屬、假單胞菌(Pseudomonas)屬或產(chǎn)堿桿菌(Alcaligenes)屬，優(yōu)選醋酸桿菌屬，更優(yōu)選木質(zhì)醋酸桿菌(Acetobacter xyIinum)種或巴斯德醋酸桿菌(Acetobacter pasteurianus)種。所述“納米纖維素”也可以是任意化學(xué)或物理改性的纖維素微原纖或微原纖束的衍生物。化學(xué)衍生物可以基于例如纖維素分子的羧甲基化(carboxymethylation)、輕氧基化(oxylation)、酯化或醚化反應(yīng)。也可以通過在纖維素表面上進(jìn)行陰離子、陽離子或非離子型物質(zhì)的物理吸附或它們的任意組合來實(shí)施改性。所述修飾可以在制備納米纖維素之前、之后或過程中進(jìn)行。
[0049]纖維素納米纖維素有幾個(gè)廣泛使用的同義詞，例如:微原纖纖維素、納米原纖化纖維素(NFC)、納米原纖纖維素、纖維素納米纖維、納米級(jí)原纖化纖維素、微原纖化纖維素(MFC)、或纖維素微原纖。此外，通過某些細(xì)菌產(chǎn)生的微原纖纖維素也有多種同義詞，例如細(xì)菌纖維素、微生物纖維素(MC)、生物纖維素、椰纖果(nata de coco) (NDC)或椰果(coco denata)。本發(fā)明所述的微原纖纖維素和所謂的纖維素須不是同種材料，該纖維素須也被稱為纖維素納米須、纖維素納米晶體、纖維素納米棒、棒狀纖維素微晶或纖維素納米細(xì)絲。在某些情況下，相似的術(shù)語被用于兩種材料，例如在酷卡拉皮地(Kuthcarlapati)等2008年發(fā)表于《金屬材料與工藝》第20卷第3期第307-314的論文中，所測(cè)試的材料被稱為“纖維素納米纖維”，但顯然是指纖維素納米須。通常，不像微原纖化纖維素，這些材料原纖結(jié)構(gòu)不具有無定形鏈段，從而得至更剛性的結(jié)構(gòu)。此外，纖維素須通常比微原纖化纖維素更短。
[0050]在本申請(qǐng)中，術(shù)語“基本橫切”指與所述物體的夾具為70至110°，更優(yōu)選的為80至100°，甚至更優(yōu)選的為85至95°，以及最優(yōu)選的為87至93°。例如，定量進(jìn)料添加劑至該液體流基本橫切于所述液體流的流動(dòng)方向指與所述液體流的流動(dòng)方向夾角為70至110°，更優(yōu)選的為80至100°，甚至更優(yōu)選的為85至95°，以及最優(yōu)選的為87至93°。
[0051]在本申請(qǐng)中，參考了圖1至12，其中使用了下述參考符號(hào):
[0052]A液體流
[0053]B流動(dòng)槽，例如一管道，
[0054]M 測(cè)量
[0055]I用于制備水泥狀組合物如混凝土的制備裝置，
[0056]3定量進(jìn)料和混合點(diǎn)，
[0057]3a進(jìn)料裝置，例如噴嘴，
[0058]3b注射流體進(jìn)料槽，
[0059]7a用于水泥狀組合物的原料，
[0060]7水泥狀組合物，例如混凝土混合物，
[0061]9添加劑，優(yōu)選的為納米纖維素，
[0062]9a將添加劑進(jìn)料之前用于存儲(chǔ)的容器或相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，
[0063]9b用于添加劑，優(yōu)選的為納米纖維素的進(jìn)料線路，以及
[0064]9c用于添加劑，優(yōu)選的為納米纖維素的定量進(jìn)料裝置。
[0065]圖1以簡(jiǎn)圖方式顯示根據(jù)本發(fā)明的方法，其中添加劑9，優(yōu)選的包括納米纖維素，被提供給液體流A，然后將形成的混合物A，9引導(dǎo)至制備裝置I，所述制備裝置I用于制備水泥狀混合物7，例如混凝土混合物。根據(jù)圖1的解決方案中，可以使用或不使用獨(dú)立的添加劑定量進(jìn)料裝置9c。圖2依次顯示了根據(jù)一實(shí)施方式的定量進(jìn)料和混合點(diǎn)3的更加詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。
[0066]在本發(fā)明中，通過進(jìn)料一預(yù)先決定濃稠度的添加劑至該流A，在定量進(jìn)料和混合點(diǎn)3將添加劑9定量進(jìn)料至液體流A，優(yōu)選的為水流。所述預(yù)先決定濃稠度優(yōu)選的為0.05至5%，更優(yōu)選的為0.5至2%。優(yōu)選的，將所述添加劑以基本橫切(垂直)該液體流A流動(dòng)方向的進(jìn)料至該液體流A，從而在所述流A在定量進(jìn)料點(diǎn)3處的整個(gè)橫截面區(qū)域混合添加劑9，優(yōu)選的為納米纖維素。替代或除了橫切添加所述添加劑以外，添加劑9可與該液體流A流動(dòng)方向逆流地進(jìn)料至所述液體流A。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述添加劑9通過一進(jìn)料裝置進(jìn)料，例如進(jìn)料噴嘴，在足夠的壓力下，從而所述添加劑9均勻的與流A混合。這樣，混合通常非?？焖俚陌l(fā)生，實(shí)際中通常在I秒鐘之內(nèi)。一個(gè)或多個(gè)進(jìn)料裝置3a (例如進(jìn)料噴嘴)可安裝在流動(dòng)槽B (例如管道)壁內(nèi)以傳輸流A，從而在與所述流動(dòng)槽B縱向基本橫切的方向，向著流動(dòng)槽B的內(nèi)側(cè)開口。如果有多于一個(gè)的進(jìn)料裝置3a，它們可均勻的分布在流動(dòng)槽B的圓周，例如有兩進(jìn)料裝置3a的情況下可以以這樣的方式:所述添加劑，優(yōu)選的為納米纖維素，從相對(duì)的方向進(jìn)料至所述液體流A。也可以在定量進(jìn)料點(diǎn)3處使用更多進(jìn)料裝置3a，在流動(dòng)槽B的不同面，例如兩噴嘴可優(yōu)選的在流動(dòng)槽B的不同面相互相對(duì)。這樣，可以在定量進(jìn)料點(diǎn)3處強(qiáng)化所述添加劑的混合。
[0068]多虧根據(jù)本發(fā)明的添加劑添加，例如，納米纖維素9在強(qiáng)化混合區(qū)均勻的與所述液體流A混合，該強(qiáng)化混合區(qū)沿液體流的流動(dòng)方向位于或緊隨所述定量進(jìn)料點(diǎn)3。如果即將被注射的所述添加劑的進(jìn)料速率為所述液體的流動(dòng)速率的至少3倍，以線速度表示，所述添加劑與所述液體流的混合變得特別有效。
[0069]為了增大進(jìn)料線路9b中的所述添加劑9的進(jìn)料速率至混合所需的足夠高的水平，也可使用一注射流體，該注射流體被抽吸至管道并從與所述添加劑(例如，納米纖維素分散液)相同的進(jìn)料裝置3a (例如噴嘴)進(jìn)料。因此，根據(jù)一優(yōu)選的實(shí)施例，所述注射流體進(jìn)料槽3b是一側(cè)流，該側(cè)流從即將被加工的液體流A (主流)中分離出來，并且在定量進(jìn)料點(diǎn)3與所述液體流(主流)A再次匯合。這些在圖2中列舉，該圖顯示了注射流體是怎樣優(yōu)選的通過連接一側(cè)流作為所述注射流體進(jìn)料槽3b至槽(管道B)而從液體流A得到的。
[0070]在一實(shí)施例中，可通過圖2所示的并提供于注射流體進(jìn)料槽3b (或側(cè)流槽)的輔助泵，使注射流體進(jìn)料槽3b內(nèi)的注射流體獲得足夠的進(jìn)料壓力，從而使所述注射流體可以以足夠的速率通過噴嘴3b流回流動(dòng)槽(管道)B。作為側(cè)流引導(dǎo)流經(jīng)噴嘴3a的流的體積只是主流體積的一部分。因此，根據(jù)本發(fā)明，在定量進(jìn)料所述添加劑(如納米纖維素)至混凝土混合物前，通過只使用少量側(cè)流例如少于即將加工的液體流總量的10體積百分?jǐn)?shù)(vol%)，優(yōu)選的少于5vol%，所述添加劑與流體A的混合可在相對(duì)低的壓力下執(zhí)行。
[0071]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，所述注射流體進(jìn)料槽3b (如圖2所示)與一添加劑進(jìn)料管道9b—起開口至流動(dòng)槽B，它們由此構(gòu)成了進(jìn)料裝置(噴嘴結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu)。因此，進(jìn)料裝置3a優(yōu)選的由添加劑進(jìn)料管道9b和注射流體進(jìn)料槽3b在流動(dòng)槽B內(nèi)壁上的同心開口端組成，以使注射流體進(jìn)料槽3b的端部以環(huán)狀方式富集添加劑進(jìn)料管道9b的端部。此外，所述注射流體進(jìn)料槽3b的終止端優(yōu)選的為錐形，以增加噴嘴3a的線性流動(dòng)速率。
[0072]被壓力排放至流動(dòng)槽B中所述液體流A的所述注射流體產(chǎn)生了注射器效應(yīng)，來自添加劑9進(jìn)料管道9b的溶液也借此被帶入所述注射流體。所述注射流體以足夠速率流動(dòng)且橫切于所述液體流流動(dòng)方向，可有效的與液體流A在進(jìn)料裝置3a處橫截面的溶液流混合。強(qiáng)化混合發(fā)生的區(qū)域在圖2中用虛線標(biāo)注。注射流體的進(jìn)料壓力優(yōu)選的調(diào)節(jié)成這樣:在注射流體和所述添加劑9注射進(jìn)入流體A處的速率，至少是三倍，優(yōu)選的至少是五倍于管道B中流體流A在此處的流動(dòng)速率?？稍谝粋€(gè)或多個(gè)連續(xù)進(jìn)料點(diǎn)提供與圖2所示類似的排布。如果在液體流A的流動(dòng)方向，有兩個(gè)或更多連續(xù)的用于所述添加劑9例如納米纖維素的定量進(jìn)料點(diǎn)3，所述添加劑9可以以小部分定量進(jìn)料。因此，可以通過相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造提高總的效率。
[0073]在一優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法，通過注射一種或多種添加劑至液體流A，添加所述的一種或多種添加劑。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法通過注射添加所述一種或多種添加劑時(shí)，所述一種或多種添加劑可在例如與納米纖維素相同的注射點(diǎn)，和/或獨(dú)立的注射點(diǎn)添力口。多虧了根據(jù)本發(fā)明的有效混合，所述一種或多種添加劑可有效的與水泥狀組合物例如混凝土和/或水泥混合，其中，有可能減少所需添加劑的數(shù)量。
[0074]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，將被注射至少一種添加劑的所述液體流A可包含添加劑。
[0075]在一優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備包括用于添加劑9的定量進(jìn)料裝置9c。因此，根據(jù)一優(yōu)選的實(shí)施例，將下述數(shù)據(jù)輸入所述定量進(jìn)料裝置9c:
[0076]-所述即將制備的添加劑批料的尺寸，例如納米纖維素批料的尺寸；
[0077]-所需的添加劑在水泥狀組合物7例如混凝土混合物中的含量，例如，納米纖維素的含量；以及
[0078]-即將被進(jìn)料至定量進(jìn)料點(diǎn)3的所述添加劑的干含量，例如納米纖維素的濃稠度。
[0079]根據(jù)這些預(yù)先決定的參數(shù)，所述定量進(jìn)料裝置9c將定量進(jìn)料一定數(shù)量的添加劑9至水泥狀組合物7的制造過程。優(yōu)選的，定量進(jìn)料通過控制所述添加劑進(jìn)料線路9b中的流來進(jìn)行。
[0080]根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)使用了所述添加劑定量進(jìn)料裝置9c時(shí)，至少進(jìn)料線路的流優(yōu)選的是從所述添加劑進(jìn)料線路9b測(cè)量而來的。當(dāng)納米纖維素用作至少一添加劑時(shí)，所述納米纖維素優(yōu)選的具有一預(yù)先決定的固體含量。必要時(shí)，可通過從例如包含納米纖維素的容器獲取獨(dú)立的樣品來監(jiān)控納米纖維素的固體含量。
[0081]在進(jìn)料線路9b中添加劑的足夠的進(jìn)料速率可這樣實(shí)現(xiàn)，例如，用泵抽吸所述添加劑9 (圖中未顯示)。所述添加劑的劑量?jī)?yōu)選的以進(jìn)料線路中的流為基礎(chǔ)來控制。
[0082]混合了所述添加劑9的所述液體流A被引導(dǎo)至定量進(jìn)料和混合點(diǎn)3的下游，且通過裝置I添加至水泥狀組合物用于制備水泥狀組合物。還可在將所述添加劑9添加至水泥狀組合物，例如混凝土混合物之前采用一獨(dú)立的中間容器(圖中未顯示)。因此，優(yōu)選的可利用攪拌機(jī)連續(xù)攪拌中間容器的容納之物。制備的添加劑與液體的混合物，優(yōu)選的為納米纖維素和液體，用于置換制備水泥裝組合物的至少一部分的水。
[0083]下文中，我們將提供實(shí)際實(shí)施的實(shí)驗(yàn)，證明具體的因添加納米纖維素添加劑所帶來的益處。此外，我們比較了納米纖維素添加劑的高效混合與現(xiàn)有技術(shù)的混合效果。實(shí)施測(cè)試運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)室條件將在下面的實(shí)施例1至3更加詳細(xì)的描述。在這些實(shí)施例中，我們?yōu)樗?水泥比例使用了縮寫“w/c”。我們使用了納米纖維素作為添加劑，其縮寫為MFC。
[0084]實(shí)施例1和2:
[0085]使用的材料:
[0086]納米纖維素:
[0087]I)工業(yè)質(zhì)量的微原纖纖維素，或者所謂的工業(yè)MFC。術(shù)語“工業(yè)MFC”在本申請(qǐng)中指從精煉紙漿中通過分級(jí)例如通過濾布或?yàn)V膜去除了更大的纖維素纖維而得到的精煉的和分級(jí)的紙漿。所述工業(yè)MFC不包括大纖維，例如直徑大于15微米的纖維。
[0088]2)微原纖纖維素LI，或者所謂的MFC-L1。術(shù)語MFC-L1在本申請(qǐng)中指材料，該材料的活化基于紙漿、纖維素原料或精煉紙漿的氧化。因?yàn)榛罨?，紙漿可輕易的從微原纖纖維素中崩解。因?yàn)榛罨磻?yīng)，在MFC-Ll纖維的表面形成了醛基和羧基等官能團(tuán)。
[0089]3)微原纖纖維素L2，或者所謂的MFC-L2。術(shù)語MFC-L2在本申請(qǐng)中指材料，該材料的活化基于紙衆(zhòng)、纖維素原料或精煉紙衆(zhòng)的羧甲基化(carboxymethylation)。因?yàn)榛罨?，紙漿可輕易的從微原纖纖維素中崩解。在MFC-L2纖維的表面形成了羧基等官能團(tuán)。
[0090]除了納米纖維素添加劑樣品，還制備了參比樣品，該參比樣品沒有添加納米纖維素。這些稱為“參比”，在本申請(qǐng)的下文及圖3至12中還稱為“對(duì)照”。
[0091]水泥:
[0092]在所有測(cè)試點(diǎn)中使用的水泥是芬蘭芬塞門蒂公司(Finnsementti Oy)的CEM 11/A-M (S-LL) 42，5N 水泥。
[0093]實(shí)施例1
[0094]在測(cè)試運(yùn)行中，測(cè)定了將要使用的纖維素材料的漿料混合物的流變性，即:
[0095]I)工業(yè) MFC，
[0096]2) MFC-Ll，以及
[0097]3)MFC_L2。
[0098]方法:
[0099]混合
[0100]該漿料的混合是通過霍伯特(Hobart)砂漿攪拌機(jī)實(shí)施的?；旌蠒r(shí)間為3分鐘(2分鐘低速+ I分鐘高速)。首先用攪拌器手動(dòng)將紙漿和纖維素材料與水(可能和塑化劑)混
八
口 ο
[0101]流變性
[0102]所述衆(zhòng)料混合物的流變性是用粘度計(jì)(里奧特斯特(Rheotest)RM)測(cè)定的。混合之后，將所述漿料添加至同軸的圓筒中進(jìn)行測(cè)試。改變剪切速率，并測(cè)定樣品的剪切應(yīng)力。
[0103]測(cè)試計(jì)劃:
[0104]所述漿料混合物的組成見表I。調(diào)節(jié)漿料的水/水泥比例，從而使所有漿料的加工性變得一樣。這對(duì)應(yīng)于幾乎恒定的屈服極限。
[0105]表1.漿料的組成和相應(yīng)的流變學(xué)結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種將添加劑添加至水泥狀組合物的方法，其特征在于，所述方法包括 -形成液體流(A)， -提供添加劑(9)至該系統(tǒng)， -通過將添加劑以與所述液體流流向基本逆流方向進(jìn)料至該液體流(A)的方式，定量進(jìn)料所述添加劑(9)至所述液體流(A)，以這樣的方式形成包含所述添加劑和液體的混合物，以及 -將所述形成的混合物作為添加劑添加至水泥狀組合物中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加劑(9)包括納米纖維素。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括引導(dǎo)所述納米纖維素通過進(jìn)料線路(9b)至所述液體流(A)，其中，納米纖維素的干含量在所述進(jìn)料線路(9b)中低于10%。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，納米纖維素在成品水泥中的含量不高于2重量百分?jǐn)?shù)，更優(yōu)選的不高于0.2重量百分?jǐn)?shù)，以及最優(yōu)選的不高于0.05重量百分?jǐn)?shù)。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將所述添加劑(9)進(jìn)料至所述液體流(A)的速率至少為液體流(A)流動(dòng)速率的三倍，優(yōu)選的為五倍。
6.根據(jù)前面的權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述添加劑(9)通過注射流體進(jìn)料至所述液體流(A)。`
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括使用注射流體，所述注射流體包括與所述液體流(A)的流體相同的物質(zhì)，以及優(yōu)選的是從所述液體流(A)分出、并且被引導(dǎo)回所述液體流(A)的側(cè)流。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法中使用的水泥狀組合物是混凝土混合物。
9.如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法中使用的所述液體流是水流。
10.一種將添加劑加至水泥狀組合物中的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括: -液體流動(dòng)槽(B)， -用于提供添加劑至所述液體流動(dòng)槽(B)的裝置(3a)， -定量進(jìn)料點(diǎn)(3),所述定量進(jìn)料點(diǎn)(3)在所述流動(dòng)槽(B)中,包括一個(gè)或多個(gè)開口進(jìn)入所述流動(dòng)槽(B)的進(jìn)料裝置(3a)，該進(jìn)料裝置(3a)方向基本橫切于用于液體流動(dòng)槽(B)的所述液體流(A)的流向，并且用于以這樣的方式進(jìn)料所述添加劑:添加劑在定量進(jìn)料點(diǎn)與所述流混合，從而形成包含添加劑和液體的混合物，以及 -用于將所述混合物混合至水泥狀組合物的混合裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于進(jìn)料注射流體的注射流體進(jìn)料槽(3b)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括添加劑定量進(jìn)料容器(9a)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)進(jìn)料裝置(3b )連接至所述定量進(jìn)料容器(9a)。
13.如權(quán)利要求10、11或12所述的設(shè)備，其特征在于，所述添加劑包括納米纖維素。
14.如權(quán)利要求10、11、12或13任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括添加劑定量進(jìn)料單元(9c)，所述定量進(jìn)料單元(9c)用于以預(yù)先決定的參數(shù)為基礎(chǔ)決定即將被定量進(jìn)料的所述添加劑(9)的數(shù)量，該參數(shù)包括下述目標(biāo)值的至少一種: -進(jìn)料至所述定量進(jìn)料點(diǎn)(3)的所述添加劑的目標(biāo)固體含量， -進(jìn)料至定量進(jìn)料點(diǎn)(3)的納米纖維素的目標(biāo)數(shù)量，以及 -制得的所述水泥狀組合物中的目標(biāo)添加劑含量。
15.一種將添加劑添加至水泥狀組合物的方法，其特征在于，所述方法包括 -形成液體流(A)， -提供添加劑(9)至該系統(tǒng)， -通過將添加劑以與所述液體流流向逆流的方向進(jìn)料到該液體流(A)的方式，定量進(jìn)料所述添加劑(9)到所述液體流(A)，以這樣的方式形成包含所述添加劑和液體的混合物，以及 -將所述形成的混合物作為添加劑添加至水泥狀組合物。
16.一種水泥狀組合物，優(yōu)選的為混凝土混合物，包括添加劑(9)，所述添加劑(9)根據(jù)權(quán)利要求1至9或15任一項(xiàng)所述的方法添加,或通過權(quán)利要求10至14任一項(xiàng)所述的設(shè)備添加。
【文檔編號(hào)】B28C5/02GK103501974SQ201280019212
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】T·科斯基寧, H·古斯塔夫松, J-E·泰爾弗克 申請(qǐng)人:芬歐匯川集團(tuán)