CN114829318A - 至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在基于高铝水泥的无机砂浆体系中提高荷载值的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系中的用途，所述无机砂浆体系包含可固化高铝水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由以下组成的组的至少一种阻滞剂：硼酸、磷酸、偏磷酸、亚磷酸、膦酸、其盐及混合物，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。此外，本发明涉及至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在无机砂浆中提高荷载值、减少收缩的用途，以及涉及一种用于在矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构，中对锚固装置，优选金属元件，进行化学紧固的方法。

Description

至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在基于高铝水泥的 无机砂浆体系中提高荷载值的用途
技术领域
本发明涉及至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系中的用途，该无机砂浆体系包含可固化高铝水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由以下组成的组的至少一种阻滞剂(blocking agent)：硼酸、磷酸、偏磷酸、亚磷酸、膦酸、其盐及混合物，并且组分B包含引发剂、至少一种缓凝剂(retarder)、至少一种矿物填料和水。特别地，本发明涉及至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系中提高荷载值的用途。此外，本发明涉及一种用于矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构中对锚固装置，优选地为金属元件，进行化学紧固的方法。
背景技术
存在许多砂浆体系，其在矿物基材中提供对锚固装置进行的良好化学紧固。例如，当期望快速固化时，使用基于可自由基聚合树脂的有机体系。然而，通常已知此类体系对于环境和对于处理它们的人来说是污染性的、昂贵的、潜在危险的和/或有毒的，并且它们经常需要被特别地标记。此外，当热暴露于强烈的阳光或其它高温，如火时，有机体系通常显示出大大降低的稳定性，从而当涉及对锚固装置进行化学紧固时降低其机械性能。
为了克服这些缺点，主要开发了基于高铝水泥的矿物体系。铝水泥以铝酸一钙为主要成分，并且由于其最终产品在较长时间段内显示出高水平的机械性能，因此广泛地用于建筑和施工行业。而且，高铝水泥比波特兰水泥更耐酸并且更快速地达到其最大强度，并且能够耐受硫酸盐溶液。因此，在化学锚固领域中优选采用铝水泥系统。
当涉及矿物基材中对锚固装置进行化学紧固时，大多数已知体系缺乏足够的流动性以用于所得组合物的大多数实际应用。通常，此类现有技术组合物还显示出在相对短的时间内开裂的倾向或不表现出所需的机械性能，特别是在某些条件下，如在高温的影响下、在金刚石钻出的钻孔中，或在湿钻孔中以及在长时间段内。此外，当应用于钻孔中时，已知的体系倾向于表现出很大程度的收缩，这导致锚固装置的锚固不足。
因此，需要优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。特别地，令人感兴趣的是提供了一种体系，该体系可以用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固，而不会不利地影响化学锚固体系的处理、特性和机械性能，尤其是当应用于金刚石钻出的钻孔、湿钻孔中和在长时间段内时。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。此外，长期以来一直需要补偿砂浆在钻孔中的收缩，同时确保锚固装置如锚杆、螺纹锚杆、螺栓或钢筋条的锚固。
鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种无机砂浆体系，优选多组分砂浆体系，特别是双组分无机砂浆体系，其具有优异的机械性能，特别是在某些条件下，如在金刚石钻出的钻孔中、在湿钻孔中和在长时间段内，并且同时与已知体系相比时具有提高的荷载值。此外，无机砂浆体系应表现出低收缩以保证稳固的锚固应用。
此外，本发明的一个目的是提供一种用于在矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构中对锚固装置，优选地为金属元件，进行化学紧固的方法。
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的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，本发明涉及至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系中的用途，该无机砂浆体系包含可固化高铝水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由以下组成的组的至少一种阻滞剂：硼酸、磷酸、偏磷酸、亚磷酸、膦酸、其盐及混合物，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以提高荷载值。
在另一方面，本发明涉及一种用于矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构中对锚固装置，优选地为金属元件，进行化学紧固的方法。
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“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结剂解除阻滞。
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，缓凝剂改变砂浆悬浮液的铝酸钙水泥的水合能力，从而延迟最终混合物中的水硬性粘结剂作用。
术语“至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料”是指矿物硬度的莫氏硬度并且是基于一种天然矿物样品明显地刮擦另一种矿物的能力，并且包括莫氏硬度大于或等于8的所有骨料，如黄玉、立方氧化锆、金绿宝石、铬、氮化硅、碳化钽、刚玉、蓝宝石红宝石、碳化钨、氮化钛、碳化硅、碳化钨、碳化钽、碳化锆、氧化铝、碳化铍、碳化钛、硼化铝、碳化硼、硼、氮化硼、二硼化铼、超石英、二硼化钛、金刚石和黑金刚石。
本发明人令人惊讶地发现，当与不包含至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料的体系相比时，将至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料添加到无机砂浆体系中导致荷载值的显著提高，该无机砂浆体系用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固，其包含可固化高铝水泥组分，优选地基于铝酸钙水泥。还已经发现，添加至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料不会不利地影响化学锚固体系的处理、特性和机械性能，尤其是当应用于金刚石钻出的钻孔中、湿钻孔中以及在长时间段内时。
因此，本发明涉及至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系中用途，该无机砂浆体系包含可固化高铝水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B。特别地，组分A进一步包含选自由以下组成的组的至少一种阻滞剂：硼酸、磷酸、偏磷酸、亚磷酸、膦酸、其盐及混合物，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。此外，组分A包含至少一种增塑剂和水。
本发明中使用的组分A基于高铝水泥(CA)或硫铝酸钙水泥(CSA)。可以用于本发明的高铝水泥组分优选基于水相铝酸钙水泥(CAC)的高铝水泥组分。用于本发明中的铝水泥的特征在于快速凝固和快速硬化、快速干燥、优异的耐腐蚀性和收缩性。适合用于本发明中的这类铝酸钙水泥是例如
Figure BDA0003699346350000041
White(法国凯诺斯(Kerneos,France))。
已经发现，如果组分A包含铝酸钙水泥(CAC)和至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料的混合物，则可以实现荷载值的提高。
在根据本发明的在用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系中使用的至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料，优选矿物骨料选自由以下组成的组：黄玉、立方氧化锆、金绿宝石、铬、氮化硅、碳化钽、刚玉、蓝宝石红宝石、碳化钨、氮化钛、碳化硅、碳化钨、碳化钽、碳化锆、氧化铝、碳化铍、碳化钛、硼化铝、碳化硼、硼、氮化硼、二硼化铼、超石英、二硼化钛、金刚石和黑金刚石。在本发明的优选实施例中，至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料为刚玉、黄玉或金刚石。在本发明的最优选实施例中，至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料为刚玉。
根据本发明使用的至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料优选地包含在无机砂浆体系的可固化高铝水泥组分A中。在本发明的优选实施例中，至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料包含在基于无机砂浆体系的水相铝酸钙水泥的可固化高铝水泥组分中。
特别地，包含在可固化高铝水泥组分A中的至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料存在至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料与水相受阻滞的铝酸钙水泥组分的重量比范围为70/30至30/70，优选地60/40至40/60，最优选地50/50的重量比。在本发明的特别优选实施例中，刚玉存在于基于水相铝酸钙水泥的可固化高铝水泥组分中，刚玉与水相受阻滞的铝酸钙水泥组分的重量比范围为70/30至30/70，优选地60/40至40/60，最优选地比为50/50。
至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料具有优选地范围为0.1至2mm，更优选地1至2mm，最优选地1.2至1.8mm的平均粒度。
在本发明的最优选实施例中，至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料是粒度范围为0.1至2mm，更优选地1至2mm，最优选地1.2至1.8mm的刚玉，并且存在刚玉与水相受阻滞的铝酸钙水泥组分的重量比范围为70/30至30/70，优选地60/40至40/60，最优选地50/50的重量比。
本发明中使用的组分A包含按组分A的总重量计至少约40wt.-％，优选地至少约50wt.-％，更优选地至少约60wt.-％，最优选地至少约65wt.-％，约40wt.-％至约95wt.-％，优选地约50wt.-％至约90wt.-％，更优选地约60wt.-％至约85wt.-％，最优选约65wt.-％至约80wt.-％的高铝水泥，优选铝酸钙水泥。
根据本发明的可替代实施例，按组分A的总重量计，组分A包含至少约20wt.-％，优选地至少约30wt.-％，更优选地至少约40wt.-％，最优选地至少约50wt.-％，约20wt.-％至约80wt.-％，优选地约30wt.-％至约70wt.-％，更优选地约35wt.-％至约60wt.-％，最优选地约40wt.-％至约55wt.-％的高铝水泥和按组分A的总重量计至少约0.1wt.-％，优选地至少约1wt.-％，更优选地至少约1.5wt.-％，最优选地至少约2wt.-％，约0.1wt.-％至约50wt.-％，优选地约0.5wt.-％至约40wt.-％，更优选地约1wt.-％至约30wt.-％，最优选地约15wt.-％至约25wt.-％的硫酸钙，优选半水合硫酸钙。在本发明的双组分砂浆体系的优选可替代实施例中，组分A的CaSO4/CAC的比应小于或等于5:95。
包含在本发明中使用的组分A中的阻滞剂选自由以下组成的组：硼酸、磷酸、偏磷酸、亚磷酸、膦酸、其盐及混合物，优选地为磷酸或偏磷酸，最优选地为磷酸，特别是85％的磷酸水溶液。按组分A的总重量计，组分A包含至少约0.1wt.-％，优选地至少约0.3wt.-％，更优选地至少约0.4wt.-％，最优选地至少约0.5wt.-％，约0.1wt.-％至约20wt.-％，优选地约0.1wt.-％至约15wt.-％，更优选地约0.1wt.-％至约10wt.-％，最优选地约0.3wt.-％至约10wt.-％的所述阻滞剂。在优选实施例中，按组分A的总重量计，组分A包含约0.3wt.-％至约10wt.-％的85％磷酸水溶液。优选地，高铝水泥和/或硫铝酸钙水泥的量相对于水硬性粘结剂总重量按重量计高于以下值中的任何一个：50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或为100％。
此外，增塑剂可以存在于组分A中。包含在本发明中使用的组分A中的增塑剂选自由以下组成的组：低分子量(LMW)聚丙烯酸聚合物、来自缩聚物家族的超增塑剂、来自聚膦酸酯聚氧化乙烯(polyox)和聚碳酸酯聚氧化乙烯家族的超增塑剂以及来自聚羧酸酯醚基的超增塑剂及其混合物，例如EthacrylTM G(法国的阿科玛集团的高泰公司(Coatex，Arkema Group，France))、AcumerTM 1051(英国的罗门哈斯公司(Rohm and Haas,U.K.))或
Figure BDA0003699346350000061
Figure BDA0003699346350000062
HE(德国的西卡公司)。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包含至少约0.01wt.-％，优选地至少约0.1wt.-％，更优选地至少约0.2wt.-％，最优选地至少约0.3wt.-％，约0.01wt.-％至约20wt.-％，优选地约0.1wt.-％至约15wt.-％，更优选地约0.2wt.-％至约10wt.-％，最优选地约0.3wt.-％至约5wt.-％的所述增塑剂。
在有利的实施例中，组分A进一步包含单独或组合的以下特征。
组分A可以另外包含增稠剂。可以用于本发明的增稠剂可以选自由以下组成的组：有机产品，如黄原胶、文莱胶或
Figure BDA0003699346350000063
胶(美国的CPKelko公司)、淀粉衍生醚、瓜尔胶衍生醚、纤维素醚、聚丙烯酰胺、角叉菜胶、琼脂和矿物产品，如黏土，以及它们的混合物。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0.01wt.-％，优选地至少约0.1wt.-％，更优选地至少约0.15wt.-％，最优选地至少约0.2wt.-％，约0.01wt.-％至约10wt.-％，优选地约0.1wt.-％至约5wt.-％，更优选地约0.2wt.-％至约1wt.-％，最优选地约0.25wt.-％至约0.7wt.-％的所述增稠剂。
组分A还可以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。示范性提及的是Ecocide K35R(法国的Progiven公司)和Nuosept OB 03(荷兰的亚什兰公司(Ashland,The Netherlands))。按组分A的总重量计，组分A包含至少约0.001wt.-％，优选地至少约0.002wt.-％，更优选地至少约0.005wt.-％，最优选地至少约0.01wt.-％，约0.001wt.-％至约1.5wt.-％，优选地约0.002wt.-％至约0.1wt.-％，更优选地约0.005wt.-％至约0.075wt.-％，最优选地约0.01wt.-％至约0.03wt.-％的所述抗菌剂或杀生物剂。在优选实施例中，按组分A的总重量计，组分A包含约0.01wt.-％至约0.03wt.-％的Nuosept OB 03。
在可替代的实施例中，组分A可以进一步包含至少一种填料，特别是有机填料或矿物填料。可以用于本发明的填料可以选自由以下组成的组：石英粉、优选地平均晶粒度(d50％)为约16μm的石英粉、石英砂、黏土、飞灰，煅制二氧化硅、碳酸盐化合物、颜料、氧化钛、轻质填料以及它们的混合物。合适的矿物填料是可商购获得的产品。示范性地提及的是石英粉Millisil W12或W6(德国的Quarzwerke GmbH)。按组分A的总重量计，组分A包含至少约1wt.-％，优选地至少约2wt.-％，更优选地至少约5wt.-％，最优选地至少约8wt.-％，约1wt.-％至约50wt.-％，优选地约2wt.-％至约40wt.-％，更优选地约5wt.-％至约30wt.-％，最优选地约8wt.-％至约20wt.-％的所述至少一种填料。
按组分A的总重量计，包含在组分A中的水含量为至少约0.1wt.-％，优选地至少约1wt.-％，更优选地至少约5wt.-％，最优选地至少约10wt.-％，约1wt.-％至约50wt.-％，优选地约5wt.-％至约40wt.-％，更优选地约7.5wt.-％至约30wt.-％，最优选地约10wt.-％至约25wt.-％。
增塑剂、增稠剂、填料以及抗菌剂或杀生物剂的存在不会改变水泥质组分A的整体无机性质。
包含高铝水泥或硫铝酸钙水泥的组分A存在于水相中，优选地以浆液或糊剂的形式存在。
本发明中使用的组分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，除了引发剂组分之外，以不同的浓度使用至少一种防止砂浆组合物过早硬化的缓凝剂。
组分B中存在的引发剂由活化剂组分和促进剂组分组成，其包含碱金属盐和/或碱土金属盐的混合物。
特别地，活化剂组分由至少一种碱金属盐和/或碱土金属盐构成，其选自由以下组成的组：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，优选地活化剂组分为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，最优选地为氢氧化锂。在一个优选实施例中，组分B中使用的氢氧化钠是18％的氢氧化钠水溶液。
按组分B的总重量计，组分B包含至少约0.01wt.-％，优选地至少约0.02wt.-％，更优选地至少约0.05wt.-％，最优选地至少约1wt.-％，约0.01wt.-％至约40wt.-％，优选地约0.02wt.-％至约35wt.-％，更优选地约0.05wt.-％至约30wt.-％，最优选地约1wt.-％至约25wt.-％的所述活化剂。在特别优选实施例中，活化剂由水和氢氧化锂或氢氧化钠组成。按组分B的总重量计，包含在组分B中的水含量为至少约1wt.-％，优选地至少约5wt.-％，更优选地至少约10wt.-％，最优选地至少约15wt.-％，约1wt.-％至约60wt.-％，优选地约5wt.-％至约50wt.-％，更优选地约10wt.-％至约40wt.-％，最优选地约15wt.-％至约30wt.-％。按组分B的总重量计，包含在组分B中的氢氧化锂或氢氧化钠含量为至少约0.1wt.-％，优选地至少约0.5wt.-％，更优选地至少约1.0wt.-％，最优选地至少约1.5wt.-％，约0.1wt.-％至约10wt.-％，优选地约0.5wt.-％至约7.5wt.-％，更优选地约2wt.-％至约7wt.-％，最优选地约3wt.-％至约5wt.-％。
在可替代的实施例中，活化剂还可以是硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、其改性物或混合物，如偏硅酸钠、原硅酸钠或焦硅酸钠，更优选地硅酸钠或硅酸钾。在一个优选实施例中，硅酸钾可以是改性的硅酸钾或硅酸钠的水溶液。
促进剂组分由至少一种碱金属盐和/或碱土金属盐组成，其选自由以下组成的组：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，优选地促进剂组分为碱金属盐或碱土金属盐，还优选地为水溶性的碱金属盐或碱土金属盐，更优选地为钙金属盐，如氢氧化钙、硫酸钙、碳酸钙、硝酸钙、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、硝酸钠、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、硝酸锂、氯化锂、甲酸锂或磷酸锂，最优选地为硫酸锂或硫酸锂一水合物。按组分B的总重量计，组分B包含至少约0.01wt.-％，优选地至少约0.05wt.-％，更优选地至少约0.1wt.-％，最优选地至少约0.2wt.-％，约0.01wt.-％至约25wt.-％，优选地约0.05wt.-％至约20wt.-％，更优选地约0.1wt.-％至约15wt.-％，最优选地约0.2wt.-％至约10wt.-％的所述促进剂。
包含在本发明中使用的组分B中的至少一种缓凝剂选自由以下组成的组：柠檬酸、酒石酸、乳酸、水杨酸、葡糖酸、木质素磺酸盐、纤维素衍生物、有机磷酸盐或合成聚合物、马来酸酐及其混合物，优选地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0.1wt.-％，优选地至少约0.2wt.-％，更优选地至少约0.5wt.-％，最优选地至少约1.0wt.-％，约0.1wt.-％至约25wt.-％，优选地约0.2wt.-％至约15wt.-％，更优选地约0.5wt.-％至约15wt.-％，最优选地约1.0wt.-％至约10wt.-％的所述缓凝剂。
在如本发明中使用的组分B的特别优选实施例中，柠檬酸/酒石酸的比为1.6/1。
包含在本发明中使用的组分B中的至少一种矿物填料选自由以下组成的组：石灰石填料、砂、碎石、砾石、卵石、刚玉及其混合物，优选石灰石填料，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组：石灰石填料或石英填料，如石英粉Millisil W12或W6(德国的Quarzwerke GmbH)和石英砂。组分B的至少一种矿物填料最优选地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30wt.-％，优选地至少约40wt.-％，更优选地至少约50wt.-％，还更优选地至少约60wt.-％，最优选地至少约70wt.-％，约30wt.-％至约95wt.-％，优选地约35wt.-％至约90wt.-％，更优选地约40wt.-％至约85wt.-％，还更优选地约45wt.-％至约80wt.-％，最优选地约50wt.-％至约75wt.-％的至少一种矿物填料。选择至少一种矿物填料以获得与高铝水泥的粒度互补的粒度。
优选至少一种矿物填料具有不大于500μm，更优选地不大于400μm，最优选地不大于350μm的平均粒度。
在特别优选实施例中，包含在组分B中的至少一种矿物填料是三种不同碳酸钙的混合物，即碳酸钙细料，如不同的
Figure BDA0003699346350000091
类型(德国的欧米亚国际股份公司(OmyaInternational AG,Germany))。或不同刚玉填料与碳酸钙的混合物。
在特别优选可替代的实施例中，包含在组分B中的至少一种矿物填料是三种不同石英填料的混合物。最优选地，第一石英填料是平均粒度(d50％)为约240μm的石英砂。第二石英填料是平均晶粒度(d50％)为约40μm的石英粉。第三石英填料是平均晶粒度(d50％)为约15μm的石英粉。本发明中使用的组分B的特别优选实施例中，第一石英填料/第二石英填料/第三石英填料的比为3/2/1。
在有利的实施例中，组分B进一步包含单独或组合的以下特征。
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)、经疏水改性的碱溶性乳液(HASE)、本领域中已知为HEUR的经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(attapulgite clay)，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0.01wt.-％，优选地至少约0.05wt.-％，更优选地至少约0.1wt.-％，最优选地至少约0.3wt.-％，约0.01wt.-％至约15wt.-％，优选地约0.05wt.-％至约10wt.-％，更优选地约0.1wt.-％至约5wt.-％，最优选地约0.3wt.-％至约1wt.-％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的整体无机性质。
包含引发剂和缓凝剂的组分B存在于水相中，优选地以浆液或糊剂的形式存在。
优选组分B的pH值高于10，更优选地高于11，以及最优选地高于12，特别是范围在10和14之间，优选地在11和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，使得通过混合组分A和B获得的产物中水与高铝水泥的比(W/CAC)或水与硫铝酸钙水泥的比(W/CSA)低于1.5，优选地在0.3和1.2之间，最优选地在0.3和0.7之间。在优选实施例中，通过混合组分A和B获得的产物中水与包含硫酸钙的铝酸钙水泥的比(W/(CAC+CaSO4))低于0.4。
特别优选的是在通过混合组分A和B获得的产物中，至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料以约1wt.-％至50wt.-％，优选地约5wt.-％至40wt.-％，更优选地约15wt.-％至40wt.-％，最优选地约20wt.-％至38.5wt.-％的范围存在。
此外，特别优选的是选择组分B中缓凝剂的比例，使得通过混合组分A和B获得的产物中柠檬酸/酒石酸与高铝水泥的比和柠檬酸/酒石酸与硫铝酸钙水泥的比低于0.5，优选地在0.01和0.4之间，最优选地在0.1和0.3之间。
在最优选实施例中，组分A包含以下组分或由以下组分组成：
35至40wt.-％的高铝水泥，
45至55wt.-％的至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料，
0.1至1.0wt.-％的磷酸，
0.1至1.0wt.-％的增塑剂，
0.001至0.0.2wt.-％的抗微生物剂或杀生物剂，
任选地5至20wt.-％的矿物填料，以及
7.5至10wt.-％的水。
在最优选实施例中，组分B包含以下组分或由以下组分组成：
0.1wt.-％至6wt.-％的氢氧化锂或氢氧化钠，
0.1wt.-％至5wt.-％的硫酸锂或硫酸锂一水合物，
0.05wt.-％至5wt.-％的柠檬酸，
0.05wt.-％至4wt.-％的酒石酸，
30wt.-％至40wt.-％的第一矿物填料，
15wt.-％至25wt.-％的第二矿物填料，
10wt.-％至20wt.-％的第三矿物填料，
5wt.-％至15wt.-％的第四矿物填料，
0.01wt.-％至0.5wt.-％的增稠剂，以及
15wt.-％至25wt.-％的水。
本发明中使用的组分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。加入增塑剂并且使混合物均化。将高铝水泥和任选的矿物填料预混合并且逐步加入到混合物中，同时增大搅拌速度，使得所得混合物的pH值为约4。然后，加入增稠剂和抗菌剂/杀生物剂并且混合直到混合物完全均化。最后，将至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料加入到混合物中并且均化。
本发明中使用的组分B可以如下制备：将促进剂溶解在活化剂的水溶液中，然后后续加入缓凝剂并且使混合物均化。逐步加入填料，同时增大搅拌速度直到混合物均化。最后，加入增稠剂直到混合物完全均化。
组分A和B存在于水相中，优选地以浆料或糊剂的形式存在。特别地，组分A和B根据它们各自的组成物具有糊状到流体的方面。在一个优选实施例中，组分A和组分B为糊状形式，从而防止在混合两种组分时流挂。
组分A和组分B之间的重量比(A/B)优选地包含在7/1和1/3之间，优选地为6/1。优选地，混合物的成分包含85wt.-％的组分A和15wt.-％的组分B。在可替代实施例中，混合物的成分包含75wt.-％的组分A和25wt.-％的组分B。
无机砂浆体系，优选双组分无机砂浆体系，具有矿物性质，其不受存在的另外的增稠剂或其它试剂的影响。
优选无机砂浆体系在混合两种组分A和B之后具有至少5分钟，优选地至少10分钟，更优选地至少15分钟，最优选地至少20分钟，特别是在约5至25分钟，优选地约10至20分钟的范围内的初始凝固时间。
在多组分无机砂浆体系，尤其是双组分无机砂浆体系中，水泥质组分A与引发剂组分B的体积比为1:1至7:1，优选地为3:1。在可替代实施例中，水泥质组分A与引发剂组分B的体积比为1:3至1:2。
在分别生产后，组分A和组分B可以被引入到单独的容器中，通过机械装置将它们从该容器中排出并且引导通过混合装置。无机砂浆体系优选地为即用型体系，其中组分A和B彼此分别布置在多室装置中，如多室盒和/或多室筒中，或者布置在双组分囊中，优选地布置在双室盒中或双组分囊中。多室体系优选地包括用于分离可固化组分A和引发剂组分B的两个或更多个箔袋。通过混合装置，优选地经由静态混合器混合在一起的室或袋的内容物可以被注入到钻孔中。多室盒或提桶或桶组的组件也是可能的。
静态混合器中现有的硬化高铝水泥组合物被直接插入到钻孔中，该钻孔相应需要紧固锚固装置，并且在对锚固装置进行化学紧固期间，硬化高铝水泥组合物最初已被引入到矿物基材中，接着插入并且调节待紧固的结构元件，例如锚杆，接着砂浆组合物凝固并且硬化。特别地，无机砂浆体系被认为是用于紧固金属元件的化学锚。
在特别优选实施例中，用于对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系包括用于分离可固化组分A和引发剂组分B的两个箔袋。双组分无机砂浆体系可以替代地由玻璃或纸制成。用于对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系也可以被称为囊中囊、箔中箔或玻璃中玻璃。通过将无机砂浆体系插入到钻孔中，引入锚固装置，由此破坏囊并且直接在钻孔内混合组分A和B，准备用于固定和化学紧固锚固装置，从而将囊的内容物混合在一起。
不受理论的约束，组分A中存在的阻滞剂抑制铝酸钙在水中的溶解，从而阻止水泥水合，所述水合导致混合物的固化。加入引发剂组分B后，pH值改变，并且水泥质组分A不再被阻滞，并且释放了铝酸钙的水合反应。由于该水合反应通过碱金属盐，特别是锂盐的存在来催化和加速，因此其初始凝固时间短于5分钟。为了延缓快速固化时间(初始凝固时间)，优选选择包含在本发明中使用的组分B中的至少一种缓凝剂以获得至少5分钟的初始凝固时间。
矿物填料，特别是在组分B中的作用是调节关于机械强度和性能以及长期耐久性的最终性能。通过优化填料，可以优化水/高铝水泥比，其允许高铝水泥的有效和快速水合。
包含至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料的无机砂浆体系可以将锚固装置，优选地金属元件如锚杆，特别是螺纹杆、螺栓、钢筋条等化学紧固到矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构中。特别地，在钻孔中无机砂浆体系可以用于对锚固装置，如金属元件进行化学紧固。已经发现，在此类无机砂浆体系中使用至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料显著提高了荷载值并且因此提高了荷载能力，特别是在湿钻孔以及金刚石钻出的钻孔中。
因此，在根据本发明的无机砂浆体系中使用至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料是特别提高荷载值的。另外，它用于减少钻孔内的收缩。
包含在无机砂浆中的至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料特别地应用于矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构中对锚固装置，优选金属元件，进行化学紧固的方法中。
此外，包含至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料的无机砂浆体系可以用于纤维、亚麻布、织物或复合材料，特别是高模量纤维，优选碳纤维的附接，特别是用于增强建筑结构，例如墙壁或天花板或地板，或进一步用于将部件，如例如由石头、玻璃或塑料制成的板或块安装在建筑物或结构元件上。然而，特别地，其用于在矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材，制成的结构中的凹口，如钻孔中锚固装置，优选地金属元件，如锚杆，特别是螺纹杆、螺栓、钢筋条等的紧固，由此预先混合双组分无机砂浆体系的组分，例如通过静态混合器或通过破坏盒或塑料袋，或通过混合多室提桶或桶组的组分。
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
根据以下程序生产本发明实例A1至A9的液体浆料(水泥质化合物A和引发剂化合物B)。
1.1组分A
在室温下将19.86g去离子水、0.75g的85％磷酸(阻滞剂)、0.5g黄原胶(增稠剂)、0.6g的Ethacryl
Figure BDA0003699346350000141
(超增塑剂)和0.015g的
Figure BDA0003699346350000142
(杀生物剂)均化，并且在用溶解器搅拌的同时，在后续的小部分中加入铝酸钙水泥(纯的Ternal
Figure BDA0003699346350000143
)，以最终获得受阻滞水泥在水中的光滑、液态糊状浆料，pH值低于7。
然后将液体浆料与至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料，例如刚玉(英格瓷(Imerys)熔融矿物的Alodur RBT9或Wester Mineralien GmbH的普通刚玉(Normal-corundum)NK F030)或与莫氏硬度小于8的对比骨料，例如石英(Busch Quarz GmbH的石英砂P1.2–1.75)混合。Alodur RBT9由范围1至2mm的颗粒组成，平均粒度为～1.4mm。Normalkorund F030的粒度为～0.5至1mm，而石英砂(Quarzsand)P 1.2–1.75由范围为1.2至1.75mm的颗粒组成。刚玉填料的莫氏硬度为9，而石英填料的硬度仅为7。
不同A-组分A1至A9的成分仅在骨料的量和类型方面不同。
表1：组分A的成分。
样品 填料类型 填料量[wt-％] 浆料量[wt.-％]
A1 Alodur RBT9 40 60
A2 Alodur RBT9 50 50
A3 Alodur RBT9 60 40
A4 普通刚玉F030 40 60
A5 普通刚玉F030 50 50
A6 普通刚玉F030 60 40
A7 石英砂P 40 60
A8 石英砂P 50 50
A9 石英砂P 60 40
1.2.组分B
在18.2g的去离子水、1.93g的柠檬酸和1.2g的酒石酸(缓凝剂)、0.65g的
Figure BDA0003699346350000151
P50(超增塑剂)和0.4g的
Figure BDA0003699346350000152
WX(增稠剂)、0.43g的Li2SO4(促进剂)和4.0g的NaOH(活化剂)中溶解。在用溶解器搅拌的同时，在后续部分中加入72.94g的以下碳酸钙填料的混合物：34.84g的
Figure BDA0003699346350000153
130AL、17.25g的
Figure BDA0003699346350000154
15H AL、9.0g的
Figure BDA0003699346350000155
2AL和11.85g的Omyabrite 1300X-OM，以最终获得在水中方解石的平滑、液态糊状浆料，pH高于12。
2.双组分无机砂浆体系的制备
在制备之后，将液体引发剂组分B填充到内箔袋中，并且将水泥质糊状组分A填充到包含密封(焊接)内箔袋的外箔袋中。在所有样品中，液体B组分与未添加骨料的液态A组分的比保持为1:3。在将组分A填充到外箔袋中之后，将箔袋焊接。制备每种制剂的5个箔袋。内箔袋和外箔袋中不同组分的量显示在表2中。
表2：分别包含在内箔袋和外箔袋中的B组分和A组分的量。
Figure BDA0003699346350000156
Figure BDA0003699346350000161
3.机械性能的测定
将制备的箔袋插入到深度为120mm并且直径为14mm的钻孔中。钻孔后立即用压缩空气清洁来清洁钻孔。然后，将适合于囊锚的螺纹杆钻入包含箔袋的钻孔中，直到达到120mm的设定深度。固化24小时之后测量荷载值。拉拔测试的结果，即从每个装料中拉出的5个样品(表2)的平均值，在表3中给出。表3：包含不同类型和量的具有不同硬度的填料的制剂在24h固化之后的以N/mm2计的拉拔值。
Figure BDA0003699346350000162
从表3可以看出，与使用莫氏硬度为7的石英作为骨料的对比体系相比，包含至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料，在这种情况下为刚玉，的所有本发明体系在固化24小时之后显示出相当高的荷载值。特别地，粒度为1至2mm且大部分(>70％)颗粒大于1.4mm的刚玉Alodur RBT9显示出非常高的值和低的散射。最优选的是组分A中50％至60％刚玉Alodur RBT9的混合物。
从表3中可以看出，与不包含任何莫氏硬度大于或等于8的硬骨料的对比体系相比，几乎所有本发明体系在固化24小时之后显示出相当大的粘结强度以及提高的荷载值，并且因此当涉及对锚固装置进行化学紧固时显示出改善的机械强度。
如上所示，当与不包含莫氏硬度大于或等于8的任何硬骨料的体系相比时，使用至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料提供了提高的荷载值并且因此提高机械强度。

Claims (14)

1.至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料在用于矿物基材中对锚固装置进行化学紧固的无机砂浆体系中提高荷载值的用途，所述无机砂浆体系包含可固化高铝水泥组分A和用于引发固化过程的引发剂组分B，组分A进一步包含选自由以下组成的组的至少一种阻滞剂：硼酸、磷酸、偏磷酸、亚磷酸、膦酸、其盐及混合物，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。
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述可固化高铝水泥组分A进一步包含至少一种增塑剂和水。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其中所述高铝水泥组分A是基于水相铝酸钙水泥的高铝水泥组分。
4.根据权利要求1或2所述的用途，其中所述至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料选自由以下组成的组：黄玉、立方氧化锆、金绿宝石、铬、氮化硅、碳化钽、刚玉、蓝宝石红宝石、碳化钨、氮化钛、碳化硅、碳化钨、碳化钽、碳化锆、氧化铝、碳化铍、碳化钛、硼化铝、碳化硼、硼、氮化硼、二硼化铼、超石英、二硼化钛、金刚石和黑金刚石；优选地为黄玉、刚玉或金刚石；最优选地为刚玉。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料包含在所述无机砂浆体系的所述可固化高铝水泥组分A中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述引发剂包含碱金属盐和/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组：柠檬酸、酒石酸、乳酸、水杨酸、葡糖酸、木质素磺酸盐、纤维素衍生物、有机磷酸盐或合成聚合物、马来酸酐及其混合物，并且所述至少一种矿物填料选自由以下组成的组：石灰石填料、砂、刚玉、白云石、耐碱玻璃、碎石、砾石、卵石及其混合物。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述引发剂包含钠金属盐的混合物。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中通过混合组分A和B获得的产物中所述至少一种莫氏硬度大于或等于8的硬骨料以约25wt.-％至50.0wt.-％的范围存在。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述锚固装置是锚杆、螺纹锚杆、螺栓或钢筋条。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述矿物基材是由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述矿物基材是钻孔。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用途，用于在所述矿物基材，如由砌砖、混凝土、透水混凝土或天然石材制成的结构中对锚固装置，优选地金属元件，进行化学紧固的方法。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述无机砂浆体系为双组分无机囊锚固体系。
14.根据权利要求13所述的用途，其中所述双组分无机囊锚固体系呈膜袋形式或呈玻璃囊形式。
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