ЗАКРЕПЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ
FIXING SYSTEM AND ITS APPLICATION

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к закрепляющей системе для химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня. В частности, эта закрепляющая система включает химический анкер, представляющий собой готовую к использованию двухкомпонентную систему строительного раствора на основе глиноземистого цемента, и крепежные средства, предпочтительно анкерный стержень, имеющий в составе зону крепежа и зону анкеровки, которая может вставляться в высверленное отверстие и которая имеет профилированный участок, включающий в себя множество секций расширения, расположенных в осевом направлении в ряд, которые имеют коническую форму, для химического закрепления в минеральной поверхности.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В дополнение к общепризнанным способам закрепления, в которых места закрепления получаются с помощью распорных болтов или систем с уширением, закрепленных в высверленном отверстии с тугой посадкой и/или в точном соответствии с формой, из предшествующего уровня техники известны химические методы закрепления, в которых анкерный стержень или другой крепежный элемент вводится в высверленное отверстие, заполненное массой строительного раствора, и фиксируется после того, как эта масса строительного раствора отверждается. Преимущество этих типов композитных анкерных систем заключается в том, что независимо от выбранного закрепляющего элемента, они в значительной степени свободны от давления расширения и, следовательно, допускают расположение с небольшим расстоянием по оси и до края.
Из предшествующего уровня техники известны крепежные средства, в частности анкерные стержни, которые имеют множество сегментов расширения в качестве зоны анкеровки, причем эти сегменты сформированы из оси анкерного стержня, так называемые композитные распорные анкеры. В случае этих анкерных стержней передача усилия происходит в отвержденном состоянии массы строительного раствора, с одной стороны, через эффект сцепления композитного строительного раствора между стенкой высверленного отверстия и массой строительного раствора, а с другой стороны, посредством эффекта расширения через сегменты расширения. Благодаря эффекту расширения, когда анкерный стержень находится под нагрузкой, действующие на него нормальные усилия (растягивающие усилия) преобразуются в радиально действующие силы расширения, так что это крепежное устройство может впоследствии расширяться и, следовательно, может также применяться в зоне растяжений конструкции или в растрескавшемся бетоне.
Недостатком известных композитных распорных анкеров является то, что они только условно подходят для креплений, которые расположены близко к краю, из-за сил расширения, которые в какой-то степени довольно велики.
Кроме того, для надежного закрепления крепежных средств композитные анкеры требуют занимающей много времени очистки высверленного отверстия перед введением отверждаемой массы строительного раствора, что, кроме того, приводит к значительному загрязнению рабочей среды пылью. Если очистки не происходит или она не является адекватной, это также оказывает негативное влияние на уровни нагрузки. В наиболее неблагоприятном случае, в частности, при наличии большого количества пыли от сверления между стенкой высверленного отверстия и отвержденной массой строительного раствора, анкерный стержень может быть вытащен из этого высверленного отверстия вместе с оболочкой из строительного раствора при приложении нагрузки.
Кроме того, когда дело доходит до химического закрепления крепежных средств, известные композиции строительных растворов, которые могут быть использованы для заполнения высверленного отверстия, чтобы закрепить крепежные средства, являются основанными либо на органических, либо на неорганических системах, из которых многие системы являются двухкомпонентными системами строительного раствора, которые иногда также называются наборами компонентов, в которых каждый из компонентов предназначен для смешивания перед использованием или в процессе применения, чтобы инициировать процесс отверждения для обеспечения хорошего химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях. Например, органические системы, основанные на способных к свободнорадикальной полимеризации смолах, используются, когда желательно быстрое отверждение. Однако, общеизвестно, что такие системы являются загрязняющими окружающую среду, дорогостоящими, потенциально опасными и/или токсичными для окружающей среды и для работающего с ними человека, и их часто необходимо специально маркировать. Кроме того, органические системы часто демонстрируют значительно пониженную устойчивость при термическом воздействии интенсивного солнечного света или повышенных по иным причинам температур.
Чтобы преодолеть эти недостатки, были разработаны преимущественно минеральные системы на основе глиноземистого цемента. Глиноземистый цемент в качестве своего основного компонента имеет однокальциевый алюминат и широко используется в строительстве и строительной индустрии, поскольку конечные продукты свидетельствуют о высоком уровне механических характеристик на протяжении продолжительных периодов времени. Кроме того, глиноземистый цемент является устойчивым к основаниям и достигает своей предельной прочности быстрее, чем портланд-цемент, и способен выдерживать растворы сульфатов. Следовательно, глиноземистые цементные системы являются предпочтительно используемыми в области химического закрепления.
Известные неорганические системы, например, из европейского патента ЕР 2162410, представляют собой готовые к применению двухкомпонентные системы. Система из европейского патента ЕР 2162410 включает в себя часть А, основанную на водной фазе глиноземистого цемента, с замедлением схватывания с помощью борной кислоты или ее соли, и часть В для инициирования процесса отверждения. Инициатор в части В состоит только из солей лития и отверждает глиноземистый цемент менее че за 5 мин. Европейский патент ЕР 0 881 385 также раскрывает двухкомпонентную систему, включающую в себя композицию водного высокоглиноземистого цемента с замедленным схватыванием и композицию реактиватора. Ингибитор схватывания представляет собой борную кислоту, а композиция реактиватора включает соли лития.
Однако эти водные суспензии глиноземистого цемента с замедленным схватыванием под действием борной кислоты или ее солей часто не очень стабильны в течение достаточного времени для хранения перед использованием. Кроме того, борная кислота довольно токсична, а также экологически токсична. Европейский патент ЕР 2794510 описывает стабилизированную водную суспензию, содержащую глиноземистый цемент и/или цемент из сульфоалюмината кальция, который ингибируется с помощью фосфорсодержащего соединения и может храниться в течение достаточного времени также при высоких температурах.
Тем не менее, когда речь заходит о химическом закреплении крепежных средств в минеральных поверхностях, не всегда желательно быстрое время отверждения, то есть менее 5 минут. Кроме того, большинство из известных систем не имеют достаточной текучести для большинства практических применений полученных композиций. Часто такие композиции из предшествующего уровня техники также демонстрируют тенденцию к образованию трещин за относительно короткое время.
Кроме того, известно, что системы закрепления, использующие обычные анкерные стержни, такие как резьбовые анкерные стержни, не показывают высоких значений нагрузки, а также низкого давления расширения в неочищенных и потрескавшихся высверленных отверстиях и при использовании креплений, которые находятся близко к краю, как уже упоминалось выше.
Следовательно, существует потребность в системе закрепления на основе глиноземистого цемента и крепежных средств, которая является превосходящей системы из предшествующего уровня техники в отношении аспектов окружающей среды, здоровья и безопасности, обработки, времени хранения и хорошего баланса между схватыванием и отверждением строительного раствора, таким образом, демонстрируя высокие значения нагрузки, а также низкое давление расширения в неочищенных и потрескавшихся высверленных отверстиях и при использовании креплений, которые находятся близко к краю.
Ввиду вышеизложенного, объектом настоящего изобретения является предоставить закрепляющую систему для химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня, которая преодолевает недостатки систем из предшествующего уровня техники. В частности, объектом является предоставить закрепляющую систему, включающую химический анкер, которая является готовой к применению, которая может быть простой в обращении, которая стабильно хранится в течение определенного периода времени перед использованием, которая демонстрирует хороший баланс между схватыванием и отверждением и по-прежнему обладает отличными механическими характеристиками, даже под воздействием повышенных температур; и крепежное средство, предпочтительно анкерный стержень, демонстрирующую высокие значения нагрузки, а также низкое давление расширения в неочищенных и потрескавшихся высверленных отверстиях и при использовании креплений, которые находятся близко к краю.
В частности, объектом настоящего изобретения является предоставить закрепляющую систему, включающую химический анкер, представляющий собой готовую к использованию двухкомпонентную систему строительного раствора на основе глиноземистого цемента и анкерный стержень, имеющий в составе зону крепежа и зону анкеровки, которая может вставляться в высверленное отверстие и имеет профилированный участок, включающий в себя множество секций расширения, расположенных в осевом направлении в ряд, которые имеют коническую форму, для химического закрепления в минеральной поверхности, которая устраняет недостатки систем из предшествующего уровня техники.
Кроме того, объектом настоящего изобретения является предоставить закрепляющую систему, которая используется для химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях.
Эти и другие объекты, которые станут очевидными из подтверждающего описания изобретения, достигаются с помощью настоящего изобретения, как описано в независимых пунктах Формулы изобретения. Зависимые пункты Формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам исполнения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящее изобретение представляет закрепляющую систему для химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня. В частности, эта закрепляющая система включает химический анкер, представляющий собой готовую к использованию двухкомпонентную систему строительного раствора на основе глиноземистого цемента и крепежные средства, предпочтительно анкерный стержень, имеющий в составе зону крепежа и зону анкеровки, которая может вставляться в высверленное отверстие и имеет профилированный участок, включающий в себя множество секций расширения, расположенных в осевом направлении в ряд, которые имеют коническую форму, для химического закрепления в минеральной поверхности.
В частности, эта двухкомпонентная система строительного раствора содержит отверждаемый компонент А водной фазы глиноземистого цемента и компонент инициатора В в водной фазе для инициирования процесса отверждения, причем компонент А содержит по меньшей мере один блокирующий агент, выбранный из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент В содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду.
В другом аспекте настоящее изобретение предоставляет закрепляющую систему, которая используется для химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующие термины и определения будут использоваться в контексте настоящего изобретения:
Как используется в контексте настоящего изобретения, формы единственного числа также включают соответствующее множественное число, если контекст явно не предписывает иное. Таким образом, термин в единственном числе должен означать «один или несколько» или «по меньшей мере один», если не указано иное.
2
4
2
3
Термин «глиноземистый цемент» в контексте настоящего изобретения относится к кальциево-алюминатному цементу, который состоит преимущественно из гидравлически активных алюминатов кальция. Альтернативными названиями являются «высокоглиноземистый цемент» или «Ciment fond и» на французском языке. Основной активный компонент кальциево-алюминатных цементов представляет собой однокальциевый алюминат (CaAlO, СаО⋅AlO, или СА в системе обозначений в химии цемента).
Термин «устойчивость при хранении» в контексте настоящего изобретения относится ко времени, в течение которого компонент остается в форме более или менее текучей водной суспензии твердых продуктов, способной возвращаться к состоянию водной суспензии с помощью механических средств, без схватывания или потери своей реакционной способности.
Термин «инициатор» в контексте настоящего изобретения относится к соединению или композиции, которая модифицирует химическую среду для начала конкретной химической реакции. В настоящем изобретении инициатор модифицирует значение рН суспензии строительного раствора, тем самым деблокируя гидравлическое связующее средство в конечной смеси.
Термин «замедлитель схватывания» в контексте настоящего изобретения относится к соединению или композиции, которая модифицирует химическую среду для задержки конкретной химической реакции. В настоящем изобретении замедлитель схватывания модифицирует способность к гидратации кальциево-алюминатного цемента суспензии строительного раствора, тем самым задерживая действие гидравлического связующего средства в конечной смеси.
Термин «начальное время схватывания» в контексте настоящего изобретения относится ко времени, за которое смесь компонента А и компонента В начинает схватываться после смешивания. В течение этого периода времени после смешивания смесь остается в форме более или менее текучей водной суспензии или пасты твердых продуктов.
Настоящее изобретение относится к закрепляющей системе для химического закрепления крепежных средств, включающей химический анкер, представляющий собой готовую к использованию двухкомпонентную систему строительного раствора на основе глиноземистого цемента и анкерный стержень, имеющий в составе зону крепежа и зону анкеровки, которая может вставляться в высверленное отверстие и которая имеет профилированный участок, включающий в себя множество секций расширения, расположенных в осевом направлении в ряд, которые имеют коническую форму.
В частности, эта двухкомпонентная система строительного раствора на основе глиноземистого цемента закрепляющей системы согласно настоящему изобретению содержит отверждаемый компонент А водной фазы глиноземистого цемента и компонент инициатора В в водной фазе для инициирования процесса отверждения, кроме того, компонент А содержит по меньшей мере один блокирующий агент, выбранный из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент В содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду, причем инициатор содержит смесь солей щелочных и/или щелочноземельных металлов, по меньшей мере один замедлитель схватывания выбирается из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, а минеральный наполнитель выбирается из группы, состоящей из известняковых наполнителей, песка, корунда, доломита, устойчивого к щелочам стекла, дробленого камня, гравия, гальки и их смесей.
Компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением основан на водной фазе глиноземистого цемента (СА) или водной фазе цемента из сульфоалюмината кальция (CAS). Кальциево-алюминатный цемент, который можно использовать в настоящем изобретении, характеризуется быстрым схватыванием и быстрым отверждением, быстрым высыханием и компенсацией усадки при смешивании с сульфатами кальция, превосходной стойкостью к коррозии и усадке. Такой кальциево-алюминатный цемент, подходящий для использования в настоящем изобретении, представляет собой, например, Ternal White (Kerneos, Франция).
4
6
2
3
3
3
2
3
2
3
4
3
2
Если компонент А содержит смесь глиноземистого цемента (САС) и сульфата кальция (CaSO), то во время гидратации происходит быстрое образование эттрингита. В химии бетонов гидрат трисульфата гексакальцийалюмината, представленный общей формулой (СаО)(AlO)(SO)⋅32 HO или (СаО)(AlO)(CaSO)⋅32HO, образуется в результате реакции алюмината кальция с сульфатом кальция, что приводит к быстрому схватыванию и отверждению, а также к компенсации усадки или даже расширению. При умеренном увеличении содержания сульфата может быть достигнута компенсация усадки.
Компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере примерно 40% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 50% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 60% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 70% масс., примерно от 40% масс. до примерно 95% масс., предпочтительно от примерно 50% масс. до примерно 85% масс., более предпочтительно от примерно 60% масс. до примерно 80% масс., наиболее предпочтительно от примерно 70% масс. до примерно 75% масс. глиноземистого цемента, в пересчете на общую массу компонента А.
4
Согласно альтернативному варианту исполнения компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере примерно 20% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 30% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 40% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 50% масс., от примерно 20% масс. до примерно 80% масс., предпочтительно от примерно 30% масс. до примерно 70% масс., более предпочтительно от примерно 35% масс. до примерно 60% масс., наиболее предпочтительно от примерно 40% масс. до примерно 55% масс. глиноземистого цемента, в пересчете на общую массу компонента А, и по меньшей мере примерно 5% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 10% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 15% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 20% масс., от примерно 1% масс. до примерно 50% масс., предпочтительно от примерно 5% масс. до примерно 40% масс., более предпочтительно от примерно 10% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно от примерно 15% масс. до примерно 25% масс. сульфата кальция, предпочтительно полугидрата сульфата кальция, в пересчете на общую массу компонента А. В предпочтительном альтернативном варианте исполнения двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению соотношение CaSO/CAC в компоненте А должно быть меньше или равно 35 : 65.
Блокирующий агент, содержащийся в компоненте А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению, выбирается из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, предпочтительной является фосфорная кислота или метафосфорная кислота, наиболее предпочтительной является фосфорная кислота, в частности 85%-ный водный раствор фосфорной кислоты. Компонент А содержит по меньшей мере примерно 0,1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,3% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,4% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 0,5% масс., от примерно 0,1% масс. до примерно 20% масс., предпочтительно от примерно 0,1% масс. до примерно 15% масс., более предпочтительно от примерно 0,1% масс. до примерно 10% масс., наиболее предпочтительно от примерно 0,3% масс. до примерно 10% масс. указанного блокирующего агента, в пересчете на общую массу компонента А. В предпочтительном варианте исполнения компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит от примерно 0,3% масс. до примерно 10% масс. 85%-ного водного раствора фосфорной кислоты в пересчете на общую массу компонента А. Предпочтительно, количества глиноземистого цемента и/или цемента из сульфоалюмината кальция по массе относительно общей массы гидравлического связующего средства составляют больше, чем любое из следующих значений: 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, или составляют 100%.
Пластификатор, содержащийся в компоненте А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению, выбирается из группы, состоящей из полимеров полиакриловой кислоты с низкой молекулярной массой (LMW), суперпластификаторов из семейства полифосфонатполиэтиленоксидов и поликарбонатполиэтиленоксидов и этакриловых суперпластификаторов из группы простых эфиров поликарбоксилатов и смесей из них, например, Ethacryl™ G (Coatex, Arkema Group, Франция), Acumer™ 1051 (Rohm and Haas, UK) или Sika ViscoCrete-20 HE (Sika, Германия). Подходящими пластификаторами являются коммерчески доступные продукты. Компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере примерно 0,2% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,3% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,4% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 0,5% масс., от примерно 0,2% масс. до примерно 20% масс., предпочтительно от примерно 0,3% масс. до примерно 15% масс., более предпочтительно от примерно 0,4% масс. до примерно 10% масс., наиболее предпочтительно от примерно 0,5% масс. до примерно 5% масс. указанного пластификатора, в пересчете на общую массу компонента А.
В предпочтительном варианте исполнения компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, кроме того, заключает в себе следующие характеристики, взятые отдельно или в комбинации.
Компонент А может дополнительно содержать загущающий агент. Загущающие агенты, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, могут быть выбраны из группы, состоящей из органических продуктов, таких как ксантановая смола, велановая смола или смола DIUTAN (CPKelko, США), простые эфиры, производные от крахмала, простые эфиры, производные от гуара, полиакриламид, каррагинан, агар-агар, и минеральных продуктов, таких как глина, и их смесей. Подходящими загущающими агентами являются коммерчески доступные продукты. Компонент А содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,1% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,2% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 0,3% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 10% масс., предпочтительно от примерно 0,1% масс. до примерно 5% масс., более предпочтительно от примерно 0,2% масс. до примерно 1% масс., наиболее предпочтительно от примерно 0,3% масс. до 0,7% масс. указанного загущающего агента, в пересчете на общую массу компонента А.
Компонент А может, кроме того, содержать антибактериальный или биоцидный агент. Антибактериальные или биоцидные агенты, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, могут быть выбраны из группы, состоящей из соединений семейства изотиазолинонов, таких как метилизотиазолинон (MIT), октилизотиазолинон (OIT) и бензоизотиазолинон (BIT), и их смесей. Подходящие антибактериальные или биоцидные агенты являются коммерчески доступными продуктами. В качестве примера упоминаются Ecocide K35R (Progiven, Франция) и Nuosept OB 03 (Ashland, Нидерланды). Компонент А содержит по меньшей мере примерно 0,001% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,005% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,01% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 0,015% масс., от примерно 0,001% масс. до примерно 1,5% масс., предпочтительно от примерно 0,005% масс. до примерно 0,1% масс., более предпочтительно от примерно 0,01% масс. до примерно 0,075% масс., наиболее предпочтительно от примерно 0,015% масс. до примерно 0,03% масс. указанного антибактериального или биоцидного агента, в пересчете на общую массу компонента А. В предпочтительном варианте исполнения компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит от примерно 0,015% масс. до примерно 0,03% масс. Nuosept OB 03, в пересчете на общую массу компонента А.
В альтернативном варианте исполнения компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере один наполнитель, в частности, органический или минеральный наполнитель. Наполнитель, который может быть использован в настоящем изобретении, может быть выбран из группы, состоящей из кварцевого порошка, предпочтительно из кварцевого порошка, имеющего средний размер зерна (d50%) примерно 16 мкм, кварцевого песка, глины, летучей золы, пирогенного диоксида кремния, карбонатных соединений, пигментов, оксидов титана, легких наполнителей и их смесей. Подходящие минеральные наполнители представляют собой коммерчески доступные продукты. В качестве примера упоминается кварцевый порошок Millisil W12 или W6 (Quarzwerke GmbH, Германия). Компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере примерно 1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 2% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 5% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 8% масс., от примерно 1% масс. до примерно 50% масс., предпочтительно от примерно 2% масс. до примерно 40% масс., более предпочтительно от примерно 5% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно от примерно 8% масс. до примерно 20% масс. указанного по меньшей мере одного наполнителя, в пересчете на общую массу компонента А.
Количество воды, содержащейся в компоненте А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, составляет по меньшей мере примерно 1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 5% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 10% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 20% масс., от примерно 1% масс. до примерно 50% масс., предпочтительно от примерно 5% масс. до примерно 40% масс., более предпочтительно от примерно 10% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно от примерно 15% масс. до примерно 25% масс., в пересчете на общую массу компонента А.
Наличие пластификатора, загущающего агента, а также антибактериального или биоцидного агента не изменяет общей неорганической природы цементирующего компонента А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы.
Компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, содержащий глиноземистый цемент или цемент из сульфоалюмината кальция, присутствует в водной фазе, предпочтительно в форме суспензии или пасты.
Компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. Для обеспечения достаточного времени обработки, при условии, что начальное время схватывания составляет по меньшей мере 5 мин или более, по меньшей мере один замедлитель схватывания, который предотвращает преждевременное отверждение композиции строительного раствора, используется в отдельной концентрации в дополнение к компоненту инициатора.
Инициатор, присутствующий в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, состоит из компонента активатора и компонента ускорителя, которые содержат смесь солей щелочных и/или щелочноземельных металлов.
В частности, компонент активатора состоит из по меньшей мере одной соли щелочного и/или щелочноземельного металла, выбранной из группы, состоящей из гидроксидов, хлоридов, сульфатов, фосфатов, моногидрофосфатов, дигидрофосфатов, нитратов, карбонатов и их смесей, предпочтительно компонент активатора представляет собой соль щелочного или щелочноземельного металла, более предпочтительно представляет собой соль металла кальция, такую как гидроксид кальция, сульфат кальция, карбонат кальция или фосфат кальция, соль металла натрия, такую как гидроксид натрия, сульфат натрия, карбонат натрия или фосфат натрия, или соль металла лития, такую как гидроксид лития, сульфат лития, карбонат лития или фосфат лития, наиболее предпочтительно представляет собой гидроксид лития. В одном предпочтительном варианте исполнения гидроксид лития, используемый в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, представляет собой 10%-ный водный раствор гидроксида лития.
Компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,02% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,05% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 1% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 40% масс., предпочтительно от примерно 0,02% масс. до примерно 35% масс., более предпочтительно от примерно 0,05% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно от примерно 1% масс. до примерно 25% масс. указанного активатора, в пересчете на общую массу компонента В. В конкретном предпочтительном варианте исполнения активатор состоит из воды и гидроксида лития. Количество воды, содержащейся в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, составляет по меньшей мере примерно 1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 5% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 10% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 20% масс., от примерно 1% масс., до примерно 60% масс., предпочтительно от примерно 5% масс. до примерно 50% масс., более предпочтительно от примерно 10% масс. до примерно 40% масс., наиболее предпочтительно от примерно 15% масс. до 30% масс., в пересчете на общую массу компонента В. Количество гидроксида лития, содержащегося в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, составляет по меньшей мере примерно 0,1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,5% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 1,0% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 1,5% масс., от примерно 0,1% масс. до примерно 5% масс., предпочтительно от примерно 0,5% масс. до примерно 4% масс., более предпочтительно от примерно 1,0% масс. до примерно 3% масс., наиболее предпочтительно от примерно 1,5% масс. до примерно 2,5% масс., в пересчете на общую массу компонента В. В наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит примерно от 2,0% масс. до примерно 20% масс. 10%-ного водного раствора гидроксида лития, в пересчете на общую массу компонента В.
Компонент ускорителя состоит из по меньшей мере одной соли щелочного и/или щелочноземельного металла, выбранной из группы, состоящей из гидроксидов, хлоридов, сульфатов, фосфатов, моногидрофосфатов, дигидрофосфатов, нитратов, карбонатов и их смесей, предпочтительно компонент ускорителя представляет собой соль щелочного или щелочноземельного металла, еще предпочтительнее представляет собой водорастворимую соль щелочного или щелочноземельного металла, более предпочтительно представляет собой соль металла кальция, такую как гидроксид кальция, сульфат кальция, карбонат кальция, хлорид кальция, формиат кальция или фосфат кальция, соль металла натрия, такую как гидроксид натрия, сульфат натрия, карбонат натрия, хлорид натрия, формиат натрия или фосфат натрия, или соль металла лития, такую как гидроксид лития, сульфат лития, моногидрат сульфата лития, карбонат лития, хлорид лития, формиат лития или фосфат лития, наиболее предпочтительным является сульфат лития или моногидрат сульфата лития. Компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,05% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,1% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 1,0% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 25% масс., предпочтительно от примерно 0,05% масс. до примерно 20% масс., более предпочтительно от примерно 0,1% масс. до примерно 15% масс., наиболее предпочтительно от примерно 1,0% масс. до примерно 10% масс. указанного ускорителя, в пересчете на общую массу компонента В.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению соотношение 10%-ного водного раствора гидроксида лития/сульфата лития или моногидрата сульфата лития составляет 7/1 или 6/1.
По меньшей мере один замедлитель схватывания, содержащийся в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением, выбирается из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, предпочтительно представляет собой смесь лимонной кислоты и винной кислоты. Компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере примерно 0,1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,2% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,5% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 1,0% масс. от примерно 0,1% масс, до примерно 25% масс., предпочтительно от примерно 0,2% масс. до примерно 15% масс., более предпочтительно от примерно 0,5% масс. до примерно 15% масс., наиболее предпочтительно от примерно 1,0% масс. до примерно 10% масс. указанного замедлителя схватывания, в пересчете на общую массу компонента В.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению соотношение лимонной кислоты/винной кислоты составляет 1,6/1.
По меньшей мере один минеральный наполнитель, содержащийся в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением, выбирается из группы, состоящей из известняковых наполнителей, песка, измельченных камней, гравия, гальки и их смесей, предпочтительными являются известняковые наполнители, такие как различные карбонаты кальция. По меньшей мере один минеральный наполнитель предпочтительно выбирается из группы, состоящей из известняковых наполнителей или кварцевых наполнителей, таких как кварцевый порошок Millisil W12 или W6 (Quarzwerke GmbH, Германия) и кварцевый песок. По меньшей мере один минеральный наполнитель компонента В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы наиболее предпочтительно представляет собой карбонат кальция или смесь карбонатов кальция. Компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит по меньшей мере примерно 30% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 40% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 50% масс., еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 60% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 70% масс., от примерно 30% масс. до примерно 95% масс., предпочтительно от примерно 35% масс. до примерно 90% масс., более предпочтительно от примерно 40% масс. до примерно 85% масс., еще более предпочтительно от примерно 45% масс. до примерно 80% масс., наиболее предпочтительно от примерно 50% масс. до примерно 75% масс. по меньшей мере одного минерального наполнителя, в пересчете на общую массу компонента В. По меньшей мере один минеральный наполнитель выбирают так, чтобы получить размер частиц, дополняющий размер частиц глиноземистого цемента.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один минеральный наполнитель имел средний размер частиц не более 500 мкм, более предпочтительно не более 400 мкм, наиболее предпочтительно не более 350 мкм.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения настоящего изобретения по меньшей мере один минеральный наполнитель, содержащийся в компоненте В, представляет собой смесь трех различных карбонатов кальция, то есть, мелких фракций карбоната кальция, таких как различные типы Omyacarb (Omya International AG, Германия). Наиболее предпочтительно, первый карбонат кальция имеет средний размер частиц (d50%) примерно 3,2 мкм и остаток, составляющий 0,05% на сите 45 мкм (определенный в соответствии со стандартом ISO 787/7). Второй карбонат кальция имеет средний размер частиц (d50%) примерно 7,3 мкм и остаток, составляющий 0,5% на сите 140 мкм (определенный в соответствии со стандартом ISO 787/7). Третий карбонат кальция имеет средний размер частиц (d50%) примерно 83 мкм и остаток, составляющий 1,0% на сите 315 мкм (определяется согласно стандарту ISO 787/7). В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В согласно настоящему изобретению соотношение первого карбоната кальция/второго карбоната кальция/третьего карбоната кальция составляет 1/1,5/2 или 1/1,4/2,2.
В конфетном предпочтительном альтернативном варианте исполнения настоящего изобретения по меньшей мере один минеральный наполнитель, содержащийся в компоненте В, представляет собой смесь трех различных кварцевых наполнителей. Наиболее предпочтительно, первый кварцевый наполнитель представляет собой кварцевый песок, имеющий средний размер частиц (d50%) примерно 240 мкм. Второй кварцевый наполнитель представляет собой кварцевый порошок, имеющий средний размер частиц (d50%) примерно 40 мкм. Третий кварцевый наполнитель представляет собой кварцевый порошок, имеющий средний размер частиц (d50%) примерно 15 мкм. В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В согласно настоящему изобретению соотношение первого кварцевого наполнителя/второго кварцевого наполнителя/третьего кварцевого наполнителя составляет 3/2/1.
В предпочтительном варианте исполнения компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, кроме того, заключает в себе следующие характеристики, взятые отдельно или в комбинации.
Компонент В может дополнительно содержать загущающий агент. Загущающий агент, который должен использоваться в настоящем изобретении, может быть выбран из группы, состоящей из бентонита, диоксида кремния, кварца, загущающих агентов на основе акрилата, таких как растворимые в щелочах или способные набухать в щелочах эмульсии, пирогенный диоксид кремния, глина и титанатные хелатирующие агенты. В качестве примеров упоминаются поливиниловый спирт (PVA), гидрофобно модифицированные растворимые в щелочах эмульсии (HASE), гидрофобно модифицированные этиленоксидные уретановые полимеры, известные в данной области как HEUR, и целлюлозные загустители, такие как гидроксиметилцеллюлоза (НМС), гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС), гидрофобно модифицированная гидроксиэтилцеллюлоза (НМНЕС), натрийкарбоксиметилцеллюлоза (SCMC), натрийкарбоксиметил-2-гидроксиэтилцеллюлоза, 2-гидроксипропилметилцеллюлоза, 2-гидроксиэтилметилцеллюлоза, 2-гидроксибутилметилцеллюлоза, 2-гидроксиэтилэтилцеллюлоза, 2-гидроксипропилцеллюлоза, аттапульгитная глина и их смеси. Подходящими загущающими агентами являются коммерчески доступные продукты, такие как Optigel WX (BYK-Chemie GmbH, Германия), Rheolate 1 (Elementis GmbH, Германия) и Acrysol ASE-60 (The Dow Chemical Company). Компонент В содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,05% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 0,1% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 0,3% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 15% масс., предпочтительно от примерно 0,05% масс. до примерно 10% масс., более предпочтительно от примерно 0,1% масс. до примерно 5% масс., наиболее предпочтительно от примерно 0,3% масс. до примерно 1% масс. указанного загущающего агента, в пересчете на общую массу компонента В.
Присутствие замедлителя схватывания и загущающего агента не изменяет общей неорганической природы цементирующего компонента В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы.
Компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, содержащий инициатор и замедлитель схватывания, присутствует в водной фазе, предпочтительно в форме суспензии или пасты.
Предпочтительно, чтобы значение рН компонента В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы было выше 10, более предпочтительно выше 11 и наиболее предпочтительно было выше 12, в частности, в диапазоне между 10 и 14, предпочтительно между 11 и 13.
Особенно предпочтительно, чтобы доли воды в двух компонентах, а именно, компоненте А и компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, выбирались таким образом, чтобы соотношение воды и глиноземистого цемента (W/CAC) или воды и цемента из сульфоалюмината кальция (W/CAS) в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, находилось ниже 1,5, предпочтительно между 0,3 и 1,2, наиболее предпочтительно между 0,4 и 1,0.
Кроме того, особенно предпочтительно, чтобы доля лития в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы была выбрана таким образом, чтобы соотношение лития и глиноземистого цемента (Li/CAC) и лития и цемента из сульфоалюмината кальция (Li/CAS) в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, находилось ниже 0,05, предпочтительно между 0,001 и 0,05, наиболее предпочтительно между 0,005 и 0,01.
Кроме того, особенно предпочтительно, чтобы доля замедлителя схватывания в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы выбиралась таким образом, чтобы соотношение лимонной кислоты/винной кислоты и глиноземистого цемента и лимонной кислоты/винной кислоты и цемента из сульфоалюмината кальция в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, находилось ниже 0,5, предпочтительно между 0,01 и 0,4, наиболее предпочтительно между 0,1 и 0,2.
В наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит или состоит из следующих компонентов:
от 70 до 80% масс. глиноземистого цемента, в качестве альтернативы от 40 до 60% масс. глиноземистого цемента и от 15 до 25% масс. сульфата кальция,
от 0,5 до 1,5% масс. фосфорной кислоты,
от 0,5 до 1,5% масс. пластификатора,
от 0,001 до 0,05% масс. антимикробного или биоцидного агента,
при желании от 5 до 20% масс, минеральных наполнителей и от 15 до 25% масс. воды.
В предпочтительном варианте исполнения компонент В содержит или состоит из следующих компонентов:
от 0,1% масс. до 4% масс. гидроксида лития,
от 0,1% масс. до 5% масс. сульфата лития или моногидрата сульфата лития,
от 0,05% масс. до 5% масс. лимонной кислоты,
от 0,05% масс. до 4% масс. винной кислоты,
от 35% масс. до 45% масс. первого минерального наполнителя,
от 15% масс. до 25% масс. второго минерального наполнителя,
от 10% масс. до 20% масс. третьего минерального наполнителя,
от 0,01% масс. до 0,5% масс. загущающего агента и
от 15% масс. до 25% масс. воды.
В наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит или состоит из следующих компонентов:
от 1,5% масс. до 2,5% масс. гидроксида лития,
от 1% масс. до 4% масс. сульфата лития или моногидрата сульфата лития,
от 1% масс. до 3% масс. лимонной кислоты,
от 0,5% масс. до 2% масс. винной кислоты,
от 35% масс. до 45% масс. первого минерального наполнителя,
от 15% масс. до 25% масс. второго минерального наполнителя,
от 10% масс. до 20% масс. третьего минерального наполнителя,
от 0,01% масс. до 0,5% масс. загущающего агента и
от 15% масс. до 25% масс. воды.
В наиболее предпочтительном альтернативном варианте исполнения компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы содержит или состоит из следующих компонентов:
от 3% масс. до 4% масс. гидроксида лития,
от 1% масс. до 10% масс. сульфата лития или моногидрата сульфата лития,
от 1% масс. до 5% масс. лимонной кислоты,
от 1% масс. до 3% масс. винной кислоты,
от 25% масс. до 35% масс. первого минерального наполнителя,
от 15% масс. до 25% масс. второго минерального наполнителя,
от 10% масс. до 20% масс. третьего минерального наполнителя,
от 0,01% масс. до 0,5% масс. загущающего агента и
от 30% масс. до 40% масс. воды.
В другом наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент В содержит или состоит из следующих компонентов:
от 0,2% масс. до 1,5% масс. гидроксида лития,
от 0,1% масс. до 1,0% масс. сульфата лития или моногидрата сульфата лития,
от 0,1% масс. до 1,0% масс. лимонной кислоты,
от 0,1% масс. до 0,5% масс. винной кислоты,
от 35% масс. до 45% масс. первого минерального наполнителя,
от 15% масс. до 25% масс. второго минерального наполнителя,
от 10% масс. до 20% масс. третьего минерального наполнителя,
от 0,01% масс. до 0,5% масс. загущающего агента и
от 15% масс. до 25% масс. воды.
Компонент А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению может быть получен следующим образом: блокирующий агент, содержащий фосфор, смешивают с водой, так что значение рН полученной смеси составляет около 2. Добавляют пластификатор и смесь гомогенизируют. Глиноземистый цемент, при желании сульфат кальция и при желании минеральный наполнитель предварительно смешивают и поэтапно добавляют к этой смеси при увеличении скорости перемешивания, так что значение рН полученной смеси составляет около 4. Наконец, добавляют загущающий агент и антибактериальный/биоцидный агент и перемешивают до полной гомогенизации смеси.
Компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению может быть получен следующим образом: ускоритель растворяют в водном растворе активатора с последующим дальнейшим добавлением замедлителя схватывания и гомогенизацией смеси. Наполнитель (наполнители) добавляют поэтапно при увеличении скорости перемешивания до тех пор, пока смесь не гомогенизируется. Наконец, добавляют загущающий агент до полной гомогенизации смеси.
Компоненты А и В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы присутствуют в водной фазе, предпочтительно в форме суспензии или пасты. В частности, компоненты А и В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы имеют внешний вид от пастообразного до текучего, согласно их соответствующим композициям. В одном предпочтительном варианте исполнения компонент А и компонент В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы находятся в форме пасты, тем самым предотвращая оседание во время смешивания этих двух компонентов.
Массовое соотношение между компонентом А и компонентом В (А/В) двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы предпочтительно составляет от 7/1 до 1/3, предпочтительно составляет 3/1. Предпочтительно, композиция смеси содержит 75% масс. компонента А и 25% масс. компонента В. В альтернативном варианте исполнения композиция смеси содержит 25% масс. компонента А и 75% масс. компонента В.
Двухкомпонентная система строительного раствора закрепляющей системы имеет минеральную природу, на которую не влияют присутствия дополнительных загустителей других агентов.
Устойчивость при хранении этой двухкомпонентной системы строительного раствора зависит от индивидуальной устойчивости при хранении каждого из соответствующих компонентов, в частности компонент А, а также компонент В имеет устойчивость при хранении по меньшей мере шесть месяцев при температуре окружающей среды, таким образом, чтобы защитить систему в случае задержек при хранении и доставке. Наиболее предпочтительно компоненты А и В являются устойчивыми в индивидуальном виде в течение по меньшей мере шести месяцев. Компоненты А и В хранились в плотно закрытых емкостях, чтобы избежать испарения воды, при 40°С и проверялись на предмет любых изменений в текучести, гомогенности, будь то появление осадка, и значении рН спустя несколько временных интервалов. Свойства всех компонентов оставались неизменными спустя 6 месяцев, поэтому устойчивость при хранении составляет по меньшей мере 6 месяцев при 40°С.
Предпочтительно, чтобы двухкомпонентная система строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению имела начальное время схватывания по меньшей мере 5 мин, предпочтительно по меньшей мере 10 мин, более предпочтительно по меньшей мере 15 мин, наиболее предпочтительно по меньшей мере 20 мин, в частности, в диапазоне от примерно 5 до 25 мин, предпочтительно в диапазоне от примерно 10 до 20 мин, после смешивания двух компонентов А и В.
В многокомпонентной системе строительного раствора закрепляющей системы, в частности, двухкомпонентной системе строительного раствора, объемное соотношение цементирующего компонента А и компонента инициатора В составляет от 1:1 до 7:1, предпочтительно 3:1. В альтернативном варианте исполнения объемное соотношение цементирующего компонента А и компонента инициатора В составляет от 1:3 до 1:2.
После изготовления по отдельности компонент А и компонент В системы строительного раствора закрепляющей системы вводят в отдельные контейнеры, из которых они выталкиваются с помощью механических устройств и направляются через смесительное устройство. Двухкомпонентная система строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению предпочтительно представляет собой готовую для использования систему, в которой компоненты А и В расположены отдельно друг от друга в многокамерном устройстве, таком как многокамерный картридж и/или многокамерный цилиндр, или в двухкомпонентных капсулах, предпочтительно в двухкамерном картридже или в двухкомпонентных капсулах. Многокамерная система предпочтительно включает в себя два или более мешка из фольги для разделения отверждаемого компонента А и компонента инициатора В. Составляющие камер или мешков, которые смешиваются вместе с помощью смесительного устройства, предпочтительно посредством статического смесителя, можно вводить в высверленное отверстие. Также возможна компоновка в многокамерных картриджах или ведрах или наборах емкостей.
Не ограничиваясь какой-либо теорией, блокирующий агент, присутствующий в компоненте А двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, ингибирует солюбилизацию алюмината (алюминатов) кальция в воде, тем самым останавливая гидратацию цемента, которая приводит к отверждению смеси. После добавления компонента инициатора В значение рН изменяется и цементирующий компонент А деблокируется, а реакция гидратации алюмината (алюминатов) кальция запускается. Поскольку эта реакция гидратации катализируется и ускоряется присутствием солей щелочных металлов, в частности, солей лития, она имеет начальное время схватывания менее 5 мин. Чтобы замедлить это время быстрого отверждения (начальное время схватывания), предпочтительно, чтобы по меньшей мере один замедлитель схватывания, содержащийся в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы согласно настоящему изобретению, был выбран таким образом, чтобы после смешивания двух компонентов А и В получить начальное время схватывания по меньшей мере 5 мин, предпочтительно по меньшей мере 10 мин, более предпочтительно по меньшей мере 15 мин, наиболее предпочтительно по меньшей мере 20 мин, в частности, в интервале от примерно 5 до 25 мин, предпочтительно в интервале от примерно 10 до 20 мин.
Роль минеральных наполнителей, в частности, в компоненте В двухкомпонентной системы строительного раствора закрепляющей системы, заключается в том, чтобы отрегулировать конечные характеристики в отношении механической прочности и эксплуатационных качеств, а также долговременной устойчивости. Путем оптимизации наполнителей возможно оптимизировать соотношение
воды/глиноземистого цемента, что позволяет эффективную и быструю гидратацию глиноземистого цемента.
Закрепляющая система для химического закрепления крепежных средств согласно настоящему изобретению включает вышеуказанный химический анкер, кроме того, включает анкерный стержень. Этот анкерный стержень имеет в составе зону крепежа и зону анкеровки, которая может вставляться в высверленное отверстие и которая имеет профилированный участок, включающий в себя множество секций расширения, расположенных в осевом направлении в ряд, которые имеют коническую форму. Предпочтительно диаметр секций расширения увеличивается в направлении свободного переднего конца этого анкерного стержня. Кроме того, предпочтительно, чтобы длина секции расширения для каждой из множества этих секций расширения была в основном постоянной на протяжении продольного распространения зоны анкеровки.
Необходимым для использования в неочищенных и/или растрескавшихся высверленных отверстиях является не соединение со сцеплением, а соединение с точным соответствием по форме между композитным распорным анкером и массой строительного раствора. Для того чтобы композитный распорный анкер мог обеспечивать высокие уровни нагрузки и последующее расширение в неочищенных и/или растрескавшихся высверленных отверстиях, необходимо, чтобы оболочка из строительного раствора, которая покрывает сегменты расширения, была разломана. Это возможно только в том случае, если оболочка из строительного раствора не прилипает к сегментам расширения анкерного стержня с соединением со сцеплением или с внутренним трением.
Поэтому преимуществом для зоны анкеровки является иметь неприлипающую поверхность по отношению к отверждаемой массе строительного раствора. Для этой цели зона анкеровки анкерного стержня закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно снабжается корпусом или покрытием, которое является неприлипающим по отношению к массе строительного раствора. В результате анкерный стержень может отсоединяться от отвержденной оболочки из строительного раствора при растягивающей нагрузке в раскрывающейся трещине и выполнять движение в осевом направлении. Во время перемещения имеющие коническую форму секции расширения скользят в область между оболочкой из строительного раствора и зоной анкеровки, которая расширяется от трещины в направлении растягивающего усилия, так что между анкерным стержнем и оболочкой из строительного раствора снова возникает подходящее по форме растяжение. При дальнейшем увеличении растягивающей нагрузки радиальные силы развиваются с помощью поверхностей имеющих коническую форму секций расширения, и отвержденная оболочка из строительного раствора разрушается. Это приводит к тому, что анкерный стержень может расширяться по отношению к стенке высверленного отверстия, и соответствие формы между стенкой высверленного отверстия и оболочками из строительного раствора восстанавливается. Поэтому, несмотря на слой пыли между оболочкой из строительного раствора и стенкой высверленного отверстия, анкерный стержень способен инициировать усилия в конструкции. По причине этой способности последующего расширения анкерный стержень является подходящим для использования в трещинах и зоне растяжения бетона. Благодаря характеристике последующего расширения анкерный стержень системы закрепления в соответствии с изобретением также может использоваться в высверленных отверстиях, которые плохо очищены или вообще не очищены.
Поэтому в предпочтительном варианте исполнения анкерного стержня закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением поверхность каждой из множества секций расширения включает в себя покрытие.
Поверхность винтовой резьбы с крупным шагом может быть блестящей никелированной и/или хромированной или покрыта другими разделительными агентами и/или смазочными веществами, такими как, например, воскоподобные вещества, синтетический полимер, политетрафторэтилен, силиконовый полимер и тому подобное. В качестве альтернативы также возможно полировать поверхность электрохимически, например, посредством электрополировки.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения анкерного стержня закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением поверхность каждой из множества секций расширения является блестящей никелированной и/или хромированной. В другом конкретном предпочтительном варианте исполнения анкерного стержня закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением поверхность каждой из множества секций расширения является полированной электрохимически или электрополированной.
Для обеспечения течения строительного раствора из глубины высверленного отверстия до открытой части этого высверленного отверстия и во избежание появления воздушных включений при размещении анкерного стержня секции расширения, имеющие коническую форму, должны быть снабжены, особенно в случае небольшого кольцевого зазора, средствами для прохода компаунда неорганического строительного раствора, то есть, химического анкера, такими как проточные каналы, например. Эти проточные каналы секций расширения, имеющих коническую форму, предпочтительно расположены со смещением относительно друг друга, причем особенно предпочтительно эти проточные каналы расположены спирально вокруг зоны анкеровки анкерного стержня. Это обеспечивает возможность наиболее равномерного и полного смачивания поверхностей секций расширения конической формы. Любой воздух, который, возможно, заключен между секциями расширения, имеющими коническую форму, при размещении анкерного стержня, выдавливается вверх через проточные каналы к открытой части высверленного отверстия. Эти проточные каналы должны быть рассчитаны таким образом, чтобы масса неорганического строительного раствора могла протекать через них без большого сопротивления. Это также уменьшает сопротивление при введении анкерного стержня. В результате достигается наиболее полное возможное увлажнение зоны анкеровки отверждаемой массой строительного раствора.
Следовательно, каждая из множества секций расширения анкерного стержня закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением включает в себя проход для компаунда неорганического строительного раствора, то есть, химического анкера. В частности, предпочтительно, чтобы этот проход представлял собой проточный канал.
Кроме того, предпочтительно, чтобы каждая из множества секций расширения анкерного стержня закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением проходила по спирали или вертикально вдоль зоны анкеровки. В конкретном предпочтительном варианте исполнения анкерного стержня закрепляющей системы в соответствии с изобретением секции расширения, имеющие коническую форму, соединены друг с другом и проходят по спирали вдоль зоны анкеровки так, что получается похожий на резьбу профилированный участок, который соответствует винтовой резьбе с широким шагом. Благодаря этому нет необходимости, чтобы профилированный участок был снабжен средствами для прохода компаунда неорганического строительного раствора. Поэтому коническая поверхность является полностью доступной для подачи нагрузки в конструкцию, что приводит к более высоким уровням нагрузки.
Анкерный стержень закрепляющей системы в соответствии с настоящим изобретением характеризуется оптимизированной конструкцией зоны анкеровки, которая больше не требует, чтобы высверленное отверстие было очищенным способом, требующим много времени, и которая делает возможным закрепление ближе к краю по сравнению с другими распорными анкерами или композитными распорными анкерами, без необходимости учитывать потери нагрузки. Кроме того, этот анкерный стержень может использоваться как в нерастрескавшемся, так и в растрескавшемся бетоне, и обеспечивает высокие значения нагрузки.
Закрепляющая система для химического закрепления крепежных средств, включающая химический анкер, представляющий собой готовую к использованию двухкомпонентную систему строительного раствора на основе глиноземистого цемента и анкерный стержень, имеющий в составе зону крепежа и зону анкеровки, применяется следующим образом.
Перед тем, как анкерный стержень вставляется, высверленное отверстие заполняют двухкомпонентной системой строительного раствора, тем самым создавая соответствующее по форме соединение зоны анкеровки с отверждаемой массой строительного раствора. Высверленное отверстие предпочтительно имеет диаметр, который выбирают больше, чем максимальный диаметр зоны анкеровки, так что он со всех сторон окружен отверждаемой массой строительного раствора. Предпочтительно, чтобы максимальный наружный диаметр секций расширения конической формы выбирался примерно на 0,2 мм меньше, чем диаметр высверленного отверстия. Кроме того, нагрузка на поперечное сечение секции расширения конической формы приблизительно соответствует нагрузке на поперечное сечение анкерного стержня.
Чтобы создать закрепляющую конструкцию с помощью системы закрепления в соответствии с настоящим изобретением, сначала делается высверленное отверстие с требуемой глубиной и требуемым диаметром. Затем это высверленное отверстие заполняют соответствующим количеством массы отверждаемого неорганического строительного раствора, а затем в высверленное отверстие вводится анкерный стержень, причем зоной анкеровки вперед. В частности, спиральное исполнение секций расширения конической формы отвечает за обеспечение оптимального течения массы строительного раствора в направлении входа в высверленное отверстие. После того как масса строительного раствора отверждается, анкерный стержень может быть нагружен до максимального уровня нагрузки. Следовательно, процесс установки анкерного стержня осуществляется известным образом.
Нагрузка на поперечное сечение секций расширения конической формы предпочтительно соответствует по меньшей мере нагрузке на поперечное сечение других закрепляющих элементов, таких как цилиндрический стержень или соединительная резьба на зоне крепежа, так что может быть предотвращен преждевременный выход из строя стальной арматуры анкерного стержня. Благодаря преимущественной характеристике последующего расширения анкерного стержня под нагрузкой этот анкерный стержень закрепляющей системы согласно изобретению может быть расположен в зоне растяжения конструкции или в растрескавшемся высверленном отверстии. Кроме того, перед размещением анкерного стержня больше не требуется занимающая много времени очистка высверленного отверстия. Благодаря оптимизированной геометрии зоны анкеровки, точнее, профилированному участку зоны анкеровки, высокие значения нагрузки интегрированного анкерного стержня также достигаются в области конструкции, близкой к краю.
Устранение этапов требуемой очистки (например, продувки, очистки и снова продувки высверленного отверстия) повышает безопасность при применении, а установка анкерного стержня значительно ускоряется. Чтобы установить анкерный стержень, не требуется дополнительного оборудования для очистки, а окружающий воздух и, следовательно, пользователь больше не подвергаются дополнительно действию выдуваемой пыли от сверления или пыли от очистки.
В частности, закрепляющая система для химического закрепления крепежных средств согласно изобретению предназначена для использования в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня, при этом компоненты двухкомпонентной системы строительного раствора этой закрепляющей системы предварительно смешивается, например, с помощью статического смесителя или путем разрушения картриджа или пластикового пакета или путем смешивания компонентов многокамерных картриджей или наборов емкостей.
Закрепляющая система может использоваться для целей закрепления, включающих увеличение допустимой нагрузки при температурах выше комнатной температуры или при повышенных температурах, таких как выше 80°С, и/или включающих увеличение напряжения сцепления в отвержденном состоянии. Повышенная температурная стойкость приводит к лучшей эксплуатационной способности для целей фиксации также при более высоких температурах, таких как температуры, присутствующие в области высверленного отверстия фасадных креплений, которые подвергаются интенсивному солнечному свету или другим повышенным температурам. Благодаря преимущественно минеральному составу химического анкера эта система закрепления является намного менее токсичной и очень мало загрязняющей для окружающей среды, а также допускает более экономичное производство, чем известная система из предшествующего уровня техники, тем самым демонстрируя высокие значения нагрузки, а также низкое давление расширения в неочищенных и растрескавшихся высверленных отверстиях и с креплениями, которые находятся близко к краю, что делает ее превосходящей системы известного уровня техники.
Следующий пример иллюстрирует изобретение без того, чтобы тем самым ограничивать его.
ПРИМЕРЫ
1. Получение компонента А и компонента В химического анкера Цементирующий компонент А, а также компонент инициатора В химического анкера первоначально получают путем смешивания компонентов, указанных в Таблицах 1 и 2 соответственно. Приведенные пропорции выражены в % масс.
Типичный протокол смешивания для компонента А заключается в следующем: взвешивание необходимого количества воды, введение воды в емкость для смешивания и медленное добавление к ней фосфорной кислоты при перемешивании до получения значения рН около 2; добавление пластификатора и гомогенизация при числе оборотов от 100 до 200 об/мин в течение 2 минут; предварительное смешивание Ternal White и наполнителя в большой емкости и добавление этой смеси шаг за шагом при медленном перемешивании при 200 об/мин, чтобы избежать образования комков, увеличение скорости перемешивания до 4000 об/мин; полученное значение рН должно составлять примерно 4; медленное добавление загущающего агента и, наконец, антибактериального или биоцидного агента и гомогенизация при 5000 об/мин в течение 5 мин.
Таблица 1: Состав компонента А.
Фосфорная кислота 85% поставляется в продажу фирмой Sigma-AldrichChemieGmbH, Германия

4
TernalWhite поставляется в продажу фирмой KerneosS.A., Франция Полугидрат CaSO, PrestiaSelecta поставляется в продажу фирмой LafargePlatres, Франция
MillisilW12 поставляется в продажу фирмой QuarzwerkeFrechen, Germany Acumer™ 1051 поставляется в продажу фирмой RohmandHaasEurope, Великобритания
XanthanGum поставляется в продажу фирмой ColltecGmbH&CO. KG, Германия
NuoseptOB 03 поставляется в продажу фирмой AshlandNederlandB.V., Нидерланды
Типичный протокол смешивания для компонента В заключается в следующем: растворение сульфата лития в 10%-ном водном растворе гидроксида лития с последующим растворением карбоновых кислот в этой смеси и полной гомогенизацией этого при 500 об/мин по меньшей мере в течение 30 мин; постепенное добавление наполнителя или смеси наполнителей при увеличении скорости перемешивания до 2000 об/мин в течение периода времени 5 мин и последующая гомогенизация при 2000 об/мин в течение примерно 10 мин; наконец, добавление загущающего агента при перемешивании и увеличение скорости перемешивания до 2500 об/мин в течение периода времени 3 мин; в завершение, продолжение гомогенизации в течение 5 мин.
LiOH 10% (в воде) поставляется в продажу фирмой BernKraftGmbH, Германия
2
4
LiSO поставляется в продажу фирмой Sigma-AldrichChemieGmbH, Германия
Лимонная кислота поставляется в продажу фирмой Sigma-AldrichChemieGmbH, Германия
Винная кислота поставляется в продажу фирмой Sigma-AldrichChemieGmbH, Германия
1
Omyacarb 130-AI поставляется в продажу фирмой OmyalnternationalAG, Германия
2
Omyacarb 15-HAI поставляется в продажу фирмой OmyalnternationalAG, Германия
3
Omyacarb 2-AI поставляется в продажу фирмой OmyalnternationalAG, Германия
4
QuarzsandF32 поставляется в продажу фирмой QuarzwerkeGmbH, Германия
5
MillisilW6 поставляется в продажу фирмой QuarzwerkeGmbH, Германия
6
MillisilW12 поставляется в продажу фирмой QuarzwerkeGmbH, Германия
OptigePWX поставляется в продажу фирмой RockwoodClayAdditivesGmbH, Германия
2. Определение механических характеристик в зависимости от геометрии закрепляющего элемента
После изготовления по отдельности, цементирующий компонент А и компонент инициатора В смешивают в скоростном смесителе в объемном соотношении 3:1 и вводят в подготовленное высверленное отверстие, имеющее диаметр 14 мм, в бетоне С20/25 или бетоне С50/60. Это высверленное отверстие было сделано путем ударного сверления и либо очищалось с помощью сжатого воздуха, либо было неочищенным (Таблица 3).
Значения нагрузки для отвержденной композиции строительного раствора определяются путем помещения соответственно конического анкерного стержня (примеры согласно изобретению с 2 по 5) и обычного резьбового анкерного стержня в качестве сравнения(пример для сравнения), имеющих глубину анкеровки 72 мм, в очищенное или неочищенное высверленное отверстие, имеющее диаметр 14 мм, в находящемся в разных условиях бетоне С20/25 или С50/60.
2
Средняя разрушающая нагрузка определяется путем вытягивания по центру резьбового анкерного стержня с креплением вплотную, с использованием высокопрочных стальных стержней, с применением гидравлического инструмента. Три резьбовых анкерных стержня в каждом случае закреплены на месте, а их значения нагрузки определяются после отверждения в течение 24 часов как среднее значение. Конечные разрушающие нагрузки рассчитываются как прочности сцепления и приводятся в Н/мм в Таблице 4.
Как это можно увидеть из Таблицы 4, все закрепляющие системы согласно изобретению демонстрируют значительную прочность сцепления после 24 часов отверждения. Система для сравнения, использующая обычный резьбовой анкерный стержень, демонстрирует очень малые прочности сцепления, в то время как с коническим элементом прочность сцепления является удвоенной в условиях с очисткой и в четыре раза большей в условиях без очистки.
В дополнение к этому, следует отметить, что система для сравнения, включающая химический анкер, не содержащий никакой органической кислоты в качестве замедлителя схватывания, имела начальное время схватывания менее 5 мин, и ни она не могла быть введена в какое-либо высверленное отверстие, ни металлический элемент не мог быть закреплен в ней из-за недостаточного времени обработки. Кроме того, по сравнению с инъекционными строительными растворами на основе органических смол, ее прочность сцепления при повышенных температурах показывает значительное, неприемлемое снижение в значениях нагрузки, при 250°С иногда близкое к нулю в органических системах, тогда как примеры согласно изобретению увеличивают свою прочность сцепления. Кроме того, суспензия типа эттрингита демонстрирует особенно хорошие характеристики в присутствии воды и в отверстиях, высверленных алмазом.
3. Определение механических характеристик в зависимости от времени отверждения в неочищенных высверленных отверстиях
Компоненты А1 и А2 соответственно смешивали с компонентом В1 в соотношении 3:1 и отверждали с арматурным стержнем с глубиной анкеровки 72 мм в неочищенных высверленных отверстиях диаметром 14 мм в сухом бетоне С20/25 и С50/60 соответственно (условия смотрите в Таблице 3) и осуществляли вытягивание с помощью гидравлического инструмента после различных временных интервалов при комнатной температуре (Таблица 5).
Как можно увидеть из Таблицы 5, имеет место выраженный эффект последующего отверждения; начальные значения почти удваиваются спустя один месяц, тем самым демонстрируя сильный эффект последующего отверждения в неочищенных высверленных отверстиях.
Как было показано выше, закрепляющая система согласно настоящему изобретению обеспечивает скорости отверждения и механическую прочность, сравнимые с этими характеристиками у органических систем, но ее по существу минеральный состав делает ее намного менее токсичной и очень мало загрязняющей для окружающей среды, а также допускает более экономичное производство, чем у известной системы из предшествующего уровня техники. Кроме того, эта закрепляющая система демонстрирует высокие значения нагрузки, а также низкое давление расширения в неочищенных и потрескавшихся высверленных отверстиях и с креплениями, которые расположены близко к краю, что делает ее превосходящей системы из известного уровня техники.