DE69513525T2

DE69513525T2 - Verfahren und vorrichtung zum mischen, spritzen und aufbringen von zementmaterialien

Info

Publication number: DE69513525T2
Application number: DE69513525T
Authority: DE
Inventors: Henry Chess
Original assignee: BLUE OAK MATERIALS Ltd PARTNER
Current assignee: BLUE OAK MATERIALS Ltd PARTNER
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: EP0770044B1; US5494708A; EP0770044A1; JPH10504271A; DE69513525D1; CA2191854A1; WO1995035266A1; ATE186901T1; US5597120A; EP0770044A4

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen von spritzbaren, schnell aushärtenden Zementmaterialien.
Zementmaterialien finden breite Anwendung in der Bauindustrie als Beläge und/oder Oberflächenbeschichtungen für Infrastrukturen so wie Straßen, Schwimmbecken, Brücken, Wände, Tunnel und andere Strukturen, die den Elementen und/oder wiederholter schwerer Verwendung ausgesetzt sind. Viele Anwendungen erfordern schnelles Aushärten des Zementmaterials.
Bei einem typischen Zementherstellungs- und Plazierungsvorgang werden trockene Materialien einer Mischkammer durch einen offenen Trichter hinzugegeben, dem zusätzliches trockenes Material wie zum Aufrechterhalten eines kontinuierlichen Vorgangs erforderlich zugeführt wird. Ein Druckgasstrom, so wie komprimierte Luft, wird in die Mischkammer eingeführt, um die trockenen Materialien zu belüften, zu schleudern und durch die Mischkammer und zu befördern. Der Gasstrom wird weiter verwendet, um eine ebenfalls unter Druck eingeführte flüssige Komponente mit den trockenen Materialien zum Bilden eines Schlamms zu mischen. Der Gasstrom wird typischerweise bei einem relativ niedrigen Druck (d. h. bis zu etwa 15 psi (pound per square inch - Pfund pro Quadratzoll))eingeführt und über die Verwendung verschiedener Staueinrichtungen so wie statischer Mischer, Venturi-Saugstrahlpumpen und Transvektoren auf diesem gehalten.
Ein technisches Problem, daß überwunden werden muß, besteht darin, eine Verengung der Mischeinrichtung zu verhindern. Wenn die Verengung übermäßig ist, können die trockenen Materialien in den Materialtrichter zurückgeblasen werden, wodurch sie gefährliche Staubbedingungen verursachen. Weiter kann unzulänglicher Druck des Gasstroms bewirken, daß der Schlamm die Mischeinrichtung verstopft und die Bewegung des Schlamms durch die Mischkammer behindert. Versuche, das Material durch Erhöhung des Gasstromdrucks durch die Ausgabeeinrichtung zu pressen, können aufgrund einer Unfähigkeit fehlschlagen, ausreichenden Druck in der Mischkammer aufrechtzuerhalten, wenn sie offen für Umgebungsbedingungen ist.
US-Patent 4,355,060 an Cornwell offenbart ein Zementmaterial hoher Temperatur, das aus einer Mischung von Magnesiumoxid, Flugasche, fein getrennten Mineralaggregaten und wässerigen Ammoniumphosphatlösungen besteht. Zementmaterialzusammensetzungen, die Ammoniumphosphate enthalten, so wie die in Cornwell '060 offenbarte Zusammensetzung, sind durch einen unangenehmen Geruch gekennzeichnet, der während der Aushärtung des Materials und der resultierenden Freisetzung von Ammoniak erzeugt wird.
US-Patent 4,390,371 an Cornwell offenbart ein Verfahren zum Mischen, Spritzen und Plazieren eines solchen Zementmaterials. Das Verfahren verwendet statische Reihenmischer und einen offenen Trichter zum Halten von gemischtem trockenem Material. Das Material wird dann mit Druckluft zu dem statischen Mischsystem befördert, zum Beispiel durch Verwendung eines Transvektors oder einer Venturi-Saugstrahlpumpe.
Spezialausrüstung ist erforderlich, um schnell aushärtendes, spritzbares Zementmaterial herzustellen und zu plazieren. Insbesondere kann die Verwendung statischer Reihenmischer zum Herstellen und Plazieren solcher Materialien problematisch sein. Schnell aushärtende Zusammensetzungen erfordern schnelleres Mischen und schnelleren Transport durch Misch- und Spritzeinrichtungen, um Härten und Aushärten des Materials zu vermeiden, während es sich noch in den Einrichtungen befindet. Deshalb müssen diese Zusammensetzungen bei verhältnismäßig größeren Geschwindigkeiten und unter verhältnismäßig höheren Fluiddrucken gemischt und durch die Einrichtungen bewegt werden. Konventionelle Zementmischeinrichtungen sind nicht ausgeführt, um die zum Mischen und Plazieren dieser schnell aushärtenden Zusammensetzungen erforderlichen erhöhten Fluiddrucke aufzunehmen. Zum Beispiel kann die Verwendung von Luftdrucken höher als etwa 15 Pfund pro Quadratzoll (psi) in konventionellen Verarbeitungseinrichtungen Probleme so wie Leckage an mechanischen Dichtungen, unkontrolliertes Stauben der trockenen Inhaltsstoffe, Tunnelung von komprimierter Luft durch Schlamm und trockene Inhaltsstoffe, und Zusetzen von Schläuchen mit Schlamm oder trockenen Inhaltsstoffen verursachen, die in dem Fluidstrom nicht ausreichend vermischt sind oder nicht ausreichend befördert werden. Weiter führt die Zugabe von Faserverstärkungsmaterial so wie Glasfasern als einen trockenen Inhaltsstoff zum Aufflocken oder Stauben der Glasfasern innerhalb des statischen Mischers und anderen Hohlräumen der Einrichtungen. Das Ergebnis ist unvollständiges Mischen des Materials und folglich Ungleichmäßigkeit und verringerte Stabilität des Endprodukts.
Die Verwendung konventioneller Luftdrucke zum Mischen und Plazieren von schnell aushärtenden Zementmaterialien treibt entweder das trockene Material nicht ausreichend durch die Mischeinrichtung oder das aufgeschlämmte Material nicht ausreichend durch eine Staueinrichtung für zufriedenstellende Plazierung des Materials. Außerdem können nur Gegenstände, die unmittelbar neben der Staueinrichtung angeordnet sind, unter Verwendung konventioneller Luftdrucke spritzbeschichtet werden.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes System zum Herstellen und Ausgeben von schnell aushärtenden Zementmaterialien zu schaffen. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Herstellen und Plazieren von schnell aushärtenden Zementmaterialien zu schaffen. Diese und andere Ziele werden aus der folgenden Beschreibung deutlich werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen schnell aushärtender Zementmaterialien. In einem Aspekt der Erfindung wird eine Zusammensetzung für schnell aushärtendes, spritzbares Zementmaterial geschaffen. Die Zusammensetzung umfaßt bis zu 200 Gewichtsteile Siliciumdioxid, bis zu 50 Gewichtsteile Magnesiumoxid, und ungefähr 10 bis 150 Gewichtsteile einer wässerigen monometallischen Phosphatlösung.
Die Zusammensetzung kann weiter bis zu etwa 200 Gewichtsteile wenigstens eines aus der aus den Oxiden von Kalzium, Aluminium, Eisen, Kalium, Titan und Natrium bestehenden Gruppe ausgewählten Metalloxids, bis zu 50 Gewichtsteile Kalziumkarbonat umfassen, und bis zu etwa 30 Gewichtsteile bindemittelfreier Glasfaserfasern vorhergehend ausgewählter Länge können mit der trockenen Komponente hinzugegeben werden.
Die wässerigen monometallischen Phosphatlösungen werden aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, ein schnelles Aushärten ohne Freisetzung von Ammoniak zu fördern. Sie können zum Beispiel Monoaluminiumphosphat, Monomagnesiumphosphat und Monokalziumphospat einschließen.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein kontinuierliches Verfahren zum Herstellen eines schnell aushärtenden, spritzbaren Zementmaterials geschaffen. Die oben beschriebenen trockenen Materialien werden einem ersten Aufnahmegefäß zugeführt, das steuerbar mit einem zweiten Aufnahmegefäß verbunden und stromaufwärts desselben angeordnet ist. Während Zugabe des trockenen Materials ist das erste Aufnahmegefäß offen für Umgebungsbedingungen und ist von dem zweiten Aufnahmegefäß isoliert. Das zweite Aufnahmegefäß ist fluidmäßig mit einem Verflüssigungselement verbunden, in dem ein verflüssigender Druckgasstrom während des Verfahrens den Druck des ersten und zweiten Aufnahmegefäßes erzeugt.
Nachdem das trockene Material in das erste Aufnahmegefäß gegeben wurde, wird das erste Aufnahmegefäß von Umgebungsbedingungen isoliert und dann zu dem zweiten Aufnahmegefäß geöffnet, um zu ermöglichen, daß die Drucke innerhalb der beiden Aufnahmegefäße ins Gleichgewicht gebracht werden, und um die Überführung des trockenen Materials aus dem ersten Aufnahmegefäß in das zweite Aufnahmegefäß zuzulassen. Das trockene Material in dem zweiten Aufnahmegefäß wird dann kontinuierlich in eine Verflüssigungsleitung überführt, in der es in einem über eine Gaseinlaßöffnung in der Verflüssigungsleitung eingeführten Druckgasstrom verflüssigt wird. Das verflüssigte Material wird zu einem Prallelement befördert, welches stromabwärts des Verflüssigungselements angeordnet ist. Eine wässerige Phosphatlösung wird dann unter Druck zu dem verflüssigten Material in dem Verflüssigungselement gerade stromaufwärts des Prallelements eingeführt. Die wässerige Phosphatlösung wird in dem Prallelement mit der trockenen Komponente zum Bilden eines Schlamms kombiniert. Der Schlamm wird dann durch ein Stauelement pulverisiert, das stromabwärts des Prallelements angeordnet ist, um ein spritzbares, schnell aushärtendes Zementmaterial zu gewinnen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein alternatives kontinuierliches Verfahren zum Herstellen eines spritzbaren, schnell aushärtenden Zementmaterials geschaffen. Bei diesem Verfahren wird eine trockene Komponente wie oben beschrieben in eine Einlaßöffnung einer Hohlraumpumpe eingeführt. Während Pumpenbetrieb wird die trockene Komponente gemischt und durch die Pumpe befördert. Ungefähr 10 bis 150 Gewichtsteile einer wässerigen Phosphatlösung werden dann unter Druck in einen Teil der trockenen Komponente in einer Innenkammer der Hohlraumpumpe zum Bilden eines Schlamms eingeführt. Der Schlamm wird gemischt und pulverisiert, um ein spritzbares, schnell aushärtendes Zementmaterial zu bilden.
Einem anderen Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Materialmisch- und -ausgabesystem zum kontinuierlichen Herstellen und Ausgeben eines schnell aushärtenden spritzbaren Zementmaterials geschaffen. Das System umfaßt wenigstens ein gepaartes erstes und zweites Aufnahmegefäß, wobei das erste Aufnahmegefäß steuerbar mit dem zweiten Aufnahmegefäß verbunden und stromaufwärts desselben angeordnet ist. Die gepaarten ersten und zweiten Aufnahmegefäße können unabhängig durch Einführung eines Druckgases in dieselben unter Druck gesetzt werden. Das zweite Aufnahmegefäß kommuniziert mit einem Verflüssigungselement, in dem das trockene Material verflüssigt und in einem Druckgasstrom befördert wird. Das Verflüssigungselement umfaßt eine Leitung, eine Gaseintrittsöffnung zum Einführen eines verflüssigenden Stroms und eine Flüssigkeitseintrittsöffnung zum Einführen einer Druckflüssigkeit. Das System umfaßt weiter ein Prallelement, das stromabwärts des Verflüssigungselements zum Mischen des trockenen Materials mit der Flüssigkeit zum Bilden eines Schlamms angeordnet ist, und ein Stauelement zum Dispergieren des Schlamms, um ein spritzbares Zementmaterial zu erhalten.
In einer Ausführungsform sind das gepaarte erste und zweite Aufnahmegefäß individuelle Trichter. In einer alternativen Ausführungsform sind die gepaarten ersten und zweiten Aufnahmegefäße aus Teilen einer einzigen flexiblen Leitung gebildet, wobei jede Leitung trennbare erste und zweite Aufnahmegefäße aufweist. Vorzugsweise beinhaltet diese Ausführungsform die Verwendung mehrerer benachbarter Leitungen, die an einem stromabwärts angeordneten Teil derselben mit einer gemeinsamen Verflüssigungsleitung in Verbindung stehen.
Die Gaseintrittsöffnung in der Verflüssigungsleitung ist vorzugsweise in einem stromaufwärts vorgesehenen Teil der Verflüssigungsleitung vorgesehen. Die Flüssigkeitseintrittsöffnung in der Verflüssigungsleitung ist typischerweise stromabwärts von der Gaseintrittsöffnung angeordnet.
Bei einer Ausführungsform umfaßt das Prallelement einen statischen Mischer, in dem der Schlamm vor Pulverisierung gemischt wird. In einer alternativen Ausführungsform umfaßt das Prallelement eine getrennte Düse oder eine ähnliche Staueinrichtung, die Turbulenz in dem Schlamm erzeugt und ihn dadurch vor Pulverisierung mischt.
Das Stau- oder Pulverisierungselement kann in der Form einer einzelnen Düse vorliegen, durch die der Schlamm unter Druck hindurchgeht, um pulverisiert zu werden. Alternativ kann das Stauelement weiter einen getrennten Luftstrahl aufweisen, der auf das die Düse verlassende Zementmaterial aufprallt, um das Material weiter zu pulverisieren.
Das Materialmisch- und -ausgabesystem kann weiter eine stromabwärts des Stauelements angeordnete Hackereinheit zum Zerhacken von Glasfaserroving in vorgewählte Längen aufweisen. Ein zusätzlicher Luftstrahl, der zwischen der Hackereinheit und dem Stauelement angeordnet ist, verflüssigt das gehackte Glasfaserroving und dispergiert es zu dem pulverisierten Zementmaterial.
Der Ausdruck "Zementmaterial" wie hier verwendet, betrifft eine jegliche Zusammensetzung, die eine Mischung aus einer trockenen Komponente umfaßt, die relativ feine Wirkstoffe und relative grobe inaktive Inhaltsstoffe sowie eine flüssige Komponente aufweisen kann, die mit den trockenen Wirkstoffen zum Bilden eines betonartigen Materials reagiert, welches, wenn vollständig ausgehärtet, extrem haltbar und widerstandsfähig gegen Wärme- und mechanische Belastungen und gegen Angriffe durch Korrosion, Feuchtigkeit und Chemikalien ist. Der Ausdruck "schnell aushärtend", wie hier verwendet, bezieht sich auf die Fähigkeit des Materials, bei Kontakt der Wirkstoffe mit der flüssigen Komponente eine schnelle Reaktion durchzumachen, um ein Material zu bilden, das im wesentlichen innerhalb einer bis mehrerer Minuten ausgehärtet ist. Der Ausdruck "spritzbar", wie hier verwendet, betrifft die Fähigkeit des Materials vor vollständiger Aushärtung unter Druck durch eine Staueinrichtung pulverisiert und auf ein gewünschtes Substrat gespritzt zu werden. Die Ausdrücke "isolierbar" oder "isoliert", wie hier verwendet, betreffen Gefäße, die abgedichtet werden können oder abgedichtet sind, um Fluidverlust zu vermeiden, sei dieses Gas, Flüssigkeit oder sogar pulverförmiges festes Material.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für ein vollständigeres Verständnis der Beschaffenheit und der Ziele der Erfindung soll auf die folgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen:
Fig. 1 ein schematische Diagramm eines Materialmisch- und -ausgabesystems ist, das in einem kontinuierlichen Verfahren zum Herstellen eines spritzbaren, schnell aushärtenden Zementmaterials gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 und 3 schematische Diagramme alternativer Systeme und Verfahren zum Herstellen eines spritzbaren, schnell aushärtenden Zementmaterials gemäß der Erfindung sind; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Betriebs des Zuführungsteils für trockenes Material des in Fig. 1 dargestellten Materialmisch- und -ausgabesystems ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung schafft, unter anderem, ein Verfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung für ein schnell aushärtendes spritzbares Zementmaterial. Die Zusammensetzung umfaßt eine trockene Komponente, die Wirkstoffe oder aktive Inhaltsstoffe und inaktive trockene Inhaltsstoffe sowie eine flüssige Komponente enthalten kann, die eine wässerige Metallphosphatlösung darstellt. Der Ausdruck "aktiv", wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Inhaltsstoff eines Zementmaterials, das exotherm zum Aushärten des Materials reagiert. Wirkstoffe oder aktive Inhaltsstoffe sind allgemein feine Partikeln, die einfach durch ein Sieb einer Maschenweite von 100 (mesh 100) hindurchgehen können. Der Ausdruck "inaktiv", wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Inhaltsstoff in einem Zementmaterial, der nicht grundlegend für die Aushärtungsreaktion ist, sondern anstelle dessen als ein Füllstoff oder ein Aggregat wirkt. Inaktive Inhaltsstoffe sind allgemein relativ grobe Materialien mit einer Teilchengröße einer Maschenweite über 100.
Die Wirkstoffe umfassen Kalzimkarbonat und eines oder mehrere der aus den Oxiden von Kalzium, Aluminium, Eisen, Kalium, Titan und Natrium bestehenden Gruppe ausgewählten metallischen Oxide. Die inaktiven Inhaltsstoffe umfassen Siliciumdioxid und wahlweise Glasfaserfasern.
Das Siliciumdioxid wird der Mischung in einer Menge von bis zu 200 Gewichtsteilen hinzugegeben. Es kann in der Form eines Staubs, eines Pulvers, eines groben Sands, und/oder eines relativ großen Aggregats vorliegen. Die Teilchengröße und Reinheit von Siliciumdioxid kann umfassend variieren, d. h. von weniger als einer Maschenweite von 325 (0,0017 Zoll) bis Erbskies (1/4 Zoll), abhängig von den gewünschten Charakteristiken des resultierenden Zementmaterials. Siliciumdioxid wird allgemein in der Form eines relativ groben Sands, d. h. eine Teilchengröße beträchtlich über einer Maschenweite von 100, hinzugegeben. Siliciumdioxid ist im Handel von einer Reihe von Quellen erhältlich, einschließlich US-Silica (Berkeley Springs, WV).
Magnesiumoxid ist ein grundlegender Wirkstoff, der in einer Menge von bis zu etwa 50 Gewichtsteilen hinzugegeben wird, um ein schnelles Aushärten zu fördern. Es hat allgemein eine Teilchengröße beträchtlich unter der Maschenweite von 100. Magnesiumoxid kann zum Beispiel von Martin Marietta (Hunt Valley, MD) erhalten werden.
Die Metalloxide werden typischerweise in einer Gesamtmenge von bis zu etwa 200 Gewichtsteilen hinzugegeben. Sie sind Wirkstoffe und haben allgemein eine Teilchengröße beträchtlich unter der Maschenweite von 100. Die Metalloxide sind gewöhnlich in faktisch jedem Typ von natürlich auftretendem Gestein, Sand und/oder Mineral zu finden. Das Vorliegen, relative Mengen und Teilchengrößen der verschiedenen Metalloxide wird schließlich von den gewünschten Aushärtungs- und Stabilitätscharakteristiken des resultierenden Zementmaterials abhängen. Zum Beispiel kann Kalziumoxid, das das Aushärten verlangsamt, in Mengen von bis zu 50 Gewichtsteilen hinzugegeben werden. Aluminiumoxid kann in Mengen bis zu etwa 100 Gewichtsteilen hinzugegeben werden und die restlichen Oxide können jeweils in Mengen von bis zu 10 Gewichtsteilen hinzugegeben werden. Diese Metalloxide sind im Handel von vielen Chemikalienlieferanten erhältlich und eine Person mit gewöhnlicher Kenntnis des Standes der Technik wird einfach die Metalloxide und Mengen von Metalloxiden verstehen, die zum Verleihen gewünschter Eigenschaften zu verwenden sind.
Kalziumkarbonat ist ein Wirkstoff, der in einer Menge von bis zu etwa 50 Gewichtsteilen hinzugegeben wird. Es fördert ein Aufschäumen des resultierenden Zementmaterials, wodurch Porosität erhöht und Gewicht verringert wird. Das Kalziumkarbonat hat allgemein eine Teilchengröße beträchtlich unter der Maschenweite von 100 und kann zum Beispiel von ECC America (Sylacauga, AL) erhalten werden.
Wahlweise können bis zu etwa 30 Gewichtsteile bindemittelfreier Glasfaserfasern vorgeschnittener Länge hinzugegeben werden. Der Ausdruck "bindemittelfrei", wie hier verwendet, betrifft die Abwesenheit eines jeglichen organischen Bindemittels, so wie Silan, in dem Glasfaserbündel.
Das Vorliegen kurzer Glasfaserfasern in dem Zementmaterial erhöht die Stabilität des Zementmaterials ohne bedeutsam das Gewicht pro Volumeneinheit des Materials zu erhöhen. Bindemittelfreie Glasfaserfasern werden im Handel in relativ kurzen Längen (d. h. weniger als einen Zoll (2,54 cm) lang und vorzugsweise von ¹/&sub4; Zoll bis ¹/&sub2; Zoll) geliefert und können mit der trockenen Komponente hinzugegeben werden. Bindemittelfreie Glasfasern sind zum Beispiel von PPG Industries oder von Owens Corning erhältlich.
Die flüssige Komponente umfaßt etwa 10 bis 150 Gewichtsteile einer wässerigen Metallphosphatlösung. Man nimmt an, daß wässerige Metallphosphatlösungen ein stärkeres Zementmaterial erzeugen, als erhalten wird, wenn Ammoniumphosphat als die flüssige Komponente verwendet wird. Weiter, obwohl Wasser selbst als die flüssige Komponente beim Herstellen von Zementmaterial verwendet werden kann, erfordert die Charakteristik einer schnellen Aushärtung dieses Materials die Verwendung einer wässerigen Phosphatlösung als die flüssige Komponente. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Metallphosphatlösungen sind aufgrund ihrer wässerigen Beschaffenheit in Hinblick auf die Umwelt in faktisch allen Zementherstellungsverfahren akzeptabel. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sie keine schädlichen Dämpfe während der Reaktion mit den trockenen Wirkstoffen abgeben.
Exemplarische Metallphosphate umfassen Monoaluminiumphosphat, Monomagnesiumphosphat und Monokalziumphosphat, in denen das Metallphosphat bei etwa 50%-tiger Konzentration vorliegt. Es kann durch Reduktion eines Metallpolyphospatpulvers auf ein monometallisches Phosphat in einer wässerigen Phosphorsäurelösung erhalten werden. Geeignete Metallphosphatlösungen sind auch im Handel von Albright & Wilson (Richmond, VA) erhältlich. Wässeriges Monoaluminiumphosphat stellt momentan die bevorzugte flüssige Komponente dar.
Die Erfindung schafft weiter verbesserte Verfahren zum Herstellen von schnell aushärtenden Zementmaterialien, die auf eine Vielzahl von Substraten gespritzt werden können. In einer Ausführungsform verwendet das Verfahren in Reihe angeordnete und steuerbar verbundene erste und zweite Aufnahmegefäße, die von Umgebungsbedingungen isoliert sind und die auch unabhängig unter Druck gesetzt werden können. Solche Aufnahmegefäße ermöglichen kontinuierliche Übertragung von trockenem Material bei Drucken, die im wesentlichen höher als die Drucke sind, die erreicht werden können, wenn Luftschleuse-Drehventile entsprechend vorhergehend bekannten Techniken verwendet werden.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge wird das erste Aufnahmegefäß wie vorhergehend beschrieben mit einem trockenen Material gefüllt. Während Zugabe des trockenen Materials in das erste Aufnahmegefäß, wird das zweite Aufnahmegefäß, das auf einen ausgewählten einheitlichen Druck unter Druck gesetzt ist, von dem ersten Aufnahmegefäß isoliert. Nachdem das erste Aufnahmegefäß vollständig mit trockenem Material gefüllt worden ist, wird es selektiv von Umgebungsbedingungen isoliert und selektiv zu dem zweiten Aufnahmegefäß geöffnet, um eine Ausgleichung der beiden Aufnahmegefäße zuzulassen. Das trockene Material wird auf diese Weise durch Schwerkraftfluß durch ein Drehventil oder eine andere konventionelle Dosiereinrichtung von dem ersten Aufnahmegefäß in das zweite Aufnahmegefäß überführt.
Das zweite Aufnahmegefäß ist in Reihe mit einem Verflüssigungselement verbunden, das eine Leitung und eine Öffnung oder Düse zum Einführen eines Druckgases umfaßt, um das trockene Material zu verflüssigen und den Druck des ersten und zweiten Aufnahmegefäßes herzustellen. Das trockene Material wird durch Schwerkraftzuführung in durch eine Dosiereinrichtung gesteuerten Mengen aus dem zweiten Aufnahmegefäß in das Verflüssigungselement fließen gelassen, wo es in einem Druckgasstrom verflüssigt wird. Das verflüssigte trockene Material wird dann zu einem Prallelement befördert, das stromabwärts von dem Verflüssigungselement angeordnet und mit demselben verbunden ist.
Eine wie oben beschriebene wässerige Phosphatlösung wird dann unter Druck in das verflüssigte trockene Material in dem Verflüssigungselement stromaufwärts des Prallelements eingeführt. Die flüssige Lösung wird typischerweise bei einem Druck von ungefähr 50 bis 70 psi(absolut), oder vorzugsweise etwa 15-20 psi höher als dem Druck des Verflüssigungsstroms eingeführt. Die Kraft des hereinkommenden Flüssigkeitsstroms kombiniert mit der Turbulenz der in dem Verflüssigungsstrom verflüssigten trockenen Materialien verursacht Mischung der trockenen und flüssigen Komponenten in dem Prallelement zum Bilden eines Schlamms. Der Schlamm wird durch das Prallelement bei einem ausgewählten Druck, typischerweise zwischen 30 und 50 psi, zu einem Stauelement so wie einer Düse oder einer anderen Öffnung mit verkleinertem Durchmesser befördert, um pulverisiert und in einem Spray ausgegeben zu werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt Luft das verflüssigende Vehikel dar. Es können jedoch andere Gase verwendet werden, insbesondere wenn eine oder mehrere Eigenschaften des verwendeten Gases nützlich sind, um die Reaktion zwischen den trockenen und flüssigen Komponenten zu stabilisieren oder verlangsamen, um dem Material zu ermöglichen, vollständig die Einrichtungen zu durchqueren, bevor die Aushärtung beginnt. Beispiele solcher Gase umfassen Kohlenstoffdioxid, Argon und Stickstoff.
Die Reaktion zwischen den trockenen und flüssigen Komponenten, die zum Bilden des Zementmaterials verwendet wird, ist exotherm. Die während der Reaktion freigesetzte Wärme kann zerstreut oder durch Verwendung eines gekühlten Gasstroms gekühlt werden. Alternativ kann das Gas bei Raumtemperatur eingeführt werden.
Das erste und das zweite Aufnahmegefäß können individuelle Einheiten so wie konventionelle Behälter oder Trichter sein, die voneinander und von Umgebungsbedingungen über abdichtbare Ventile oder mit Deckeln versehene Öffnungen isoliert werden können. Die Behälter oder Trichter können aus einem jeglichen konventionellen Typ bestehen, der die anzuwendenden Industriestandards bezüglich Sicherheit, Design und Aufbau erfüllt. Die Abmessungen der Behälter werden durch Raumbegrenzungen und das gewünschte zu erzeugende Materialvolumen bestimmt.
In einer Ausführungsform können die steuerbaren Ventile zwischen den Aufnahmegefäßen und dem Verflüssigungselement zum Beispiel konventionelle Luftschleuse-Drehventile darstellen. Die Drehventile wirken in diesem Fall als einfache Dosiereinrichtungen, weil kein Druckunterschied auf beiden Seiten des Ventils und folglich keine Luftschleuse vorliegt. Als ein Ergebnis gibt es keine Förderdruckbegrenzungen, die den Drehventilen auferlegt werden.
Die Verflüssigungsleitung stellt typischerweise einen Luftschlauch oder eine andere Leitung dar, in die das trockene Material durch Schwerkraftzufuhr fließt, und in der das trockene Material in einem Druckgasstrom verflüssigt wird. Der Verflüssigungsstrom befördert das trockene Material durch die Verflüssigungsleitung zu dem Prallelement.
Das Prallelement kann zum Beispiel einen statischer Mischer oder eine ähnliche Einrichtung darstellen, die in einer geometrischen Konfiguration angeordnete stationäre Flügel umfaßt, gegen die ein Druckfluid oder Schlamm aufprallt, wenn es oder er durch die Einrichtung hindurchfließt. Die Kraft des gegen die stationären Flügel aufprallenden Fluids erzeugt einen turbulenten Fluß, wodurch das aufprallende Fluid vermischt wird. Bevorzugte statische Mischer umfassen die Sechs-Element Modelle der KMA-Reihe, die von Chemineer erhältlich sind (N. Andover, MA).
Alternativ kann das Prallelement eine Düse oder eine ähnliche Staueinrichtung darstellen, die auch turbulenten Fluß in einem durch sie hindurch fließenden Druckstrom erzeugt. Dieser Typ einer Staueinrichtung enthält weder stationäre Flügel noch bewegliche Teile. Anstelle dessen wird turbulenter Fluß erzeugt, und das Fluid wird gemischt, wenn ein Druckfluid gegen die Innenwände der Staueinrichtung aufprallt, welche sich verengen, um die für solche Einrichtungen charakteristische Öffnung mit verringertem Durchmesser zu bilden. Bevorzugte Staueinrichtungen umfassen Düsen und Venturi-Rohre.
Das Stauelement kann eine Düse, ein Venturi-Rohr oder eine andere Öffnung mit verringertem. Durchmesser darstellen. Gewöhnlich verwendete Düsen haben Öffnungen von ¹/&sub2; Zoll, ³/&sub4; Zoll und 1 Zoll. Solche Staueinrichtungen enthalten keine stationären Flügel, wie in statischen Mischern, sondern verleihen einem durch sie hindurchfließenden Materialstrom Turbulenz, indem die Teilchen innerhalb des Stroms veranlaßt werden, auf die verengten Wände der Staueinrichtung aufzuprallen.
Das Stauelement kann eine einzelne Düse darstellen, durch die das Zementmaterial ausgegeben wird. Es kann auch einen separaten Luftstrahl umfassen, der komprimierte Luft bei einem vorgewählten Winkel auf das pulverisierte Zementmaterial auftreffen läßt, um das Zementmaterial weiter zu pulverisieren. Ein solcher separater Luftstrahl ist typischerweise vorgesehen, um dem pulverisierten Zementmaterial Luft bei einem absoluten Druck von etwa 25 bis 40 psi aus einer oder mehreren Öffnungen zuzuführen. Vorzugsweise wird dieser Luftstrahl bei einem relativ niedrigen Einfallswinkel (z. B. weniger als 45º) in Bezug auf die Ausgabe aus dem Stauelement zugeführt.
Der Flüssigkeitsstrahl, statische Mischer und Düsen können alle unterschiedliche Durchmesser haben, um die Anforderungen einer bestimmten Zusammensetzung, Viskosität, Strömungsrate und eines Spritzmusters des Materials zu erfüllen. Typischerweise liegen die Flüssigkeitsstrahle in einem Größenbereich von 1/16 Zoll bis 9/32 Zoll. Der Durchmesser der statischen Mischer kann von ³/&sub4; Zoll bis zu 1 ¹/&sub2; Zoll variieren, und die Düsen können von ¹/&sub2; Zoll bis 1 Zoll variieren. Die am stärksten bevorzugte Kombination von Komponentengrößen stellt ein Flüssigkeitsstrahl von 7/64 Zoll mit einem statischen Mischer mit Durchmesser von 1 Zoll und einer Düse von ³/&sub4; Zoll dar.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Materialfördereinrichtung und ein Verfahren der Erfindung gemäß einer Ausführungsform derselben, in dem ein erstes Aufnahmegefäß R1 in Reihe mit einem zweiten Aufnahmegefäß R2 angeordnet und steuerbar mit demselben verbunden ist. Das Aufnahmegefäß R1 umfaßt einen angelenkten Deckel (nicht gezeigt) zum Abdichten des ersten Aufnahmegefäßes gegen Umgebungsbedingungen. Ein Ventilelement V1 ist zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmegefäß R1, R2 für Zuführung von trockenem Material von R1 zu R2 angeordnet. Wenn das Ventilelement V1 geschlossen ist und der Deckel zu R1 offen ist, wird trockenes Material 10 in das erste Aufnahmegefäß R1 eingeführt. Nachdem das erste Aufnahmegefäß R1 mit trockenem Material 10 gefüllt ist, wird der angelenkte Deckel R1 geschlossen, wodurch R1 gegen Umgebungsbedingungen isoliert wird.
Das zweite Aufnahmegefäß R2 ist fluidmäßig mittels eines zweiten Ventilelements V2 mit der Verflüssigungsleitung C1 verbunden. Die Verflüssigungsleitung C1 umfaßt Mittel zum Einführen eines verflüssigenden Gases 20 in dieselbe. Wenn das Ventilelement V2 offen ist, befindet sich daher das zweite Aufnahmegefäß R2 im wesentlichen bei dem Druck des Gases 20 in der Verflüssigungsleitung C1.
Das Ventilelement V1 wird geöffnet, um Überführung des trockenen Materials 10 aus dem ersten Aufnahmegefäß R1 in das zweite Aufnahmegefäß R2 zu ermöglichen. In diesem Stadium des Verfahrens befinden sich das erste Aufnahmegefäß R1, das zweite Aufnahmegefäß R2 und die Verflüssigungsleitung C1 alle im wesentlichen bei dem gleichen Druck, d. h. dem Druck des Druckgasstroms 20 in der Verflüssigungsleitung C1. Folglich fließt das trockene Material 10 durch Schwerkraftzuführung aus dem ersten Aufnahmegefäß durch das Ventilelement V1 und in das zweite Aufnahmegefäß R2. In ähnlicher Weise fließt das trockene Material 10 durch Schwerkraftzuführung aus dem zweiten Aufnahmegefäß R2 durch das Ventilelement V2 und in die Verflüssigungsleitung C1.
Ein Druckgasstrom 20 wird in die Verflüssigungsleitung C1 eingeführt, um das trockene Material 10 zu verflüssigen und es durch C1 zu einem Prallelement M zu befördern. Eine Flüssigkeit 30, die, wie vorhergehend beschrieben, eine wässerige Phosphatlösung darstellen kann, wird unter Druck durch einen Strahl dem verflüssigten trockenen Material 20 in der Verflüssigungsleitung C1 gerade stromaufwärts des Prallelements M zugeführt. Der Flüssigkeitsstrahl 30 trifft auf das verflüssigte trockene Material 10 auf und bildet einen Schlamm 40. Der Schlamm 40 wird durch den verflüssigenden Gasstrom 20 durch das Prallelement M befördert und durch den Aufprall des Schlamms 40 auf die Innenstruktur des Prallelements M gemischt. Der Schlamm 40 fließt dann durch ein Stauelement 50, um als pulverisiertes Zementmaterial 45 dispergiert zu werden.
Fig. 1 zeigt weiter die Zugabe kurzer Längen von gehaktem Glasfaserroving 80 zu dem pulverisierten Zementmaterial 45. Glasfaserroving wird als ein Bündel von kontinuierlichen Glasfasersträngen hergestellt, die entweder als parallele Faser gebündelt werden oder zum Bilden eines Mehrlagenstranges verdreht werden. Der Durchmesser einer einzelnen Glasfaserfaser ist äußerst klein, d. h. in der Größenordnung von ein paar Zehntausendstel eines Zolls. Glasfaserroving kann daher bis zu mehreren tausend individueller Glasfaserstränge enthalten, die in parallelen Strängen (Roving) oder in verdrehten Strängen (Garn) zusammengebunden sind. Der Glasfaserroving wird mit einem organischen Bindemittel so wie einer Silan- oder Stärkeverbindung gebunden, um Haftung der Glasfaserstränge aneinander und an anderen Materialien in den Mischungen zu fördern, denen der Roving oder das Garn hinzugegeben wird.
Der Roving wird dem Zementmaterial typischerweise relativ spät in dem Zementherstellungsprozeß hinzugefügt, d. h. nach dem Schlammstadium. Der Roving wird typischerweise durch eine Reihenhackereinheit auf eine gewünschte Länge gehackt, vorzugsweise Längen von 1 Zoll bis 3 Zoll und entweder dem Schlamm oder dem pulverisierten Zementmaterial hinzugegeben. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann der Glasfaserroving 80 durch eine Hackereinheit 90 in vorgewählte Längen gehakt werden, welche stromabwärts des Stauelements 50 angeordnet ist. Der gehakte Glasfaserroving 80 kann dann in einem Druckluftstrahl 22 aus einer geeignet angeordneten getrennten Düse 95 in das pulverisierte Zementmaterial 45 eingeblasen werden.
Alternativ können individuelle Fasern dem pulverisierten Material in einer ähnlichen Weise hinzugegeben werden.
Bei einer anderen Ausführungsform können die gepaarten, isolierbaren ersten und zweiten Aufnahmegefäße in getrennten Teilen einer einzigen flexiblen Leitung gebildet werden. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, sind vorzugsweise mehrere flexible Leitungen 500 nebeneinander und in Kommunikation mit einer gemeinsamen Verflüssigungsleitung 300 angeordnet. In dieser Ausführungsform können die Teile der flexiblen Leitung mit konventionellen Mitteln so wie einem pneumatischen oder hydraulischen Tourniquet oder einem mechanischen Quetschelement oder durch ein anderes steuerbares Dichtungselement voneinander isoliert werden.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt die flexible Leitung 500 eine Einlaßöffnung 501, einen bewegbar über der Einlaßöffnung angelenkten Deckel L, einen ersten Teil 510 (analog zum ersten Aufnahmegefäß R1), einen zweiten Teil 520 stromabwärts des ersten Teils (analog zu dem zweiten Aufnahmegefäß R2) und eine Auslaßöffnung 530, die zu einer Verflüssigungsleitung 300 (analog zu C1) führt. Die verschiedenen Teile der Leitung 500 können durch selektiv verschließbare Dichtungselemente 600 (analog zu den Ventilelementen V1 und V2) voneinander getrennt und gegeneinander abgedichtet werden. Die Dichtungselemente 600 können in Form von Quetschstäben oder anderen konventionellen Einrichtungen vorliegen, die zum Beispiel durch mechanische, elektrische, hydraulische oder pneumatische Steuerungen betätigt werden können. Die Dichtungselemente 600 dichten den ersten Teil 510 wirksam von den Umgebungsbedingungen ab und dichten auch den zweiten Teil 520 von der Verflüssigungsleitung 300 ab. Eine typische flexible Leitung könnte zum Beispiel aus flexiblem Kunststoffschlauch hergestellt sein und ein typischer Quetschstab könnte zum Beispiel aus rundem Stabausgangsmaterial von ³/&sub4; Zoll hergestellt sein.
Teil 4A von Fig. 4 zeigt die flexible Leitung 500 mit den oberen Quetschstäben 600 geschlossen, den unteren Quetschstäben 600 offen und dem ersten Teil 510 der Leitung gefüllt mit trockenem Material 10. In diesem Stadium des Verfahrens ist der erste Teil offen für Umgebungsbedingungen und isoliert von den stromabwärts gelegenen Teilen, welche mittels eines durch die Verflüssigungsleitung 300 fließenden Druckgasstroms 20 auf einen ausgewählten einheitlichen Druck unter Druck gesetzt sind.
Teil 4B von Fig. 4 zeigt, daß die unteren Quetschstäbe 600 als Vorbereitung für die Überführung von trockenem Material 10 aus dem ersten Teil 510 in den zweiten Teil 520 geschlossen sind. Der zweite Teil 520 ist auf den Druck des Druckgasstroms 20 in der Verflüssigungsleitung 300 unter Druck gesetzt.
Wie in Teil 4C von Fig. 4 gezeigt, ist der obere Teil 510 von Umgebungsbedingungen durch Eingriff des Deckels L über der Einlaßöffnung 501 isoliert worden. Die oberen Quetschstäbe 600 werden dann geöffnet, damit ermöglicht wird, daß der erste und zweite Teil der Leitung ins Gleichgewicht gebracht werden und das trockene Material 10 durch Schwerkraft in den zweiten Teil 520 der Leitung fließen kann. In diesem Stadium des Verfahrens stehen der erste und zweite Teil der Leitung einheitlich unter dem Druck wie dem Druck des Druckgases in der Verflüssigungsleitung 300.
In Teil 4D von Fig. 4 ist der erste Teil 510 der Leitung erneut mit trockenem Material 10 zu füllen. Der angelenkte Deckel L wird von der Einlaßöffnung gelöst, wodurch der erste Teil 510 für Umgebungsbedingungen geöffnet wird. Die oberen Quetschstäbe 600 werden wieder geschlossen, so daß der zweite Teil 520 und die Verflüssigungsleitung 300 im wesentlichen bei den gleichen Drucken bleiben und von Umgebungsbedingungen isoliert sind. Trockenes Material 10 wird dann dem ersten Teil 510 hinzugefügt und der Kreislauf wird wiederholt, um eine kontinuierliche Zufuhr von trockenem Material 10 zu der Verflüssigungsleitung 300 aufrechtzuerhalten. Dementsprechend stellt Teil 4E von Fig. 4 den gleichen Zustand dar, wie in Teil 4A von Fig. 4 gezeigt ist.
Nach Verlassen der flexiblen Leitung 500 gelangt das trockene Material 10 in die Verflüssigungsleitung 300, wo es innerhalb eines unter Druck stehenden Gasstroms 20 verflüssigt und befördert wird, der in die Verflüssigungsleitung 300 aus einem separaten Strahl 301 eintritt. Das Druckgas 20 kann in die Verflüssigungsleitung 300 bei einem jeglichen geeigneten Winkel eingeführt werden. Es ist jedoch bevorzugt, den Druckgasstrom von einem stromaufwärts liegenden Teil der Verflüssigungsleitung und so beinahe parallel wie möglich zu der Längsachse der Verflüssigungsleitung einzuführen, d. h. im wesentlichen parallel zu der Endrichtung des Materialtransports durch die Verflüssigungsleitung.
Wie in Teil 4F von Fig. 4 gezeigt ist, wird eine flüssige Komponente 30 durch einen Strahl 31 in das verflüssigte trockene Material 10 in der Verflüssigungsleitung 300 gerade stromaufwärts eines Prallelements M eingeführt, um einen Schlamm 40 mit dem trockenen Material 10 zu bilden. Der Schlamm 40 wird durch das Prallelement M zu einem Stauelement 50 befördert, welches das Zementmaterial 45 in pulverisierter Form ausgibt. Das Prallelement M kann, wie vorhergehend beschrieben, einen statischen Mischer oder eine Düse darstellen.
Gehackte Längen von Glasfaserroving 80 können in einem separaten Luftstrahl 22 stromabwärts des Stauelements 50 verflüssigt werden und dem pulverisierten Zementmaterial 45 wie vorhergehend beschrieben hinzugefügt werden. Alternativ können kurze Längen von bindemittelfreien Glasfaserfasern 85 mit dem trockenen Material 10 der Einlaßöffnung 501 der Leitung 500 wie oben beschrieben hinzugefügt werden. Die flexible Leitung 500 ist vorzugsweise ein haltbarer, flexibler Polymerschlauch, so wie ein Tygon®-Schlauch. Typische Schlauchdurchmesser umfassen 1 Zoll und 1 ¹/&sub2; Zoll; der Durchmesser und die Länge des Schlauchs können jedoch jegliche Abmessungen aufweisen, die das gewünschte Fördervolumen von trockenem Material bereitstellen werden. Es ist bevorzugt, mehrere Leitungen zu verwenden, um eine glatte, ununterbrochene Materialzuführung zu der Verflüssigungsleitung bereitzustellen. Die Verwendung einer größeren Anzahl flexibler Leitungen wird allgemein zu einer gleichmäßigeren Zuführung von trockenem Material führen. Eine typische Materialmisch- und -ausgabeeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung könnte zum Beispiel bis zu acht parallel angeordnete flexible Leitungen umfassen, die jeweils in eine einzige Verflüssigungsleitung fördern.
Andere Konfigurationen von in Reihe angeordneten Aufnahmegefäßen, die voneinander und von Umgebungsbedingungen isoliert werden können, um kontinuierliche Überführung von trockenem Material zu erreichen, können auch verwendet werden.
Ein Vorteil des Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß höhere Materialförderdrucke und Durchsatzraten erhalten werden können. Wo Systeme des Standes der Technik verwendet werden, sind Materialförderdrucke auf etwa 15 psi begrenzt, und der Materialdurchsatz ist auf etwa 215 Kubikfuß pro Minute begrenzt. Im Gegensatz hierzu sind mit der vorliegenden Erfindung wesentlich erhöhte Materialförderdrucke (d. h. bis zu 100 psi oder höher) erreichbar, und der Materialdurchsatz kann 1700 Kubikzoll pro Minute übersteigen. Außerdem ermöglichen höhere Materialförderdrucke die Zugabe kurzer Längen von bindemittelfreien Glasfaserfasern 85 als ein trockenes Material sowohl zu dem ersten Aufnahmegefäß als auch zu dem pulverisierten Zementmaterial 45, nachdem es das Stauelement 50 verläßt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine alternative Ausführungsform der Erfindung, in der eine Hohlraumpumpe verwendet wird, um die trockene Komponente 10 und das aufgeschlämmte Material 40 zu befördern und um wesentlich erhöhte Materialförderdrucke bereitzustellen. Eine Hohlraumpumpe umfaßt ein maschinell angetriebenes Drehelement, oder Rotor, und ein stationäres Element, oder Stator, die strukturell komplementär zueinander sind. In einer Ausführungsform hat der Rotor eine einzelne Schneckenform und der Stator hat eine doppelte Schneckenform. Außerdem sind der Stator und Rotor typischerweise aus unterschiedlichen Materialien hergestellt, wobei der Rotor typischerweise aus einem metallischen Material hergestellt ist und der Stator aus einem elastischeren Material so wie einem Elastomer hergestellt ist. Der Rotor und Stator greifen in einem Festsitz oder Drucksitz ineinander. Dieser enge Sitz zwischen dem Rotor und Stator erzeugt eine Reihe temporärer oder flüchtiger Hohlräume zwischen den Flügeln des Rotors, wenn er sich dreht und linear innerhalb des Stators bewegt. Pumptätigkeit erfolgt, wenn der Rotor sich exzentrisch innerhalb des Stators bewegt. Allgemein tritt eine Flüssigkeit oder ein Schlamm in den an dem Pumpeneinlaß gebildeten Hohlraum ein und rückt mit Bewegung des Rotors linear durch die Pumpe zu dem Pumpenauslaß vor. Der resultierende, nicht pulsierende Ausgabefluß ist direkt proportional zu der Geschwindigkeit des Rotors.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren der Erfindung, in dem eine Hohlraumpumpe 70 verwendet wird. In dieser Ausführungsform wird eine Hohlraumpumpe 70 mit vielen flüchtigen Hohlräumen 70a-70d verwendet, um das trockene Material 10 und das aufgeschlämmte Material 40 zu mischen und zu einem Prallelement M zu befördern, um gemischt zu werden, bevor es durch ein Stauelement 50 zum Pulverisieren hindurchbefördert wird. Die trockene Komponente 10 wird dem Einlaßhohlraum 70a der Pumpe hinzugegeben und wird geschleudert, während sich der Rotor durch den Stator bewegt. Die flüssige Komponente 30, die wie oben beschrieben eine wässerige Phosphatlösung darstellen kann, wird in einen oder mehrere der inneren Hohlräume 70b, 70c in der Hohlraumpumpe 70 bei einem ausreichenden Druck eingeführt, typischerweise von etwa 50 bis 70 psi, um Auswurf der Flüssigkeit 30 aus dem Hohlraum zu vermeiden. Der Schlamm 40 wird dann für weiteres Mischen wie in Zusammenhang mit den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben durch ein Prallelement M gepumpt. Der Schlamm 40 wird dann durch ein Stauelement 50 gepumpt, so wie eine Düse oder eine andere Öffnung mit verkleinertem Durchmesser, um in pulverisierter Form 45 ausgegeben zu werden.
Die Hohlraumpumpe 70 weist vorzugsweise wenigstens vier flüchtige Innenkammern auf. Wie bei dem oben beschriebenen Verfahren kann gehakter Glasfaserroving 80 dem pulverisierten Zementmaterial 45 aus einer separaten Düse 95 stromabwärts von dem Stauelement 50 zugeführt werden. Alternativ können vorhergehend ausgewählte Längen von bindemittellosen Glasfaserfasern 85 in das trockene Material 10 eingeschlossen werden, das dem Einlaßhohlraum 70a hinzugefügt wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform dieses Verfahrens, dargestellt in Fig. 3, kann inaktives trockenes Material 10i, das vorbestimmte Mengen Siliciumdioxid und vorhergehend ausgewählte Längen von bindemittelfreien Glasfaserfasern 85 aufweist, mit der flüssigen Komponente 30 außerhalb der Hohlraumpumpe 70 gemischt und anschließend als eine erste Mischung 41 in die Hohlraumpumpe eingeführt werden. Die Hohlraumpumpe 70 pumpt die ersten Mischung 41 zu einem Prallelement M. Aktives trockenes Material 10a, das vorbestimmte Mengen Magnesiumoxid, Kalziumkarbonat und eines oder mehrere zusätzliche Metalloxide wie vorhergehend beschrieben aufweist, wird in einem Druckgasstrom 20 verflüssigt und zum Bilden eines Schlamms 40 in das Prallelement M eingeführt. Der resultierende Schlamm 40 wird dann durch das Prallelement M und durch ein Stauelement 50 gepumpt, um, wie vorhergehend beschrieben, gemischt und pulverisiert zu werden. Gehackter Glasfaserroving 80 kann dem pulverisierten Zementmaterial 45 wie oben beschrieben hinzugefügt werden.
Das trockene Material 10 und der Schlamm 40 können durch die Hohlraumpumpe bei Drucken bis zu 100 psi und Durchsatzraten bis zu etwa 3,456 Zoll³/min. gepumpt werden.
Es wird das folgende nicht begrenzende Beispiel vorgelegt.

BEISPIEL

Die folgenden Rohmaterialien wurden in den angegebenen Anteilen bereitgestellt. Alle Mengen sind in Gewichtsteilen aufgeführt.
Jede der Formierungen I-III wurde unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens mit doppeltem Aufnahmegefäß in Bezug auf Fig. 1 verarbeitet. Das folgende wurde in dem Verfahren verwendet:
Luftdruck in Verflüssigungsleitung: 35 psi
Durchsatzrate von trockenem Material zu Verflüssigungsleitung: 648 Zoll³/min
Innendurchmesser von Verflüssigungsleitung: 1 Zoll
Druck von Flüssigkeitsstrahl: 60 psi
Flüssigkeitsdurchsatzrate: 162 Zoll³/min
Flüssigkeitsstrahl: 7/64 Zoll
Prallelement M: Statischer Mischer mit Bohrung von 1 Zoll
Stauelement 50: Düse mit Öffnung von ³/&sub4; Zoll Das Material wurde auf Testplatten gespritzt und erreichte vollständige Aushärtung innerhalb von ¹/&sub2; bis 2 Minuten nach Spritzen.
Die Formierung I erzeugte ein Zementmaterial mit einer relativen Dichte von 1,7 und einer Druckfestigkeit von etwa 5000 psi. Diese Formierung kann zum Beispiel als ein Ersatzmaterial für gefüllte Polyesterharze verwendet werden, die zum Beispiel bei der Herstellung von gegossenen Duscheinheiten und dergleichen verwendet werden. Die Formierung II erzeugte eine schaumartige, leichte Struktur mit einer relativen Dichte von 0,8 und einer Druckfestigkeit von etwa 700-800 psi. Diese Formierung kann zum Beispiel in Anwendungen verwendet werden, für die feuerbeständige und/oder isolierende Strukturen so wie Paneele, Wände und dergleichen benötigt werden. Formierung III erzeugte ein Zementmaterial hoher Festigkeit mit einer relativen Dichte von 2,0 und einer Druckfestigkeit von etwa 30.000 psi. Diese Formulierung kann zum Beispiel in Anwendungen verwendet werden, für die die Herstellung von Bauformen hoher Festigkeit erforderlich ist.
Nachdem nun einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, sollte es den Fachleuten im Stand der Technik klar sein, daß das vorhergehende lediglich darstellend und nicht begrenzend ist und nur zur Aufführung eines Beispiel vorgelegt wurde. Zahlreiche Modifikationen und andere Ausführungsformen befinden sich im Rahmen einer Person mit gewöhnlichen Kenntnissen im Stand der Technik und werden als in den Umfang der Erfindung fallend betrachtet, wie er in den anliegenden Patentansprüchen definiert ist.
Das folgende wird beansprucht:

Claims

1. Kontinuierliches Verfahren zum Herstellen eines spritzbaren, schnell aushärtenden Zementmaterials, das die Schritte aufweist:

a) eine Wirkstoffe enthaltende trockene Komponente einem ersten Aufnahmegefäß zuzuführen, das in Fluidkommunikation mit und stromaufwärts eines zweiten Aufnahmegefäßes angeordnet ist, wobei das erste Aufnahmegefäß; von dem zweiten Aufnahmegefäß während Zugabe der trockenen Komponente zu dem ersten Aufnahmegefäß isoliert ist;

b) das erste Aufnahmegefäß von Umgebungsbedingungen zu isolieren;

c) Ermöglichen, daß die ersten und zweiten Aufnahmegefäße einen im wesentlichen einheitlichen Druck durch Einführung eines Druckgases sowohl in das erste als auch das zweite Aufnahmegefäß erreichen;

d) Zulassen, daß die trockene Komponente von dem ersten Aufnahmegefäß zum zweiten Aufnahmegefäß übertragen wird, wenn das erste und zweite Aufnahmegefäß sich im wesentlichen bei gleichen Drucken befinden;

e) kontinuierlich die trockene Komponente in ein Verflüssigungselement in Kommunikation mit dem zweiten Aufnahmegefäß zu überführen, in dem die trockene Komponente verflüssigt wird;

f) einem Schlamm durch Einführen einer wässerigen Phosphatlösung in die verflüssigte trockene Komponente zu bilden; und

g) den Schlamm zu mischen und zu pulverisieren, um ein spritzbares, schnell aushärtendes Zementmaterial in Form eines pulverisiertem Materials zu erhalten.

2. Kontinuierliches Verfahren zum Herstellen eines spritzbaren, schnell aushärtenden Zementmaterials, das die Schritte umfaßt:

a) eine trockene Komponente einer Einlaßöffnung einer Hohlraumpumpe zuzuführen und die Hohlraumpumpe zu betätigen, um die trockene Komponente durch die Pumpe zu befördern;

b) eine wässerige Phosphatlösung getrennt einem Teil der trockenen Komponente in einer Innenkammer in der Hohlraumpumpe zuzuführen, um einen Schlamm zu bilden;

c) das trockene Material und die Lösung zu einer Pralleinrichtung zu befördern, um einen Schlamm zu bilden; und

d) den Schlamm zu mischen und zu pulverisieren, um ein spritzbares, schnell aushärtendes Zementmaterial zu erhalten.

3. Verfahren wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, bei dem die trockene Komponente im wesentlichen aus einem aktiven Teil und einem inaktiven Teil besteht, wobei der aktive Teil bis zu etwa 50 Gewichtsteile Magnesiumoxid aufweist und der inaktive Teil bis zu etwa 200 Gewichtsteile Siliciumdioxid aufweist.

4. Verfahren wie in Anspruch 3 beansprucht, bei dem der aktive Teil weiter bis zu etwa 200 Gewichtsteile wenigstens eines Metalloxids, das aus der aus den Oxiden von Kalzium, Aluminium, Eisen, Kalium, Titan und Natrium bestehenden Gruppe ausgewählt ist, und bis zu etwa 50 Gewichtsteile Kalziumkarbonat aufweist, und bei dem der inaktive Teil weiter bis zu etwa 30 Gewichtsteile bindermittelfreie Glasfaserfasern aufweist.

5. Verfahren wie in einem der Ansprüche 1-4 beansprucht, bei dem die wässerige Phosphatlösung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ammoniumphosphat, Monoaluminiumphosphat, Monomagnesiumphosphat und Monokalziumphosphat besteht.

6. Verfahren wie in Anspruch 1 und in einem der Ansprüche 3-5, wenn abhängig von Anspruch 1, beansprucht, bei dem das Verflüssigungselement eine Leitung mit einer Gaseintrittsöffnung für Einführung eines Gases und eine Flüssigkeitseintrittsöffnung für Einführung einer Druckflüssigkeit umfaßt.

7. Verfahren wie in Anspruch 1 und irgendeinem der Ansprüche 3-5, wenn abhängig von Anspruch 1, beansprucht, bei dem das Verflüssigungselement in Fluidkommunikation mit dem ersten und zweiten Aufnahmegefäß steht, um einen im wesentlichen konstanten Druck in dem ersten und zweiten Aufnahmegefäß und in dem verflüssigenden Element zu erzeugen.

6. Verfahren wie in Anspruch 1 und in irgendeinem der Ansprüche 3-7, wenn abhängig von Anspruch 4, beansprucht, das weiter den Schritt umfaßt, dem pulverisierten Material ein Glasfasermaterial hinzuzugeben.

9. Materialmisch- und -ausgabesystem zum kontinuierlichen Herstellen und Ausgeben eines spritzbaren, schnell aushärtenden Zementmaterials, das umfaßt:

a) wenigstens ein gepaartes erstes und zweites Aufnahmegefäß, wobei das erste Aufnahmegefäß steuerbar mit dem zweiten Aufnahmegefäß verbunden und stromaufwärts desselben angeordnet ist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Aufnahmegefäß unabhängig durch Einführung eines Druckgases in dasselbe auf einen ausgewählten einheitlichen Druck unter Druck gesetzt werden kann;

b) Verflüssigungsmittel, die stromabwärts von dem zweiten Aufnahmegefäß und in Kommunikation mit dem ersten und zweiten Aufnahmegefäß zum Verflüssigen und Befördern einer trockenen Komponente durch dieselben angeordnet sind, wobei die Verflüssigungsmittel eine Gaseintrittsöffnung zum Einführen eines Druckgases und eine Flüssigkeitseintrittsöffnung zum Einführen einer Druckflüssigkeit umfaßt;

c) Prallmittel, die stromabwärts der Verflüssigungsmittel zum Mischen der trockenen Komponente mit der Druckflüssigkeit zum Bilden eines Schlamms angeordnet sind; und

d) Staumittel, die stromabwärts der Prallmittel zum Pulverisieren des Schlamms zum Gewinnen eines spritzbaren Zementmaterials angeordnet sind.

10. System wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem das erste und zweite Aufnahmegefäß Trichter darstellen.

11. System wie in Anspruch 9 oder Anspruch 10 beansprucht, bei dem die gepaarten ersten und zweiten Aufnahmegefäße in einer einzigen flexiblen Leitung ausgebildet sind, wobei die flexible Leitung Mittel zum Isolieren eines ersten, das erste Aufnahmegefäß bildenden Teils derselben, von einem zweiten stromabwärts gelegenen Teil derselben umfaßt, der das zweite Aufnahmegefäß bildet.

12. System wie in Anspruch 11 beansprucht, bei dem eine Vielzahl flexibler Leitungen nebeneinander angeordnet ist, wobei das zweite Aufnahmegefäß jeweils in Kommunikation mit dem Verflüssigungsmittel steht.