CN108137425A - 基于矾土水泥包含硫酸钙的双组分砂浆体系在锚定应用中增加载荷值和降低收缩的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中的用途,所述无机砂浆体系包含固化性矾土水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B,组分A进一步包含至少一种选自磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸的阻滞剂,至少一种增塑剂和水,和组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。此外,本发明涉及硫酸钙在无机砂浆中增加载荷值、降低收缩的用途以及用于将锚定机构,优选金属元件化学紧固在矿物表面如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中的方法中。

Description

基于矾土水泥包含硫酸钙的双组分砂浆体系在锚定应用中增 加载荷值和降低收缩的用途
技术领域
本发明涉及硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中的用途,所述体系包含固化性矾土水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B,组分A进一步包含至少一种选自磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸的阻滞剂,至少一种增塑剂和水;和组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。尤其是,本发明涉及硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中增加载荷值以及降低收缩的用途。此外,本发明涉及用于将锚定机构,优选金属元件化学紧固在矿物表面,如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中的方法。
背景技术
存在许多提供锚定机构在矿物表面中的良好的化学紧固的砂浆体系。例如,当需要快速固化时,使用基于可自由基聚合的树脂的有机体系。然而,通常已知这样的体系对环境和处理它们的人是污染性、昂贵、潜在有害和/或有毒的,并且它们经常需要特别标记。此外,有机体系在以热的方式暴露至强烈的阳光或其它升高的温度如火灾时,经常显示出大大降低的稳定性,由此当涉及化学紧固锚定机构时,其机械性能降低。
为了克服这些缺点,已开发了基于矾土水泥的主要为矿物的体系。矾土水泥具有作为其主要成分的铝酸一钙并且被广泛地用于建筑和建造业中,因为最终产物展现出在延长的时间内的高水平的机械性能。矾土水泥还耐碱并且比硅酸盐水泥更快地达到其最大强度以及能够承受硫酸盐的溶液。因此,优选将矾土水泥体系用于化学锚定领域中。
当涉及将锚定机构化学紧固在矿物表面中时,大多数已知体系对于所产生的组合物的大多数实践应用而言缺乏足够的流动性。这样的现有技术组合物通常展现出在相对短的时间段内开裂的倾向,并且没有表现出所需的机械性能,特别是在某些条件下,如在升高的温度影响下、在金刚石钻出的钻孔中或在湿钻孔中以及在长的时间段内。此外,已知体系在施加至钻孔中时倾向于表现出很大程度的收缩,这导致锚定机构的不足的锚定。
因此存在对由于现有技术体系的无机砂浆体系,优选双组分无机砂浆体系的需求。尤其感兴趣的是提供可以用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中而不负面地影响化学锚定体系的处理、特征和机械性能的体系,特别是当施加至金刚石钻出的钻孔中、湿钻孔中或在长的时间段内时。特别是存在对提供与已知体系相比增加的载荷值的体系的需求。另外,长期以来需要补偿砂浆在钻孔中的收缩,以确保锚定机构如锚杆、螺纹锚杆、螺栓或钢筋的锚定。
鉴于上述,本发明的目的在于提供无机砂浆体系,优选多组分砂浆体系,尤其是双组分无机砂浆体系,其具有优异的机械性能,尤其是在某些条件下,如在金刚石钻出的钻孔中、在湿钻孔中和在长的时间段内,并且同时具有与已知体系相比增加的载荷值。另外,无机砂浆体系应当表现出低的收缩以确保可靠的锚定应用。
此外,本发明的目的在于提供用于将锚定机构,优选金属元件化学紧固在矿物表面,如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中的方法。
这些和其它目的如同它们将会由保证本发明的描述而变得显而易见那样,通过如在独立权利要求中描述的本发明得以解决。从属权利要求涉及优选的实施方案。
发明内容
在一个方面,本发明涉及硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中的用途,所述无机砂浆体系包含固化性矾土水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B,组分A进一步包含至少一种选自磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸的阻滞剂,至少一种增塑剂和水;和组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。
在另一方面,本发明涉及硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中以增加载荷值的用途。
在又一方面,本发明涉及硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中以减少收缩的用途。
最后,在另一方面,本发明涉及用于将锚定机构,优选金属元件化学紧固在矿物表面,如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中的方法。
具体实施方式
以下术语和定义将被用于本发明的上下文中:
如本发明的上下文中所使用,除非上下文另有明确规定,否则单数形式“一个/一种(a/an)”还包括相应的复数。因此除非另有规定,否则术语“一个/一种(a/an)”旨在意指“一个/种或更多个/种”或“至少一个/种”。
本发明上下文中的术语“矾土水泥”是指主要由水硬性活性铝酸钙盐组成的铝酸钙水泥。替代性名称为“高氧化铝水泥”或法语的“Ciment fondu”。铝酸钙水泥的主要活性成分为铝酸一钙(CaAl2O4、CaO·Al2O3或水泥化学家记法中的CA)。
本发明的上下文中的术语“引发剂”是指改变化学环境以开始特定的化学反应的化合物或组合物。在本发明中,引发剂改变砂浆悬浮体的pH值,由此使最终混合物中的水硬性粘合剂解阻(de-blocking)。
本发明的上下文中的术语“缓凝剂”是指改变化学环境以延迟特定的化学反应的化合物或组合物。在本发明中,缓凝剂改变砂浆悬浮体的铝酸钙水泥的水合能力,由此延迟最终混合物中的水硬性粘合剂作用。
本发明的上下文中的术语“初始凝固时间”是指组分A和组分B的混合物在混合之后开始凝固的时间。在混合之后的时间段期间,混合物保持在固体产物的或多或少的流体水性悬浮体或糊料的形式。
本发明人出人意料地发现,将硫酸钙添加至包含固化性矾土水泥组分,优选基于铝酸钙水泥的用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系,导致与不包含硫酸钙的体系相比载荷值的明显增加。此外,添加硫酸钙在明显的程度上降低了收缩,由此确保可靠的锚定应用。还已发现添加铝酸钙并不负面地影响化学锚定体系的处理、特征和机械性能,特别是当施加在金刚石钻出的钻孔中、在湿钻孔和在长的时间段内。
尤其是已发现,硫酸钙比矾土水泥组分的比例在载荷值的增加方面以及在无机砂浆体系在金刚石钻出的钻孔中和在湿钻孔中的应用方面具有重要作用。
因此,本发明涉及硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中的用途,所述无机砂浆体系包含固化性矾土水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B。尤其是组分A进一步包含至少一种选自磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸的阻滞剂,至少一种增塑剂和水;和组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。
本发明中所使用的组分A基于矾土水泥(CA)或硫铝酸钙水泥(CAS)。可以用于本发明中的矾土水泥组分优选为基于水相铝酸钙水泥(CAC)的矾土水泥组分。待用于本发明中的矾土水泥的特征在于快速凝固和快速硬化、快速干燥、对腐蚀和收缩的优异抗性。适合用于本发明中的这样的铝酸钙水泥例如是White(Kerneos,法国)。
已发现,如果组分A包含铝酸钙水泥(CAC)和硫酸钙(CaSO4)的混合物,则在水合期间发生快速的钙矾石形成。在混凝土化学中,通过铝酸钙与硫酸钙的反应形成由通式(CaO)6(Al2O3)(SO3)3·32H2O或(CaO)3(Al2O3)(CaSO4)3·32H2O表示的三硫酸铝酸六钙水合物,导致快速凝固和硬化以及收缩补偿或甚至膨胀。
根据本发明用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中的硫酸钙为无水硫酸钙、半水合硫酸钙或二水合硫酸钙形式。在本发明的优选实施方案中,所使用的硫酸钙为半水合硫酸钙形式。
根据本发明所使用的硫酸钙包含在无机砂浆体系的固化性矾土水泥组分A中。在本发明的优选实施方案中,硫酸钙包含在无机砂浆体系的基于水相铝酸钙水泥的固化性矾土水泥组分中。
尤其是,固化性矾土水泥组分A中所包含的硫酸钙以在5/95至30/70,优选15/85至25/75范围内的硫酸钙比矾土水泥的比例,最优选以15/85的比例存在。在本发明的特别优选的实施方案中,硫酸钙在基于水相铝酸钙水泥的固化性矾土水泥组分中以在5/95至30/70,优选15/85至25/75范围内的硫酸钙比铝酸钙水泥的比例存在,最优选以15/85的比例存在。在本发明的最优选的实施方案中,半水合硫酸钙在基于水相铝酸钙水泥的固化性矾土水泥组分中以在5/95至30/70,优选15/85至25/75范围内的半水合硫酸钙比铝酸钙水泥的比例存在,最优选以15/85的比例存在。
本发明中所使用的组分A包含至少约40重量%,优选至少约50重量%,更优选至少约60重量%,最优选至少约65重量%,约40重量%至约80重量%,优选约50重量%至约80重量%,更优选约60重量%至约75重量%,最优选约65重量%至约70重量%的矾土水泥,优选铝酸钙水泥,基于组分A的总重量计。
在优选的实施方案中,组分A包含至少约53重量%,更优选至少约58重量%,最优选至少约65重量%,约53重量%至约74重量%,优选约58重量%至约70重量%,更优选约63重量%至约68重量%,最优选约64重量%至约77重量%的铝酸钙水泥,基于组分A的总重量计,和至少约3重量%,优选至少约15重量%,更优选至少约10重量%,最优选至少约15重量%,约3重量%至约25重量%,优选约4重量%至约30重量%,更优选约6重量%至约20重量%,最优选约10重量%至约15重量%的硫酸钙,优选半水合硫酸钙,基于组分A的总重量计。在最优选的实施方案中,组分A包含约65重量%的铝酸钙水泥和约11重量%的硫酸钙,优选半水合硫酸钙,基于组分A的总重量计。
本发明中所使用的组分A中所包含的阻滞剂选自磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸,优选为磷酸或偏磷酸,最优选为磷酸,尤其是85%磷酸水溶液。组分A包含至少约0.1重量%,优选至少约0.3重量%,更优选至少约0.4重量%,最优选至少约0.5重量%,约0.1重量%至约20重量%,优选约0.1重量%至约15重量%,更优选约0.1重量%至约10重量%,最优选约0.3重量%至约10重量%的所述阻滞剂,基于组分A的总重量计。在优选的实施方案中,组分A包含约0.3重量%至约10重量%的85%磷酸水溶液,基于组分A的总重量计。优选地,相对于水硬性粘合剂总重量的以重量计的矾土水泥和/或硫铝酸钙水泥的量高于任意以下值:50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%或为100%。
本发明中所使用的组分A中所包含的增塑剂选自低分子量(LMW)聚丙烯酸聚合物,来自聚膦酸酯polyox和聚碳酸酯polyox家族的超增塑剂和来自聚羧酸酯醚组的乙基丙烯酸系超增塑剂及其混合物,例如EthacrylTMG(Coatex,Arkema Group,法国),AcumerTM1051(Rohm and Haas,英国)或-20HE(Sika,德国)。合适的增塑剂是商业上可得的产品。组分A包含至少约0.2重量%,优选至少约0.3重量%,更优选至少约0.4重量%,最优选至少约0.5重量%,约0.2重量%至约20重量%,优选约0.3重量%至约15重量%,更优选约0.4重量%至约10重量%,最优选约0.5重量%至约5重量%的所述增塑剂,基于组分A的总重量计。
在有利的实施方案中,组分A进一步包括以下单独或组合的特性。
组分A可以另外包含增稠剂。可以用于本发明中的增稠剂可以选自有机产品如黄原胶、威兰胶(welan gum)或胶(CPKelko,美国)、淀粉衍生的醚、瓜尔胶衍生的醚、聚丙烯酰胺、角叉菜胶、琼脂,和矿物产品如粘土,和它们的混合物。合适的增稠剂是商业上可得的产品。组分A包含至少约0.01重量%,优选至少约0.1重量%,更优选至少约0.2重量%,最优选至少约0.3重量%,约0.01重量%至约10重量%,优选约0.1重量%至约5重量%,更优选约0.2重量%至约1重量%,最优选约0.3重量%至约0.7重量%的所述增稠剂,基于组分A的总重量计。
组分A可以进一步包含抗菌剂或杀生物剂。可以用于本发明中的抗菌剂或杀生物剂可以选自异噻唑啉酮家族的化合物,如甲基异噻唑啉酮(MIT)、辛基异噻唑啉酮(OIT)和苯并异噻唑啉酮(BIT)和它们的混合物。合适的抗菌剂或杀生物剂是商业上可得的产品。示例性提及的是Ecocide K35R(Progiven,法国)和Nuosept OB 03(Ashland,荷兰)。组分A包含至少约0.001重量%,优选至少约0.005重量%,更优选至少约0.01重量%,最优选至少约0.015重量%,约0.001重量%至约1.5重量%,优选约0.005重量%至约0.1重量%,更优选约0.01重量%至约0.075重量%,最优选约0.015重量%至约0.03重量%的所述抗菌剂或杀生物剂,基于组分A的总重量计。在优选的实施方案中,组分A包含约0.015重量%至约0.03重量%的Nuosept OB 03,基于组分A的总重量计。
在替代性实施方案中,组分A包含至少一种填料,尤其是有机或矿物填料。可以用于本发明中的填料可以选自石英粉,优选具有约16μm的平均颗粒尺寸(d50%)的石英粉,石英砂,粘土,飞灰,气相法二氧化硅,碳酸盐化合物,颜料,钛氧化物,轻质填料,和它们的混合物。合适的矿物填料是商业上可得的产品。示例性提及的是石英粉Millisil W12或W6(Quarzwerke GmbH,德国)。组分A包含至少约1重量%,优选至少约2重量%,更优选至少约5重量%,最优选至少约8重量%,约1重量%至约50重量%,优选约2重量%至约40重量%,更优选约5重量%至约30重量%,最优选约8重量%至约20重量%的所述至少一种填料,基于组分A的总重量计。
组分A中所包含的水含量为至少约1重量%,优选至少约5重量%,更优选至少约10重量%,最优选至少约20重量%,约1重量%至约50重量%,优选约5重量%至约40重量%,更优选约10重量%至约30重量%,最优选约15重量%至约25重量%,基于组分A的总重量计。
增塑剂、增稠剂以及抗菌剂或杀生物剂的存在并不改变水泥质组分A的整体无机特性。
包含矾土水泥或硫铝酸钙水泥的组分A存在于水相中,优选以浆料或糊料形式存在。
本发明中所使用的组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。为了保证足够的加工时间,由此初始凝固时间为至少5min以上,除了引发剂组分以外还以不同的浓度使用防止砂浆组合物过早硬化的至少一种缓凝剂。
存在于组分B中的引发剂包括活化剂组分和促凝剂组分,其包括碱金属和/或碱土金属盐的混合物。
尤其是,由选自以下的至少一种碱金属和/或碱土金属盐组成:氢氧化物、氯化物、硫酸盐、磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、硝酸盐、碳酸盐及其混合物,活化剂组分优选为碱金属或碱土金属盐,更优选为钙金属盐如氢氧化钙、硫酸钙、碳酸钙或磷酸钙,钠金属盐如氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠或磷酸钠,或锂金属盐如氢氧化锂、硫酸锂、碳酸锂或磷酸锂,最优选为氢氧化锂。在一个优选的实施方案中,用于组分B中的氢氧化锂为10%氢氧化锂水溶液。
组分B包含至少约0.01重量%,优选至少约0.02重量%,更优选至少约0.05重量%,最优选至少约1重量%,约0.01重量%至约40重量%,优选约0.02重量%至约35重量%,更优选约0.05重量%至约30重量%,最优选约1重量%至约25重量%的所述活化剂,基于组分B的总重量计。在特别优选的实施方案中,活化剂包含水和氢氧化锂。组分B中所包含的水含量为至少约1重量%,优选至少约5重量%,更优选至少约10重量%,最优选至少约20重量%,约1重量%至约60重量%,优选约5重量%至约50重量%,更优选约10重量%至约40重量%,最优选约15重量%至约30重量%,基于组分B的总重量计。组分B中所包含的氢氧化锂含量为至少约0.1重量%,优选至少约0.5重量%,更优选至少约1.0重量%,最优选至少约1.5重量%,约0.1重量%至约5重量%,优选约0.5重量%至约4重量%,更优选约1.0重量%至约3重量%,最优选约1.5重量%至约2.5重量%,基于组分B的总重量计。在最优选的实施方案中,组分B包含约2.0重量%至约20重量%的10%氢氧化锂水溶液,基于组分B的总重量计。
促凝剂组分由选自以下的至少一种碱金属和/或碱土金属盐组成:氢氧化物、氯化物、硫酸盐、磷酸盐、磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、硝酸盐、碳酸盐及其混合物,促凝剂组分优选为碱金属或碱土金属盐,还优选为水溶性碱金属或碱土金属盐,更优选为钙金属盐如氢氧化钙、硫酸钙、碳酸钙、氯化钙、甲酸钙或磷酸钙,钠金属盐如氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠、氯化钠、甲酸钠或磷酸钠,或锂金属盐如氢氧化锂、硫酸锂、硫酸锂一水合物、碳酸锂、氯化锂、甲酸锂或磷酸锂,最优选为硫酸锂或硫酸锂一水合物。组分B包含至少约0.01重量%,优选至少约0.05重量%,更优选至少约0.1重量%,最优选至少约1.0重量%,约0.01重量%至约25重量%,优选约0.05重量%至约20重量%,更优选约0.1重量%至约15重量%,最优选约1.0重量%至约10重量%的所述促凝剂,基于组分B的总重量计。
在本发明中所使用的组分B的尤其优选的实施方案中,10%氢氧化锂水溶液/硫酸锂或硫酸锂一水合物的比例为7/1或6/1。
本发明中所使用的组分B中所包含的至少一种缓凝剂选自柠檬酸、酒石酸、乳酸、水杨酸、葡糖酸及其混合物,优选为柠檬酸和酒石酸的混合物。组分B包含至少约0.1重量%,优选至少约0.2重量%,更优选至少约0.5重量%,最优选至少约1.0重量%,约0.1重量%至约25重量%,优选约0.2重量%至约15重量%,更优选约0.5重量%至约15重量%,最优选约1.0重量%至约10重量%的所述缓凝剂,基于组分B的总重量计。
在本发明中所使用的组分B的尤其优选的实施方案中,柠檬酸/酒石酸的比例为1.6/1。
本发明中所使用的组分B中所包含的至少一种矿物填料选自石灰岩填料、砂、碎石、砾石、卵石及其混合物,优选为石灰岩填料,如各种碳酸钙。至少一种矿物填料优选选自石灰岩填料或石英填料,如石英粉Millisil W12或W6(Quarzwerke GmbH,德国)和石英砂。组分B的至少一种矿物填料最优选为碳酸钙或碳酸钙的混合物。组分B包含至少约30重量%,优选至少约40重量%,更优选至少约50重量%,还更优选至少约60重量%,最优选至少约70重量%,约30重量%至约95重量%,优选约35重量%至约90重量%,更优选约40重量%至约85重量%,还更优选约45重量%至约80重量%,最优选约50重量%至约75重量%的至少一种矿物填料,基于组分B的总重量计。选择所述至少一种矿物填料,以获得对矾土水泥粒度的粒度互补。
优选的是,至少一种矿物填料具有不超过500μm,更优选不超过400μm,最优选不超过350μm的平均粒度。
在特别优选的实施方案中,组分B中所包含的至少一种矿物填料为三种不同碳酸钙的混合物,即碳酸钙细料,如不同的类型(Omya International AG,德国)。最优选地,第一碳酸钙具有约3.2μm的平均粒度(d50%)和在45μm筛上的0.05%的残留(根据ISO 787/7测定)。第二碳酸钙具有约7.3μm的平均粒度(d50%)和在140μm筛上的0.5%的残留(根据ISO 787/7测定)。第三碳酸钙具有约83μm的平均粒度(d50%)和在315μm筛上的1.0%的残留(根据ISO 787/7测定)。在组分B的尤其优选的实施方案中,第一碳酸钙/第二碳酸钙/第三碳酸钙的比例为1/1.5/2或1/1.4/2.2。
在尤其优选的替代性实施方案中,组分B中所包含的至少一种矿物填料为三种不同石英填料的混合物。最优选地,第一石英填料为具有约240μm的平均粒度(d50%)的石英砂。第二石英填料为具有约40μm的平均粒度(d50%)的石英粉。第三石英填料为具有约15μm的平均粒度(d50%)的石英粉。在本发明中所使用的组分B的尤其优选的实施方案中,第一石英填料/第二石英填料/第三石英填料的比例为3/2/1。
在有利的实施方案中,组分B进一步包括以下单独或组合的特性。
组分B可以另外包含增稠剂。待用于本发明中的增稠剂可以选自膨润土、二氧化硅、石英、基于丙烯酸酯的增稠剂如碱溶性或碱溶胀性乳液、气相法二氧化硅、粘土和钛酸盐螯合剂。示例性提及的是聚乙烯醇(PVA),疏水改性的碱溶性乳液(HASE),本领域中称为HEUR的疏水改性的氧化乙烯氨基甲酸酯聚合物和纤维素增稠剂如羟甲基纤维素(HMC)、羟乙基纤维素(HEC)、疏水改性的羟乙基纤维素(HMHEC)、羧甲基纤维素钠(SCMC)、羧甲基2-羟乙基纤维素钠、2-羟丙基甲基纤维素、2-羟乙基甲基纤维素、2-羟丁基甲基纤维素、2-羟乙基乙基纤维素、2-羟丙基纤维素,凹凸棒石粘土及其混合物。合适的增稠剂是商业上可得的产品如Optigel WX(BYK-Chemie GmbH,德国)、Rheolate 1(Elementis GmbH,德国)和Acrysol ASE-60(The Dow Chemical Company)。组分B包含至少约0.01重量%,优选至少约0.05重量%,更优选至少约0.1重量%,最优选至少约0.3重量%,约0.01重量%至约15重量%,优选约0.05重量%至约10重量%,更优选约0.1重量%至约5重量%,最优选约0.3重量%至约1重量%的所述增稠剂,基于组分B的总重量计。
缓凝剂和增稠剂的存在并不改变水泥质组分B的整体无机特性。
包含引发剂和缓凝剂的组分B存在于水相中,优选以浆料或糊料形式存在。
优选的是,组分B的pH值为高于10,更优选高于11,且最优选为高于12,尤其是在介于10和14之间,优选介于11和13之间的范围内。
尤其优选的是选择两个组分,即组分A和组分B中的水的份额,使得通过混合组分A和B获得的产物中的水比矾土水泥的比例(W/CAC)或水比硫铝酸钙水泥(W/CAS)的比例小于1.5,优选介于0.3和1.2之间,最优选介于0.4和1.0之间。在优选的实施方案中,通过混合组分A和B获得的产物中的水比包含硫酸钙的铝酸钙水泥的比例(W/(CAC+CaSO4))小于1.0。
此外,尤其优选选择组分B中的锂的份额,使得通过混合组分A和B获得的产物中的锂比矾土水泥的比例(Li/CAC)和锂比硫铝酸钙水泥的比例(Li/CAS)小于0.05,优选介于0.001和0.05之间,最优选介于0.005和0.01之间。在特别优选的实施方案中,选择组分B中的氢氧化锂的份额,使得通过混合组分A和B获得的产物中的包含硫酸钙的铝酸钙水泥比氢氧化锂的比例((CAC+CaSO4)/LiOH)在1.3:1至12.5:1范围内。
尤其优选的是,通过混合组分A和B获得的产物中的硫酸钙以约0.95重量%至18.0重量%,优选约1.5重量%至14.0重量%,更优选约2.5重量%至10.0重量%,最优选约3.0重量%至8.5重量%的范围存在。
此外,尤其优选的是选择组分B中的缓凝剂的份额,使得通过混合组分A和B获得的产物中的柠檬酸/酒石酸比矾土水泥的比例和柠檬酸/酒石酸比硫铝酸钙水泥的比例小于0.5,优选介于0.01和0.4之间,最优选介于0.1和0.2之间。
在最优选的实施方案中,组分A包含以下组分或由以下组分组成:
65至70重量%的矾土水泥,
5至15重量%的硫酸钙,
0.5至1.5重量%的磷酸,
0.5至1.5重量%的增塑剂,
0.001至0.05重量%的抗菌剂或杀生物剂,
任选地5至20重量%的矿物填料,和
15至25重量%的水。
在最优选的实施方案中,组分B包含以下组分或由以下组分组成:
0.1重量%至4重量%的氢氧化锂,
0.1重量%至5重量%的硫酸锂或硫酸锂一水合物,
0.05重量%至5重量%的柠檬酸,
0.05重量%至4重量%的酒石酸,
35重量%至45重量%的第一矿物填料,
15重量%至25重量%的第二矿物填料,
10重量%至20重量%的第三矿物填料,
0.01重量%至0.5重量%的增稠剂,和
15重量%至25重量%的水。
可以如下制备本发明的组分A:将含磷阻滞剂与水混合,使得所产生的混合物的pH值为约2。添加增塑剂并且将混合物均质化。将矾土水泥、任选的硫酸钙和任选的矿物填料预混合并且逐步添加至混合物中,同时增大搅拌速率,使得所产生的混合物的pH值为约4。最后添加增稠剂和抗菌剂/杀生物剂并且混合直至混合物完全均质化。
可以如下制备本发明的组分B:将促凝剂溶于活化剂的水溶液中,然后随后添加缓凝剂以及使混合物均质化。逐步添加一种或多种填料,同时增大搅拌速率直至混合物均质化。最后添加增稠剂直至混合物完全均质化。
组分A和B存在于水相中,优选以浆料或糊料形式存在。尤其是,组分A和B根据它们的分别的组成具有糊状至流体的外观。在一个优选的实施方案中,组分A和组分B呈糊料形式,由此防止在混合两个组分时流挂。
组分A和组分B之间的重量比(A/B)优选地介于7/1和1/3之间,优选为3/1。优选地,混合物的组成包含75重量%的组分A和25重量%的组分B。在替代性实施方案中,混合物的组成包含25重量%的组分A和75重量%的组分B。
无机砂浆体系,优选双组分无机砂浆体系具有矿物特性,其不受存在其它试剂的另外的增稠剂的影响。
优选的是,在混合两种组分A和B之后,无机砂浆体系具有至少5min,优选至少10min,更优选至少15min,最优选至少20min,尤其是在约5至25min范围内,优选在约10至20min范围内的初始凝固时间。
在多组分无机砂浆体系,特别是双组分无机砂浆体系中,水泥质组分A比引发剂组分B的体积比为1:1至7:1,优选为3:1。在替代性实施方案中,水泥质组分A比引发剂组分B的体积比为1:3至1:2。
在单独制备之后,将组分A和组分B引入单独的容器中,借助于机械装置将它们从所述容器喷出并且引导通过混合装置。无机砂浆体系优选为即用型体系,由此将组分A和B彼此分开地布置在多室装置如多室筒和/或多室圆筒中或双组分胶囊中,优选在两室筒中或双组分胶囊中。多室体系优选包括用于分开固化性组分A和引发剂组分B的两个以上箔袋。可以将通过混合装置,优选经由静态混合器混合在一起的所述室或袋的内容物注入钻孔。在多室筒或桶或套桶中的组件也是可能的。
在化学紧固锚定机构期间,将离开静态混合器的硬化性矾土水泥组合物直接插入对于紧固锚定机构而言相应地需要并且一开始已引入矿物表面中的钻孔,于是插入和调节待紧固的建筑构件例如锚杆,因此砂浆组合物凝固和硬化。尤其是,将无机砂浆体系视为用于紧固金属元件的化学锚栓。
不受制于理论,组分A中存在的阻滞剂抑制了一种或多种铝酸钙盐在水中溶解,由此阻止了导致混合物的固化的水泥水合。在添加引发剂组分B时,改变pH值并且使水泥质组分A解阻和放开一种或多种铝酸钙盐的水合反应。因为该水合反应通过存在碱金属盐,尤其是锂盐来催化和促进,所以其具有短于5min的初始凝固时间。为了延迟快速固化时间(初始凝固时间),优选的是如此选择本发明中所使用的组分B中所包含的至少一种缓凝剂,以获得在混合两种组分A和B之后的至少5min,优选至少10min,更优选至少15min,最优选至少20min,尤其是在约5至25min范围内,优选在约10至20min范围内的初始凝固时间。
矿物填料(尤其是在组分B中)的作用在于调节关于机械强度的最终性能以及长期耐久性的性能。通过优化填料,可以优化水/矾土水泥比例,这允许矾土水泥的有效和快速的水合。
可以将包含硫酸钙的无机砂浆体系用于将锚定机构,优选金属元件如锚杆,尤其是螺纹杆、螺栓、钢筋等化学紧固至矿物表面如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中。尤其是可以将无机砂浆体系用于将锚定机构,如金属元件化学紧固在钻孔中。已发现,将硫酸钙用于这样的无机砂浆体系中明显增大了载荷值并且因此增大了在湿钻孔中以及在金刚石钻出的钻孔中的载荷能力。
因此,将硫酸钙用于根据本发明的无机砂浆体系尤其在于增大载荷值。另外,将其用于降低钻孔内的收缩。
尤其将无机砂浆中所包含的硫酸钙应用在用于将锚定机构,优选金属元件化学紧固在矿物表面如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中的方法中。
此外,可以将包含硫酸钙的无机砂浆体系用于连接纤维、稀松布、织物或复合体,尤其是高模量纤维,优选碳纤维;尤其是用于强化建筑结构,例如墙或天花板或地板;或另外用于将组件,如板材或块(例如由石材、玻璃或塑料制成)安装在建筑或结构元件上。然而,尤其将其用于将锚定机构,优选金属元件如锚杆,尤其是螺纹杆、螺栓、钢筋等紧固至矿物表面如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中的凹部如钻孔中,其中例如借助于静态混合器或通过破坏筒或塑料袋或通过混合多室桶或套桶的组分而预先混合双组分无机砂浆体系的组分。
以下实施例说明了本发明而不由此对其进行限制。
实施例
1.组分A和组分B的制备
一开始分别通过混合表1和2中详述的成分制备对比实施例1和2以及本发明的实施例的水泥质组分A以及引发剂组分B。给出的份额以重量%表示。
组分A的典型的混合规程为如下:称量出必要量的水,将所述水引入混合杯并且在用溶解器板在150rpm搅拌2分钟下向其中缓慢添加磷酸;添加增塑剂并且在150至200rpm均质化2-3分钟;在大桶中预混合矾土水泥(Ternal )和相应硫酸钙并且分步添加该混合物,同时连续随着增加的粘度将搅拌速率从200rpm增大至2000rpm以避免团块形成,在添加之后,在真空(150mbar)下在2000rpm的溶解器板速率和220rpm的棒式搅拌器速率下搅拌5分钟;缓慢添加增稠剂并且在3000rpm的溶解器板速率和220rpm的棒式搅拌器速率下搅拌3-5分钟;添加抗菌剂或杀生物剂并且在真空(150mbar)下在3000rpm的溶解器板速率和440rpm的棒式搅拌器速率下均质化5分钟;最后在真空(100mbar)下在1500rpm的溶解器板速率和220rpm的棒式搅拌器速率下搅拌10分钟。
表1:组分A的组成。
续表1
85%磷酸,由Sigma-Aldrich Chemie GmbH,德国销售;Ethacryl G,由CoatexS.A.,法国销售;Ternal由Kerneos S.A.,法国销售;Micro C(无水CaSO4),由CaseaGmbH,德国销售;Supraduro(半水合CaSO4),由Saint Gobain Formula GmbH,德国销售;Lenzin(二水合CaSO4),由Kremer Pigmente GmbH&CO.KG,德国销售;黄原胶,由KremerPigmente GmbH&CO.KG,德国销售;Nuosept OB 03,由Ashland Nederland B.V.,荷兰销售。
组分B的典型的混合规程为如下:将硫酸锂一水合物溶于10%氢氧化锂水溶液,然后将柠檬酸和酒石酸溶于该混合物中并且将其在400rpm完全均质化;逐步添加填料,以最粗的填料开始并且以最细的填料结束,同时将搅拌速率从250rpm增大至1700rpm和将其在1700rpm继续均质化2-3min;最后在搅拌下添加增稠剂,和将搅拌速率增大至2200rpm;最后在2200rpm继续均质化5min。
表2:组分B的组成。
化合物 功能 B
10%LiOH(水) 活化剂 18.68
一水合Li2SO4 促凝剂 3.28
柠檬酸 缓凝剂 1.58
酒石酸 缓凝剂 0.99
填料1 填料 35.971
填料2 填料 22.602
填料3 填料 16.673
Optigel WX 增稠剂 0.23
10%LiOH(水),由Bernd Kraft GmbH,德国销售;一水合Li2SO4,由Alfa AesarGmbH&Co.KG,德国销售;柠檬酸,由Sigma-Aldrich Chemie GmbH,德国销售;酒石酸,由BCDChemie GmbH,德国销售;1Omyacarb 130-AI,由Omya International AG,德国销售;2Omyacarb 15-H AI,由Omya International AG,德国销售;3Omyacarb 2-AI,由OmyaInternational AG,德国销售;Optigel WX,由BYK Chemie GmbH,德国销售。
2.测定机械性能
在单独制备之后,将水泥质组分A和引发剂组分B在高速混合机中以3:1或1:3的体积比混合并且引入具有14或18mm的直径的在混凝土C20/25中的准备好的钻孔中。通过冲击钻产生钻孔。
通过以在经不同调理的混凝土C20/25(表3)中将具有72mm的锚定深度的M12螺纹锚杆引入具有14或18mm的直径的钻孔测定固化的砂浆组合物的载荷值。
表3:测试的混凝土C20/25的条件。
通过使用液压工具使用高强度钢条在中心拉出具有牢固支撑的螺纹锚杆测定平均破坏载荷。在每种情况下就地将三根螺纹锚杆销钉并且在固化24小时之后测定平均值形式的它们的载荷值。将极限破坏载荷计算为结合强度并且以N/mm2计在表3中给出。
表4:以N/mm2计的结合强度。
续表4
续表4
续表4
3.测定化学收缩
通过使用测量收缩的装置“Schwindkegel Schleibinger Device”(SchleibingerTeubert und Greim GmbH,Buchbach,德国)测定化学收缩。将样品在板而不是锥体上以限定的高度施加并且定位在激光束下。将铝板充当激光束的反射器。将2.5g样品施加至钢板并且用铝板覆盖。将样品的高度调节至1.9mm。通过根据标准实践测量所反射的激光束的高度方面的差异测定收缩。表5描述了与原始无机砂浆相比的收缩,即值-2.30意味着与原始材料相比2.30%的收缩。
表5:化学收缩
如可以从表4中看出,几乎全部本发明的体系在涉及化学紧固锚定机构时与不包含任何硫酸钙的对比体系相比显示了在24小时固化之后的相当大的结合强度以及增加的载荷值以及因此的改进的机械强度。添加硫酸钙,尤其是以5/95至30/70,优选15/85至25/75范围内的硫酸钙比矾土水泥比例添加,与不包含任何硫酸钙的体系相比,导致载荷值的明显增加。此外,已显示在湿的和金刚石钻出的钻孔中改进了性能。尤其是已显示,添加半水合硫酸钙导致与其收缩效应成正比的在金刚石钻出的钻孔(也被称为“超径”)中的载荷值的明显改进。此外,已发现包含硫酸钙的本发明的体系并不在固化之后显示出任何微裂纹。因此,本发明的体系提供了致密密封的锚定体系,这是获得改进的耐腐蚀性和抗冻融性的重要先决条件。
如上文所示,本发明使用硫酸钙,尤其是以在5/95至30/70,优选15/85至25/75范围内的硫酸钙比矾土水泥比例使用硫酸钙,与不包含任何硫酸钙的体系相比,提供了载荷值以及因此的机械强度方面的增加。

Claims (17)

1.硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中的用途,所述无机砂浆体系包含固化性矾土水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B,组分A进一步包含至少一种选自磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸的阻滞剂,至少一种增塑剂和水;和组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。
2.根据权利要求1所述的用途,其中所述矾土水泥组分A为基于水相铝酸钙水泥的矾土水泥组分。
3.根据权利要求1或2所述的用途,其中所述硫酸钙为无水硫酸钙、半水合硫酸钙或二水合硫酸钙的形式,优选为半水合硫酸钙的形式。
4.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中所述硫酸钙包含在无机砂浆体系的固化性矾土水泥组分A中。
5.根据权利要求4所述的用途,其中所述固化性矾土水泥组分A中所包含的硫酸钙以在5/95至30/70,优选15/85至25/75范围内的硫酸钙比矾土水泥的比例存在于所述固化性矾土水泥组分A中。
6.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中所述引发剂包含碱金属和/或碱土金属盐的混合物,所述至少一种缓凝剂选自柠檬酸、酒石酸、乳酸、水杨酸、葡糖酸及其混合物,和所述至少一种矿物填料选自石灰岩填料、砂、刚玉、白云石、耐碱玻璃、碎石、砾石、卵石及其混合物。
7.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中所述引发剂包含锂金属盐的混合物。
8.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中通过混合组分A和B获得的产物中的水比包含硫酸钙的铝酸钙水泥的比例(W/(CAC+CaSO4))小于1.0。
9.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中通过混合组分A和B获得的产物中的包含硫酸钙的铝酸钙水泥比氢氧化锂的比例((CAC+CaSO4)/LiOH)在1.3:1至12.5:1范围内。
10.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中通过混合组分A和B获得的产物中的硫酸钙以约0.95重量%至18.0重量%的范围存在。
11.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中所述锚定机构是锚杆、螺纹锚杆、螺栓或钢筋。
12.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中所述矿物表面是由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构。
13.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中所述矿物表面为湿钻孔。
14.根据前述权利要求任一项所述的用途,其中所述矿物表面为金刚石钻出的钻孔。
15.硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中增加载荷值的用途。
16.硫酸钙在用于将锚定机构化学紧固在矿物表面中的无机砂浆体系中降低收缩的用途。
17.根据前述权利要求任一项所述的用途,用于将锚定机构,优选金属元件化学紧固在矿物表面如由砖砌体、混凝土、透水性混凝土或天然石材制成的结构中的方法中。
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