СТАБИЛИЗИРОВАННАЯ ВОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ СХВАТЫВАНИЯ И ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИЙ ГЛИНОЗЕМИСТОГО ЦЕМЕНТА
STABILIZED AQUEOUS COMPOSITION FOR INITIATING ALUMINOUS CEMENT COMPOSITIONS SETTING AND HARDENING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к долговременно стабилизированной водной композиции инициатора для инициирования схватывания и отверждения композиций глиноземистого цемента. В частности, эта долговременно стабилизированная водная композиция инициатора содержит по меньшей мере один компонент активатора, содержащий по меньшей мере одну соль щелочного и/или щелочноземельного металла, по меньшей мере один компонент ускорителя, содержащий по меньшей мере одну водорастворимую соль щелочного и/или щелочноземельного металла, по меньшей мере один замедлитель схватывания, выбираемый из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, по меньшей мере один минеральный наполнитель, выбираемый из группы, состоящей из известняковых наполнителей, корунда, доломита, устойчивого к щелочам стекла, дробленого камня, гравия, гальки и их смесей, по меньшей мере один загущающий агент и воду. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу получения долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, а также к применению вышеуказанной композиции в системе для химического закрепления крепежных средств, предпочтительно металлических элементов, в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Водные композиции, в частности водные суспензии, представляют собой гетерогенные смеси, содержащие твердые частицы, которые являются достаточно большими для осаждения и получаются в форме более или менее текучей среды или пасты. Преимуществом таких суспензий является то, что они образуют готовые к использованию решения для непосредственного использования в любых применениях для химии в строительстве, таких как химическое закрепление крепежных средств, предпочтительно металлических элементов, таких как анкерные стержни, в частности резьбовые стержни, болты, стальные арматурные стержни или тому подобное, в углублениях, таких как высверленные отверстия, в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
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.
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. Также 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.
В частности, существуют многие двухкомпонентные системы 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. Один компонент обеспечивает стабилизированную цементирующую композицию, которая затем подвергается инициированию с помощью другого компонента для схватывания и отверждения.
Добавки для схватывания и отверждения глиноземистого цемента известны из уровня техники. Например, патент США US 3,826,665 описывает композицию вспомогательного средства для улучшения свойств схватывания и отверждения глиноземистого цемента.
Немецкий патент DE 2311239 описывает композицию вспомогательного средства для улучшения свойств схватывания и отверждения глиноземистого цемента и строительного раствора, содержащую оксид лития, водорастворимую литиевую соль и гидроксилированную органическую кислоту или ее соль или сложный эфир. Указанная текучая среда вводится непосредственно в глиноземный цемент или в строительные растворы и бетоны во время их производства или может быть добавлена в воду для смешивания во время использования. Однако недостатком этой системы является тот факт, что композиция активатора не может храниться в течение достаточного времени, чтобы являться готовой к применению и, следовательно, должна приготавливаться свежей перед использованием в зависимости от желаемого времени схватывания и отверждения, подразумевая больше технологических стадий перед применением.
Когда речь заходит о химически закрепляющихся крепежных средствах 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 или не проявляют требуемых механических характеристик, также под влиянием повышенных температур. Кроме того, эти системы не могут храниться в течение длительного времени перед использованием.
Следовательно, существует потребность в долговременно стабилизированной водной композиции инициатора для инициирования схватывания и отверждения композиций глиноземистого цемента, 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 при применении. Кроме того, представляет интерес предоставление долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, которая может быть использована в многокомпонентной системе для химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях, не имеющей неблагоприятного влияния на обработку, характеристики и механические свойства этой системы химического закрепления.
Ввиду вышеизложенного, объектом настоящего изобретения является предоставить долговременно стабилизированную водную композицию инициатора, которая преодолевает недостатки систем из предшествующего уровня техники. В частности, объектом является предоставить долговременно стабилизированную водную композицию инициатора, являющуюся готовой к применению, которая может быть простой в обращении и является экологически безопасной, которая может стабильно храниться в течение определенного периода времени перед использованием, которая при применении демонстрирует хороший баланс между схватыванием и отверждением и по-прежнему обладает отличными механическими характеристиками системы, когда речь идет о химически закрепляющихся крепежных средствах, даже под воздействием повышенных температур.
Кроме того, объектом настоящего изобретения является предоставить способ получения долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, которая может использоваться в многокомпонентной системе, который является экономически эффективным, экологически безопасным, простым для осуществления и дает в результате стабильную и простую в применении водную композицию инициатора.
Помимо этого, объектом также является предоставить способ активирования схватывания и отверждения отверждаемого компонента водной фазы глиноземистого цемента, который может быть легко осуществлен, приводя в результате химическому анкеру, который может быть использован в области химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях.
Кроме того, объектом настоящего изобретения является предоставить долговременно стабилизированную водную композицию инициатора, которая может использоваться в многокомпонентной системе, в частности в двухкомпонентной системе для химического закрепления крепежных средств, предпочтительно металлических элементов, в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
Эти и другие объекты, которые станут очевидными из подтверждающего описания изобретения, решаются 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 долговременно стабилизированную водную композицию инициатора для инициирования схватывания и отверждения композиций глиноземистого цемента, которая является устойчивой при комнатной температуре и при повышенных температурах в течение определенного периода времени. В частности, эта долговременно стабилизированная водная композиция инициатора содержит по меньшей мере один компонент активатора, содержащий по меньшей мере одну соль щелочного и/или щелочноземельного металла, по меньшей мере один компонент ускорителя, содержащий по меньшей мере одну водорастворимую соль щелочного и/или щелочноземельного металла, по меньшей мере один замедлитель схватывания, выбираемый из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, по меньшей мере один минеральный наполнитель, выбираемый из группы, состоящей из известняковых наполнителей, корунда, доломита, устойчивого к щелочам стекла, дробленого камня, гравия, гальки и их смесей, по меньшей мере один загущающий агент и воду.
В другом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ получения вышеуказанной долговременно стабилизированной водной композиции инициатора.
В еще одном аспекте настоящее изобретение предоставляет способ активирования схватывания и отверждения отверждаемого компонента водной фазы глиноземистого цемента с использованием этой долговременно стабилизированной водной композиции инициатора.
В еще одном аспекте настоящее изобретение предоставляет долговременно стабилизированную водную композицию инициатора, которая может применяться в многокомпонентной системе, в частности в двухкомпонентной системе для химического закрепления крепежных средств, предпочтительно металлических элементов, в минеральных поверхностях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
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 fondu» 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 композиции 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 композиции 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора начинает схватываться после смешивания. В течение этого периода времени после смешивания смесь остается в форме более или менее текучей водной композиции, то есть, суспензии или пасты твердых продуктов.
Термин «стабильный» или «стабилизированный» в контексте настоящего изобретения означает, что вязкость и значение рН водной композиции инициатора не сильно меняются во время хранения и эта композиция не схватывается и не отверждается.
Термин «долговременно стабилизированная водная композиция инициатора» в контексте настоящего изобретения также называется компонентом В, в том, что касается двухкомпонентной системы строительного раствора.
Настоящее изобретение относится к долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, содержащей по меньшей мере один компонент активатора, содержащий по меньшей мере одну соль щелочного и/или щелочноземельного металла, по меньшей мере один компонент ускорителя, содержащий по меньшей мере одну водорастворимую соль щелочного и/или щелочноземельного металла, по меньшей мере один замедлитель схватывания, выбираемый из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, по меньшей мере один минеральный наполнитель, выбираемый из группы, состоящей из известняковых наполнителей, корунда, доломита, устойчивого к щелочам стекла, дробленого камня, гравия, гальки и их смесей, по меньшей мере один загущающий агент и воду.
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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, представляет собой 10%-ный водный раствор гидроксида лития.
Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора согласно настоящему изобретению, которая в дальнейшем также называется долговременно стабилизированной водной композицией инициатора, 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора. В конкретном предпочтительном варианте исполнения активатор состоит из воды и гидроксида лития. Количество воды, содержащейся в долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора. Количество гидроксида лития, содержащегося в долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора. В наиболее предпочтительном варианте исполнения долговременно стабилизированная водная композиция инициатора содержит примерно от 2,0% масс. до примерно 20% масс. 10%-ного водного раствора гидроксида лития, в пересчете на общую массу долговременно стабилизированной водной композиции инициатора.
Компонент ускорителя состоит из по меньшей мере одной соли щелочного и/или щелочнземельгого 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. Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения долговременно стабилизированной водной композиции инициатора 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора 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. Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения долговременно стабилизированной водной композиции инициатора согласно настоящему изобретению соотношение лимонной кислоты/винной кислоты составляет 1,6/1.
Чтобы обеспечить достаточное время 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.
По меньшей мере один минеральный наполнитель, содержащийся в долговременно стабилизированной водной композиции инициатора 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, корунд и доломит. По меньшей мере один минеральный наполнитель долговременно стабилизированной водной композиции инициатора предпочтительно представляет собой карбонат кальция или смесь карбонатов кальция. Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора. 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора 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 предпочтительном варианте исполнения долговременно стабилизированная водная композиция инициатора согласно изобретению, кроме того, заключает в себе следующие характеристики, взятые отдельно или в комбинации.
Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора 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). Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора 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 долговременно стабилизированной водной композиции инициатора.
Присутствие замедлителя схватывания и загущающего агента не изменяет общей неорганической природы долговременно стабилизированной водной композиции инициатора.
Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора, содержащая инициатор и замедлитель схватывания, присутствует в водной фазе, предпочтительно в виде суспензии или пасты.
Предпочтительно, чтобы значение рН долговременно стабилизированной водной композиции инициатора 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.
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 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 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.
Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора согласно настоящему изобретению может быть получена 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. Следовательно, способ получения долговременно стабилизированной водной композиции инициатора в соответствии с настоящим изобретением включает в себя следующие стадии:
i) внесение воды в смесительный резервуар,
ii) необязательно растворение и добавление по меньшей мере одного компонента активатора и по меньшей мере одного компонента ускорителя при перемешивании,
iii) необязательно растворение и добавление к этой смеси по меньшей мере одного замедлителя схватывания,
iv) поэтапное добавление по меньшей мере одного минерального наполнителя при увеличении скорости перемешивания,
v) добавление загущающего агента и
vi) непрерывное перемешивание до полной гомогенизации.
Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора хранилась в плотно закрытых контейнерах, чтобы избежать испарения воды, при температуре окружающей среды и при 40°С и проверялись на предмет любых изменений в текучести, гомогенности (показатель для осаждения), и значении рН спустя несколько временных интервалов, то есть, спустя 1 неделю, 4 недели, 3 месяца и 6 месяцев. Свойства всех компонентов оставались неизменными спустя 6 месяцев, что указывает на устойчивость при хранении, составляющую по меньшей мере 1 неделю, предпочтительно по меньшей мере 4 недели, более предпочтительно по меньшей мере 3 месяца и наиболее предпочтительно по меньшей мере 6 месяцев при температуре окружающей среды и до 40°С, то есть, в интервале температур от примерно 20°С до примерно 40°С.
Эта долговременно стабилизированная водная композиция инициатора может быть использована в способе активирования схватывания и отверждения отверждаемого компонента водной фазы глиноземистого цемента.
Способ согласно настоящему изобретению включает в себя стадии:
i) добавления долговременно стабилизированной водной композиции инициатора, как описано выше, к компоненту водной фазы глиноземистого цемента и
ii) их смешивания.
Предпочтительно, цементирующий компонент, к которому может добавляться долговременно стабилизированная водная композиция инициатора, основан на водной фазе глиноземистого цемента (СА) или водной фазе цемента из сульфоалюмината кальция (CAS). Кальциево-алюминатный цемент, который можно использовать, 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, представляет собой, например, Ternal White (Kerneos, Франция).
В частности, этот цементирующий компонент может содержать 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 этого цементирующего компонента.
4
В качестве альтернативы, этот цементирующий компонент может содержать 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 цементирующего компонента. Соотношение CaSO/CAC в указанном цементирующем компоненте должно быть меньше или равно 35:65.
Предпочтительно цементирующий компонент может блокироваться с помощью блокирующего агента, выбранного из группы, состоящей из борной кислоты, карбоновой кислоты, фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты, фосфоновых кислот и их солей. 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%.
Цементирующий компонент может, кроме того, включать следующие характеристики, взятые отдельно или в комбинации. Пластификатор, который может содержаться в этом цементирующем компоненте, может быть выбран 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.
Цементирующий компонент может дополнительно содержать загущающий агент: Загущающие агенты, которые могут быть использованы, 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.
Цементирующий компонент может, кроме того, содержать антибактериальный или биоцидный агент.Антибактериальные или биоцидные агенты, которые могут быть использованы, 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).
Цементирующий компонент в качестве альтернативы может содержать по меньшей мере один наполнитель, в частности, органический или минеральный наполнитель. Этот наполнитель 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).
Количество воды, содержащейся в цементирующем компоненте, может составлять 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 цементирующего компонента.
Наличие пластификатора, загущающего агента, а также антибактериального или биоцидного агента не изменяет общей неорганической природы цементирующего компонента.
Цементирующий компонент, к которому может добавляться долговременно стабилизированная водная композиция инициатора, содержащий глиноземистый цемент или цемент из сульфоалюмината кальция, предпочтительно присутствует в водной фазе, наиболее предпочтительно в виде суспензии или пасты.
Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора в соответствии с настоящим изобретением используется в системе строительного раствора, содержащей отверждаемый компонент водной фазы глиноземистого цемента. В частности, эта долговременно стабилизированная водная композиция инициатора используется в качестве первого компонента в двухкомпонентной системе строительного раствора, содержащей отверждаемый компонент водной фазы глиноземистого цемента. Предпочтительно, применение этой долговременно стабилизированной водной композиции инициатора в соответствии с настоящим изобретением дает в результате двухкомпонентную систему строительного раствора, которая имеет начальное время схватывания по меньшей мере 5 мин.
В частности, эта долговременно стабилизированная водная композиция инициатора в соответствии с настоящим изобретением применяется для активирования схватывания и отверждения отверждаемого компонента водной фазы глиноземистого цемента, используемого для химического закрепления крепежных средств в минеральных поверхностях. Предпочтительно, крепежные средства представляют собой анкерные стержни, резьбовые анкерные стержни, болты или стальные арматурные стержни. Минеральные поверхности, в которых должны быть химически закреплены анкерные средства, представляют собой конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
Следующий пример иллюстрирует изобретение без того, чтобы тем самым ограничивать его.
ПРИМЕРЫ
1. Получение долговременно стабилизированной водной композиции инициатора
Долговременно стабилизированную водную композицию инициатора (примеры для сравнения В1 и В2, примеры согласно изобретению В3 и В4) первоначально получают путем смешивания компонентов, указанных в Таблице 1. Приведенные пропорции выражены в % масс.
Типичный протокол смешивания для долговременно стабилизированной водной композиции инициатора 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 последующей гомогенизации 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 Bern Kraft GmbH, Германия
2
4
LiSO поставляется в продажу фирмой Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Германия
Лимонная кислота поставляется в продажу фирмой Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Германия
Винная кислота поставляется в продажу фирмой Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Германия
1
Omyacarb 130-Al поставляется в продажу фирмой Omya International AG, Германия
2
Omyacarb 15-H Al поставляется в продажу фирмой Omya International AG, Германия
3
Omyacarb 2-Al поставляется в продажу фирмой Omya International AG, Германия
4
Quarzsand F32 поставляется в продажу фирмой Quarzwerke GmbH, Германия
5
Millisil W6 поставляется в продажу фирмой Quarzwerke GmbH, Германия
6
Millisil W12 поставляется в продажу фирмой Quarzwerke GmbH, Германия Optigel WX поставляется в продажу фирмой Rockwood Clay Additives GmbH, Германия
2. Контроль стабильности долговременно стабилизированной водной композиции инициатора
Долговременно стабилизированные водные композиции инициатора, примеры для сравнения В1 и В2, примеры согласно изобретению В3 и В4 хранились в плотно закрытых контейнерах, чтобы избежать испарения воды, при температуре окружающей среды и при 40°С и проверялись на предмет любых изменений в текучести, гомогенности и значении рН спустя несколько временных интервалов, то есть, спустя 1 неделю, 4 недели, 3 месяца и 6 месяцев. Также испытывали инициирующую способность.
Измерение значения рН является хорошим путем для контроля стабильности водной композиции, то есть, суспензии. Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора считается нестабильной, если ее значение рН значительно изменяется.
Оценка гомогенности является хорошим путем для контроля стабильности водной композиции, то есть, суспензии. Долговременно стабилизированная водная композиция инициатора считается нестабильной, если она начинает затвердевать и осаждаться. В качестве индикатора осаждения используется оценка однородности.
Свойства водных композиций инициатора согласно изобретению В3 и В4, в частности, свойства всех компонентов, оставались не подверженными влиянию спустя 6 месяцев, таким образом, устойчивость при хранении составляет не менее 6 месяцев при температуре окружающей среды и при температуре 40°С. Значение рН оставалось выше 12. Инициирующая способность оставалась полностью сравнимой со свежеприготовленными компонентами ВЗ и В4, соответственно.
Однако свойства водных композиций инициатора для сравнения В1 и В2, в частности В2, для всех компонентов изменились уже через 1 неделю. Водная композиция инициатора для сравнения В2 начала затвердевать и осаждаться при температуре окружающей среды и при температуре 40°С, давая в результате нестабильную композицию, которая не может ни храниться в течение достаточного времени и ни быть использованной для применения в строительных растворах.
3. Инициирование отверждаемого компонента водной фазы глиноземистого цемента
Инициирующую способность долговременно стабилизированной водной композиции инициатора согласно настоящему изобретению оценивали путем активации схватывания и отверждения отверждаемого компонента водной фазы глиноземистого цемента, включающей стадии добавления долговременно стабилизированных водных композиций инициатора с В1 по В4 к компоненту водной фазы глиноземистого цемента (композициям с А1 по A3, Таблица 2) и их смешивания.
Компонент водной фазы глиноземистого цемента (с А1 по A3) первоначально получают путем смешивания компонентов, указанных в Таблице 2. Приведенные пропорции выражены в % масс.
Типичный протокол смешивания для компонента водной фазы глиноземистого цемента 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.
Фосфорная кислота 85% поставляется в продажу фирмой Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Германия
4
Ternal White поставляется в продажу фирмой Kerneos S.A., Франция Полугидрат CaSO, Prestia Selecta поставляется в продажу фирмой Lafarge Platres, Франция
Millisil W12 поставляется в продажу фирмой Quarzwerke Frechen, Germany
Acumer™ 1051 поставляется в продажу фирмой Rohm and Haas Europe, Великобритания
Xanthan Gum поставляется в продажу фирмой Colltec GmbH & CO. KG, Германия
Nuosept OB 03 поставляется в продажу фирмой Ashland Nederland B.V., Нидерланды
После изготовления по отдельности, компонент водной фазы глиноземистого цемента и долговременно стабилизированную водную композицию инициатора смешивают в скоростном смесителе в объемном соотношении 3:1 и измеряют начальное время схватывания полученной системы строительного раствора с помощью ультразвукового измерения.
Добавление водных композиций инициатора согласно изобретению В3 и В4 к компоненту водной фазы глиноземистого цемента с А1 по A3 соответственно, приводило к системе строительного раствора, имеющей начальное время схватывания по меньшей мере 5 мин, в частности, в диапазоне от примерно 5 до 25 мин.
Однако добавление водной композиции инициатора для сравнения В1 к компоненту водной фазы глиноземистого цемента с А1 по A3 соответственно, приводило к системе строительного раствора, имеющей начальное время схватывания менее 1 мин, делая его непригодным для применения в области химического закрепления. Инициирование и отверждение происходили слишком быстро. Добавление водной композиции инициатора для сравнения В2 к компоненту водной фазы глиноземистого цемента с А1 по A3 соответственно, не может быть осуществлено, поскольку В2 уже был отвержденным и осажденным после времени хранения, составляющего 1 неделю.
4. Определение механических характеристик
После изготовления по отдельности, компонент водной фазы глиноземистого цемента и долговременно стабилизированную водную композицию инициатора смешивают в скоростном смесителе в объемном соотношении 3:1 и вводят в подготовленное высверленное отверстие в бетоне С20/25, имеющее диаметр 14 или 16 мм. Это высверленное отверстие было сделано путем ударного сверления или алмазного сверления.
Значения нагрузки для отвержденной композиции строительного раствора определяются путем помещения резьбового анкерного стержня М12 с глубиной анкеровки 72 или 60 мм в высверленное отверстие, имеющее диаметр 14 или 16 мм, в находящемся в разных условиях бетоне С20/25 (Таблица 3).
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.
н.м.б.о. = не может быть определено
Как это можно увидеть из Таблицы 4, все системы согласно изобретению демонстрируют значительную прочность сцепления после 24 часов отверждения, в частности, механические характеристики при повышенных температурах. Система для сравнения, не содержащая никакой органической кислоты или минерального наполнителя на основе песка, имела начальное время схватывания менее 5 мин или отверждалась и осаждалась слишком быстро, соответственно, и, следовательно, из-за недостаточного времени обработки ни она не могла быть введена в какое-либо высверленное отверстие, ни металлический элемент не мог быть закреплен в ней. Кроме того, при сравнении с инжекционными строительными растворами на основе органических смол, их прочность сцепления при повышенных температурах показывает значительное, неприемлемое снижение в значениях нагрузки, при 250°С иногда близкое к нулю в этих 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 алмазного сверления.
Было показано, что водная композиция инициатора согласно настоящему изобретению имеет большое время жизнеспособности, то есть, устойчивость при хранении, иначе говоря, эта водная композиция инициатора не схватывается при хранении при температуре окружающей среды и при высоких температурах в течение периода, колеблющегося от пары недель до нескольких месяцев, то есть, по меньшей мере 1 неделю, предпочтительно по меньшей мере 4 недели, более предпочтительно по меньшей мере 3 месяца и наиболее предпочтительно по меньшей мере 6 месяцев, при температуре от окружающей среды до 40°С, то есть, в диапазоне температур от примерно 20°С до примерно 40°С, таким образом, чтобы быть защищенной от любых задержек при хранении и доставке. Водная композиция инициатора согласно настоящему изобретению остается в состоянии суспензии и не разделяется, в частности, во время транспортировки, так что использование по месту работ может быть гарантировано. Кроме того, эта композиция является малотоксичной и мало экологически токсичной.
После того как отверждаемый компонент водной фазы глиноземистого цемента был инициирован с помощью водной композиции инициатора согласно изобретению, он обеспечивает скорости отверждения и механическую прочность, сравнимые с этими характеристиками у органических систем, но его по существу минеральный состав делает его намного менее токсичным и очень мало загрязняющим для окружающей среды, а также допускает более экономичное производство, чем у известной системы из предшествующего уровня техники.