CN112356274B - 制备3d打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印混凝土技术领域。一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，包括搅拌筒体、搅拌组件、抽真空组件、进料组件、出料组件和控制系统，在所述搅拌筒体的底部设置有出料口；搅拌组件设置在所述搅拌筒体内，所述搅拌组件与所述搅拌筒体之间设置有密封单元；抽真空组件与所述搅拌筒体连接；进料组件通过输料管道与所述搅拌筒体连接。本申请结构设计合理，能够实现整个搅拌组件的真空密封搅拌，智能控制系统可实现对各组件及单元的动作进行精准调控，从而减少拌合物料中存在的气泡，提高混凝土的均质性、密实性、强度和耐久性，特别适用于掺有纤维的超高性能混凝土及3D打印超高性能混凝土拌合物的拌制。

Description

制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机

技术领域

本发明涉及3D打印混凝土技术领域，特别是涉及一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机。

背景技术

传统混凝土对资源和能源的高消耗及对环境的高污染等弊端制约着其未来的发展，以3D打印等增材制造为标志的第三次工业革命使混凝土技术迈向了更高水平，发展成以三维建模、机电控制、信息处理和材料科学等为基础的新型3D打印混凝土技术，借助计算机对建筑物及构件进行三维建模，然后通过智能控制的3D打印设备将制备好的混凝土拌合物按设定的程序分层打印到预定位置，最后得到混凝土建筑物或构件制品。3D打印混凝土技术可在建造前精确计算原材料用量，打印中可调控拌合物性能和用量，无需模板支撑和振捣，便于复杂构件的建造，可最大程度地实现节能节材，并可在打印中实现结构的优化。但3D打印混凝土作为一种新兴技术，无论是材料还是制备装备都尚未成熟。3D打印对混凝土性能要求较高，传统混凝土已很难满足，现有理论已不能很好的指导3D打印混凝土的设计和施工。如，3D打印混凝土必须具备优异的触变性，即打印时应有足够的流变性以便从喷嘴挤出，打印后能在空气中快速凝结硬化且具有足够的体积稳定性和适宜的早期强度，可承载自身和后续层重量，防止过大累计形变及出现塌落、倾斜等失稳现象。前后打印层间还应具有良好的界面粘结性能及较高的基准强度，避免界面过渡层导致的强度衰减。这使得具有较好流变性、较高强度和优良耐久性的超高性能混凝土（UHPC）成为3D打印混凝土更为理想的选择，但UHPC为获得密实的微结构添加了硅灰等高活性微粉，为提高强度又采用了较低的水胶比，为满足流变性性要求又添加较多的外加剂，致使胶凝材料总量和外加剂用量都远高于常规混凝土，使拌合物更为粘稠，搅拌过程中引入的气泡也更难消除。通常来讲，引入的空气对新拌混凝土工作性及硬化混凝土质量都有重要影响，特别是对强度更为不利。

研究表明，在搅拌过程中采取降低大气压力的措施可以有效消除拌合物中气泡的含量，降低气泡孔径尺寸，从而改善硬化混凝土的性能。为此，科研人员开发出了可降低混凝土拌合物气泡含量的真空搅拌机，如，中国专利（CN201620604914.3）公开了一种混凝土真空搅拌机，目的是提高混凝土的密实性、强度和耐久性。但是该申请的强制式混凝土真空搅拌机结构特点是电机置于搅拌筒外，与电机连接的转动轴要穿过搅拌筒，转动轴与搅拌筒的连接处很难保证搅拌筒的气密性和真空度。同时，该申请的加料和搅拌程序也会影响混凝土性能，更不适于对UHPC拌合物的拌制。针对该申请存在的问题，另一中国专利（CN201721108634.4）试图加以解决，该申请提出的是一种锥形反转出料混凝土真空搅拌机，其特点是搅拌过程中电机驱动搅拌筒旋转，但由于搅拌过程中搅拌筒的旋转，同样需要在搅拌之前完成抽真空，由于不能连续抽真空，仍会导致加水及搅拌过程中真空度的损失，使得对拌合物内气泡的消除效果仍有限，特别是搅拌筒相对低的转速及缺乏强制式叶片对气泡的刺破作用，决定了这种搅拌机不适于对粘度更大特别是掺有纤维的UHPC拌合物的拌制。

因此，为推动3D打印混凝土技术的发展和应用，有必要开发出一种结构合理、环保高效且更适用于3D打印超高性能混凝土（UHPC）拌合物制备的新型强制式真空搅拌机。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其结构设计合理，能够实现整个搅拌组件的真空密封搅拌，从而减少拌合物料中存在的气泡，提高混凝土的均质性、密实性、强度和耐久性。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，包括：

搅拌筒体，在所述搅拌筒体的底部设置有出料口；

搅拌组件，其设置在所述搅拌筒体内，所述搅拌组件与所述搅拌筒体之间设置有密封单元；

抽真空组件，其与所述搅拌筒体连接，用于对所述搅拌筒体内抽真空；

进料组件，其通过输料管道与所述搅拌筒体连接，在所述输料管道上设置有密封阀；

出料组件，其设置在所述出料口处，用于出料口的密封；以及

控制系统，用于对各组件的控制。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述搅拌组件包括：

搅拌轴，其通过轴承与所述搅拌筒体连接；

搅拌桨叶，其设置在所述搅拌轴上；以及

搅拌电机，其设置在所述搅拌筒体外部，所述搅拌电机与所述搅拌轴传动连接。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述搅拌轴包括同轴水平布置的第一主轴和第二主轴，所述搅拌筒体内通过齿轮盒撑杆连接设置有齿轮盒，所述第一主轴和所述第二主轴均与所述搅拌筒体和所述齿轮盒均通过轴承连接，所述齿轮盒与所述搅拌筒体之间通过齿轮盒撑杆连接固定；在所述第一主轴、第二主轴上分别设置有主动齿轮和从动齿轮，所述齿轮盒内设置有与所述主动齿轮和从动齿轮匹配啮合的换向齿轮；

所述第一主轴和所述第二主轴上均设置有至少一组搅拌桨叶，每组搅拌桨叶的数量为至少两个，所述搅拌桨叶包括桨叶支杆和翻料板；

所述密封单元为设置在搅拌电机外侧的搅拌筒体上的密封罩，各所述轴承为密封轴承。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述抽真空组件包括：

抽真空管，其固定设置在所述搅拌筒体上，在所述抽真空管上设置有真空阀；以及

真空泵，其设置在所述抽真空管的外端部。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述抽真空管上通过换向阀连接有吸尘单元，所述抽真空管和所述吸尘单元之间的分支管路上设置有气流控制阀；所述抽真空管上还通过分支管路连接有真空度仪表和气阀，所述真空泵的出气端设置有排气消音阀。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述进料组件包括固料供给单元和液料供给单元，所述固料供给单元包括固料输料管道、设置在所述固料输料管道上的固料密封阀、和与所述固料输料管道连接的固料供料设备；

所述液料供给单元包括液料输料管道、设置在所述液料输料管道上的液料密封阀、和与所述液料输料管道连接的液料供料设备。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述固料供料设备包括料仓、输送机、计量设备、固料储料罐和固料控制阀，多个所述料仓通过对应的输送机和计量设备与所述固料储料罐连通；在所述液料输料管道的内端部设置有液料喷头，所述液料供料设备包括原料罐、流量泵、和液料储料罐，多个所述原料罐通过对应的流量泵与所述液料储料罐连通。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述出料组件包括：

出料门，在所述出料口其中一侧的搅拌筒体底部设置有转轴支架，所述转轴支架上通过轴承设置有出料门转轴，所述出料门设置在所述出料门转轴上；

锁销，其滑动设置在所述出料门下部，所述搅拌筒体底部设置有出料门挡块，在所述出料门挡块上开设有与所述锁销的其中一端部对应的挡块凹槽；

第一驱动部，其驱动所述出料门旋转动作；以及

第二驱动部，其驱动所述锁销左右滑移动作。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述第一驱动部包括：

出料门控制电机，其设置在所述搅拌筒体的底部，所述出料门控制电机与所述出料门转轴传动连接；以及

棘轮组，所述出料门与所述出料门转轴之间通过棘轮组连接；

所述第二驱动部包括：

出料门转轴外齿，其设置在所述出料门转轴中部，且所述出料门转轴外齿为与所述出料门转轴同心设置的一段，所述锁销上设置有与所述出料门转轴外齿匹配的锁销齿带；

锁销限位轮，其设置在所述锁销下部，并与所述出料门转轴对应；以及

第一压缩弹簧，所述出料门下部设置有两锁销限位块，所述锁销滑动设置在所述锁销限位块中，所述第一压缩弹簧套设在两所述锁销限位块之间的锁销上，且靠近所述出料门挡块的锁销端部设置有限位凸环，所述第一压缩弹簧与所述限位凸环对应贴合限位；

所述出料口呈锥形，所述出料门的上侧为与所述出料口匹配的密封锥台，在所述密封锥台上设置有环形密封槽，在所述环形密封槽内设置有密封填料或密封环；所述出料门挡块下部设置有弧形驱动面，所述锁销的端部上部设置有与所述弧形驱动面对应的弧形导入面；

靠近所述出料门转轴的出料门端部与搅拌筒体之间设置有第二压缩弹簧。

根据本发明制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，优选地，所述控制系统包括：

微机；

控制器；以及

分别与搅拌组件、固料供给单元、液料供给单元和抽真空组件连接的多个传感器，各所述传感器分别将采集到的模拟信号通过电缆传递到控制器，控制器通过数模信号转换后进行数据的记录和保存，并通过微机的显示器进行实时显示，同时，控制系统根据反馈信号对各组件的功能进行调控。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

（1）本申请整体结构设计合理，其能够实现整个搅拌组件的真空密封搅拌，保障搅拌筒体内的真空度恒定，从而减少拌合物料中存在的气泡，提高混凝土的均质性、密实性、强度和耐久性；本申请通过设置轴承密封盒和动力系统密封盒，可克服现有技术中因轴承漏气导致的搅拌筒内真空度损失问题。

（2）真空泵与搅拌筒体的一体设置方式，可在搅拌过程中实现连续抽真空，克服了分体式设置导致的搅拌过程中搅拌筒内真空度无法维持恒定的问题；本申请采用数字式真空度仪表的设置，可实时显示并传递搅拌过程中搅拌筒内的真空度，从而使真空度得到控制并保持恒定。

（3）本发明搅拌组件的桨叶结构可使UHPC拌合料在搅拌过程中形成多层循环流，平衡剪切阻力，使动力消耗更少。左搅拌桨叶和右搅拌桨叶的反向转动还可使UHPC拌合料形成对流循环及湍流扩散，从而获得更高的搅拌效率和更好的搅拌效果。

（4）本申请还设置有吸尘单元，可在抽真空之前除去搅拌筒内的粉尘，避免吸入真空泵并对真空泵带来损害，取得更好的抽真空效果；真空泵上排气消音阀的设置，可尽可能的消除抽真空时产生的噪声，取得较好的环境效果。

（5）本申请针对搅拌筒体的结构型式进行了新的设计，使得其更利于提高搅拌效果，便于料浆顺利流出及将搅拌筒冲洗干净，根据搅拌筒体的大小可以对内部的结构进行相应的变更，从而使得拌合料粘稠度和动力设备的功率之间形成平衡，优化设备的性能。

（6）本申请出料组件的设置实现了出料门开关的智能化精准化，也提高了生产效率，保障了结构装配的稳定性，使得出料口的密封性能得到保障。

（7）本发明超高性能混凝土用强制式真空搅拌机的各个功能组件均通过机电控制，更适于智能化控制生产的UHPC工业，特别是3D打印UHPC工业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1是本发明制备3D打印超高性能混凝土强制式真空搅拌机一个实施例的结构示意图；

图2是图1中A部齿轮盒的放大结构示意图；

图3是图1中B部出料组件和出料门的放大结构示意图；

图4是图1中截面C-C的结构示意图；

图5是图4中D部的放大结构示意图。

图中序号：

1-气阀、2-集气罩、3-换向阀、4-气流控制阀、5-吸尘单元、6-真空度仪表、7-真空阀、8-真空泵、9-排气消音阀、10-齿轮盒撑杆、11-轴承密封盒、12-左主轴轴承、13-左主轴、14-齿轮盒、15-左搅拌桨叶、16-搅拌筒体、17-出料组件、18-固料供料设备、19-固料密封阀、20-液料供料设备、21-液料控制阀、22-液料储存罐、23-液料密封阀、24-液料喷头、25-右搅拌桨叶、26-动力装置密封盒、27-搅拌电机、28-右主轴轴承、29-右主轴、30-搅拌筒支架、31-出料门、32-微机、33-控制器、34-换向齿轮轴承、35-换向齿轮、36-从动齿轮轴承、37-从动齿轮、38-主动齿轮轴承、39-主动齿轮、40-第二压缩弹簧、41-出料组件支架、42-棘轮组、43-出料门转轴、44-出料门转轴外齿、45-锁销齿带、46-锁销限位轮、47-锁销、48-出料门密封圈、49-滴水沿、50-出料门挡块、51-出料门挡块凹槽、52-锁销头、53-锁销限位块、54-第一压缩弹簧、55-桨叶支杆、56-翻料板、57-出料门控制电机支架、58-出料门控制电机、59-出料门转轴轴承、60-出料门转轴支架、61-锁销限位轮支架。

具体实施方式

下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本发明的描述中，需要理解的是，“第一”、“第二”的表述用来描述本发明的各个元件，并不表示任何顺序、数量或者重要性的限制，而只是用来将一个部件和另一个部件区分开。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本发明，而不是所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1-图5，本申请公开了一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，包括搅拌筒体16、搅拌组件、抽真空组件、进料组件、出料组件和控制系统，在搅拌筒体的底部设置有出料口；搅拌组件设置在搅拌筒体内，搅拌组件与搅拌筒体之间设置有密封单元；抽真空组件与搅拌筒体连接，用于对搅拌筒体内抽真空；进料组件通过输料管道与搅拌筒体连接，在输料管道上设置有密封阀；出料组件设置在出料口处，用于出料口的密封。

本实施例中的控制系统包括微机、控制器、以及分别与搅拌组件、固料供给单元、液料供给单元和抽真空组件连接的各种传感器等。各种传感器分别将采集到的模拟信号（电机转速、物料流量、真空度等）通过电缆传递到控制器，控制器通过数模信号转换后进行数据的记录和保存，并通过微机的显示器进行实时显示，同时，控制系统根据反馈信号对电机转速、物料流量和真空度等功能组件的动作进行精确调控。

具体地，本实施例中的搅拌组件包括搅拌轴、搅拌桨叶和搅拌电机，搅拌轴通过轴承与搅拌筒体连接；搅拌桨叶设置在搅拌轴上；搅拌电机设置在搅拌筒体外部，搅拌电机与搅拌轴传动连接。对于搅拌轴和搅拌桨叶的结构可以采用多种不同的结构形式，如采用单一的搅拌轴，在搅拌轴上布置板状的叶片或者螺旋叶片，也可以采用并排布置的双搅拌轴和双螺旋搅拌桨叶结构；对于搅拌轴的布置方向可以采用水平布置也可以采用竖直布置。

优选地，本实施例中的搅拌轴包括同轴水平布置的第一主轴和第二主轴，搅拌筒体内通过齿轮盒撑杆连接设置有齿轮盒，第一主轴和第二主轴均与搅拌筒体和齿轮盒均通过轴承连接，齿轮盒与搅拌筒体之间通过齿轮盒撑杆固定连接；在第一主轴、第二主轴上分别设置有主动齿轮和从动齿轮，齿轮盒内设置有与主动齿轮和从动齿轮匹配啮合的换向齿轮。在第一主轴和第二主轴上均设置有至少一组搅拌桨叶，每组搅拌桨叶的数量为至少两个，搅拌桨叶包括桨叶支杆和翻料板；密封单元为设置在搅拌电机外侧连接在搅拌筒体上的密封罩，各轴承为密封轴承。

针对搅拌组件的具体结构进行以下详细描述：

搅拌筒体16的下部左右两端为球冠状、中间为圆筒状。这种结构利于料浆向中部汇聚并得到充分搅拌，也利于浆料的流出。搅拌筒体的上部为长方桶状，便于材料供给等系统的布置。搅拌筒体下部半圆筒的中心布置搅拌主轴，包括左主轴13和右主轴29，左主轴和右主轴对应上述的第一主轴和第二主轴，右主轴穿过设置于搅拌筒体右下部球冠状结构中心的右主轴轴承28连接固定于搅拌筒右外壁，并与搅拌电机27传动连接，本申请的搅拌电机为一种真空电机。搅拌电机被密封于动力装置密封盒26中。在搅拌筒体内设置齿轮盒，齿轮盒通过齿轮盒撑杆10连接于搅拌筒体顶部中心并与左主轴和右主轴处于同一平面，对齿轮盒14起支撑和定位作用，防止左主轴和右主轴不在同一轴线上。左主轴左端穿过设置于搅拌筒体左下部球冠状结构中心的左主轴轴承12中，为保证气密性，左主轴轴承的外围设置轴承密封盒11。所述齿轮盒14内封装有换向齿轮轴承34、换向齿轮35、从动齿轮轴承36、从动齿轮37、主动齿轮轴承38和主动齿轮39。右主轴深入齿轮盒穿过主动齿轮轴承38与主动齿轮39连接，主动齿轮与换向齿轮35啮合，换向齿轮的转轴穿过换向齿轮轴承34，换向齿轮与从动齿轮37啮合并将转动能传递给从动齿轮，与从动齿轮连接的左主轴穿过从动齿轮轴承36。齿轮盒撑杆10和齿轮盒14等组成的换向装置将右主轴的转动能传递给左主轴，使左主轴与右主轴实现了同轴反向转动。左主轴和右主轴上分别安装左搅拌桨叶15和右搅拌桨叶25，所述左搅拌桨叶和右搅拌桨叶均不止一组，其组数的设置应由搅拌筒尺寸和容量、UHPC拌合物的粘稠度、动力装置的功率等共同确定。左搅拌桨叶和右搅拌桨叶均为涡轮式六支变型桨叶，每一分支均由桨叶支杆55和翻料板56组成，本实施例中的六支桨叶按结构型式分为三组，三组中叶桨支杆和翻料板的长度和大小均不同，而每组两支桨叶的叶桨支杆和翻料板长度和大小均相同，且以转轴为中心对称布置。叶桨支杆的长度在垂直轴向的平面内形成梯度分布，翻料板的尺寸则在绕轴的周向形成梯度分布。翻料板均带有后掠角和左右倾角，提高了拌合物的单向排出能力，并形成多层循环流，翻料板的尺寸随叶桨支杆的缩短而增大，可平衡剪切阻力，使动力消耗更少。左搅拌桨叶和右搅拌桨叶的相对反向转动可使UHPC拌合料形成对流循环及湍流扩散，获得更高的搅拌效率和更好的搅拌效果。最长分支的翻料板前翼缘与搅拌筒体下部的内壁紧密贴合，避免因料浆粘附抓底带来的搅拌不匀。

本实施例中的抽真空组件包括抽真空管和真空泵，抽真空管固定设置在搅拌筒体上，在抽真空管上设置有真空阀；真空泵设置在抽真空管的外端部。

进一步地，本申请还在抽真空管上通过换向阀连接有吸尘单元，抽真空管和吸尘单元之间的分支管路上设置有气流控制阀；抽真空管上还通过分支管路连接有真空度仪表和气阀，真空泵的出气端设置有排气消音阀。

对于抽真空组件和吸尘单元的结构连接形式进行进一步的说明，具体包括气阀1、集气罩2、换向阀3、气流控制阀4、吸尘单元5、真空度仪表6、真空阀7、真空泵8和排气消音阀9等。设置于搅拌筒内的集气罩通过管道三通分别与气阀和换向阀连接，所述气阀为数字控制式空气阀，关闭时可使搅拌筒体内通过真空泵形成真空状态，便于超高性能混凝土拌合物的拌制；打开时使搅拌筒体内恢复常压，便于已拌制好的超高性能混凝土拌合物从出料口流出。所述换向阀一路通过气流控制阀连接吸尘单元，另一路通过真空阀连接真空泵。真空阀和换向阀之间连接出一个具有真空压力传感和数值显示功能的真空度仪表，真空泵的排气口设置具有排气消音功能的阀门。当向搅拌筒内投放粉体物料时，气阀关闭，换向阀接通连接吸尘单元的管路，部分粉尘随气流流向吸尘单元，在粉料投放完毕抽真空之前，还可以启动液料供给单元设置的喷雾装置，消除悬浮的细微粉尘对真空泵的影响，但用水量需严格计算于超高性能混凝土的配合比之内。

本实施例中的进料组件包括固料供给单元和液料供给单元，固料供给单元包括固料输料管道、设置在固料输料管道上的固料密封阀、和与固料输料管道连接的固料供料设备；液料供给单元包括液料输料管道、设置在液料输料管道上的液料密封阀、和与液料输料管道连接的液料供料设备。

进一步地，本实施例中的所述固料供料设备包括料仓、输送机、计量设备、固料储料罐和固料控制阀，多个所述料仓通过对应的输送机和计量设备与所述固料储料罐连通；在所述液料输料管道位于搅拌筒体内的端部设置有液料喷头，所述液料供料设备包括原料罐、流量泵、和液料储料罐，多个所述原料罐通过对应的流量泵与所述液料储料罐连通。

对于进料组件的二结构，进行进一步的说明：本实施例中的固料供给单元主要由固料供料设备18和固料密封阀19等组成。固料供料设备包括料仓、输送机、计量设备和固料控制阀等。料仓可设计为圆筒状结构，且可分别对颗粒状的骨料、粉末状的水泥和粉煤灰等进行独立设置，起储存、输送和计量作用。料仓中设置料量测控装置和固料控制阀，便于及时补充固体材料和断开供给。粉料筒仓上部可以设有除尘装置和压力保护装置，以防止粉尘污染及仓内气压过高带来的危害。料仓出料口设有计量设备，并通过计量传感器和自动控制的碟阀控制各种固体材料的供给。为实现连续生产，在上一锅料搅拌期间，可将不同料仓内的材料按配合比供到混料器中进行预混，当然，每种固体材料也可单独依次供料。混料器下方连接固料密封阀19，借助计量传感器和控制系统设定的程序可精准控制每种固体材料的供给量，并可通过密封固料供给通道使搅拌筒内形成真空状态。

本实施例中的液料供给单元主要由液料供料设备20、液料控制阀21、液料储存罐22、液料密封阀23、液料喷头24和输液管道等组成。液料供料设备包括原料罐、流体泵、压力调解阀、电磁阀、流量仪等组成。原料罐不止一只，可对包括水和各种液体外加剂的液体原料进行储存、计量和供给，各种液体原料可通过控制系统按配合比要求输送到混合器中进行预混处理，再储存到液体储料罐中备用，后经液料密封阀23的控制送到液料喷头24使用，如果不影响拌制效果和工作效率，也可将不同液体原料依次输送到搅拌筒内直接参与拌合物的拌制，所述液料控制阀和液料密封阀是包括流量计等传感器的智能传感和控制装置，为各种液体原料供给量的精准控制提供了保障。所述液料喷头为智能控制喷头，具有喷溅、喷淋和喷雾等功能模式，以实现不同的用途。拌制混合料时，液料喷头以喷淋方式不仅使拌料时固体材料与水接触更加均匀充分，提高了拌合物的搅拌质量和效率，当卸料完成后，以喷溅方式用自来水冲洗搅拌筒，也提高了冲洗搅拌筒的效率。

本实施例中的出料组件包括出料门、锁销、第一驱动部和第二驱动部，在出料口其中一侧的搅拌筒体底部设置有转轴支架，转轴支架上通过轴承设置有出料门转轴，出料门设置在出料门转轴上；锁销滑动设置在出料门下部，搅拌筒体底部设置有出料门挡块，在出料门挡块上开设有与锁销的其中一端部对应的挡块凹槽；第一驱动部驱动出料门旋转动作；第二驱动部驱动锁销左右滑移动作。

第一驱动部包括出料门控制电机和棘轮组，出料门控制电机设置在搅拌筒体的底部，出料门控制电机与出料门转轴传动连接；出料门与出料门转轴之间通过棘轮组连接。

第二驱动部包括出料门转轴外齿、锁销限位轮和第一压缩弹簧，出料门转轴外齿设置在出料门转轴中部，且出料门转轴外齿为与出料门转轴同心设置的一段，锁销上设置有与出料门转轴外齿匹配的锁销齿带；锁销限位轮设置在锁销下部，并与出料门转轴对应；出料门下部设置有两锁销限位块，锁销滑动设置在锁销限位块中，第一压缩弹簧套设在两锁销限位块之间的锁销上，且靠近出料门挡块的锁销端部设置有限位凸环，第一压缩弹簧与限位凸环对应贴合限位；出料口呈锥形，出料门的上侧为与出料口匹配的密封锥台，在密封锥台上设置有环形密封槽，在环形密封槽内设置有密封填料或密封环；出料门挡块下部设置有弧形驱动面，锁销的端部上部设置有与弧形驱动面对应的弧形导入面，靠近出料门转轴的出料门端部与搅拌筒体之间设置有第二压缩弹簧。

对于出料组件的具体结构，进行以下详细说明：本实施例中的搅拌筒体底部中心设置出料门31和出料组件17。所述出料门由外向内的周向呈锥形，其水平向的弧度与搅拌筒一致，搅拌筒出料口四周的尺寸和构型与出料门一致，为保证较好的密封性，出料门的周向设置凹槽，内设出料门密封圈48。出料口向下的四周设置具有导流作用的凸起状滴水沿。所述出料组件17包括第二压缩弹簧40、出料组件支架41、棘轮组42、出料门转轴43、出料门转轴外齿44、锁销齿带45、锁销限位轮46、锁销47、出料门挡块50、出料门挡块凹槽51、锁销头52、锁销限位块53、第一压缩弹簧54、出料门控制电机支架57、出料门控制电机58、出料门转轴轴承59、出料门转轴支架60和锁销限位轮支架61。出料口的左侧（图1、图3）前后分别设置一个出料门转轴支架60（图4、图5），出料门转轴支架内对应各设置一个出料门转轴轴承59，出料门转轴支架的外后方设置用于固定出料门控制电机58的出料门控制电机支架57（图5），与出料门控制电机主轴连接的出料门转轴43分别穿入前后两个出料门转轴轴承59中。出料门的左侧（图3）设置可安放棘轮组42的出料门转轴，转轴内前后设置两个棘轮（图5），棘轮的内环穿过并固定于出料门转轴上，当出料门控制电机58逆时针（图3）带动出料门转轴43转动时，可通过棘轮组42带动出料门31逆时针翻转，使出料口封闭，但棘轮组顺时针转动时不能随时带动出料门打开和翻转。出料门转轴中间设置一方形豁口，对应位置的出料门转轴上设置出料门转轴外齿44，出料门转轴的周向仅局部布置外齿，否则会影响出料门的开合。出料门转轴孔道豁口的两侧（图3、图5）向下各设置一个可固定锁销限位轮46轮轴的锁销限位轮支架61。出料门底部中心左右方向分别设置一个锁销限位块53（图3），左右两个锁销限位块对应位置设置有便于锁销47穿过的滑道孔，锁销的截面呈方形，穿过右侧一个锁销限位块的端部设置锁销头52，锁销头右上端为弧形结构。与锁销头对应位置的出料口右侧设置出料门挡块50，出料门挡块与锁销头52对应位置设置出料门挡块凹槽51，出料门挡块下端头靠向锁销头的一侧设置弧形结构，便于锁销头滑入出料门挡块凹槽中。处于左右两个锁销限位块之间的锁销杆外围套有第一压缩弹簧54，第一压缩弹簧左端顶紧左侧锁销限位块，右端顶紧锁销杆上的限位凸环，第一压缩弹簧一直处于压紧状态。锁销左端头伸入到出料门转轴外齿44和锁销限位轮46之间的缝隙中，锁销左上端面与出料门转轴外齿对应设置锁销齿带45，当出料门转轴带动出料门转轴外齿顺时针转动到一定程度时，外齿和锁销齿带相接触，继续顺时针转动可借助齿轮结构使锁销向左产生平移，锁销头从出料门挡块凹槽中脱出，出料门打开。出料门的左端和搅拌筒体外壁之间设置有第二压缩弹簧40，第二压缩弹簧可加快出料门打开的速度，减少因出料门的阻挡而使料浆偏溅。

本申请还设置有控制系统，可保证供料、供水、抽真空等得以精准实施，确保拌制出满足设计要求的超高性能混凝土（UHPC）拌合物。

具体地，控制系统包括微机32和控制器33，以及分别与搅拌组件、固料供给单元、液料供给单元和抽真空组件连接的各种传感器等。各种传感器分别将采集到的电机转速、物料流量、真空度等模拟信号通过电缆传递到控制器，控制器通过数模信号转换后进行数据的记录和保存，并通过微机的显示器进行实时显示，同时，控制系统根据反馈信号对功能组件的动作（电机转速、物料流量和真空度等）进行调控。

所述主机架主要由搅拌筒支架30等组成，其尺寸及形式可依生产规模和出料方式等具体情况而定，主要对搅拌组件、原料供给组件和控制系统等提供支撑和防护。

使用本发明的超高性能混凝土（UHPC）用强制式真空搅拌机的方法步骤是：

（1）按配合比要求准备足量的原材料分别置于固料供给单元和液料供给单元的装置中。

（2）关闭搅拌筒的出料门和气阀，换向阀打开连接吸尘单元的管路，打开气流控制阀。

（3）按所制备的超高性能混凝土的特点控制固料供给单元投放固体原材料。

（4）打开吸尘单元进行除尘。

（5）液料供给单元的液料喷头启动自来水喷雾模式消除极细的浮尘微粒。

（6）换向阀接通真空泵进行抽真空，通过控制系统实现真空度的控制。

（7）开启搅拌组件，慢速搅拌，边搅拌边通过控制以喷淋方式加入液体原料，加料完毕按设定程序依次进行中速和高速搅拌，搅拌期间搅拌筒内的真空度由抽真空组件维持恒定。

（8）搅拌完毕，关闭抽真空组件的真空阀，打开气阀，使搅拌筒内恢复常压。

（9）打开出料门进行卸料，可开启搅拌组件使桨叶倒转协助卸料。

（10）卸料完毕，打开液料供给单元的供水装置和液料喷头冲洗搅拌筒至干净。

以上操作步骤可通过设计的程序由微机控制自动完成。

改变本发明的一种超高性能混凝土（UHPC）用强制式真空搅拌机的主机、搅拌组件、固料供给单元、液料供给单元、抽真空组件和控制系统等组成结构的具体规格、尺寸、形式等，如将搅拌筒制成圆筒状结构、左主轴和右主轴连成一体、在搅拌筒壁上增设透明玻璃观测口，或将搅拌筒由具体一种材料如透明钢化玻璃制作，或在搅拌筒内布置压力传感器和位置传感器进一步监控拌合物量的变化等，均为本发明的常见变化，在此不一一详述。

上文已详细描述了用于实现本发明的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本发明的范围、适用或构造。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本发明的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，包括：

搅拌筒体，在所述搅拌筒体的底部设置有出料口；

搅拌组件，其设置在所述搅拌筒体内，所述搅拌组件与所述搅拌筒体之间设置有密封单元；

抽真空组件，其与所述搅拌筒体连接，用于对所述搅拌筒体内抽真空；

进料组件，其通过输料管道与所述搅拌筒体连接，在所述输料管道上设置有密封阀；

出料组件，其设置在所述出料口处，用于出料口的密封；以及

控制系统，用于对各组件的控制；

所述出料组件包括：

出料门，在所述出料口其中一侧的搅拌筒体底部设置有转轴支架，所述转轴支架上通过轴承设置有出料门转轴，所述出料门设置在所述出料门转轴上；

锁销，其滑动设置在所述出料门下部，所述搅拌筒体底部设置有出料门挡块，在所述出料门挡块上开设有与所述锁销的其中一端部对应的挡块凹槽；

第一驱动部，其驱动所述出料门旋转动作；以及

第二驱动部，其驱动所述锁销左右滑移动作。

2.根据权利要求1所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述搅拌组件包括：

搅拌轴，其通过轴承与所述搅拌筒体连接；

搅拌桨叶，其设置在所述搅拌轴上；以及

搅拌电机，其设置在所述搅拌筒体外部，所述搅拌电机与所述搅拌轴传动连接。

3.根据权利要求2所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述搅拌轴包括同轴水平布置的第一主轴和第二主轴，所述搅拌筒体内通过齿轮盒撑杆连接设置有齿轮盒，所述第一主轴和所述第二主轴均与所述搅拌筒体和所述齿轮盒均通过轴承连接，所述齿轮盒与所述搅拌筒体之间通过齿轮盒撑杆连接固定；在所述第一主轴、第二主轴上分别设置有主动齿轮和从动齿轮，所述齿轮盒内设置有与所述主动齿轮和从动齿轮匹配啮合的换向齿轮；

所述第一主轴和所述第二主轴上均设置有至少一组搅拌桨叶，每组搅拌桨叶的数量为至少两个，所述搅拌桨叶包括桨叶支杆和翻料板；

所述密封单元为设置在搅拌电机外侧的搅拌筒体上的密封罩，各所述轴承为密封轴承。

4.根据权利要求1所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述抽真空组件包括：

抽真空管，其固定设置在所述搅拌筒体上，在所述抽真空管上设置有真空阀；以及

真空泵，其设置在所述抽真空管的外端部。

5.根据权利要求4所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述抽真空管上通过换向阀连接有吸尘单元，所述抽真空管和所述吸尘单元之间的分支管路上设置有气流控制阀；所述抽真空管上还通过分支管路连接有真空度仪表和气阀，所述真空泵的出气端设置有排气消音阀。

6.根据权利要求1所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述进料组件包括固料供给单元和液料供给单元，所述固料供给单元包括固料输料管道、设置在所述固料输料管道上的固料密封阀、和与所述固料输料管道连接的固料供料设备；

所述液料供给单元包括液料输料管道、设置在所述液料输料管道上的液料密封阀、和与所述液料输料管道连接的液料供料设备。

7.根据权利要求6所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述固料供料设备包括料仓、输送机、计量设备、固料储料罐和固料控制阀，多个所述料仓通过对应的输送机和计量设备与所述固料储料罐连通；在所述液料输料管道的内端部设置有液料喷头，所述液料供料设备包括原料罐、流量泵、和液料储料罐，多个所述原料罐通过对应的流量泵与所述液料储料罐连通。

8.根据权利要求1所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述第一驱动部包括：

出料门控制电机，其设置在所述搅拌筒体的底部，所述出料门控制电机与所述出料门转轴传动连接；以及

棘轮组，所述出料门与所述出料门转轴之间通过棘轮组连接；

所述第二驱动部包括：

出料门转轴外齿，其设置在所述出料门转轴中部，且所述出料门转轴外齿为与所述出料门转轴同心设置的一段，所述锁销上设置有与所述出料门转轴外齿匹配的锁销齿带；

锁销限位轮，其设置在所述锁销下部，并与所述出料门转轴对应；以及

第一压缩弹簧，所述出料门下部设置有两锁销限位块，所述锁销滑动设置在所述锁销限位块中，所述第一压缩弹簧套设在两所述锁销限位块之间的锁销上，且靠近所述出料门挡块的锁销端部设置有限位凸环，所述第一压缩弹簧与所述限位凸环对应贴合限位；

所述出料口呈锥形，所述出料门的上侧为与所述出料口匹配的密封锥台，在所述密封锥台上设置有环形密封槽，在所述环形密封槽内设置有密封填料或密封环；所述出料门挡块下部设置有弧形驱动面，所述锁销的端部上部设置有与所述弧形驱动面对应的弧形导入面；

靠近所述出料门转轴的出料门端部与搅拌筒体之间设置有第二压缩弹簧。

9.根据权利要求1所述的制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其特征在于，所述控制系统包括：

微机；

控制器；以及

分别与搅拌组件、固料供给单元、液料供给单元和抽真空组件连接的多个传感器，各所述传感器分别将采集到的模拟信号通过电缆传递到控制器，控制器通过数模信号转换后进行数据的记录和保存，并通过微机的显示器进行实时显示，同时，控制系统根据反馈信号对各组件的功能进行调控。