(57)【要約】本発明は、ローラプレスにおいて水硬性バインダを成形体に圧縮する方法、および水硬性バインダの圧縮装置に関する。本発明は、水硬性バインダの粉砕ペレットにも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
９５重量％を超える量の水硬性バインダと０．５重量％以下の量の崩壊剤とを含む組成物をローラプレスにおいて成形体に圧縮する方法。
【請求項２】
前記成形体は５〜１００ｍｍ、好ましくは１０〜５０ｍｍの特徴的サイズを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成形体を粉砕材料に粉砕する工程をさらに含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記粉砕材料は４０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは５００μｍ〜６ｍｍの特徴的サイズを有する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
本方法の最中に発生しうる微粉および／または粗大粒子をふるい分けする工程および分離する工程をさらに含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ローラから放り出される粒子、ローラプレスにおいて圧縮する工程の途中で分離される微粉および／または粗大粒子、または本方法の最中に発生しうるその他の粉末を再利用する工程をさらに含む請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記水硬性バインダはセメント、好ましくはポルトランドセメントである請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記崩壊剤は、デンプン、特に、ジャガイモデンプン（デンプングリコール酸ナトリウム）、コーンスターチ、架橋ポリビニルピロリドン（Ｘ−ＰＶＰまたはクロスポビドン）、セルロース繊維、コロイド状シリカ、微結晶セルロース、「カルボキシメチルスターチ」として知られるデンプン、架橋カルボキシメチルセルロース、ＨＥＣおよびＨＰＭＣ型のセルロース誘導体、およびそれらの混合物から選択される請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記崩壊剤は、架橋ポリビニルピロリドンおよびジャガイモデンプンから選択される請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記崩壊剤は架橋カルボキシメチルセルロースである請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記ローラプレスは２つの接線逆回転ホイールを含み、それらのホイールのうちの一方または両方は凹みまたは溝を有する請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
９５重量％を超える量の水硬性バインダと０．５重量％以下の量の崩壊剤とを含む組成物の粉砕ペレット。
【請求項１３】
４０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは５００μｍ〜６ｍｍの特徴的サイズを有する請求項１２に記載の粉砕ペレット。
【請求項１４】
前記水硬性バインダはセメント、好ましくはポルトランドセメントである請求項１２または１３に記載の粉砕ペレット。
【請求項１５】
前記崩壊剤は、デンプン、特に、ジャガイモデンプン（デンプングリコール酸ナトリウム）、コーンスターチ、架橋ポリビニルピロリドン（Ｘ−ＰＶＰまたはクロスポビドン）、セルロース繊維、コロイド状シリカ、微結晶セルロース、「カルボキシメチルスターチ」として知られるデンプン、架橋カルボキシメチルセルロース、ＨＥＣおよびＨＰＭＣ型のセルロース誘導体、およびそれらの混合物から選択される請求項１２〜１４のいずれかに記載の粉砕ペレット。
【請求項１６】
前記崩壊剤は、架橋ポリビニルピロリドンおよびジャガイモデンプンから選択される請求項１２〜１５のいずれかに記載の粉砕ペレット。
【請求項１７】
前記崩壊剤は架橋カルボキシメチルセルロースである請求項１２〜１５のいずれかに記載の粉砕ペレット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乾式法によって水硬性バインダ、特にセメントを圧密化する方法、およびその結果得られる、最終的には粉砕される成形体に関する。本発明は、この方法を実施するための装置も対象とする。
【背景技術】
【０００２】
セメントと他の添加物を造粒および圧密化することは、コンクリートの調製時、流動性および／取扱性を高めるために一般的に行われている。特に、湿式法および乾式法（圧密化）による造粒が知られている。
【０００３】
湿式法による造粒は、セメントを５００μｍから３ｍｍの間の大きさの球状細粒にするために用いられる。この方法は、混合造粒機または造粒ベッド内を移動するセメントの粉砕物の上に結合溶液を噴霧して、凝集を誘引することにある。この技術では、バインダ製品とバインダ可溶化溶媒を使用することが必要である。セメントの場合、細粒を得るために、たとえば、アルコールおよび（ポリマー）バインダが使用される。この方法に関して、造粒によって良好な結果が得られるものの、様々な（ポリマー）バインダ比で得られる細粒の特性からは、造粒セメントを用いた場合に従来のセメントの使用特性が再現されていないことが示されている。実際のところ、溶媒と（ポリマー）バインダがセメントと相互作用してしまう。調べたバインダ含量によれば、硬化が甚だしく遅れ、強度の著しい減少が見られ、バインダ含量によっては、水中での細粒の分散の問題が生じるおそれもあった。工業的規模では、この種の方法は溶媒の再利用装置を含むが、これは、その結果として生じる追加のコストやこの種の工業用地に要求される安全対策を考えると、セメント工業においては想定しがたい。米国特許第６５００２５３号は、この種の湿式法による造粒法について記載している。
【０００４】
同じ米国特許第６５００２５３号によれば、乾式圧密化すなわち圧縮も知られており、これは、セメントと崩壊剤の混合物を調製してから、この混合物を打錠（すなわち打抜きまたは等方圧）式の適切な機械において圧密化することからなる。
【０００５】
また、乾式法による圧密化方法は、非常に細かい粉末であり、非常に埃っぽく、非常に吸湿性の高いセメントに生じる以下の点のすべてまたはいくつかに解決策を与えるものでなければならない。粉塵排出を減らし、流動性（貯蔵および取扱）を容易化すること。これは、それ自体が圧密化の目的である。その一方で、水中での再分散性、およびコンクリートの十分な機械的性質を可能にすること。
【０００６】
したがって、圧密化すなわち圧縮の方法は、硬さと再分散性という、同じ本質的特性、すなわち凝集物またはペレットの多孔性に依拠する２つの相反する効果の間での妥協点を見いだすことができるものでなければならない。
【０００７】
出願人は、粉末の圧縮方法、特に、「打錠」として知られる等方圧（または打抜き）型の方法について研究した。出願人が行った打錠試験によって、セメントの錠剤を得ることができた。しかしながら、このタイプの技術は、工業的規模で考えることができない。実際のところ、硬さに関して許容される錠剤を生産するには、プレスおよび工業生産に対して不適切な処理条件を課すことになり、このようにして得られる生産収率は非常に低い。上記に代えて、または上記に加えて、添加物を添加することによってセメントの性質を変える必要があることもあり、コストを著しく上昇させることになりうる。したがって、この方法によってセメントの圧縮を行えないことは明らかである。
【０００８】
したがって、機械的特性に衰えのないコンクリートを供給するために水中への良好な細分散性を提供しつつ、容易に取り扱える形状にセメントを圧密化すなわち圧縮する、工業的規模での方法が必要である。
【特許文献１】米国特許第６５００２５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、ローラプレスにおいて水硬性バインダを成形体に圧縮する方法、及び水硬性バインダの粉砕ペレットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はより詳細には、９５重量％を超える量の水硬性バインダと０．５重量％以下の量の崩壊剤とを含む組成物をローラプレスにおいて成形体に圧縮する方法に関する。
あるいは、本発明によれば、崩壊剤を添加することなく、ローラプレスにおいて水硬性バインダを成形体に圧縮することも可能である。この場合、水硬性バインダを（随意で砂や骨材などの他の材料と）混合する前に、従来のミルまたは同等の装置内で成形体を粉砕すると有益である。
【００１１】
一実施形態によれば、成形体は５〜１００ｍｍ、好ましくは１０〜５０ｍｍの特徴的サイズを有している。
一実施形態によれば、本方法は、成形体を粉砕材料に粉砕する工程をさらに含む。
【００１２】
粉砕材料は、たとえば４０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは５００μｍ〜６ｍｍの特徴的サイズを有している。
一実施形態によれば、本方法は、本方法の過程で生じうる微粉および／または粗大粒子をふるい分けする工程および分離する工程をさらに含んでいる。
【００１３】
一実施形態によれば、本方法は、ローラから放り出される粒子、ローラプレスにおいて圧縮する工程の途中で分離される微粉および／または粗大粒子、または本方法の最中に発生しうるその他の粉末を再利用する工程をさらに含む。
【００１４】
一実施形態によれば、水硬性バインダはセメント、好ましくはポルトランドセメントである。
一実施形態によれば、水硬性バインダは、崩壊剤を好ましくは０．５重量％以下の量だけ含む。
【００１５】
一実施形態によれば、崩壊剤は、デンプン、特に、ジャガイモデンプン（デンプングリコール酸ナトリウム）、コーンスターチ、架橋ポリビニルピロリドン（Ｘ−ＰＶＰまたはクロスポビドン）、セルロース繊維、コロイド状シリカ、微結晶セルロース、「カルボキシメチルスターチ」として知られるデンプン、架橋カルボキシメチルセルロース、ＨＥＣおよびＨＰＭＣ型のセルロース誘導体、およびそれらの混合物から、好ましくは架橋ポリビニルピロリドンおよびジャガイモデンプンから選択される。
【００１６】
一実施形態によれば、ローラプレスは２つの接線逆回転ホイールを含み、それらのホイールのうちの一方または両方が凹みまたは溝を有している。
本発明は、水硬性バインダ圧縮用の装置も対象としており、その装置は、
成形体を作成するローラプレスと、
粉砕材料および微粉を作成するための成形体用のミルと、
微粉および／または粗大粒子および粉砕材料を分離するためのふるいと、
微粉および／または粗大粒子をローラプレスに戻すための再利用装置とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明について、以下に詳細に説明する。
本発明が基礎とする方法は、ローラプレスまたはホイールプレスを用いた圧密化すなわち圧縮の方法、すなわち「ブリケッティング（bricketting）」として知られる方法である。他の分野において長い間知られてきたこのタイプの方法は、従来、外表面の硬さと、得られる成形体（またはシート）中に比較的柔らかい芯が存在するという不均一性の欠点を伴うものであった。したがって、出願人は、硬さと再分散の間の妥協をうまく取扱ったことに関して、この技術の従来の欠点に利益をもたらすことになる。
【００１８】
ローラプレスは、従来より、逆回転する２つの接線ホイール、すなわちロールを含んでなる。これらのホイールの一方または両方が凹みまたは溝を持つか、あるいはそのいずれもが持たない。２つのホイールの速度は、同じであっても異なっていてもよい。ホイールは、２つのモータまたは、他方のホイールに対する伝達機構を有する１つのモータによって駆動することができる。送りホッパの下流の分配器またはプレコンパクタが、２つの接線ホイールのニップ領域と同じ高さに配置される。この分配器は、重力によって動作するものであってもよいが、たとえばシングルスクリュまたはダブルスクリュの押出スクリュによる強制送りからなる場合の方が多い。プレコンパクタによる粉末送りは、重力のみによって、または強制重力（送りスクリュ）によって垂直方向に行うことができる。その場合、ロールは横方向に並べて配置される。別の可能な構成では、プレコンパクタによる粉末の送りは、水平方向に強制的に（送りスクリュ）行われる。この場合、ロールは上下に重ねて配置される。ロールによって粉末に与えられる圧力を調節する手段を設けてもよい。
【００１９】
様々な幾何形状および特徴の成形体（またはシート）を得ることができる。平滑またはリブ付ロールを使えばシート状の成形体が形成される。その大きさは、（幅については）ロールの幅、（厚みについては）ロール間の間隙、および（長さについては）シートの脆さ、したがって加えられる圧力に関係する。たとえば、１０×３×１ｃｍのシートが可能である。凹みを有するロールにより、それらの凹みの大きさに対応する幅および長さを有した個々の成形体が得られる。その成形体は、各ロールの凹みに対応する形状を有し、対称面を一般に有するとともに、ロール間の間隙に対応する厚みを有する。たとえば、長さ２５ｍｍ、幅１５ｍｍおよび厚み２ｍｍの成形体を得ることも可能である。対称面を有し、かつ丸みのある形状を有したいくつかの幾何形状のブリケット、ペレット、楕円形、棒などが可能である。成形体は、小さい縦横比（一般に、摩耗及び微粉の発生という関連した現象を低減する）を有することが好ましい。本発明は、「キャッピング」の問題を回避することもできる。
【００２０】
一実施形態によれば、成形体（随意でシート状の成形体）の粉砕が行われる。必ずしも本発明のものではない別のタイプの圧縮品を粉砕することもできる。したがって、本発明は、その製造方法に関係なく、錠剤または細粒または成形体（またはシート）を粉砕することも含む。粉砕材料は、さらなる利点を有しうる。実際に、他の圧縮技術によっては得られないような比較的小さなサイズを有する。「打錠」として知られる圧縮方法は、特に５ｍｍ未満の大きさに対しては用いることができない。さらに、粉砕された（または再粉砕された）材料中の微粉の量は、一般には別のタイプの製品中に含まれるものより少ないが、これは、弱い結合力しか有しない粒子が粉砕の間に引き離され、ふるい分けにより除去されるためである。粉砕材料は、その元となる成形体の場合と同様、小さい縦横比を有し、これが、摩耗とそれに付随する微粉の発生という現象をさらに低減することになる。
【００２１】
粉砕とふるい分け後に得られた細粒は、４０μｍ〜１０ｍｍ、好ましくは５００μｍ〜６ｍｍの特徴的サイズ、すなわち寸法を有している。
粉砕は、当業者によって知られる任意のミル、たとえばやすりミル（rasp mill）またはハンマーミルにおいて実施することができる。
【００２２】
ミルは、ローラプレスの下流に組み込んでもよい。典型的には、成形体（またはシート）がミル内に落下するように、プレスの下方に配置することができる。随意でプレスとミルの間に前破砕機を設けてもよい。この前破砕機は、たとえば、落下する成形体の重さまたはモータのいずれかによって回転駆動されるブレードを設けたシャフトであってよい。ミルは特には、やすりミルである。ミルの下流には、分離を行うふるい分け部がある。一般に、この段階において、少なくとも２つまたは３つの画分が回収される。３つの画分の場合、第１の画分は、大きなサイズの粒子（粗大粒子）からなり、第２の画分は目的とする粉砕材料からなり、第３の画分は微粉からなる。第１および第３の画分は合わせて再利用することが有益である。２つの画分の場合、第１の画分が目的とする粉砕材料からなり、第２の画分が微粉からなる。第２の画分は一般的に再利用される。この再利用は、たとえば装置の脚部において供給される粉末原料を移送する送給回路によって適切に行うことができる。目的とする成形体の画分は、蓄積（stockpiling）および梱包によって回収される。粉砕材料のサイズ区域に対する最大値未満の大きさを有する、すなわち、第１の画分には入らない画分だけを送る（これは、上述のように２つの画分しか無い場合）ミルを提供することもできる。
【００２３】
図１は、このタイプの装置の略図である。この図において、参照符号は下記の「符号の説明」欄に示す上述した要素を表している。
成形したバインダの見かけのかさ比重はわずかに変わる。粉末セメントのかさ重量は、１．１ｇ／ｃｍ３であるが、圧密化製品および細粒（再粉砕された成形体）の見かけのかさ比重は、それぞれ１．２７ｇ／ｃｍ３および１．２５ｇ／ｃｍ３である。したがって、緻密化係数は、一般には、１．１〜１．４である。
【００２４】
水硬性バインダは、任意の従来のバインダであり、たとえば、（ポルトランド）セメント、石膏、ポゾラン、スラグ、溶融セメントなどからなるが、（ポルトランド）セメントが好ましい。本発明による方法は、必要であれば、フライアッシュ、ヒュームドシリカなどの従来のコンクリートの構成物質に適用することもできる。これらの従来の構成物質は、水硬性バインダと結合した状態ですでに存在するものであってもよく、たとえば、ヒュームドシリカと種々の割合で結合したポルトランドセメントからなる成形体を得ることもできる。一般に、バインダ（大半の場合、セメント）は、添加剤、特に以下に示すようなものを除いて、成形体の全体ではないにせよ大部分（たとえば、９５重量％を超える）を構成する。
【００２５】
任意の形状であってよい水硬性バインダ、特にセメントの組成は、好ましくは全量で０．５％以下の添加物を含んでいてもよい。以下のものが挙げられる。凝集性を与えるために異種材料の成分間のコーティングおよび結合を高める結合剤。個々の構造の多孔性を減らし、結合力を助長するために添加される潤滑剤（目詰まりの問題が低減され、より平滑かつ光沢のある外観が凝集品に与えられる。）。凝集物の崩壊を加速させることのできる崩壊剤（崩壊のメカニズムは、単純に物理的なものである。添加物が水と接触して膨張し、次にこれが凝集物を膨張させて破裂させる。）。
【００２６】
水中での再分散を促進するためには、後者の化合物、すなわち崩壊剤を共存させることが好ましい。
水中での再分散が実効的であれは、崩壊剤は重要ではない。セメントは、実際には、工場内またはコンクリート工場における混合を伴うかどうかに拘わらず、細粒が摩耗効果を有する骨材の共存下で行う混合操作の間に再分散される。任意の崩壊剤が一般的には適している。非限定的な一例として、デンプン、特に、ジャガイモデンプン（デンプングリコール酸ナトリウム）、コーンスターチ、架橋ポリビニルピロリドン（Ｘ−ＰＶＰまたはクロスポビドン）、セルロース繊維、架橋カルボキシメチルセルロース、コロイド状シリカ、微結晶セルロース、「カルボキシメチルスターチ」として知られるデンプン、ＨＥＣおよびＨＰＭＣ型のセルロース誘導体、およびそれらの混合物を挙げることができる。
【００２７】
結合剤としては、ポリエチレングリコールおよび微結晶セルロース（その崩壊剤としての役割とは別に）、ならびに、ポリビニルピロリドンを挙げることができる。
潤滑剤としては、ステアリン酸マグネシウムおよびステアリン酸を挙げることができる。
【００２８】
本発明による製品中には、他の添加剤が含まれていてもよい。とりわけ、可塑剤および超可塑剤、促進剤、空気連行剤などを挙げることができる。
以下の実施例は本発明を限定せずに説明したものである。
【実施例１】
【００２９】
プレスとして、重力送り装置を有した接線ホイール実験用プレスを使用した。細粒を得るために、約２５×１０×５ｍｍの大きさの成形体をやすりミル中で粉砕した。ふるい分けによって、最終的に５００μｍ〜３ｍｍの大きさの細粒が得られた。
【００３０】
様々な組成について、最終モルタルの強度を調べた。以下のタイプの組成を用いた。
【００３１】
【表１】
2008536792.tif 000003
セメントは、随意で添加物を含んだCEM II/B 32.5 Rセメントとした。対照は粉末セメントとした（すなわち、対照は非塊状セメントとした）。
【００３２】
細粒を実験室規模で試験した。従来のコンクリートモルタル処方を用いた。組成は、物理的混合物の場合と同様に、スプレッドまたは８〜９ｃｍの「スランプ」値を得るように設定した。１日目および２８日目に従来の方法で強度値の測定を行った。一方では架橋ＰＶＰ（Luvicross（商標名））、他方ではコーンスターチ（スターチ１５００（商標名））を０．５％および１％の２用量で用いて実施した２つの連続する試験に対して、以下の結果が得られた。表２および表３はそれぞれ、架橋ＰＶＰおよびコーンスターチに対する結果を示したものである。
【００３３】
【表２】
2008536792.tif 000004
【００３４】
【表３】
2008536792.tif 000005
このように、１日目および２８日目における、曲げおよび圧縮強度に対する値は、対照と、０．５％および１０％の崩壊剤を含有する本発明の製品との間で実質的に同じであった。
【実施例２】
【００３５】
工業用プレスを使用し、ミルはやすりミルを使用した。セメントとしてはCPA CEM II/B 32.5 Rを使用した。シートを粉砕後に１〜６ｍｍの細粒の画分を回収した。０．５％の架橋ＰＶＰを含む組成物を調製した。機械上では下に示すような、２つの異なる圧力を用いた。
【００３６】
【表４】
2008536792.tif 000006
細粒を、標準化ＥＮ１９６−１プロトコールに従って、標準化ＣＥＮモルタル中で試験した。対照の混合物としてはセメントを用いた。結果を下記の表５に示す。
【００３７】
【表５】
2008536792.tif 000007
圧縮強度の値は、対照と、０．５％の崩壊剤を含有する本発明の製品との間で実質的に同一であった。
【実施例３】
【００３８】
ブリケットを得るために、工業用プレス上での試験を行った。この試験のために、凹みを有するが溝は有しないロールを使用した。ブリケットは長さが３ｃｍ、厚みが１．５ｃｍ、幅が２ｃｍであった。この成形のために用いた混合物は、０．５％の架橋ＰＶＰを含んだセメントであった。ブリケットを水中に浸漬するという単純な試験の結果、再分散が自発的に起こり、水は、多孔性のより大きい中央の領域（各ロールから生じる２つの半円の接合界面）を通ってブリケット中に浸透することが判った。ブリケットは、実施例２と同様にして、標準化モルタル中で試験し、対照と比較した。得られた結果を下記の表６に示す。
【００３９】
【表６】
2008536792.tif 000008
このように、圧縮強度に対する値は、対照と、０．５％の崩壊剤を含有する本発明による製品との間で実質的に同一であった。
【実施例４】
【００４０】
本発明による細粒または成形体をＢ２５型配合のコンクリート中で試験した。
【００４１】
【表７】
2008536792.tif 000009
試験は、Zyklos 40Lコンクリートミキサ上で行った。混合プロトコールは以下の通りである。
１）  ｔ＝０において骨材を導入。
２）  ｔ＝０とｔ＝３０秒の間に、プレミキシング水を添加。
３）  ｔ＝２分３０秒まで静置。
４）  ｔ＝２分３０からｔ＝３分の間に停止状態で、セメントを導入。
５）  ｔ＝３分からｔ＝３分３０秒の間に、混合しながら可塑剤と残りの水を導入。
６）  ｔ＝３分３０秒からｔ＝５分３０秒の間に、混合。
【００４２】
セメントに関しては、CEM II/A-S 52.5 N PMセメントを、従来の粉末形状（対照）または、０．５％の架橋カルボキシメチルセルロース（クロスカルメロース）を含み、約１９５バール（約８０kN/cm）の存在下で圧密化によって得られるブリケットまたは細粒のいずれかの形態で使用した。これらの異なるセメントを使って得られたコンクリートに対する圧縮強度測定の結果を下記の表８に示す。
【００４３】
【表８】
2008536792.tif 000010
このように圧縮強度の値は、対照と、添加物として０．５％のクロスカルメロースを含有する本発明による製品との間で実質的に同一であった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による装置の概略図。
【符号の説明】
【００４５】
１  供給ホッパ
２  ダブルスクリュフィーダ
３ａ，３ｂ  接線ホイール
４  圧力調節装置
５  前破砕機
６  ミル
７  ふるい
８  第１画分域
９  第２画分域
１０  第３画分域
１１  回収器
１２  粉末供給
１３  再利用および供給ループ
【図１】
2008536792.tif 000011
【国際調査報告】
2008536792.tif 000012
2008536792.tif 000013
2008536792.tif 000014
2008536792.tif 000015
2008536792.tif 000016
2008536792.tif 000017