CN112654591A - 基于具有增加的载荷值的细铝水泥的双组分无机注射砂浆系统 - Google Patents

基于具有增加的载荷值的细铝水泥的双组分无机注射砂浆系统 Download PDF

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CN112654591A CN201980058125.0A CN201980058125A CN112654591A CN 112654591 A CN112654591 A CN 112654591A CN 201980058125 A CN201980058125 A CN 201980058125A CN 112654591 A CN112654591 A CN 112654591A
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Abstract

本发明涉及一种双组分无机注射砂浆系统，其包含可固化的水相铝水泥组分A和在水相中用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸组成的群组的至少一种阻滞剂、至少一种增塑剂和水，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水，其特征在于所述可固化的水相铝水泥组分A包含平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。此外，本发明涉及一种双组分系统和其预备用于将锚固构件化学紧固的用途，所述双组分系统为即用型的，其用于将优选为金属元件的锚固构件化学紧固在矿物基质中，所述矿物基质例如由砖砌、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构。

Description

基于具有增加的载荷值的细铝水泥的双组分无机注射砂浆 系统
技术领域
本发明涉及一种用于将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中的基于细铝水泥的双组分无机注射砂浆系统，其包含可固化的水相铝水泥组分A和在水相中用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸组成的群组的至少一种阻滞剂、至少一种增塑剂和水，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水，其特征在于所述可固化的水相铝水泥组分A包含平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。此外，本发明涉及平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥在无机注射砂浆系统中用以增加载荷值的用途，所述无机注射砂浆系统用于将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中，所述无机注射砂浆系统包含可固化的水相铝水泥组分A和在水相中用于引发固化过程的引发剂组分B。
背景技术
存在许多砂浆系统，其提供将锚固件和后安装钢筋很好地化学紧固在矿物基质或表面中。举例来说，当期望快速固化时，使用基于自由基可聚合树脂的有机系统。但是，人们通常已知，这类系统会造成污染、昂贵、对环境和操作人员造成潜在危险和/或有毒，并且经常需要对其专门标记。此外，当热暴露于强日光或其它高温(如火)下时，有机系统通常会表现出大大降低的稳定性，从而对锚固件和后安装钢筋进行化学紧固时会降低其机械性能。
当提及将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中时，对于所得锚固组合系统的大多数实际应用来说，大多数已知系统缺乏足够的流动性。通常，这类现有技术组合系统在相对短的时间内也显现出开裂的趋势，或者尤其在某些条件下(如在高温的影响下)，在不同条件的井眼中以及在长时间段内不表现出所需的机械性能。此外，当已知系统应用于井眼中时往往显现出很大程度的收缩，这导致锚固件和后安装钢筋的不充分锚固。
因此，需要一种无机注射砂浆系统，优选为双组分无机注射砂浆系统，其优于现有技术系统。确切地说，令人感兴趣的是提供一种系统，所述系统可用于将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中，而不会不利地影响化学锚固系统的处理、特征和机械性能。特别地，需要一种与已知系统相比提供增加的载荷值的系统。另外，需要通过添加细颗粒材料来改善载荷值，以降低更昂贵的粘合剂材料的消耗或改善混合材料的一些特性。特别地，需要一种系统，其易于以浆料、糊料或液体形式应用，并且同时在一定时间段内稳定以被储存，并且特别适合于后安装钢筋。
鉴于上文，本发明的目的是提供一种无机注射砂浆系统，特别是双组分无机注射砂浆系统，其克服了现有技术系统的缺点。确切地说，目的是提供一种即用型、易于处理并且生态友好的双组分无机注射砂浆系统，其可在使用前稳定地储存一定时间段，其在凝固与硬化之间表现出良好的平衡，并且对锚固件和后安装钢筋进行化学紧固时仍具有优异的机械性能。特别是提供一种与已知系统相比同时具有增加的载荷值的系统。
此外，本发明的目的是提供一种用于将锚固构件(优选地金属锚固件和后安装钢筋)化学紧固在矿物基质(如由砖砌、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构)中的方法。
确保对本发明描述后变得显而易见的这些和其它目的通过如独立权利要求中所述的本发明得以解决。从属权利要求涉及优选实施例。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种即用型双组分无机注射砂浆系统，其包含可固化的水相铝水泥组分A和在水相中用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸组成的群组的至少一种阻滞剂、至少一种增塑剂和水，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水，其特征在于所述可固化的水相铝水泥组分A包含平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。
在另一方面，本发明涉及一种平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥在双组分无机注射砂浆系统中用以增加载荷值的用途，所述双组分无机注射砂浆系统用于将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中，其包含可固化的水相铝水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B。
在另一方面，本发明提供了一种双组分无机注射砂浆系统，其用于将锚固构件(优选地金属元件)化学紧固在矿物基质(如由砖砌、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构)中。
具体实施方式
在本发明的上下文中将使用以下术语和定义：
如在本发明的上下文中所使用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个(a/an)”还包括相应的复数。因此，除非另外指出，否则术语“一个(a/an)”旨在表示“一个或多个”或“至少一个”。
在本发明的上下文中，术语“铝水泥”是指主要由水硬性活性铝酸钙组成的铝酸钙水泥。替代名称是“高铝水泥”或法文的“熔融水泥(Ciment fondu)”。铝酸钙水泥的主要活性成分是铝酸一钙(CaAl2O4、CaO·Al2O3或水泥化学符号中的CA)。
在本发明的上下文中，术语“存放期”是指组分停留在固体产物的大体上流体水性悬浮液形式下的时间，所述固体产物能够通过机械方式变回水性悬浮液，而不会凝固或失去其反应性。
在本发明的上下文中，术语“引发剂”是指改变化学环境以开始特定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液的pH值，从而使最终混合物中的水硬性粘合剂脱粘。
在本发明的上下文中，术语“缓凝剂”是指改变化学环境以延迟特定化学反应的化合物或组合物。在本发明中，缓凝剂改变了砂浆悬浮液的铝酸钙水泥的水合能力，从而延迟了最终混合物中的水硬性粘合剂作用。
在本发明的上下文中，术语“初始凝固时间”是指组分A和组分B的混合物在混合后开始凝固的时间。在混合后的一段时间内，混合物保持固体产物的大体上流体水性悬浮液或糊料的形式。
本发明人已出乎意料地发现，与不包含平均粒径在0.5到15μm范围内的任何铝酸钙水泥的系统相比，将平均粒径在0.5-15μm范围内的铝酸钙水泥添加到无机注射砂浆系统中会导致载荷值显著增加，所述无机注射砂浆系统用于将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中，所述无机注射砂浆系统包含可固化的水相铝水泥组分。还已发现，添加细铝酸钙水泥不会不利地影响化学锚固系统的处理特征和机械性能。
因此，本发明涉及一种用于将锚固构件化学紧固在矿物基质中的双组分无机注射砂浆系统，其包含可固化的水相铝水泥组分A和在水相中用于引发固化过程的引发剂组分B。确切地说，根据本发明，组分A进一步包含选自由磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸组成的群组的至少一种阻滞剂、至少一种增塑剂和水，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水，其特征在于可固化的水相铝水泥组分A包含平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。
根据本发明的组分A是基于水相铝水泥(CA)或水相硫铝酸钙水泥(CAS)的。可用于本发明的铝酸钙水泥的特征在于与硫酸钙混合时到快速凝固和快速硬化、快速干燥和收缩补偿、优异的耐腐蚀性和收缩性。适用于本发明中的这类铝酸钙水泥是例如
Figure BDA0002963271700000041
White(法国的凯诺斯(Kerneos,France))。
如果组分A包含铝水泥(CAC)和硫酸钙(CaSO4)的混合物，那么在水合过程中会迅速形成钙矾石。在混凝土化学中，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是由铝酸钙与硫酸钙反应形成的，导致快速凝固和硬化以及收缩补偿或甚至膨胀。随着硫酸盐含量的适度增加，可以实现收缩补偿。
按组分A的总重量计，本发明的组分A包含至少约10重量％、优选至少约20重量％、更优选至少约30重量％、最优选至少约40重量％、约10重量％到约95重量％、优选约20重量％到约90重量％、更优选约30重量％到约85重量％、最优选约40重量％到约80重量％的铝水泥。
根据本发明的替代实施例，组分A包含按组分A的总重量计至少约20重量％、优选至少约30重量％、更优选至少约40重量％、最优选至少约50重量％、约20重量％到约80重量％、优选约30重量％到约70重量％、更优选约35重量％到约60重量％、最优选约40重量％到约55重量％的铝水泥和按组分A的总重量计至少约5重量％、优选至少约10重量％、更优选至少约15重量％、最优选至少约20重量％、约1重量％到约50重量％、优选约5重量％到约40重量％、更优选约10重量％到约30重量％、最优选约15重量％到约25重量％的硫酸钙，优选为半水合硫酸钙。在本发明的双组分无机注射砂浆系统的优选替代实施例中，组分A的CaSO4/CAC的比率应小于或等于35:65。
根据本发明，本发明中使用的用于双组分无机注射砂浆系统中的平均粒径在0.5到15μm范围内的细铝酸钙水泥优选地呈研磨、磨碎或其它最细的铝酸钙水泥的形式，所述双组分无机注射砂浆系统用于将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中。
在一个特别优选的实施例中，铝酸钙水泥的平均粒径(d50％)在0.5到10μm范围内，更优选在2至8μm范围内，最优选的平均粒径在3到6μm范围内。
本发明中使用的细铝酸钙水泥是可商购获得的，例如必须被研磨成相应粒径的
Figure BDA0002963271700000051
White(法国凯诺斯)或平均粒径在0.5到15μm范围内的任何铝酸钙水泥。
在双组分无机注射砂浆系统的可固化的水相铝水泥组分A中包含根据本发明所使用的平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。将平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥添加到无机注射砂浆系统中，降低了更昂贵的粘合剂材料的消耗并改善了混合材料的一些特性，尤其导致载荷值增加。
按铝水泥的总重量计，本发明的组分A包含至少约10重量％、优选至少约20重量％、更优选至少约30重量％、最优选至少约40重量％、约10重量％到约90重量％、优选约20重量％到约80重量％、更优选约30重量％到约75重量％、最优选约40重量％到约70重量％的平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。
特别优选的是，按铝水泥的总重量计，平均粒径为6μm的铝酸钙水泥以约10重量％至90重量％、优选约20重量％至80重量％、更优选约30重量％至75重量％、最优选约40重量％至70重量％范围存在。
包含于根据本发明的组分A中的阻滞剂选自由以下组成的群组：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，特别是85％磷酸水溶液。按组分A的总重量计，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％到约20重量％、优选约0.1重量％到约15重量％、更优选约0.1重量％到约10重量％、最优选约0.3重量％到约10重量％的所述阻滞剂。在一个优选实施例中，按组分A的总重量计，组分A包含约0.3重量％到约10重量％的85％磷酸水溶液。优选地，以相对于水硬性粘合剂总重量的重量计，铝水泥和/或硫铝酸钙水泥的量高于以下值中的任一者：50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或100％。
包含于根据本发明的组分A中的增塑剂选自由以下组成的群组：低分子量(LMW)聚丙烯酸聚合物；缩聚物，例如磺化的三聚氰胺甲醛、木质素磺酸盐、酪蛋白；来自聚膦酸酯聚氧化合物和聚碳酸酯聚氧化合物家族的超增塑剂和来自聚羧酸酯醚家族的超增塑剂，以及其混合物，例如EthacrylTM G(法国阿科玛集团的高泰公司(Coatex,Arkema Group,France))、AcumerTM1051(英国罗门哈斯(Rohm and Haas,U.K.))、
Figure BDA0002963271700000061
(德国西卡(Sika,Germany))或
Figure BDA0002963271700000062
(德国西卡)。合适的增塑剂是可商购获得的产品。按组分A的总重量计，组分A可包含至少约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％到约20重量％、优选约0.3重量％到约15重量％、更优选约0.4重量％到约10重量％、最优选约0.5重量％到约8重量％的所述增塑剂。
在一个有利的实施例中，组分A进一步包含以下单独或组合存在的特征。
组分A可另外包含增稠剂。可用于本发明中的增稠剂可选自由以下组成的群组：有机产品，如黄原胶、威兰胶(welan gum)或
Figure BDA0002963271700000063
胶(美国斯比凯可(CPKelko,USA))、淀粉衍生的醚、瓜尔豆衍生的醚、纤维素衍生的醚、聚丙烯酰胺、角叉菜胶、琼脂浆；和矿物产品，如粘土，以及其混合物。合适的增稠剂是可商购获得的产品。按组分A的总重量计，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％到约10重量％、优选约0.1重量％到约5重量％、更优选约0.2重量％到约1重量％、最优选约0.3重量％到约0.5重量％的所述增稠剂。
组分A可进一步包含抗菌剂或杀生物剂。可用于本发明的抗菌剂或杀生物剂可选自由异噻唑啉酮家族的化合物组成的群组，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)和其混合物。合适的抗菌剂或杀生物剂是可商购获得的产品。示例性地提及的是Ecocide K35R(法国普来济文(Progiven,France))、Ebotec MB 150和Nuosept OB 03(荷兰阿什兰(Ashland,The Netherlands))。按组分A的总重量计，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0.02重量％、约0.001重量％到约1.5重量％、优选约0.005重量％到约0.1重量％、更优选约0.01重量％到约0.075重量％、最优选约0.02重量％到约0.03重量％的所述抗菌剂或杀生物剂。在一个优选实施例中，按组分A的总重量计，组分A包含约0.02重量％到约0.03重量％的Nuosept OB 03。
组分A可包含至少一种填料，特别是无机或矿物填料。可用于本发明中的填料可选自由以下组成的群组：粗石英、石英粉末(优选平均粒径(d50％)约为16μm的石英粉末)、石英砂、粘土、粉煤灰、气相法二氧化硅、碳酸盐化合物、氧化铝、颜料、氧化钛、轻质填料、刚玉和其混合物。合适的矿物填料是可商购获得的产品。示例性地提及的是石英粉末MillisilW12或W6(德国廓兹微克公司(Quarzwerke GmbH,Germany))、石英砂F32(德国廓兹微克公司)或如
Figure BDA0002963271700000071
(法国凯诺斯公司(Kerneos S.A,France))的Sewper骨料。按组分A的总重量计，组分A可包含至少约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％到约50重量％、优选约2重量％到约40重量％、更优选约5重量％到约30重量％、最优选约8重量％到约25重量％的所述至少一种填料。
按组分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％到约50重量％、优选约5重量％到约40重量％、更优选约10重量％到约30重量％、最优选约15重量％到约25重量％。
增塑剂、增稠剂以及抗菌剂或杀生物剂的存在不会改变水泥质组分A的总体无机性质。
包含铝水泥或硫铝酸钙水泥的组分A以水相存在，优选以浆料或糊料的形式存在。
本发明的组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。为了确保足够的加工时间，由此初始凝固时间为至少5分钟或更长，除引发剂组分之外，以不同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中的引发剂包含活化剂组分和任选的加速剂组分，其包含碱金属和/或碱土金属盐的混合物。
确切地说，活化剂组分由选自由以下组成的群组的至少一种碱金属和/或碱土金属盐构成：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、碳酸盐和其混合物，优选地，活化剂组分是碱金属或碱土金属盐，更优选地是钙金属盐，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，最优选地是氢氧化锂。在一个优选实施例中，组分B中使用的氢氧化锂是10％氢氧化锂水溶液。
按组分B的总重量计，组分B包含至少约0.5重量％、优选至少约1重量％、更优选至少约5重量％、最优选至少约10重量％、约0.5重量％到约40重量％、优选约1重量％到约35重量％、更优选约5重量％到约30重量％、最优选约10重量％到约25重量％的所述活化剂。在特别优选的实施例中，活化剂包含水和氢氧化锂。按组分B的总重量计，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％到约50重量％、优选约5重量％到约40重量％、更优选约10重量％到约30重量％、最优选约15重量％到约25重量％。按组分B的总重量计，组分B中所包含的氢氧化锂含量为至少约0.5重量％、优选至少约1重量％、更优选至少约2重量％、最优选至少约3重量％、约0.5重量％到约5重量％、优选约1.0重量％到约4重量％、更优选约1.5重量％到约3重量％、最优选约2重量％到约2.5重量％。在最优选的实施例中，按组分B的总重量计，组分B包含约10重量％到约35重量％的10％氢氧化锂水溶液。在另一最优选的实施例中，按组分B的总重量计，组分B包含约1重量％到约5重量％的10％氢氧化钠水溶液。在替代实施例中，组分B可包含0重量％的活化剂，只要存在足够的加速剂，例如硫酸锂，其可以用作活化剂。
任选的加速剂组分由选自由以下组成的群组的至少一种碱金属和/或碱土金属盐构成：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、碳酸盐和其混合物，优选地，加速剂组分是碱金属或碱土金属盐，再优选地为水溶性碱金属或碱土金属盐，更优选地为钙金属盐，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、碳酸锂、氯化锂、甲酸锂、柠檬酸锂或磷酸锂，最优选地为硫酸锂。按组分B的总重量计，组分B包含至少约1重量％、优选至少约2重量％、更优选至少约4重量％、最优选至少约5重量％、约1重量％到约25重量％、优选约2重量％到约20重量％、更优选约4重量％到约15重量％、最优选约5重量％到约10重量％的所述加速剂。
在本发明的组分B的一个特别优选的实施例中，10％氢氧化锂水溶液/10％硫酸锂水溶液的比率为7/1。
包含于根据本发明的组分B中的至少一种缓凝剂选自由以下组成的群组：柠檬酸、酒石酸、乳酸、水杨酸、葡萄糖酸和其混合物，优选为柠檬酸和酒石酸的混合物。按组分B的总重量计，组分B包含至少约1重量％、优选至少约2重量％、更优选至少约4重量％、最优选至少约5重量％、约1％到约25重量％、优选约2％到约15重量％、更优选约4％到约15重量％、最优选约5重量％到约10重量％的所述缓凝剂。
在本发明的组分B的一个特别优选的实施例中，柠檬酸/酒石酸的比率为1.6/1。
根据本发明的组分B中包含的至少一种矿物填料选自由以下组成的群组：石灰石填料、砂、碎石、砾石、小卵石和其混合物，优选的是石灰石填料，例如各种碳酸钙。至少一种矿物填料优选地选自由以下组成的群组：石灰石填料或石英填料，如石英粉末MillisilW12或W6(德国廓兹微克公司)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。按组分B的总重量计，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％、再更优选至少约60重量％、最优选至少约70重量％、约30重量％到约95重量％、优选约35重量％到约90重量％、更优选约40重量％到约85重量％、再更优选约45重量％到约80重量％、最优选约50重量％到约75重量％的至少一种矿物填料。选择至少一种矿物填料以获得与铝水泥的粒径互补的粒径。优选的是，至少一种矿物填料的平均粒径不超过500μm、更优选不超过400μm、最优选不超过350μm。
在本发明的一个特别优选的实施例中，包含在组分B中的至少一种矿物填料是三种不同的碳酸钙的混合物，即碳酸钙细粒，如不同的
Figure BDA0002963271700000091
类型(德国欧米亚国际公司(Omya International AG,Germany))。最优选地，第一碳酸钙具有约为3.2μm的平均粒径(d50％)并且在45μm筛网上具有0.05％的残余物(根据ISO 787/7测定)。第二碳酸钙具有约为7.3μm的平均粒径(d50％)并且在140μm筛网上具有0.5％的残余物(根据ISO 787/7测定)。第三碳酸钙具有约为83μm的平均粒径(d50％)并且在315μm筛网上具有1.0％的残余物(根据ISO 787/7测定)。在本发明的组分B的一个特别优选的实施例中，第一碳酸钙/第二碳酸钙/第三碳酸钙的比率为1/1.5/2。
在本发明的特别优选的替代实施例中，组分B中包含的至少一种矿物填料是三种不同石英填料的混合物。最优选地，第一石英填料是平均粒径(d50％)约为240μm的石英砂。第二石英填料是平均粒径(d50％)约为40μm的石英粉末。第三石英填料是平均粒径(d50％)约为15μm的石英粉末。在本发明的组分B的一个特别优选的实施例中，第一石英填料/第二石英填料/第三石英填料的比率为3/2/1。
在一个有利的实施例中，组分B进一步包含以下单独或组合存在的特征。
组分B可另外包含增稠剂。用于本发明的增稠剂可选自由以下组成的群组：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。示例性地提及的是聚乙烯醇(PVA)、疏水改性的碱溶性乳液(HASE)、本领域中已知称为HEUR的疏水改性的环氧乙烷氨基甲酸酯聚合物，以及纤维素增稠剂，如羟甲基纤维素(HMC)、羟乙基纤维素(HEC)、经疏水性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(attapulgiteclay)，以及其混合物。合适的增稠剂是可商购获得的产品，如Optigel WX(德国毕克化学(BYK-Chemie GmbH,Germany)、Rheolate 1(德国海名斯(Elementis GmbH,Germany))和Acrysol ASE-60(陶氏化学公司(The Dow Chemical Company))。按组分B的总重量计，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％到约15重量％、优选约0.05重量％到约10重量％、更优选约0.1重量％到约5重量％、最优选约0.3重量％到约1重量％的所述增稠剂。
缓凝剂和增稠剂的存在不会改变水泥质组分B的总体无机性质。
包含引发剂和缓凝剂的组分B以水相存在，优选以浆料或糊料的形式存在。
优选的是，组分B的pH值高于10，更优选高于11，最优选高于12，特别是在10到14之间的范围内，优选在11到13之间。
特别优选的是，选择两种组分(即组分A和组分B)中水的比例，以使得通过混合组分A和B获得的产物中的水与铝水泥的比率(W/CAC)或水与硫铝酸钙水泥的比率(W/CAS)低于1.5，优选在0.3到1.2之间，最优选在0.3到0.8之间。
此外，特别优选的是，选择组分B中锂的比例，以使得通过混合组分A和B获得的产物中锂与铝水泥的比率(Li/CAC)和锂与硫铝酸钙水泥(Li/CAS)的比率小于0.01，优选在0.001到0.0075之间，最优选在0.0025到0.005之间。
此外，特别优选的是，选择组分B中的缓凝剂的比例，以使得通过混合组分A与B获得的产物中到柠檬酸/酒石酸与铝水泥的比率和柠檬酸/酒石酸与硫铝酸钙水泥的比率小于0.5，优选在0.001到0.4之间，最优选在0.001到0.08之间。
本发明的组分A可以如下制备：将含磷阻滞剂与水混合，使得所得混合物的pH值为约2。加入增塑剂并将混合物均质化。将铝水泥、任选的硫酸钙和任选的矿物填料预混合并逐步添加到混合物中，同时提高搅拌速度，以使所得混合物的pH值约为4。最后，加入增稠剂和抗菌剂/杀生物剂并混合，直到混合物完全均质化。
本发明的组分B可以如下制备：将加速剂溶解在活化剂的水溶液中，接着后续加入缓凝剂并使混合物均质化。逐步添加填料，同时提高搅拌速度，直到混合物均质化。最后，加入增稠剂，直到混合物完全均质化。
组分A和B以水相存在，优选以浆料或糊料的形式存在。确切地说，组分A和B根据其各自的组成具有糊状到流体的外观。在一个优选实施例中，组分A和组分B呈糊料的形式，从而防止在混合两种组分时流挂。
组分A与组分B的重量比(A/B)优先包含在7/1与1/3之间，优选为3/1。优选地，混合物的组合物包含75重量％的组分A和25重量％的组分B。
双组分系统具有矿物性质，其不受其它试剂的额外增稠剂的存在的影响。
双组分系统的存放期取决于每个相应组分的单独存放期，确切地说组分A以及组分B在环境温度下的存放期至少为六个月，以保护系统免受储存和供应延迟的影响。最优选的是，组分A和B各自稳定至少六个月。将组分A和B储存在紧密封闭的容器中，以避免水在40℃下蒸发，并在若干时间间隔后检查以下是否有任何变化：流动性、均质性、是否发生沉淀和pH值。6个月后所有组分的特性均保持不受影响，因此在40℃下的存放期至少为6个月。
优选的是，双组分无机注射砂浆系统的初始凝固时间至少为5分钟、优选至少10分钟、更优选至少15分钟、最优选至少20分钟，将两种组分A和B混合之后，凝固时间尤其在约5到25分钟范围内，优选在约10到20分钟范围内。
在多组分砂浆系统，特别是在双组分无机注射砂浆系统中，水泥质组分A与引发剂组分B的体积比为1:1到7:1，优选为3:1。
在单独地产生后，将组分A和组分B引入单独的容器中，然后借助机械设备将其从所述容器中喷出，并引导通过混合设备。本发明的双组分无机注射砂浆系统优选为即用型系统，借此组分A和B彼此分离地安置在多腔室设备中，如多腔室筒和/或多腔室圆筒或双组分胶囊中，优选在双腔室筒或双组分胶囊中。多腔室系统优选地包括两个或更多个用于分离可固化组分A和引发剂组分B的箔袋。通过混合设备(优选地经由静态混合器)混合在一起的腔室或袋的内容物可以被注入井眼中。多腔室筒或桶或铲斗组中的组合件也是可能的。
将静态混合器中存在的硬化铝水泥组合物直接插入井眼中，这因此对于紧固锚固构件是必需的，并且在化学紧固锚固构件的过程中首先已被引入矿物基质中，随后插入和调节待紧固的构造元件(例如锚固杆)，随后砂浆组合物凝固并硬化。确切地说，本发明的双组分系统被认为是用于紧固金属元件的化学锚固件。
本发明的双组分无机注射砂浆系统可用于将锚固构件、优选地金属元件(如锚固杆，特别是螺纹杆、螺栓、钢筋条等)化学紧固在矿物基质(如由砖砌、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构)中。确切地说，本发明的双组分无机注射砂浆系统可用于将锚固构件(如金属元件)化学紧固在井眼中。其可用于锚固目的，涵盖在高于室温的温度下或在高温(如高于80℃)下提高载荷能力，和/或涵盖在固化状态下提高粘结应力。出于锚固目的，增加的耐热性使得在较高温度下也具有更好的操作能力，如在暴露于强日光或其它高温下的立面锚固物的井眼的区域中存在的温度下。
此外，本发明的包含平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥的双组分无机注射砂浆系统可用于连接纤维、稀松布、织物或复合物(特别是高模量纤维、优选碳纤维)，特别是用于加固建筑结构(例如墙壁或天花板或地板)，或进一步用于将如板或块(例如由石头、玻璃或塑料制成)的组件安装在建筑或结构元件上。但是，确切地说，其用于将锚固构件、优选地金属元件(如锚固杆，特别是螺纹杆、螺栓、钢筋条等)紧固在矿物基质(如由砖砌、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构)中的凹口(如井眼)中，从而例如借助静态混合物或通过破坏筒或塑料袋或通过混合多腔室桶或铲斗组的组分而使本发明的双组分无机注射砂浆系统预先混合。
以下实例说明本发明，而非由此限制本发明。
实例
1.组分A和组分B的制备
本发明的实例2到5和比较实例1的液体浆料(水泥质化合物A和引发剂化合物B)是根据以下程序产生的：
组分A：
使17.55克去离子水、2.72克85％磷酸(阻滞剂)、0.5克黄原胶(增稠剂)、0.6克的Ethacryl
Figure BDA0002963271700000131
(超增塑剂)和0.19克的
Figure BDA0002963271700000132
(杀生物剂)在室温下均质化，并用溶解器搅拌的同时，将铝酸钙水泥(纯Ternal
Figure BDA0002963271700000133
[比较实例1]或根据表1预混合的Ternal
Figure BDA0002963271700000134
[本发明的实例2到5])以后续小份加入，最终得到在水中的封闭水泥的平滑液体糊状浆料，其pH值低于7。不同的A-组分A0到A4的组成的区别仅在于如下CAC化合物的组成(重量％:重量％)：
表1：组分A的组成
组分A A0 A1 A2 A3 A4
Ternal White<sup>1)</sup> 100 90 75 50 25
细Ternal White<sup>2)</sup> 0 10 25 50 75
1)Ternal
Figure BDA0002963271700000141
是来自法国凯诺斯的市售铝酸钙水泥，其平均粒径d50为21μm；
2)通过合适的工艺(例如在球磨机中)研磨Ternal
Figure BDA0002963271700000142
得到“细TernalWhite”——平均粒径d50为6μm的细铝酸钙水泥。
组分B：
在16.59克10％的水性LiOH溶液(活化剂)中，使2.28克柠檬酸和1.42克酒石酸(缓凝剂)、2.14克
Figure BDA0002963271700000143
(超增塑剂)和
Figure BDA0002963271700000144
WX(增稠剂)溶解。用溶解器搅拌的同时，将77.15克以下碳酸钙填料的混合物以后续份加入：35.3克
Figure BDA0002963271700000145
130AL、24.13克
Figure BDA0002963271700000146
15H AL、17.72克
Figure BDA0002963271700000147
2AL，最终得到在水中的方解石的平滑的液体糊状浆液，其pH值高于11。
2.化学锚固件的机械性能的测定
分别将组分A0到A4和组分B以A:B＝1:3的体积比分开装入并排的筒中，并通过静态混合器分配到混凝土C20/25中的锤击钻孔井眼中，其中井眼直径为14.0mm。用两次固化时间测试不同的井眼条件：
“Ref”是指干燥的混凝土、通过用压缩空气重复刷洗/吹出而清洁得很好的井眼；
“F1a”是指干燥的混凝土、通过吹出钻屑但不刷洗而部分清洁的井眼；
“F1b”是指水饱和的混凝土、通过吹出钻屑但不刷洗而部分清洁的井眼。
在每种条件下，通过在注入混合物后立即插入尺寸为M12、埋深为72mm的螺纹钢杆来测试5个井眼，并且在24小时和七天后，通过在狭窄约束下的中心拉出测试拉出锚固件，并检测失效时的正常粘结强度，得出以下数据(表2.1和2.2)：
表2.1：24小时后的粘结强度，单位为N/mm2
Figure BDA0002963271700000151
表2.2：7天后的粘结强度，单位为N/mm2
Figure BDA0002963271700000152
如从表2.1和2.2中可以看出，与具有初始产品Ternal
Figure BDA0002963271700000153
的比较系统1相比，所有本发明的系统显示出显著增加的粘结强度，所述初始产品Ternal
Figure BDA0002963271700000154
是平均粒径为21μm的铝酸钙水泥，其未由制造商研磨，这意味着其不包含平均粒径在0.5到15μm范围内的任何铝酸钙水泥。此外，在所有情况下，可以看到在第一周期间有明显的固化后效果。所有系统在恶劣的井眼条件下表现得极其稳固(比较“Ref”与“F1a”和“F1b”)，因此添加平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥可显著提高机械特性而不会损害双组分水泥质注射系统的固化行为或稳固特性。
如上所示，与不包含任何细铝酸钙水泥(即平均粒径在0.5到10μm范围内的铝酸钙水泥)的系统相比，使用按铝水泥的总重量计≥10重量％的平均粒径在0.5到15μm范围内(优选平均粒径d50小于10μm)的铝酸钙水泥可增加载荷值，并且因此提高机械强度。

Claims (17)

1.一种双组分无机注射砂浆系统，其包含可固化的水相铝水泥组分A和在水相中用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸组成的群组的至少一种阻滞剂、至少一种增塑剂和水，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水，其特征在于所述可固化的水相铝水泥组分A包含平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。
2.根据权利要求1所述的双组分无机注射砂浆系统，其特征在于按所述铝水泥的总重量计，平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥以10到90重量％范围存在。
3.根据权利要求1或2所述的双组分无机注射砂浆系统，其中
i)所述引发剂包含碱金属和/或碱土金属盐的混合物，
ii)所述至少一种缓凝剂选自由以下组成的群组：柠檬酸、酒石酸、乳酸、水杨酸、葡萄糖酸和其混合物，并且
iii)所述至少一种矿物填料选自由以下组成的群组：石灰石填料、砂、刚玉、白云石、耐碱玻璃、碎石、砾石、小卵石和其混合物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的双组分无机注射砂浆系统，其中所述引发剂包含锂盐和/或钠盐的混合物。
5.根据前述权利要求中任一项所述的双组分无机注射砂浆系统，其中所述至少一种缓凝剂为柠檬酸、酒石酸或其混合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的双组分无机注射砂浆系统，其中组分A和组分B呈浆料或糊料形式。
7.一种根据前述权利要求中任一项所述的双组分无机注射砂浆系统的用途，其用于将锚固构件化学紧固在矿物基质中。
8.根据权利要求7所述的用途，其中所述锚固构件为锚固杆、螺纹锚固杆、螺栓或钢筋条。
9.根据权利要求7或8所述的用途，其中所述矿物基质是由砖砌、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构。
10.一种平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥在无机注射砂浆系统中用以增加载荷值的用途，所述无机注射砂浆系统用于将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中，其包含可固化的水相铝水泥组分A和在水相中用于引发固化过程的引发剂组分B。
11.根据权利要求10所述的用途，其中组分A进一步包含至少一种阻滞剂和至少一种增塑剂，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水。
12.根据权利要求10或11所述的用途，其中所述至少一种阻滞剂选自由以下组成的群组：磷酸、偏磷酸、亚磷酸和膦酸。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的用途，其中所述铝酸钙水泥包含在所述无机注射砂浆系统的所述可固化的水相铝水泥组分A中。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的用途，其中按所述铝水泥的总重量计，平均粒径在0.5到15μm范围内的所述铝酸钙水泥以10到90重量％范围存在。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的用途，其中所述引发剂组分B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由以下组成的群组：柠檬酸、酒石酸、乳酸、水杨酸、葡萄糖酸和其混合物，并且所述至少一种矿物填料选自由以下组成的群组：石灰石填料、砂、刚玉、白云石、耐碱玻璃、碎石、砾石、小卵石和其混合物。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的用途，其中所述锚固件和后安装钢筋为锚固杆、螺纹锚固杆、螺栓或钢筋条。
17.一种将锚固件和后安装钢筋化学紧固在矿物基质中的方法，其特征在于使用无机注射砂浆系统进行紧固，所述无机注射砂浆系统包含可固化的铝水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B，其中组分A进一步包含至少一种阻滞剂、至少一种增塑剂和水，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂、至少一种矿物填料和水，并且所述无机注射砂浆系统含有平均粒径在0.5到15μm范围内的铝酸钙水泥。
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