DE2733540A1

DE2733540A1 - Verfahren zum trockenen verspruehen von calciumsulfathemihydrat

Info

Publication number: DE2733540A1
Application number: DE19772733540
Authority: DE
Inventors: Walter Dan Kobeski
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1976-07-29
Filing date: 1977-07-25
Publication date: 1978-02-02
Also published as: IN146244B; CA1067301A; AU2643077A; AR214744A1; JPS5317501A; GB1589994A; FR2359649A1; ZA773879B; IT1079792B; BR7704888A

Description

Mein Zeichens 709 699

Anmelder: United States Gypsum Company, Chicago. Illinois, V.St.A.

Verfahren zum trockenen Versprühen von Calciumsulfat-

hemihydrat

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum trockenen Versprühen von α- oder ß-Calciumsulfathemihydrat oder Mischungen davon; sie betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem trockene Galciumsulfathemihydrat (CaSO^.1/2 H₂0)-Teilchen mittels Luft durch einen Schlauch in eine Sprühdüse gefördert werden, in der Wasser in den Strom der trockenen Teilchen eingeführt und vor dem Versprühen in der Düsenmischkammer damit vermischt wird. Um die Staubbildung zu vermindern, kann es zweckmäßig sein, an der Düsenöffnung zusätzliches Wasser zuzugeben· Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für die Abdichtung von Oberflächen im Untertagebau mit einem dünnen Abdichtungsüberzug, um eine Luftdekrepitation oder Absplitterung zu verhindern.

Ein schwerwiegendes Problem, das im Untertagebau auftritt, wird allgemein als Luftdekrepitation der Zechendecke und Zechenwände bezeichnet· Das Eindringen von Luft in diese Oberflächen bewirkt, daß sie zersplittern und reißen, wodurch Gefahren für die Sicherheit und ungeeignete Arbeitsbedingungen entstehen.

Es sind bereits verschiedene Produkte und Systeme zur Lösung dieses Problems entwickelt worden. Diese Systeme können in strukturelle und nicht-strukturelle eingeteilt werden. Das nicht-strukturelle System kann Mischlingen aus Zement und Sand umfassen, die in dünnen Schichten auf die Oberfläche aufgesprüht werden, wie in der US-Patentschrift 3 224 203 beschrieben. Diese Zementüberzüge (Betonüberzüge) weisen eine hohe Festigkeit auf und sind wirksam, sie sind jedoch sehr teuer und kostspielig in der Aufbringung! sie binden verhältnismäßig langsam ab und sie machen

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die Verwendung einer speziellen Pumpeinrichtung in der Zeche erforderlich· In der US-Patentschrift 2 255 189 ist beispielsweise ein spezielles System zum Aufbringen von Zementüberzügen beschrieben, bei dem die Zementteilchen und das Wasser nach dem Austritt aus der Versprühungsvorrichtung und beim oder unmittelbar vor dem Aufbringen auf die Oberfläche miteinander gemischt werden. In der US-Patentschrift 3 64-5 762 ist ein hydraulisches Zementgemisch für den Sprühauftrag beschrieben, das nach den dortigen Angaben schnell abbindet (aushärtet), die Abbindezeit liegt jedoch in der Größenordnung von 6 Stunden und es umfaßt mehrere spezielle Komponenten, die das System kostspielig und kompliziert machen·

In den anderen nicht-strukturellen Systemen können Vorgemische aus Zement und größeren Anteilen an Füllstoffen, wie Vermiculit, verwendet werden. In der US-Patentschrift 3 055 43^ ist ein nicht-strukturelles System beschrieben, bei dem die Zechendecke und die Zechenwände mit Asphalt und/- oder Asbestfasern überzogen werden. Dabei handelt es sich um ein System mit einer geringen Festigkeit, welches die Aufgabe hat, die Luft von den Oberflächen fernzuhalten, und es ist wirtschaftlicher als die hydraulischen Zementsysteme. Ee weist jedoch nicht die Festigkeit auf, die erforderlich ist, um gelockertes Decken- und Wandmaterial an seiner Stelle su halten, und die Asbestfasern stellen eine Gefahr für die Gesundheit dar·

Ein vor kurzem entwickeltes Verfahren, das in der US-Patentschrift 3 892 442 beschrieben ist, verwendet einen Kunststoff schaum oder einen Zementschaum sum Beschichten der Zechendecke und Zechenwände, dieses System ist jedoch teuer und macht die Verwendung einer speziellen Einrichtung in der Zeche erforderlich· In der US-Patentschrift 3 900 333 ist

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eine teilchenförmige Gipsanhydrit (CaSO^)-MaSSe beschrieben, die einen Beschleuniger enthält, die entwickelt worden ist für den Auftrag auf die Decke und die Wandoberflächen der Zeche· In der technischen Literatur, publiziert von Karl Brieden & Co., ist angegeben, daß der Gipsanhydrit mittels Luft durch eine Transportleitung gefördert und mit einer wäßrigen Stimulatorlösung (Beschleunigerlösung) in der Düsenmischkammer gemischt und danach auf die Decke oder die Wandoberfläche aufgesprüht werden kann. Dieses System bindet jedoch langsam ab und der überzug muß in dicken Abschnitten aufgebracht werden.

Allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Abdichten von Oberflächen durch Luftförderung von trockenen α- oder ß-Calciumsulfathemihydrat-Teilchen oder Mischungen davon durch einen Schlauch zu einer Sprühdüse anzugeben, in der sie in der Düsenmischkammer mit Wasser gemischt und dann in Form eines dünnen Überzugs auf eine abzudichtende Oberfläche aufgesprüht werden. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum trockenen Versprühen von Calciumsulfathemihydrat anzugeben, bei dem Verstärkungsfüllstoffe, wie Glasfasern, in das Hemihydrat eingearbeitet werden, bevor es auf die abzudichtende Oberfläche aufgetragen wird, wobei dieses Verfahren besonders vorteilhaft ist, wenn kleine Stücke eines Materials an Ort und Stelle festgehalten werden müssen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sum trockenen Versprühen von Calciumsulfathemihydrat unter Bildung eines dünnen nichtstrukturellen Überzugs oder eines dicken Strukturelementes anzugeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bestimmt für die Verwendung la Untertagebau (in unterirdischen Gruben bzw. Bergwerken), denn darin wird eine konventionelle Steinnehlherstellungsvorrichtung verwendet, die zur Standardaus-

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rüstung einer Zeche gehörte Nach diesem Verfahren können dünne Abdichtungsüberzüge auf die Decke und die Wände der Zeche aufgebracht werden, wodurch man ein billiges und wirksames System erhält« Der dabei erhaltene Gipsüberzug ergibt das gewünschte hohe Reflexionsvermögen und für den trockenen Sprühauftrag ist weniger Energie erforderlich als für Aufschlämmungssysteme und es ist auch weniger Säuberungsarbeit erforderlich. Es wurde ermittelt% daß eine gute physikalische Bindung an der Oberfläche der Zeche erzielt werden kann durch Verwendung eines teilchenförmigen, handelsüblichen α- oder ß-Calciumsulfathemihydrat-Materials einschließlich der Mischungen davon, ohne daß spezielle Stimulatoren oder Beschleuniger eingearbeitet werden müssen.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung· Der hier verwendete Ausdruck "Oalciumsulfathemihydrat" umfaßt α- und ß-Calciumsulfathemihydrat und Mischungen davon·

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man einen Strom von trockenen Calciumsulfathemihydrat (0aS0^_#1/2 H₂O)-Teilchen mittels Luft durch einen Schlauch in eine Sprühdüse fördert oder bläst, in den Strom der trockenen Teilchen Wasser einführt, in der Düsenmischkammer die Calciumsulfathemihydrat teilchen mit dem Wasser mischt und das angefeuchtete bzw. benetzte Oalciumsulfathemihydrat versprüht. Die den trockenen Calciumsulfathemihydratteilchen zugesetzte wassermenge ist ein wichtiger Paktor bei der Erzielung einer zufriedenstellenden Zusammensetzung in bezug auf zwei Kriterien. Erstens sollte den Hemihydratteilchen genügend Wasser zugemischt werden, um eine ausreichende Benetzung (Anfeuchtung) für die vollständige Hydratation beim Austritt aus der Sprühdüse su gewährleisten· Zur Herabsetzung der Staubbildung

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kann es zweckmäßig sein, an der Düsenöffnung zusätzliches Wasser zuzugeben. Zweitens muß der Wassergehalt so gewählt werden, daß ein Mörtel erhalten wird, wodurch das Calciumsulfathemihydrat fest an der Oberfläche, auf die es aufgebracht wird, haftet und diese gut abdichtet. Im allgemeinen sollte der Wassergehalt innerhalb des Bereiches von etwa 20 bis etwa 100 Gew.-Teilen Wasser auf 100 Gew.-Teile Calciumsulfathemihydrat liegen, wobei ein besonders bevorzugter Bereich bei 50 bis 55 Gew.-Teilen Wasser auf 100 Gew.-Teile Hemihydrat liegte Das optimale Verhältnis von Wasser zu Calciumsulfathemihydrat hängt von dem Typ des Hemihydrate und der T_eilchengrößenverteilung ab.

Es wurde gefunden, daß in der Peripherie des Sprays Staubteilchen vorhanden sein können_Φ Durch einen oder mehrere Wasserstrahlen, die an einem Ende der Düse angeordnet sind, kann an der Düsenöffnung zusätzliches Wasser in das Spray eingespritzt werden_β

Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens der trockenen Versprühung von Oalciumsulfathemihydrat besteht darin, daß die angefeuchteten (benetzten) Hemihydratteilchen sehr schnell abbinden und früh eine hohe Festigkeit entwickeln· Es wurde gefunden, daß etwa 1 Stunde nach dem Auftragen die Masse (Zusammensetzung) etwa 40 % ihrer End-Trockenfestigkeit (Druckfestigkeit) erreicht. Dies erlaubt einen schnelleren Auftrag und auch das Aufbringen dünnerer Überzüge, wodurch Energie eingespart und die Kosten gesenkt werden können.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene Probleme auftreten. Das schwerwiegendste Problem ist die Staubbildung an der Sprühdüsenöffnung, Die Atmosphäre der Zeche (Grube) ist normalerweise staubig und eine Busätzliche

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wesentliche Staubbildung ist sehr unerwünscht. Die Staubbildung kann durch mehrere Faktoren beeinflußt werden. Neben der Wassermenge, die den Hemihydratteilchen zugemischt wird, ist die Teilchengrößenverteilung wichtig« Ein Hemihydrat vom Form-Typ (feinere Teilchen) benötigt im allgemeinen mehr Wasser als ein solches vom Anrührungs-Typ (gröbere Teilchen)« Im allgemeinen liegt die Teilchengröße (Stokes-Teilchengröße) vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 0,2 Mikron (Form-Typ) bis etwa 725 Mikron (Anrührungs-Typ ). Ein anderer Faktor, der die Staubbildung beeinflußt, ist die zum Transport der Hemihydratteilchen angewendete Strömungsgeschwindigkeit₀ Im allgemeinen sollte die Luftstrom-Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Bereiches von etwa 1,42 bis etwa 3,96 ar/Minute (50 bis 140 cfm) liegen und der Leitungsdruck sollte innerhalb des Bereiches von etwa 0,56 bis etwa 1,55 kg/cm² (8 bis 22 psi) liegen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Düse des Typs, wie sie zum Versprühen von Torkretput« (Gunnite ■ Zement und Sand) eingesetzt wird, verwendet werden, sie muß jedoch zur Erzielung optimaler Ergebnisse modifiziert werden. Das Calciumsulfathemihydrat wird mit Luft aufgewirbelt und durch einen Schlauch zu einer Sprühdüse gefördert und wenn es in die Düse eintritt, wird durch einen ringförmigen Wasserring, der die Düse umgibt, Wasser in den Hemihydratteilchenstrom eingespritzt. Vor dem ringförmigen Wasserring werden die Hemihydratteilchen unädas Wasser in der Mischkammer der Sprühdüse miteinander gemischt. Der turbulente Strom aus Luft, Hemihydratteilchen und Wasser wird durch Energiezufuhr aktiviert, die aus der Turbulenz resultiert« Nach dem gründlichen Mischen in der Düse wird das angefeuchtete Calciumsulfathemihydrat aus der Düse ausgetragen und auf die abzudichtende Oberfläche aufgebracht. Das Hemihydrat bindet sehr schnell ab, wobei im allgemeinen

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15 bis 20 Hinuten erforderlich sind, um eine wesentliche Festigkeit asu erzielen, und deshalb kann es in sehr dünnen überzügen aufgebracht werden, die dennoch eine wirksame Abdichtung der Oberfläche bewirken. Im allgemeinen kann die Dicke der Abdichtungsüberzüge innerhalb des Bereiches von etwa 0,32 bis etwa 12,70 cm (1/8 bis 5 inches) liegen, wobei an Oberflächenrertiefungen dickere überzüge vorliegen können· Einer der Vorteile dieses Verfahrens besteht darin, daß der erhaltene Gips (CaSO^,2H₂O)-überzug nicht schrumpft, wenn er abbindet (aushärtet), sogar eine geringe Ausdehnung auftritt, die eine bessere Haftung und bessere Abdichtungseigenschaften ergibt. Dicken von mehr als etwa 12,70 cm (5 inches) bringen unnötige Kosten mit sich und sie sind daher nicht bevorzugt.

Bei vielen unterirdischen Extraktionsverfahren oder anderen Zechenarbeiten kann es erforderlich oder wünschenswert sein, in den Abdichtungsüberzug ein Verstärkungsmaterial, wie z.B. zerhackte (zerkleinerte) Glasfasern, einzuarbeiten, die als Hilfsmittel zum Festhalten von losem Material, das auf der Oberfläche vorhanden ist, dienen. Dies kann auf zweierlei Art erfolgen· Die zerhackten Glasfasern können mit den Calciumsulfat hemihydrat teilchen trocken gemischt werden und diese Mischung kann mittels Luft zu der Sprühdüse transportiert werden, in der sie auf die gleiche Weise mit Wasser gemischt wird wie wenn die Glasfasern nicht vorhanden sind. Bei diesem Verfahren hat es sich als schwierig erwiesen, eine gleichmäßig angefeuchtete Mischung aufrechtzuerhalten, die möglicherweise su einen unbefriedigenden überzug führt. Diese Schwierigkeit ist vermutlich auf die Verstopfung der Ventile oder Düsenteile surücksuführen und Tests haben gezeigt, daß Glasfasern die Benetzungegeschwindigkeit des Calciumsulfat hemihydrate in nachteiliger Weise beeinflussen. Dies kann gemildert werden durch Verwendung verschiedener überzüge auf den Glasfasern· Ein stärker bevorzugtes Verfahren zur

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Einarbeitung der zerhackten Glasfasern besteht darin, daß man sie in den Strom der Hemihydratteilchen einführt, nachdem diese durch das Wasser angefeuchtet (benetzt) worden sind« Dies wird dadurch erzielt, daß man einen Glasfaserzerhacker in der Nähe der Sprühdüsen-Austrittsöffnung installiert, wodurch die Glasfasern in die angefeuchteten Hemihydratteilchen eingearbeitet werden, unmittelbar nachdem diese aus der Sprühdüse ausgetreten sind«,

In den Zerhacker wird ein Glasfaserstrang eingeführt und zu Stücken einer geringen Länge, im allgemeinen von etwa 0,64-bis etwa 10,16 cm (1/4 bis 4· inches),zerhackt (zerschnitten)· Im allgemeinen liegt der Mengenanteil der Glasfasern innerhalb des Bereiches von etwa 0,5 bis etwa 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfathemihydrate. An den Zerhacker ist ein Luftschlauch angeschlossen und es wird Druckluft eingeführt, um die zerhackten Glasfasern in die angefeuchteten Calciumsulfathemihydratteilchen einzublasen· Vorzugsweise hat die Druckluft, die in den Zerhacker eingeführt wird, einen Druck innerhalb des Bereiches von etwa 1,12 bis etwa 7fO3 kg/cm (16 bis 100 psi), dieser variiert jedoch in Abhängigkeit von dem Typ des Zerhackers.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist überraschend und unerwartet, weil bisher allgemein angenommen wurde, daß eine hohe Energiezufuhr erforderlich ist, um CaI-ciumeulfathemihydrat auszuhärten (abzubinden)ο Es wurde jedoch gefunden, daß schnell eine ausreichende Festigkeit entwickelt werden kann ohne eine wesentliche Energiezufuhr, die bisher als erforderlich angesehen wurde. Außerdem wurde die Erzeugung eines wirksamen Gipsüberzugs in einer unterirdischen Zeche (Grube) als undurchführbar angesehen wegen des hydrostatischen Druckes, der bewirkt, daß Wasser in Zechen (Bergwerken) einsickert. Es wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße Verfahren in den meisten Zechen (Bergwerken)

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angewendet werden kann, bei denen kein hydrostatisches Druckproblem auftritt«

In den folgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren zum trockenen Versprühen von Calciumsulfathemihydratteilchen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

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Beispiel 1

In einer Kohlezeche, in der aufgrund eines Feuers in der Zeche ein Teil der Zeche gegenüber den anderen Arbeitsabschnitten der Zeche abgedichtet werden mußte, wurden Zwischenwand-Abdichtungen unter Verwendung von massiven Betonblöcken aufgebaut. Die Oberfläche der Abdichtung auf der der Luft abgewandten Seite wurde unter Verwendung einer Spachtelmasse beschichtet und eine Überprüfung der Zeche zeigte, daß in den Betonblock-Abdichtungen Gaslecks auftraten. Frühere Tests, in denen Calciumsulfathemihydrat als Abdichtungsüberzug auf die Decken- und Wandflächen in der Zeche aufgebracht worden waren, um ein Dekrepitieren zu verhindern, hatten gezeigt, daß das Hemihydrat als Abdichtungsüberzug verwendbar ist. In diesem speziellen Fall wurde das Calciumsulfathemihydrat auf die Oberfläche der Zwischenwandabdichtung in einer ausreichenden Dicke aufgebracht, um die Gaslecks in der Zwischenwandabdichtung zu verschließen.

In eine Druckbehälter-Steinmehl-Verteilungskammer (ein einzelner Behälter mit einer Kapazität von etwa 2,72 t (3 tons)) wurde eine Gesamtmenge von 53 4-5»4- kg (100 pounds)-Säcken Calciumsulfathemihydrat eingefüllt. Dann wurde Druckluft in die Kammer eingeleitet, die bewirkte, daß sich das Calciumsulfathemihydrat wie eine Flüssigkeit verhielt. Das Hemihydrat wurde (unter dem Einfluß der Druckluft) durch einen etwa 195 ■· (650 feet) langen Schlauch mit einem Innendurchmesser von 5»08 cm (2 inches) zu dem Austragsende gefördert, das eine spezielle Sprühdüse aufwies, die einen ringförmigen Wasserring enthielt. Der Behälterdruck betrug etwa 1,55 kg/cm (22 psi) und der Leitungsdruck betrug etwa 1,12 kg/cm (16 psi). Das Calciumsulfathemihydrat wurde benetzt und dann auf die Decke, die Wände und die Oberflächen der Zwi-■chwnwandabdichtungen aufgesprüht. Der Sprühdüse wurde durch

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einen 2,54 cm (1 inch)-Schlauch aus einer 15»24 cm (6 inches)-Peuerspritzen-Wasserleitung Wasser zugeführt. Das Volumen und der Druck des Wassers waren mehr als ausreichend«

Das Calciumsulfathemihydrat verhielt sich sehr gut« Obgleich die trockenen Hemihydratteilchen manchmal aufgewirbelt wurden, wurden die Hemihydratteilchen an der Sprühdüse ausreichend gut benetzte Die Änderung der Auf wirbelung führte zu einem gewissen Stäuben, das war jedoch fpr den Auftrag des Oalciumsulfathemihydrats keineswegs nachteilig.

Das Oalciumsulfathemihydrat wurde auch auf die Decke der Zeche und die an die Zwischenwandabdichtung angrenzenden Wandflächen aufgesprüht, die sich etwa 1,8 bis etwa 2,1 m (6 bis 7 feet) in den Zecheneingang hinein erstreckten.

Der Calciumsulfathemihydratüberzug wurde in einer Dicke innerhalb des Bereiches von 0,64 cm (1/4 inch) bis zu einigen cm an den Oberflächenvertiefungen aufgebracht, wobei keine Verdrängung des Überzugs auftrat. Während dieses Auftrags auf die Decke und die Wandflächen der Zeche wurde die zum Transport der Hemihydratteilchen verwendete Luftströmungsgeschwindigkeit bei etwa 3»96 «r pro Minute (140 cfm) gehalten (der Behälterdruck betrug etwa 1,55 kg/cm (22 psi)) und der Leitungsdruck wurde bei etwa 1,12 kg/cm (16 psi) gehalten·

Die ungefähre Größe der Zwischenwandabdichtung betrug 6 m (20 feet) in der Breite und 1,9 m (7»5 feet) in der Höhe· Es dauerte etwa 4 bis 5 Minuten, um jede Zwischenwandabdichtung zu besprühen. Zum Beschichten einer Zwischenwandabdichtung, die aus etwa 55»7 ™ (600 ft. ) Wand-, Decken- und Abdichtungsfläche bestand, waren mindestens 227 kg

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(500 pounds) Calciumsulfathemihydratmaterial erforderlich.

Eine Überprüfung der besprühten Zwischenwandabdichtungen zeigte, daß der Calciumsulfathemihydrat-Überzug die Zwischenwände auf wirksame Weise abdichtete.

Beispiel 2

Ein zusätzlicher Sprühtest wurde durchgeführt, um das Verfahren zu beurteilen, das durchgeführt wird unter Verwendung von zerhackten Glasfasern in dem Calciumsulfathemihydrat-überzug. An dem Austragsende der Sprühdüse wurde ein Glasfaserzerhacker befestigt und aus einem Luftkompressor wurde Luft zugeführt. Die Luft wurde unter einem Druck von 4,22 kg/cm (60 psi) in den Zerhacker eingeführt. Die Glasfasern wurden in den Strom der benetzten Hemihydratteilchen unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Düse eingeblasen·

Das Verfahren zur Handhabung und Fördern des Oalciumsulfathemihydrats mit Luft war das gleiche wie in Beispiel 1. Das trockene Aufsprühen der Hemihydratteilchen blieb das gleiche, wobei die einzige Änderung darin bestand, daß durch Zerhacken Glasfasern einer Länge von 2,54- cm (1 inch) hergestellt und in das benetzte Oalciumsulfathemihydrat eingeblasen wurden. Das benetzte Hemihydrate welches die zerhackten Glasfasern enthielt, wurde auf die Decken- und Wandflächen in den Zecheneingang aufgesprüht. Die Hemihydrat-Masse, welche die 2,54· cm (1 inch) langen Glasfasern enthielt, konnte aufgetragen werden. Bei diesem Auftrag betrug der Glasfasergehalt in dem Abdichtungsüberzug etwa 4 Gew.-%. Der Abdichtungsüberzug, der die zerhackten Glasfasern enthielt, hatte eine Trockendichte von 1,20 g/cm* (75»2 lbs/ft. ) und eine Trockendruckfestigkeit von 161,3 kg/cm (2289 psi)· Er wies eine verbesserte Beständigkeit

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gegen Rißbildung auf, wenn er einer physikalischen Mißhandlung (durch Klopfen) mit Zechenarbeitsgeräten ausgesetzt wurde.

Beispiel 3

Zum Aufsprühen von trockenen Calciumsulfathemihydratteilchen wurde ein vertikaler Druckbehälter-Steinmehl-Verteiler verwendet· Der Behälter wurde mit 454 kg (1000 pounds) Calciumsulfathemihydrat, das 0,64 cm (1/4 inch) lange zerhackte Glasfasern in einem Verhältnis von 4,54 kg (10 pounds) Glasfasern pro 0,91 t (1 ton) Hemihydrat entsprechend 0,5 Gew.-J% enthielt, beschickt. Nach dem Beschicken wurde der Behälter unter Druck gesetzt und das Calciumsulfathemihydrat wurde unter Verwendung von Luft durch einen 45 m (150 feet) langen Hochleistungs-Förderschlauch mit einem Innendurchmesser von 5»08 cm (2 inches) in eine spezielle Sprühdüse geblasen, in der es benetzt und versprüht wurde. Der Leitungsdruck wurde konstant bei 0,77 kg/cm (11 psi) gehalten und die die zerhackten Glasfasern enthaltenden Hemihydratteilchen wurden mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 36,3 kg (80 pounds) pro Minute gefördert. Es war eine gute, gleichmäßige Förderung des trockenen Materials zu beobachten. An der Sprühdüsen-Austragsöffnung trat jedoch eine übermäßige Staubbildung auf. Periodisch trat eine schlechte Benetzung der Hemihydratteilchen auf, was zu einem ungleichmäßigen Auftrag des Überzugs führte.

Die Wasserzuführungsgeschwindigkeit während dieses Auftrags wurde auf etwa 11,4 1 (3 gallons) pro Minute begrenzt. Es wurde beschlossen, weitere Tests unter Verwendung eines stärkeren Wasserstromes durchzuführen.

Beispiel 4

Der vertikale Druckbehälter-Steinmehl-Verteiler wurde erneut

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mit 454 kg (1000 pounds) Calciumsulfathemihydrat, das 0,64 cm (1/4 inch) lange zerhackte Glasfasern enthielt, beschickt. Der Behälter wurde unter Druck gesetzt und der Leitungsdruck wurde bei 0,77 kg/cm (11 psi) gehalten. Die Strömungsgeschwindigkeit des trockenen Hemihydrat/Glasfaser-Materials betrug etwa 36,3 kg (80 pounds) pro Minute. Es trat eine gute, gleichmäßige Förderung der trockenen Hemihydratteilchen auf.

In diesem Beispiel wurde Wasser mit einer Geschwindigkeit von 18,9 1 (5 gallons) pro Minute der Sprühdüse zugeführt. An der Sprühdüsenöffnung trat eine periodische Staubbildung auf. Manchmal konnte ein gleichmäßig feuchtes Spray aufrechterhalten werden, dieses war Jedoch nicht konstant« Als die Hemihydratteilchen ausreichend benetzt waren, wurden sie ▼ersprüht und sehr gut auf die Oberfläche aufgebracht« Die 0,64 cm (1/4 inch) langen Glasfaserstücke verteilten sich in dem Material sehr gut.

Beispiel 5

Anschließend wurde ein Test durchgeführt unter Verwendung des Druckbehälter-Steinmehl-Verteilers in einer horizontalen Lage anstelle einer vertikalen Lage« Dieser Behälter und sein Aufbau sind identisch mit demjenigen, wie er in Zechen für die Steinmehlherstellung verwendet wird« Der Behälter wurde mit 454 kg (1000 pounds) Calciumsulfathemihydrat, das 0,64 cm (1/4 inch) lange Glasfasern enthielt, beschickt. Wie in Beispiel 4 wurde er dann unter Druck gesetzt und die Hemihydratteilchen wurden unter Verwendung von Luft gefördert. Es wurde festgelegt, daß die Wasserströmungsgeschwindigkeit unregelmäßig war und von 13,2 bis 18,9 1 (3,5 "bis 5 gallons) pro Minute variierte. Das trockene Hemihydrat/Glasfaser-Material wurde mit einer Geschwindigkeit von 36,3 kg (80 pounds) pro Minute mit Luft gefördert. Es wurde errechnet,

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daß das für die Benetzung der Hemihydratteilchen zur Verfügung stehende Wasser innerhalb des Bereiches von 13,2 bis 19,1 kg (29 bis 42 pounds) pro Minute für 36,3 kg (80 pounds) Hemihydrat lag. Sie Standardzusammensetzung dieses speziellen Hemihydratmaterials beträgt 23,6 kg (52 pounds) Wasser auf 36,3 kg (80 pounds) Hemihydrat. Es schien, daß das Wasser für die Benetzung des Hemihydrate ausreichte, obgleich seine Zuführungsmenge variierte»' Auch hier trat eine schlechte Benetzung des Hemihydrate auf und an der Sprühdüsenöffnung erfolgte eine Staubbildung, Saraus wurde geschlossen, daß die Glasfasern die Benetzung des Hemihydrats erschwerten.

Beispiel 6

In den gleichen Druckbehälter-Steinmehl-Verteiler in der horizontalen Stellung wurden 454 kg (1000 pounds) Calciumsulfathemihydrat, das 1,27 c» (1/2 inch) lange Glasfasern enthielt, eingeführte Der Glasfasergehalt betrug etwa 4,54 kg (10 pounds) pro 0,91 t (1 ton) Hemihydrat. Es wurde eine Änderung in der Wasserleitung durchgeführt, in der ein Schlauch mit einem Innendurchmesser von 5,08 cm (2 inches) installiert wurde, der am Eintritt in die Sprühdüse auf 1,27 cm (1/2 inch) verengt wurde· Man nahm an, daß dadurch ein gleichmäßigerer Wasserstrom der Düse zugeführt würde. Die Wasseriufuhrgeschwindigkeit nach der Befestigung der Düse wurde auf 18,9 1 (5 gallons) pro Minute eingestellt. Der Behälter wurde unter Druck gesetzt und der Leitungsdruck für das trockene Material wurde bei 0,77 kg/cm (11 psi) gehalten, wobei man eine Trockenmaterial-Strömungsgeschwindigkeit von 36,3 kg (80 pounds) pro Minute erhielt. Auch hier erfolgte ein· gute, gleichmäßige förderung des trockenen Materials«

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Das Sprühverhalten war wiederum ungleichmäßig. Wenn das Oalciumsulfathemihydrat ausreichend benetzt war, wurde es ▼ersprüht und gut aufgetragen« Die 1,27 cm (1/2 inch) langen Glasfasern schienen sich in dem benetzten Hemihydrat gut zu verteilen.

Die in den Beispielen 3 bis 6 besprühten Formen wurden untersucht, nachdem das Überzugsmaterial abgebunden hatte«, Die Formen wurden herausgenommen und das Aussehen des Überzugs war sehr zufriedenstellend. Die erzielten Ergebnisse zeigen, daß diese Art der trockenen Calciumsulfathemihydrat-Versprühung ein akzeptables Verfahren zum Aufbringen eines Abdichtungsüberzuges darstellt,

Beispiel 7

Der DpUckbehälter-Steinmehl-Verteiler wurde mit 4-54- kg (1OOO pounds) Calciumsulfathemihydrat beschickt. Der Behälter wurde unter Druck gesetzt, wobei der Leitungsdruck bei 0,77 kg/cm (11 psi) gehalten wurde, und das trockene Material wurde mit einer Geschwindigkeit von 36,3 kg (80 pounds) pro Hinute versprüht. In diesem Test wurde ein Glasfaserzerhacker oberhalb der Sprühdüse gehalten und die zerhackten Glasfasern wurden in das benetzte Hemihydrat eingeführt, während die Formen besprüht wurden. Die zerhackten Glasfasern, deren Länge von 1,27 bis 2,54 cm (1/2 bis 1 inch) variierte, schienen sich in Form einer Matte in den Formen gut abzulagern,

Beispiel 8

Es wurden Tests durchgeführt, um die Druckfestigkeit von verschiedenen Galciumsulfathemihydrat-Massen und die Geschwindigkeit, mit der die Festigkeit eich entwickelte, zu untersuchen. Die Hemihydratmasse wurde so benetzt, daß die

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Vorgänge in der Sprühdüse so genau wie möglich imitiert wurden. Die Druckfestigkeiten wurden gemessen unter Verwendung von geformten Zylindern mit einem Durchmesser von 5_fO8 cm (2 inches) und einer Höhe von 10,16 cm (4 inches). Die Abbindezeit wurde durch einen 300 g-Vicat-Abbindetest festgestellte In dem Testverfahren wurde eine Standard-Vicat-Nadel mit einem Gewicht von 300 g mit einer Spitze mit einem Durchmesser von 1 mm gemäß der ASTM-Vorschrift C4-72 verwendet· Die benetzte Hemihydratmasse wurde zu Proben einer Dicke von etwa 2,54- cm (1 inch) verformt. Als die Masse steif zu werden und ihren Glanz zu verlieren begann , wurde die Nadel vorsichtig auf die Oberfläche gelegt und aufgrund ihres Eigengewichtes frei eindringen gelassen. Die Abbindezeit wurde gemessen ab dem Zeitpunkt des Mischens mit Wasser bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Nadel nicht mehr bis zu dem Boden der Masse eindrang, im allgemeinen bis die Nadel nicht mehr bis zur Hälfte der Höhe der Probe eindrang.

Bei allen getesteten Massen handelte es sich bei dem Calciumsulfathemihydrat um ein schnell abbindendes Material (Hydrocal White). Es wurden die folgenden Massen getestet, wobei die nachfolgend angegebenen Ergebnisse erzielt wurden:

Znsammensetzung

100 % Hydrocal White-Material 1 Teil Hydrocal/ 1/2 Teil Steinmehl 1 Teil Hydrocal/ 1 Teil Steinmehl 1 Teil Hydrocal/ 1,5 Teile Steinmehl

Eigenschaften ABCD

1 Std.-Naßdichte in 1.83 1,86 1,86 1,85

g/cm? (Ibs/ft73) (114,2) (116,1) (116,1) (115,2)

1 StcU-Naßfestigkeit in 208,22 138,92 86,37 53,1

kg/ca² (psi) (2960) (1970) (1228) (755)

Trockendichte in g/car 1,60 1,56 1,51 1,47

(lbs/ft.3) (99,8) (97,3) (94,4) (91,8)

Trockenfestigkeit in 483,27 352 240,41 145,22

kg/cM^ (psi) (6875) (5000) (3420) (2060)

Abbindezeit in Min. 29 25 25 28

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Sie vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die Calciumsulfathemihydratmassen nach einer Abbindezeit von 1 Stunde etwa 40 % ihrer End-Druckfestigkeit erreichten«

Beispiel 9

Es wurde ein Test durchgeführt_y um die Luftförderung und die Versprühung von Oalciumsulfathemihydratteilchen unter Verwendung einer Bantam-Steinmehlpumpe zu bewerten« Während der Tests wurden 181 kg (400 lbs) Moulding Plaster-Hemihydrat Nr. 1, 136 kg (300 lbs) Hydrocal White-Hemihydrat und 45,4 kg (100 lbs) Tuf-Art Plaster-Hemihydrat versprüht« Die Pumpe ergab eine Luft strömungsgeschwindigkeit von 3,96 nr/Min. (140 cfm) und einen Leitungsdruck (5,08 cm (2 inch)-Schlauch) innerhalb des Bereiches von 0,56 bis 1,41 kg/cm² (8 bis psi). Das Hemihydratmaterial wurde in einen 1-Sack-Trichter gekippt_f eine Förderschnecke überführte das Material in die Luftventilbox und die trockenen Hemihydratteilchen wurden zusammen mit der Luft durch den Schlauch in die Sprühdüse befördert· In der Sprühdüse wurde durch einen speziell gebauten Wasserringkragen Wasser in die Hemihydratteilchen eingespritzt« Das benetzte Hemihydrat wurde durch den Luftdruck ohne übermäßige Pulsierung durch die Düsenöffnung versprüht.

Die Dichte- und Druckfestigkeitswerte der verschiedenen Gemische wurden bestimmt« Die Dlruckfestigkeit von trockenem Gips (CaSO^.2H₂O) wurde gemessen unter Verwendung eines geformten Zylinders mit einem Durchmesser von 5,08 cm (2 inches) und einer Höhe von 10,16 cm (4 inches).

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Molding Plaster Molding Plaster Hydrocal TUF-ABT Nr. 1 Nr. 1 White Plaster

Wasser/Hemihydrat (Gew.-Teile/

100 Gew.-Teile) 50,6 50,2 29,9 61,2

1 Stunde,-Naßdichte in g/cm⁵ 1,64 1,64 1,93 1,48

(lbs/ft.3) (102,6) (102,4) (120,3) (92,4)

Trockendichte in g/cm⁵ (lbs/ft.⁵) 1,34 1,34 1,75 1,19

(83,6) (84,0) (109,4) (74,4)

Trockendruckfestigkeit in kg/cm² 178,11 145,85 312,94 39,19

(psi) (2530) (206§) (4456) (557)

Zum Zeitpunkt der Messung der Druckfestigkeit war das TUP-AHT Plaster-Material noch feucht, wenn es zerbrochen wurde, was die geringe Druckfestigkeit erklärt. Die Druckfestigkeiten der anderen Materialien belegen die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen trockenen Sprühverfahrens.

Beispiel 10

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde untersucht, um seine Brauchbarkeit zur Herstellung von Bauelementen für die Verwendung im Untertagebau zu bestimmen. Der Zweck des Tests bestand darin, zu ermitteln, ob Säcke, die zum Aufbau von Bergmauern verwendet werden sollen, durch Luftförderung von trockenen Oalciumsulfathemihydratteilchen gefüllt werden können, die in einer Sprühdüse benetzt und in die Säcke ausgetragen worden. Bei dem zu füllenden Sack handelte es sich um einen synthetischen Behälter aus einem offenen Gewebe mit den Dimensionen von etwa 1,2 bx 1,5i x 2,1 m (4 feet χ 5 feet χ 7 feet). Er wurde an seiner Oberseite von einem Rohrleitungsrahmen getragen und hatte eine 10,16 cm χ 10,16 cm (4 inch χ 4 inch)-Maschen-Beton-Verstärkungsdraht auskle idung.

Zum Pumpen der Calciumsulfathemihydratteilchen (im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen Hydrocal Gray) wurde eine Reed-Torkretputz-Vorrichtung verwendet. An der Düsenöffnung trat eine gewisse Staubbildung auf, es entwich jedoch kein Staub aus dem Sack, der als Staubsammler wirkte.

Das Hydrocal Gray-Hemihydrat entwickelte etwa 30 Minuten nach dem Abbinden eine Druckfestigkeit von etwa 155 kg/cm (2200 psi). Die Naßdichte des angefeuchteten Hemihydrate betrug 1,84 g/cm* (115 lbs/ft.*). Mit dem Versprühungsverfahren konnte der Sack fast vollständig bis zu seiner Öffnung gefüllt werden.

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Claims

Patentansprüche

' 1J Verfahren zum trockenen Versprühen von Calciumsulfatnemiiydrat, dadurch gekennzeichnet , daß man

1.) einen Luftstrom mit trockenen Calciumsulfat (CaS0^_#1/2 H^O)-Teilchen durch einen Schlauch in eine Sprühdüse bläst, 2.) in den Strom der trockenen Hemihydratteilchen Wasser einführt, wobei der Wassergehalt innerhalb des Bereiches von etwa 20 bis etwa 100 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile Calciumsulf athemihydrat liegt,

3·) die Calciumsulfathemihydratteilchen und das Wasser in der Düsenmischkammer miteinander mischt und 4.) das angefeuchtete Calciumsulfathemihydrat versprüht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das angefeuchtete Calciumsulfathemihydrat auf eine zu beschichtende Oberfläche aufsprüht, wobei der Überzug eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,32 bis etwa 12,70 cm (1/8 bis 5 inches) hat.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wassergehalt innerhalb des Bereiches von etwa 50

bis etwa 55 Gew.-Teilen Wasser auf 100 Gew.-Teile Calciumsulf athemihydrat liegt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3« dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der trockenen Calciumsulfathemihydratteilchen innerhalb des Bereiches von etwa 0,2 bis etwa 725 Mikron liegt·

5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem angefeuchteten Calciumsulfathemihydrat zu-

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ORIGINAL INSPECTED

sätzliches Wasser zugesetzt wird, nachdem es in der Stufe (4) aus der Düsenöffnung ausgetragen worden ist, wobei der Gesamtwassergehalt innerhalb des Bereiches von etwa 20 bis etwa 100 Gew.-Teilenauf 100 Gew.-Teile Oalciumsulfathemihydrat liegt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sum Transportieren der trockenen Hemihydratteilchen in der Stufe (1) angewendete Luftströmungsgeschwindigkeit innerhalb des Bereiches von etwa 1,42 bis etwa 3,96 m'/Min. (50 bis 140 cfm) liegt und daß der Leitungsdruck Innerhalb des Bereiches von etwa 0,56 bis etwa 1,55 kg/cm (8 bis 22 psi) liegt.

7· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt innerhalb des Bereiches von etwa 50 bis etwa 55 Gew.-Teilen Wasser auf 100 Gew.-Teile Calciumsulfathemihydrat liegt, daß die LuftStrom-Strömungsgeschwindigkeit in der Stufe (1) Innerhalb des Bereiches von etwa 1,42 bis etwa 3,96 mVlIin. (50 bis 140 cfm) liegt und daß der Leitungsdruck innerhalb des Bereiches von etwa 0,56 bis etwa It55 kg/cm² (8 bis 22 psi) liegt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den Oalciumsulfathemihydrat (CaSO^.1/2 H₂O)-Teilchen einen Verstärkungsfüllstoff zumischt, bevor man mit dem dabei erhaltenen Gemisch die Stufen (1) bis (4) durchführt.

9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verstärkungsfüllstoff zerhackte Glasfasern mit einer Länge Innerhalb des Bereiches von etwa 0,64 bis etwa 10,16 cm (1/4 bis 4 inches) verwendet und daß man das angefeuchtete Gemisch auf eine zu beschichtende Oberfläche aufsprüht,

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wobei der Überzug eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,32 bis etwa 12,70 cm (1/8 bis 5 inches) hat.

10· Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man die zerhackten Glasfasern in einer Menge innerhalb des Bereiches von etwa 0,5 bis etwa 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Galciumsulfathemihydrats, verwendet und daß die Größe der Hemihydratteilchen innerhalb des Bereiches von etwa 0,2 bis etwa 725 Mikron liegt,

11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 1O_t dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstrom-Strömungsgeschwindigkeit in der Stufe (2) innerhalb des Bereiches von etwa 1,42 bis etwa 3,96 m⁵/Min. (50 bis 140 cfm) liegt und daß der Leitungsdruck innerhalb des Bereiches von etwa 0,56 bis etwa 1,55 kg/cm² (8 bis 22 psi) liegt.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß man nach Durchführung der Stufen (1) bis (4) in den Strom der angefeuchteten Oalciumsulfathemihydratteilchen unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Sprühdüsenöffnung einen Verstärkungsfüllstoff einführt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verstärkungsfüllstoff zerhackte Glasfasern mit einer Länge innerhalb des Bereiches von etwa 0,64 bis etwa 10,16 cm (1/4 bis 4 inches) verwendet und daß man die angefeuchteten Hemihydratteilchen auf eine zu beschichtende Oberfläche aufsprüht, wobei der überzug eine Dicke hat, die innerhalb des Bereiches von etwa 0,32 bis etwa 12,70 cm (1/8 bis 5 inches) liegt.

14. Verfahren nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet,

daß man die zerhackten Glasfasern in einer Menge innerhalb des

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Bereiches von etwa 0,5 his etwa 6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Calciumsulfathemihydrats, verwendet und daß die Größe der Hemihydratteilchen innerhalb des Bereiches von etwa 0,2 bis etwa 725 Mikron liegt.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 14·, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstrom-Strömungsgeschwindigkeit in der Stufe (1) innerhalb des Bereiches von etwa 1,4-2 bis etwa 3,96 m⁵/Min. (50 bis 14Ό cfm) liegt und daß der Leitungsdruck innerhalb des Bereiches von etwa 0,56 bis etwa 1,55 kg/cm² (8 bis 22 psi) liegt.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 15_f dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern mittels eines Glasfaserzerhackers zerhackt werden, der in der Nähe der Austrittsöffnung der Düse befestigt ist, und daß ein Luftstrom durch den Zerhacker geführt wird und die zerhackten Glasfasern unter Druck in die angefeuchteten Hemihydratteilchen eingeblasen werden.

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