JPH10504271A - セメント質の材料を混合し、噴霧し、配置するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 噴霧可能な速硬性のセメント材料のための組成のみならず、そうしたセメント材料を混合、配置するための方法及びシステムが提供される。前記組成には、二酸化珪素、酸化マグネシウム、金属ホスフェート水溶液のような、セメント形成用成分の噴霧可能な混合物が含まれる。セメント材料を混合及び配置するための方法では、乾燥材料供給用の、直列に連結された容器（Ｒ１）及び（Ｒ２）にして、各々独立して加圧され、乾燥材料充填後に周囲状況から隔絶され得それにより、実質的に増大されたスループット容積を提供する容器（Ｒ１）及び（Ｒ２）を使用する。各容器は流動化要素（Ｃ１）と連通される。流動化要素（Ｃ１）は乾燥成分を、乾燥材料がスラリとなり噴霧ノズル（４５）を通して霧化される以前に乾燥材料を流動化する。

Description

【発明の詳細な説明】 セメント質の材料を混合し、噴霧し、配置するための方法及び装置 〔発明の属する技術分野〕 噴霧可能な速硬性のセメント質材料、並びに、そうした材料を製造及び付着さ せるための方法に関する。 〔従来の技術〕 セメント質材料は、道路、遊泳プール、橋梁、壁、トンネルその他の、風雨に 曝される及び或は厳しい使用状態の反復するインフラストラクチャーのための歩 道材及び或は表面材として長年使用されている。速硬性のセメント質材料を必要 とする用途は数多い。 代表的なセメント製造及び配置のプロセスでは、開放したホッパを通して乾燥 材料を混合チャンバに加え、混合チャンバには、プロセスの連続性を維持するた めの必要に応じて乾燥材料を追加する。圧縮空気のような加圧ガス流れを混合チ ャンバに導入し、混合チャンバを通して乾燥材料を曝気、転動、搬送させる。加 圧ガス流れは、やはり加圧下に導入される液体成分を乾燥材料と共に混合してス ラリを形成するためにも使用される。加圧ガス流れは、種々の収斂要素、例えば 静止ミキサ、ベンチュリエゼクタ、トランスヴェクタ等の使用を通し、代表的に は比較的低圧（即ち約１５ｐｓｉ（約１．０ｋｇ／ｃｍ²））にて導入され且つ そうした低圧に維持される。 解決すべき問題の１つは、混合装置の収縮を回避することである。混合装置が 過度に収縮すると乾燥材料がホッパに吹き戻され、危険な粉塵化状況が発生する 。更には、加圧ガス流れの圧力が不足して混合装置にスラリを詰まらせ、混合チ ャンバを通るスラリの移動を妨害する。加圧ガス流れの圧力を増大させて材料を 分与装置に押し込もうとしても、混合チャンバが周囲環境に対して開放されてい る時には、この混合チャンバ内で十分な圧力を維持することが出来ない。 米国特許第４，３５５，０６０号には、酸化マグネシウム、フライアッシュ、 微細な鉱物骨材、水性アンモニウムホスフェート溶液の混合物を含む高温セメン ト質材料が記載される。前記米国特許に記載されるような水性アンモニウムホス フェート溶液を含むセメント質材料は、材料の硬化中にアンモニアが放出される ことによって悪臭が発生するという特徴がある。 米国特許第４，３９０，３７１号には、セメント質材料を混合、噴霧、配置す るための方法が記載される。この方法では、ライン内静止ミキサを使用し、混合 された乾燥材料を保持するために開放ホッパを使用する。次いでセメント質材料 は例えば、ランスヴェクタ或はベンチュリエゼクタを使用することにより、圧縮 空気と共に静止ミキサに送られる。 噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造し、配置するためには特別の装置が 必要となる。特に、そうした材料を調製し、配置するためにライン内静止ミキサ を使用することには問題がある。速硬性の成分は、混合機や噴霧装置を通して素 早く混合し且つ即座に搬送することによって、それらの速硬性成分が装置内で硬 化してしまわないようにする必要がある。かくして、速硬性成分を比較的速い速 度で且つ比較的高い流体圧力下に装置を通して混合し且つ移動させる必要がある 。従来のセメント混合装置は、こうした速硬性の成分を混合、配置するために必 要な高い流体圧力を収受する設計形状とはされていない。例えば、１５ｐｓｉ（ 約１．０ｋｇ／ｃｍ²）以上の空気圧を従来のプロセス処理装置で用いて、漏出 、機械的シール、乾燥成分の抑制しがたい粉塵化や、十分に混合されない或は流 体流れ中を移送されるスラリ或は乾燥成分がホース類に詰まるといった問題が発 生し得る。更には、繊維質の補強材、例えばファイバーガラス繊維を乾燥成分と して加えると、それらのファイバーガラス繊維が静止ミキサや装置のその他の間 隙に凝集或はフラッフィング（fluffing）し、その結果、材料混合が不完全なも のとなり、結局、最終生成物が一様化されず、強度も低下してしまう。 速硬性のセメント質成分を従来の空気圧力を使用して混合、配置したのでは、 乾燥材料が混合装置を通して十分に推進しないか或は、収斂要素を通してスラリ ー材料が十分に推進せず、これらの材料を満足な状態で配置することができない 。また、従来の空気圧力を使用して噴霧コーティングされ得るのは、収斂要素に 直ぐ隣り合って位置付けられた物体のみである。 〔解決しようとする課題〕 速硬性のセメント質材料を調製し且つ分与するための改良されたシステムを提 供することであり、 改良された速硬性セメント質成分を提供することであり、 速硬性セメント質材料を製造し配置するための装置を提供することである。 〔課題を解決するための手段〕 本発明に従えば、速硬性のセメント質材料を製造、配置するための装置並びに 方法が提供される。本発明の１様相に従えば、速硬性のセメント質材料のための 組成が提供される。本組成には、約２００重量部までの二酸化珪素と、約５０重 量部までの酸化マグネシウムと、約１０乃至１５０重量部までの水性モノメタル ホスフェート溶液とが含まれる。 前記組成には更に、カルシウム、アルミニューム、鉄、カリウム、チタン、ナ トリウムの各酸化物から成る群から選択した少なくとも１つの、約２００重量部 までの金属酸化物と、約５０重量部までの炭化カルシウムとが含まれ得、約３０ 重量部までの、予め選択された長さの、バインダを含まないファイバーガラス繊 維を乾燥成分と共に追加することが出来る。 モノメタルホスフェート水溶液は、アンモニアを放出させることなく速硬性を 促進させ得ることから選択されるものであり、モノメタルホスフェートには例え ば、モノアルミニュームホスフェート、モノマグネシウムホスフェート、モノカ ルシウムホスフェートが含まれ得る。 本発明の他の様相に於て、速硬性の噴霧可能なセメント質材料を製造するため の連続的方法が提供される。先に説明した乾燥材料が第１の容器に追加される。 第１の容器は第２の容器と制御下に連結され且つ第２の容器の上流側に配設され る。乾燥材料を充填する間、第１の容器は周囲状況に対して開放され、第２の容 器からは隔絶される。第２の容器は流動化要素と流体的に連結され、第２の容器 内の流動化用の加圧ガス流れが、プロセス処理中の第１の容器及び第２の容器内 の圧力を確立する。 乾燥材料を第１の容器に装填した後、第１の容器を周囲状況から隔絶し、次い で第２の容器に対して開放させそれにより、第１の容器及び第２の容器内の各圧 力を平衡させ、乾燥材料が第１の容器から第２の容器に移れるようにする。第２ の容器中の乾燥材料は次ぎに流動化用導管へと連続的に移送され、流動化用導管 内で、この流動化用導管のガス入口ポートを通して導入された加圧ガス流れの中 で流動化される。流動化された乾燥材料は、流動化用導管の下流側に配設された 衝突要素に送られ、次いで、加圧下のホスフェート水溶液を、衝突要素の直ぐ上 流側から、流動化要素内の流動化された乾燥材料中に導入する。このホスフェー ト水溶液が、衝突要素内の乾燥成分と結合してスラリを形成する。スラリは、衝 突要素の下流側に配設された収斂要素を通して噴霧され、噴霧可能な速硬性のセ メント質材料を提供する。 本発明の更に他の様相に従えば、噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造す るための別の連続的方法が提供される。本方法では、先に説明した乾燥材料がキ ャビティポンプの入口ポートに導入される。ポンプ運転中、乾燥材料はキャビテ ィポンプを通して混合及び移送される。キャビティポンプの内側チャンバ内の乾 燥材料の一部に、約１０乃至１５０重量部のホスフェート水溶液が加圧下に導入 されそれにより、スラリが形成される。スラリは混合され噴霧されることにより 、噴霧可能な速硬性のセメント質材料を形成する。 本発明の更に別の様相に従えば、噴霧可能な速硬性のセメント質材料を連続的 に製造及び分与するための材料混合及び分与システムが提供される。本システム には少なくとも一対の、第１の容器及び第２の容器が含まれる。第１の容器は第 ２の容器の上流側に配設され、第２の容器と制御可能な状態で接続される。対を なすこれらの第１の容器及び第２の容器は、加圧ガス流れを導入することにより 個別に加圧することが出来る。第２の容器は流動化要素と連通される。乾燥材料 はこの流動化要素内の加圧ガス流れの中で流動化され、搬送される。流動化要素 は、導管と、流動化用の加圧ガス流れを導入するためのガス入口ポートと、加圧 された液体を導入するための液体入口ポートとを含む。本システムは更に、流動 化要素の下流側に配設され、乾燥材料を液体と混合してスラリを形成する衝突要 素と、スラリを分散することにより、噴霧可能なセメント質材料を得るための収 斂要素とを含む。 １実施例では、対をなすこれらの第１の容器及び第２の容器は独立したホッパ であり、別の実施例では第１の容器及び第２の容器は、分離可能な第１の容器及 び第２の容器から構成される、単独の可撓性の導管部分から構成される。本実施 例には、下流側部分が共通の流動化用導管と連通する、隣り合う幾つかの導管の 使用を含むのが好ましい。 流動化用導管のガス入口ポートは、流動化用導管の上流側部分に好ましく配設 される。流動化用導管の液体入口ポートは、代表的にはガス入口ポートの下流側 に位置付けられる。 １実施例では衝突要素は霧化に先立ちスラリを混合する静止ミキサを含む。別 の実施例では衝突要素は、スラリに乱流を創出しそれにより霧化に先立ってスラ リを混合する別のノズル或は類似の収斂要素を含む。 収斂要素或は噴霧要素は、スラリが加圧下にそこを貫いて噴霧されるところの 単一のノズルの形態のものであり得る。或はまた収斂要素は、霧化され、ノズル を出るセメント質材料に衝突し、セメント質材料を更に霧化する別のエアジェッ トを含み得る。 材料混合及び分与システムは更に、収斂要素の下流側に配設されたチョッパユ ニットにして、ファイバーガラス繊維を予め選択した長さに細断するためのチョ ッパユニットを更に含み得る。補助的なエアジェットがこのチョッパユニットと 収斂要素との間に配設され、細断したファイバーガラス繊維を流動化させ、次い で霧化されたセメント質材料中に分散させる。 ここで、“セメント質材料”とは、比較的微細な活性成分と、比較的粗い不活 性成分とを含む乾燥材料と、活性成分と反応する液体成分にして、前記反応によ り、完全に硬化すると極めて耐久性がありまた、熱応力及び機械的応力や腐蝕、 水分、薬品に対する抵抗性を有するコンクリート形式の材料を形成する液体成分 との混合物を含む任意の配合物を言う。ここで“速硬性”とは、活性成分と液体 成分とが接触するに際して急速に反応し、１乃至数分以内に実質的に硬化する材 料を形成するための材料能力を言う。ここで“噴霧可能な”とは、完全硬化する 前に収斂要素を通して加圧下に霧化され所望の基材上に噴霧されるための、材料 能力を言う。ここで、“隔絶し得る”或は“隔絶された”とは、ガスであれ液体 であれ、或は粉末化した固形材料であれ、流体の損失を防止するために夫々シー ルすることの出来或る或はシールされた、容器の状態を言う。 〔図面の簡単な説明〕 図１は、噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続プロセスに 於て使用する、本発明の１実施例に従う材料混合及び分与システムの概略ダイヤ グラム図である。 図２は、噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続プロセスに 於て使用する、本発明の別の実施例に従う材料混合及び分与システム及び方法の 概略ダイヤグラム図である。 図３は、噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続プロセスに 於て使用する、本発明の別の実施例に従う材料混合及び分与システム及び方法の 概略ダイヤグラム図である。 図４は、図１のシステムの乾燥材料送給部分の運転状況を例示する概略図であ る。 〔発明の実施の形態〕 本発明によれば、中でも、速硬性の噴霧可能なセメント質材料のための改良さ れた組成が提供される。本組成は、活性及び不活性の乾燥材料を含み得る乾燥材 料と、金属ホスフェート水溶液を含む液体成分とを含む。ここで“活性成分”と は、セメント質材料の、発熱を伴って反応し材料を硬化させる成分を言う。活性 成分は１００メッシュの篩を容易に通過する一般に微細な粒状物であり、“不活 性成分”とは、セメント質材料の、硬化反応には必然的ではない代りに充填材或 は骨材として作用するものを言う。不活性成分は一般に比較的粗い材料であり、 粒状寸法は１００メッシュよりも大きい。 活性成分には炭化カルシウムと、カルシウム、アルミニューム、鉄、カリウム 、チタン、ナトリウムの各酸化物から成る群から選択した１つ以上の金属酸化物 とが含まれる。不活性成分には、二酸化珪素と、随意的に加えられるファイバ ーガラス繊維とが含まれる。 二酸化珪素は混合物の約２００重量部までの量を加える。二酸化珪素は、粉末 、粗砂及び或は比較的大きな塊状形態のものでよく、その粒状寸法は、最終的な セメント質材料に所望される特性に応じて幅広く、即ち３２５メッシュ（０．０ ０１７インチ（約０．０４３ｍｍ））未満乃至豆砂利（１／４インチ（約６．３ ５ｍｍ））程度とすることができる。二酸化珪素は、一般的には粗砂、即ち粒状 寸法が１００メッシュを越える大きさを有する形態のものとして加えられるもの であり、Ｕ．Ｓ．Ｓｉｌｉｃａ社（ウエストヴァージニア州バークレースプリン グス）を含む数多くの供給会社から市販入手することができる。 二酸化マグネシウムは必須の活性成分であり、急速な硬化を促進させるために 約５０重量部までの量が加えられる。二酸化マグネシウムは、例えば、Ｍａｒｔ ｉｎＭａｒｉｅｔｔａ社（メリーランド州バークレースプリングス）から入手す ることができる。 金属酸化物は代表的には約２００重量部までの量を加える。これらの金属酸化 物は活性成分であり、一般的な粒状寸法は１００メッシュよりもかなり小さい。 金属酸化物は、事実上全ての形式の天然の岩石、砂、及び或は鉱物に共通して見 出される。種々の金属酸化物の存在、相対量、粒状寸法は、結局、最終的なセメ ント質材料に所望される硬化特性や強度特性に依存する。例えば、二酸化カルシ ウムは硬化を遅くするが、５０重量部までの量を加えることができる。酸化アル ミニュームを約１００重量部までの量で加え、残余の酸化物を約１０重量部まで の量で加えることができる。これらの金属酸化物は多くの薬品供給会社から市販 入手することができる。当業者には、金属酸化物及びその付加量は、所望の特性 を付与するためのものであることを容易に理解されよう。 炭化カルシウムは活性成分であり、約５０重量部までの量が加えられる。炭化 カルシウムは最終的なセメント質材料における起泡を促進させそれにより、間隙 率を増大させると共に重量を軽減させる。炭化カルシウムは一般的には１００メ ッシュよりも十分に小さい粒状寸法を有し、例えばＥＣＣ Ａｍｅｒｉｃａ社（ アラバマ州Ｓｙｌａｃａｕｇａ）から市販入手することができる。 随意的に、約３０重量部までの、予め切断した長さの、バインダを含まないフ ァイバーガラス繊維を加えることができる。ここで“バインダを含まない”とは 、有機性バインダ、例えば、ファイバーガラスストランド形態でのシランを含ま ないことを言う。 短いファイバーガラス繊維を含むことで、セメント質材料の強度は、材料の体 積当りの重量を著しく増大させることなく向上する。バインダを含まないファイ バーガラス繊維は比較的短い（即ち１インチ（約２５．４ｍｍ）未満、好ましく は１／４乃至１／２インチ（約６．３５ｍｍ乃至１２．７ｍｍ））ものが商業的 に供給されており、これらを乾燥材料と共に加えることができる。バインダを含 まないファイバーガラス繊維は、例えばＯｗｅｎｓ Ｃｏｒｎｉｎｇ社或はＰＰ Ｇ工業から入手することができる。 液体成分は約１０乃至１５０重量部の金属ホスフェート水溶液を含む。金属ホ スフェート水溶液は、液体成分としてアンモニアホスフェートを使用した時に得 られるよりもずっと強いセメント質材料を創出すると考えられる。更に、セメン ト質材料を製造するに際しては水そのものを液体成分として使用することができ るが、セメント質材料を速硬性のものとするためには金属ホスフェート水溶液を 液体成分として使用する必要がある。本発明と共に使用する金属ホスフェート水 溶液は、それが水性であることにより、事実上全てのセメント製造プロセスに於 て環境的に受容され得るものである他に、活性の乾燥材料と反応するに際しても 有毒煙霧を発生しない長所がある。 金属ホスフェートの例を挙げると、モノアルミニュームホスフェート、モノマ グネシウムホスフェート、モノカルシウムホスフェートがあり、これらには金属 ホスフェートが約５０％の密度に於て存在する。それらの金属ホスフェートは、 金属ポリホスフェート粉末を燐酸塩水溶液中でモノメタルホスフェートに還元す ることにより得られる。好適な金属ホスフェート水溶液は、Ａｌｂｒｉｇｈｔ＆ Ｗｉｌｓｏｎ社（ヴァージニア州リッチモンド）から市販入手することができる 。現在好ましい液体成分はモノアルミニュームホスフェート水溶液である。 本発明によれば更に、色々の基材上に噴霧することのできる速硬性のセメント 質材料を製造するための改良された方法が提供される。１実施例では本方法は、 直列に配列され且つ制御自在に連結した第１の容器及び第２の容器を使用する。 これらの各容器は周囲状況から隔絶することが可能であり、個別に加圧すること もできる。第１の容器及び第２の容器は、従来既知の技法に従う回転エアロック 弁を使用して達成し得る圧力を実質的に上回る圧力で、乾燥材料を連続的に送る ことができるようにする。 本発明の方法に従えば、第１の容器には先に説明したように乾燥材料を充填す る。乾燥材料を第１の容器に充填する間、選択された一様な圧力に加圧された第 ２の容器は第１の容器から隔絶しておく。第１の容器に乾燥材料を完全に充填し た後、第１の容器を周囲状況から選択的に隔絶させ、次いで第２の容器に対して 選択的に開放させそれにより、第１の容器及び第２の容器を圧力平衡状態とする 。かくして、乾燥材料は第１の容器から重力下に回転エアロック弁その他の従来 の計量装置を通り、第２の容器に入る。 第２の容器は流動化要素に直列接続される。流動化要素は、導管と、流動化さ れた乾燥材料に加圧ガスを導入し第１の容器及び第２の容器の圧力を確立すると ころのポート或はジェットとを含む。乾燥材料は、計量装置により制御された量 に於て、第２の容器から重力下に流動化要素に送られ、流動化要素内の加圧ガス 流れの中で流動化される。流動化された乾燥材料は次ぎに、流動化要素の下流側 でこの流動化要素に接続された衝突要素に送られる。 先に説明した金属ホスフェート水溶液は次ぎに、流動化要素内の衝突要素の上 流側で、流動化された乾燥材料中に加圧下に導入される。金属ホスフェート水溶 液は代表的には絶対圧力での約５０乃至７０ｐｓｉ（３．５乃至４．９ｋｇ／ｃ ｍ²）の圧力で、或は好ましくは加圧ガス流れの圧力よりも大きい約１５乃至２ ０ｐｓｉ（１．０５乃至１．４ｋｇ／ｃｍ²）の圧力で、流動化された乾燥材料 中に導入される。流入する金属ホスフェート水溶液の流れの力が、加圧ガス流れ 内の流動化された乾燥材料の乱流と組み合わさり、乾燥材料と液体成分とが混合 されそれにより、衝突要素内でスラリが形成される。形成されたスラリは選択さ れた圧力、代表的には３０及び５０ｐｉｓ（約２．１及び３．５ｋｇ／ｃｍ²） の間の圧力下に衝突要素を通して収斂要素、例えばノズルその他の減径オリフィ スに送られ、霧化され、噴霧状態で分与される。 好ましい実施例では流動化媒体は空気である。しかしながら、仮に１つ以上の ガスの特性が、乾燥材料及び液体成分間の反応を安定化し或は遅延させそれによ り、セメント質材料が硬化を開始する前に装置を完全に通過することが出来るよ うにするために有益なのであれば、その他のガスを使用することが出来る。そう したガスの例には、二酸化炭素、アルゴン、窒素がある。 セメント質材料を形成するために使用する乾燥材料と液体成分との反応は発熱 を伴う。この反応中に発生する熱は、冷却ガス流れを使用することにより消散或 は冷却することが出来る。別法として、室温のガスを導入することもできる。 第１の容器と第２の容器とは別のユニット、例えば、シール自在の弁或は蓋付 きのポートにより相互に且つ周囲状況から隔絶された、従来からのビン或はホッ パとすることができる。ビン或はホッパは、安全上、設計及び構造上の適切な工 業基準に見合う任意の従来形式のものでよい。ビンの寸法形状は、空間的制約や 、製造するべき材料の所望の容積に基き決定する。 １実施例では、第１の容器と第２の容器との間の制御可能な弁と流動化要素と を、例えば、従来からの回転エアロック弁とすることができる。回転エアロック 弁はこの場合、単一の計量装置として機能する。なぜなら、回転エアロック弁の 何れの側にも差圧は無く、従ってエアロック状態は存在しないからである。その 結果、回転エアロック弁には搬送圧力上の限界がない。 流動化用導管は代表的にはエアホースその他の導管であり、乾燥材料が重力下 に流入し、加圧ガス流れ中で流動化される。加圧ガス流れは乾燥材料を流動化用 導管を通して衝突要素に搬送する。 衝突要素は例えば、加圧流体或はスラリが通過するに際して衝突するような幾 何学的形状に配列した静止ベーンを含む静止ミキサ或は類似装置であり得る。静 止ベーンに衝突する流体の力が乱流を創生し、この乱流が、衝突する流体を混合 する。静止ミキサとして好ましいものには、Ｃｈｅｍｉｎｅｅｒ社（マサチュー セッツ州Ｎ．Ａｎｄｏｖｅｒ）から入手することができるＫＭＡシリーズ６−エ レメントモデルが含まれる。 或は、衝突要素は、その内部を流動する加圧ガス流れに乱流を創出するノズル 或は類似の収斂要素であってもよい。この形式の収斂要素には静止ベーンも可動 部材も含まれず、それらに代えて加圧流体が、収斂要素の特徴である減径された 開口部を形成するところの、狭幅化された内壁に衝突した時に乱流が創出され、 流体が混合される。収斂要素はノズル及びベンチュリ管を含むのが好ましい。 収斂要素はノズル、ベンチュリ管、その他の減径オリフィスであり得る。一般 的に使用されるノズルは１／２インチ、３／４インチ、１インチ（約１２．７ｍ ｍ、約１９．０５ｍｍ、約２５．４ｍｍ）のオリフィスを有する。これらの収斂 要素は、静止ミキサにおけるような静止ベーンは含んでいないがそれに代えて、 そこを通過する材料流れに対し、この材料流れ中の粒状物を収斂要素の狭い内壁 に衝突させることにより乱流を付与する。 収斂要素はセメント質材料がそこを還流して分与されるところの単一のノズル とすることができる。収斂要素はまた別のエアジェットを含み得る。このエアジ ェットは、セメント質材料を更に霧化するための予め選択した角度で、霧化され たセメント質材料に圧縮空気を衝突させる。そうした別のエアジェットは代表的 に、１つ以上のオリフィスから絶対圧力での約２５乃至４０ｐｓｉ（約１．７５ 乃至２．８ｋｇ／ｃｍ²）の圧力で空気を霧化されたセメント質材料に送る配列 とされる。この別のエアジェットは、収斂要素を出る出口流れに関し比較的小さ い入射角度（例えば４５度未満）で送達される。 液体ジェット、静止ミキサ、ノズルは全て、特定の材料組成、粘度、流量、噴 霧パターンの条件に合致するべく直径が変化される。代表的には、液体ジェット の寸法範囲は１／１６インチ乃至９／３２インチ（約１．６ｍｍ乃至７．１ｍｍ ）である。静止ミキサの直径は３／４インチから１・１／２インチ（約１９．５ ｍｍ乃至３８．１ｍｍ）に変更し得、ノズルは１／２インチ乃至１インチ（約１ ２．７ｍｍから２５．４ｍｍ）に変更し得る。最も好ましい組み合わせに於ける 各部品の寸法形状は、液体ジェットが直径７／６４インチ（約２．７４ｍｍ）、 静止ミキサが直径１インチ（約２５．４ｍｍ）、そしてノズルが直径３／４イン チ（約１９．０ｍｍ）である。 収斂要素はセメント質材料がそこを還流して分与されるところの単一のノズル とすることができる。収斂要素はまた別のエアジェットを含み得る。このエアジ ェットは、セメント質材料を更に霧化するための予め選択した角度で、霧化され たセメント質材料に圧縮空気を衝突させる。そうした別のエアジェットは代表的 に、１つ以上のオリフィスから絶対圧力での約２５乃至４０ｐｓｉ（約１．７５ 乃至２．８ｋｇ／ｃｍ²）の圧力で霧化されたセメント質材料に空気を送る配列 とされる。この別のエアジェットは、収斂要素を出る出口流れに関し比較的小さ い入射角度（例えば４５度未満）で送達される。 液体ジェット、静止ミキサ、ノズルは全て、特定の材料組成、粘度、流量、噴 霧パターンの条件に合致させるべく直径が変更される。代表的には、液体ジェッ トの寸法範囲は１／１６インチ乃至９／３２インチ（約１．６ｍｍ乃至７．１ｍ ｍ）である。静止ミキサの直径は３／４インチから１・１／２インチ（約１９． ５ｍｍ乃至３８．１ｍｍ）に変更し得、ノズルは１／２インチ乃至１インチ（約 １２．７ｍｍから２５．４ｍｍ）に変更し得る。最も好ましい組み合わせでの各 部品の寸法形状は、液体ジェットが直径７／６４インチ（約２．７４ｍｍ）、静 止ミキサが直径１インチ（約２５．４ｍｍ）、そしてノズルが直径３／４インチ （約１９．０ｍｍ）である。 図１には本発明の１実施例に従う材料送達装置及び方法が概略例示され、記号 Ｒ１で示す第１の容器が、記号Ｒ２で示す第２の容器と直列に配列され且つ制御 自在に連結されている。第１の容器Ｒ１は、この第１の容器を周囲状況からシー ルするための、図示しない蝶着された蓋を含む。乾燥材料を第１の容器Ｒ１から 第２の容器Ｒ２に送るための弁要素Ｖ１が、第１の容器Ｒ１と第２の容器Ｒ２と の間に配設される。弁要素Ｖ１を閉じ、第１の容器Ｒ１の蓋を開放した状態で乾 燥材料を第１の容器Ｒ１に導入する。第１の容器Ｒ１が乾燥材料１０で充填され た後、第１の容器Ｒ１の蓋を閉じそれにより、第１の容器Ｒ１を周囲状況から隔 絶する。 第２の容器Ｒ２は、第２の弁要素Ｖ２を介し、流動化用導管Ｃ１と流体的に連 結される。流動化用導管Ｃ１は、流動化用導管Ｃ１に流動化用の加圧ガス流れ２ ０を導入するための手段を含む。かくして、第２の弁要素Ｖ２を開放すると、第 ２の容器Ｒ２の圧力は、実質的に流動化用導管Ｃ１内の流動化用の加圧ガス流れ ２０の圧力となる。 弁要素Ｖ１が、第１の容器Ｒ１から第２の容器Ｒ２への乾燥材料１０の移送を 可能とするために開放される。方法のこの段階に於て、第１の容器Ｒ１、第２の 容器Ｒ２、流動化用導管Ｃ１は全て、実質的に等圧、即ち流動化用導管Ｃ１内の 流動化用の加圧ガス流れ２０の圧力となる。 かくして、乾燥材料１０は第１の弁要素Ｖ１を通して第１の容器Ｒ１から第２ の容器Ｒ２に重力下に流入する。同様に、乾燥材料１０は第２の弁要素Ｖ２を通 し、第２の容器Ｒ２から流動化用導管Ｃ１に重力下に流入する。 流動化用の加圧ガス流れ２０が流動化用導管Ｃ１に導入され、乾燥材料１０を 流動化すると共にこの流動化された乾燥材料を流動化用導管Ｃ１を通して衝突要 素Ｍに搬送する。先に説明したように、金属ホスフェート水溶液であり得る液体 ３０が、ジェットを通して、流動化用導管Ｃ１内の、衝突要素Ｍの直ぐ上流側の 流動化された乾燥要素１０に加圧下に導入される。液体３０は流動化された乾燥 材料１０に衝突し、スラリ４０を形成する。スラリ４０は流動化用の加圧ガス流 れ２０により衝突要素Ｍを通して送られ、衝突要素Ｍの内側構造部上でスラリ４ ０と衝突して混合される。次いでスラリ４０は収斂要素５０を通過し、霧化され たセメント質材料４５として分与される。 図１には、霧化されたセメント質材料４５に、短く細断したファイバーガラス 繊維８０が追加される状況も例示される。ファイバーガラス繊維８０は平行な繊 維の束として束ねられるか或は捩じり状態の多重ストランドとして束ねた、連続 するファイバーガラスストランドの束として製造される。単一のファイバーガラ ス繊維の直径は極めて小さく、１インチの数万分の１のオーダーである。かくし て、ファイバーガラス繊維は、数千もの個別のファイバーガラスストランドを含 み、これらのファイバーガラスストランドが相互に結合して、平行なストランド （繊維）或は捩じり状態のストランド（繊維）となる。ファイバーガラス繊維は 有機性バインダ、例えばシラン或はスターチ複合物と結合し、これらファイバー ガラスストランドの相互の付着とそして、ファイバーガラス繊維或はヤーンを加 えるところの混合物中の他の材料への付着を促進する。 ファイバーガラス繊維は代表的には、セメント製造プロセスに於て比較的遅い 段階でセメント質材料に追加される。ファイバーガラス繊維は代表的には、ライ ン内のチョッパユニットにより所望の長さ、好ましくは１乃至３インチ（２５． ４乃至７６．２ｍｍ）の長さに細断された後、スラリか或は霧化されたセメント 質材料に加えられる。図１に示す実施例では、ファイバーガラス繊維８０は、収 斂要素５０の下流側に配設したチョッパユニット９０により、予め選択した長さ に細断され得る。細断したファイバーガラス繊維は次いで、好適に配設された別 のノズル９５からの加圧エアジェット２２内を吹送され、霧化されたセメント質 材料４５に入る。 別法として、個別のファイバーガラス繊維を類似の様式で霧化材料中に加える ことができる。 別の実施例では、一対の、隔絶し得る第１の容器及び第２の容器０を、単一の 可撓性の導管の別々の部分に形成することができる。図４に示すように、幾つか の可撓性の導管５００を、相互に隣り合わせて且つ共通の流動化用導管３００と 連通する状態で配設するのが好ましい。本実施例では、可撓性の導管の一部を従 来手段、例えば、圧迫帯、或は機械的ピンチ要素その他の制御可能なシール要素 を使用して相互に隔絶する。 図４に示すように、可撓性の導管５００は入口ポート５０１と、この入口ポー ト５０１を覆って可動状態で配設された、蝶着された蓋Ｌと、第１部分５１０（ 第１の容器Ｒ１と類似の）と、この第１部分の下流側の第２部分（第２の容器Ｒ ２と類似の）と、流動化用導管３００（Ｃ１と類似の）に導通する出口ポート５ ３０とを有する。可撓性の導管５００の種々の部分は相互に分離可能であり、ま た、選択的に閉鎖することのできるシール要素６００（弁要素Ｖ１及びＶ２と類 似の）により相互にシール自在である。シール要素６００はピンチバーその他の 従来装置の形態のものでよく、例えば機械的、電気的、液圧的或は空気圧的な制 御により駆動することが出来る。シール要素６００は第１部分５１０を周囲状況 から効果的にシールすると共に、第２部分５２０を流動化用導管３００からもシ ールする。代表的な可撓性の導管は、例えば、可撓性のプラスチック管から作製 し得、代表的なシール要素は、例えば直径３／４インチ（約０．７５ｍｍ）の丸 棒素材から作製したピンチバーとすることが出来る。 図４の部分４Ａは、ピンチバーである上方のシール要素６００を閉じた状態で の可撓性の導管５００を示している。ピンチバーである下方のシール要素６００ が開放され、第１部分５１０は乾燥材料１０で充填されている。プロセスのこの 段階では、第１部分５１０は周囲状況に対して開放され、一方、流動化用導管３ ００を通して流れる加圧ガス流れ２０により、一様な、選択された圧力に加圧さ れた下流側部分からは隔絶される。 図４の部分４Ｂは、ピンチバーである下方のシール要素６００が、乾燥材料１ ０を第１部分５１０から第２部分５２０に送るための準備状態に於て閉鎖された 状態を例示する。第２部分５２０は流動化用導管３００内の加圧ガス流れ２０の 圧力に加圧されている。 図４の部分４Ｃに示すように、上方の第１部分５１０は、入口ポート５０１を 覆う蓋Ｌと係合することにより周囲状況から隔絶されている。次いで、ピンチバ ーである上方のシール要素６００を開放すると、可撓性の導管５００の第１部分 及び第２部分は圧力平衡化され、乾燥材料１０は第２部分５２０に重力下に流入 することができるようになる。本プロセスのこの段階では導管の第１部分と第２ 部分とは流動化用導管３００内の加圧ガス流れの圧力に一様に加圧される。 図４の部分４Ｄでは、可撓性の導管５００の第１部分５１０が乾燥材料１０で 充填される。蓋Ｌが入口ポートから脱係合されそれにより、第１部分を周囲状況 に対し開放する。上方のシール要素６００が再閉鎖され、第２部分５２０と流動 化用導管３００とが実質的に等圧状態に維持され、周囲状況から隔絶される。次 ぎに乾燥材料１０が第１部分５１０に追加され、流動化用導管３００への連続的 な乾燥材料１０の送達を維持するためのサイクルが反復される。従って、図４の 部分４Ｅは、図４の部分４Ａに示すと同一の状況を例示している。 乾燥材料１０は、可撓性の導管５００を出ると流動化用導管３００に入り、こ の流動化用導管内で流動化され、別のエアジェット３０１から流動化用導管３０ ０に流入する加圧ガス流れ２０により搬送される。加圧ガス流れ２０は任意の好 都合な角度で流動化用導管３００に導入することができるが、加圧ガス流れを流 動化用導管の上流側部分でしかも流動化用導管の長手方向軸線とできるだけ平行 に近い、即ち、この流動化用導管を通しての材料の最終的な送り方向と実質的に 平行となる角度で導入するのが好ましい。図４の部分４Ｆに示されるように、液 体成分３０は、衝突要素Ｍの直ぐ上流側から、ジェット３１を通して流動化用導 管３００内の流動化された乾燥材料１０中に導入され、乾燥材料１０と共にスラ リ４０を形成する。スラリ４０は、衝突要素Ｍを通して収斂要素５０に運ばれ、 この収斂要素５０が、セメント質材料４５を噴霧形態に於て分与する。衝突要素 Ｍは先に説明したような静止ミキサ或はノズルであり得る。 細断されたファイバーガラス繊維８０は、先に説明したように収斂要素５０の 下流側で別のエアジェット２２内で流動化され、セメント質材料４５に加えられ る。或は別法として、バインダを含まない短いファイバーガラス繊維８５を、先 に説明したような可撓性の導管５００の入口ポート５０１から、乾燥材料１０と 共に加えることができる。 可撓性の導管５００は、耐久性のある、可撓性の等分し管、例えばＴｙｇｏｎ （商標名）管であるのが好ましい。管の代表的な直径には、１乃至１・１／２イ ンチ（約２５．４乃至３８．１ｍｍ）のものが含まれるが、管の直径及び長さは 所望容積での乾燥材料の送達を提供する任意の寸法とすることができる。流動化 用導管への、円滑な、妨害を受けることのない材料送達を提供するために、複数 の導管を使用するのが好ましい。可撓性の導管を数多く使用することにより、よ り一層一様化された状態での乾燥材料の送達が実現される。本発明の本実施例に 従う代表的な材料混合及び分与装置には、例えば、平行配列され各々が単一の流 動化用導管への送給を行う８本までの可撓性の導管を含むことができる。 相互に隔絶可能であり且つ周囲状況から隔絶され得、乾燥材料を連続的に送る ことのできる、直列配列された別構成の容器を使用することもできる。 本発明の方法の１つの利益は、材料送達のためのより高い圧力及びより大きな 流量を入手することができる点である。従来システムを使用した場合、材料の送 達圧力は約１５ｐｓｉ（約１．０５ｋｇ／ｃｍ²）に制限され、材料のスループ ットは毎分約２１５立方フィート（約６．０９ｍ³）に限定されるのに対し、本 発明を使用すると、実質的に増大された材料送達圧力（即ち、１００ｐｓｉ（約 ７．０３ｋｇ／ｃｍ²）まで或はそれ以上）を達成することが可能であり、材料 スループットは毎分１７００立方フィート（約４８．１ｍ³）を上回り得る。更 には、そうした一段と高い材料送達圧力により、バインダを含まない短いファイ バーガラス繊維８５を乾燥材料として第１の容器に追加することができるように なる他、それらファイバーガラス繊維８５をセメント質材料４５に、このセメン ト質材料４５が収斂要素５０を出た後で加えることができるようにもなる。 図２及び３には本発明の別態様の実施例が例示され、キャビティポンプを使用 して乾燥材料１０及びスラリ４０を送りそれにより、実質的に増大された材料送 達圧力を提供している。キャビティポンプは動力駆動される回転要素、即ちモー ターと、静止要素、即ちステータとを有する。回転要素と静止要素とは相補構造 のものである。１実施例ではロータは単一らせん形状を有し、ステータは２重ら せん形状を有する。更に、ステータ及びロータは代表的には異なる材料から作製 され、ロータは代表的には金属材料から作製され、ステータはもっと弾力のある 材料、例えばエラストマーから作製する。ロータ及びステータは、締まり嵌め或 は押し嵌めにより合致させる。ロータとステータとがこのように密着状態で嵌合 することにより、ロータのベーンが回転するに際し、これらのベーン間に一時的 な、或は過渡的な一連の空間が創出され、これらの空間がステータの内部を直線 移動する。ステータ内部でロータが偏心的に回転するとポンピング作用が発生す る。一般に、液体或はスラリはポンプ入口に形成された前記空間に入り、ロータ の移動と共にポンプを直線的に前進しつつポンプ出口に向かう。こうして生じた 非パルス的な出口流れはロータの速度に直接比例する。 図２は、キャビティポンプ７０を使用する本発明の１方法を例示する。本方法 では、多数の過渡的な空間７０ａ〜７０ｄを有するキャビティポンプ７０を使用 して乾燥材料１０とスラリ４０とを混合し、この混合材料を、収斂要素５０を通 過して霧化される前に衝突要素Ｍに送り込み、更に混合する。乾燥材料１０はキ ャビティポンプの入口の空間７０ａに加えられ、ロータがステータを通して移動 するに従い、転動される。先に説明したようなホスフェート水溶液であり得る液 体成分３０は、キャビティポンプ７０の１つ以上の空間７０ｂ、７０ｃ内に、液 体成分３０が空間から飛び出さないようにするための十分な圧力、代表的には約 ５０乃至７０ｐｓｉ（約３．５乃至４．９ｋｇ／ｃｍ²）の圧力で導入される。 次いでスラリ４０は先の実施例に関連して説明したような、それ以降の混合のた めに衝突要素Ｍを通してポンピングされる。スラリ４０は次ぎに、ノズルその他 の減径オリフィスのような収斂要素５０を通してポンピングされ、霧化されたセ メント質材料４５として分与される。 キャビティポンプ７０は少なくとも４つの過渡的空間を内側に有するのが好ま しい。 先に説明した方法に於けるように、細断したファイバーガラス繊維８０を、収 斂要素５０の下流側の別のノズル９５を通して、霧化されたセメント質材料４５ に加えることができる。別法として、バインダを含まない、予め選択された短い 長さのファイバーガラス繊維８５を、入口部分の空間７０ａに加えられる乾燥材 料１０に含ませることができる。 本方法の、図３に例示される別態様の実施例では、不活性の乾燥材料１０ｉが 所定量の二酸化珪素を含み、バインダを含まない所定長さのファイバーガラス繊 維８５がキャビティポンプ７０の外側で液体成分３０と混合され、次いで、キャ ビティポンプ内に第１の混合物４１として導入される。キャビティポンプ７０が この第１の混合物４１を衝突要素Ｍにポンピングする。所定量の二酸化マグネシ ウムと、酸化カルシウムと、先に説明したような１つ以上の追加的な金属酸化物 とを含む活性の乾燥材料１０ａとが、加圧ガス流れ２０内で流動化され、衝突要 素Ｍに導入され、スラリ４０を形成する。スラリ４０は衝突要素Ｍと、収斂要素 ５０とを通してポンピングされ、混合され、霧化される。細断されたファイバー ガラス繊維８５を、先に説明したように、霧化されたセメント質材料４５に加え ることができる。 乾燥材料１０とスラリ４０とは、１００ｐｓｉ（約７．０３ｋｇ／ｃｍ²）ま での圧力と、毎分約３，４５６立方インチ（約９７．９ｃｍ³）までの流量でキ ャビティポンプを通してポンピングされ得る。 以下の例は限定的なものではない。 例 以下の原材料が表示される配合比率に於て提供された。全ての量は重量部で与え られた。 各配合Ｉ〜IIIは、図１を参照して説明した２つの容器を使用するプロセスを 使用してプロセス処理された。以下に、プロセス処理に際して使用された各値を 例示する。 流動化用導管内の空気圧：３５ｐｓｉ（約２．５ｋｇ／ｃｍ²） 流動化用導管への乾燥材料の流量：６４８ｉｎ³／分（約１８．３ｍ³／分） 流動化用導管の内径：１インチ（約２５．４ｍｍ） 液体圧力：６０ｐｓｉ（約４．２ｋｇ／ｃｍ²） 液体流量：１６２ｉｎ³／分（約４．６ｍ³／分） 液体ジェット：７／６４インチ（約２．８ｍｍ） 衝突要素：１インチ（約２５．４ｍｍ）ボア付きの静止ミキサ 収斂要素５０：３／４インチ（約１９．１ｍｍ）オリフィス付きのノズル 材料を試験パネル上に噴霧したところ、噴霧後１／２乃至２分で完全に硬化し た。 配合Ｉにより、比重１．７、圧縮強度約５０００ｐｓｉ（約３５１．５ｋｇ／ ｃｍ²）のセメント質材料が生成された。この配合は例えば、成形シャワーユニ ットその他を製造する上で使用する充填ポリエステル樹脂の代替材料として有益 である。配合IIにより、比重０．８、圧縮強度約７００乃至８００ｐｓｉ（約４ ９．２乃至５６．２ｋｇ／ｃｍ²）の、フォーム状の軽量構造体が生成された。 この配合は例えば、耐火性及び或は絶縁性を必要とする、例えばパネル、壁その 他の構造物用途に対し有益である。配合IIIにより、比重２．０、圧縮強度約３ ０，０００ｐｓｉ（約２１０９ｋｇ／ｃｍ²）の高強度のセメント質材料が生成 された。この配合は例えば、高強度の構造的形状を必要とする用途に向いている 。 以上本発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内で多くの変更を成し得 ることを理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 14/32 Ｃ０４Ｂ 14/32 14/42 14/42 28/34 28/34

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．噴霧可能な速硬性のセメント質材料であって、 ａ）約２００重量部までの二酸化珪素と、 ｂ）約５０重量部までの酸化マグネシウムと、 ｃ）約１００乃至１５０重量部のモノメタルホスフェート水溶液と、 を含んでなる速硬性のセメント質材料。 ２．ａ）約２００重量部までの、カルシウム、アルミニューム、鉄、カリウム、 チタン、ナトリウムの各酸化物から成る群から選択した少なくとも１つの金属酸 化物と、 ｂ）約５０重量部までの炭化カルシウムと、 ｃ）随意的な、約３０重量部までの、バインダを含まないファイバーガラス繊 維と、 を更に含んでいる請求項１の速硬性のセメント質材料。 ３．モノメタルホスフェートが、モノアルミニュームホスフェート、モノマグネ シウムホスフェート、モノカルシウムホスフェートからなる群から選択したもの である請求項１の速硬性のセメント質材料。 ４．噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的方法であって、 ａ）乾燥成分を、第１の容器にして、第２の容器の上流側に配設され、乾燥成 分を加える間、第２の容器から隔絶される第１の容器に加えること、 ｂ）第１の容器を周囲状況から隔絶すること、 ｃ）加圧ガス流れを第１の容器及び第２の容器の各々に導入し、これら第１の 容器及び第２の容器が実質的に一様な圧力となるようにすること、 ｄ）第１の容器及び第２の容器が実質的に等圧状態となった時、第１の容器か ら第２の容器に乾燥成分を送ることができるようにすること、 ｅ）乾燥成分を、第２の容器と連通した流動化要素に連続的に送達し、該流動 化要素内で乾燥成分を流動化させること、 ｆ）流動化された乾燥成分中にホスフェート水溶液を導入し、スラリを形成す ること、 ｇ）スラリを混合し、霧化することにより、霧化された材料形態での噴霧可能 な速硬性のセメント質材料を得ること、 を包含してなる、噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的 方法。 ５．乾燥成分が、基本的に活性部分と不活性部分とから構成され、活性部分が、 約５０重量部までの酸化マグネシウムを含み、不活性部分が約２００重量部まで の二酸化珪素を含む請求項４の噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するた めの連続的方法。 ６．活性部分が更に、約２００重量部までの、カルシウム、アルミニューム、鉄 、カリウム、チタン、ナトリウムの各酸化物から成る群から選択した少なくとも １つの金属酸化物と、約５０重量部までの炭化カルシウムとを含み、不活性部分 が更に、約３０重量部までの、バインダを含まないファイバーガラス繊維を含ん でいる請求項５の噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的方 法。 ７．ホスフェートが、アンモニウムホスフェート、モノアルミニュームホスフェ ート、モノマグネシウムホスフェート、モノカルシウムホスフェートからなる群 から選択したものである請求項４の噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造す るための連続的方法。 ８．流動化要素が、ガスを導入するためのガス入口ポートと、加圧された液体を 導入するための液体入口ポートとを有する導管を含んでいる請求項４の噴霧可能 な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的方法。 ９．流動化要素が、第１の容器及び第２の容器と流体連通しそれにより、第１の 容器及び第２の容器及び流動化要素内に実質的に一様な圧力を確立する請求項４ の噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的方法。 １０．霧化された材料にファイバーガラス材料を加える段階を含む請求項４の噴 霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的方法。 １１．噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的方法であって 、 ａ）乾燥成分をキャビティポンプの入口ポートに加え、キャビティポンプを運 転し、乾燥成分を該キャビティポンプを通して送ること、 ｂ）ホスフェート水溶液を、キャビティポンプの内側チャンバ内の乾燥成分の 一部に別個に導入してスラリを形成すること、 ｃ）乾燥成分とホスフェート水溶液とを衝突要素に送り、スラリを形成するこ と、 ｄ）スラリを混合及び霧化することにより、噴霧可能な速硬性のセメント質材 料を得ること、 を含んでなる噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製造するための連続的方法 。 １２．乾燥成分が、基本的に活性部分と不活性部分とから構成され、活性部分が 約５０重量部までの酸化マグネシウムを含み、不活性部分が約２００重量部まで の二酸化珪素を含んでなる請求項１１の噴霧可能な速硬性のセメント質材料を製 造するための連続的方法。