CN115413272A - 用于水泥质无机多组分砂浆体系的碱硅酸盐基引发剂组分 - Google Patents

用于水泥质无机多组分砂浆体系的碱硅酸盐基引发剂组分 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种包含粒化高炉矿渣和碱硅酸盐基引发剂组分的水泥质多组分砂浆体系，所述水泥质多组分砂浆体系用于矿物基材中锚固元件的化学紧固，所述碱硅酸盐基引发剂组分特别适合于镀锌锚固元件的化学紧固。

Description

用于水泥质无机多组分砂浆体系的碱硅酸盐基引发剂组分
技术领域
本发明涉及在建筑和紧固技术领域中的矿物基材中锚固元件，特别是镀锌锚固元件的化学紧固领域，并且特别涉及借助于包含粒化高炉矿渣的碱硅酸盐可活化水泥质无机多组分砂浆体系的锚固元件的化学紧固。
背景技术
在建筑和紧固技术领域中，用于紧固在矿物基材中锚固元件的复合砂浆是已知的。这些复合砂浆几乎是完全基于含有机环氧的树脂/硬化剂体系。然而，众所周知，此类体系对环境和处理这些体系的人而言是有污染的、昂贵的、有潜在危险的和/或有毒的，并且通常需要对它们特别地进行标记。此外，当暴露于强日光或其它升高的温度时，有机体系通常表现出大大降低的稳定性，这降低了它们在锚固元件的化学紧固中的机械性能。此外，由于化学紧固装置引起的锌腐蚀或接触腐蚀，镀锌锚固元件的化学紧固可能出现问题。从长远来看，这些锚固元件由于化学紧固而不能具有足够高的载荷。
因此，需要一种现成的水泥质多组分砂浆体系，优选地为水泥质双组分砂浆体系，其在环境方面、健康和安全性、处理、储存时间以及凝固和固化之间的良好平衡方面优于现有技术体系。特别地，感兴趣的是提供一种可以以此类温和的方式激活的体系，并且在使用该体系时不损坏镀锌锚固元件的表面。
此外，感兴趣的是提供一种用于包含粒化高炉矿渣的水泥质无机多组分砂浆体系的引发剂组分，由此该砂浆体系可用于矿物基材中特别是镀锌锚固元件的化学紧固，而不会不利地影响化学紧固体系的处理、性能和机械性能。
鉴于上述情况，本发明的目的还在于提供一种水泥质体系，特别是一种水泥质多组分砂浆体系，特别是一种克服了现有技术体系的缺点的水泥质双组分砂浆体系。特别地，本发明的目的是提供一种易于处理且环境友好的即用型水泥质多组分砂浆体系，该体系在使用前可稳定储存一定的时间段，并且其在凝固和固化之间具有良好的平衡，并且在矿物基材中特别是镀锌锚固元件的化学紧固中在升高的温度影响下还表现出优异的机械性能。
此外，本发明的目的是提供一种水泥质多组分砂浆体系，该体系可用于矿物基材中锚固装置，优选地为镀锌金属元件的化学紧固，该矿物基材诸如由砖、天然石材、混凝土、透水混凝土等制成的结构。
通过本发明的以下描述将变得显而易见的该目的和其它目的由独立权利要求中描述的本发明解决。从属权利要求涉及优选的实施例。
发明内容
本发明涉及一种包含粒化高炉矿渣和碱硅酸盐基引发剂组分的水泥质多组分砂浆体系，该体系理想地适合用作用于矿物基材中的锚固元件的无机化学紧固体系，以实现高载荷值。特别地，本发明涉及包含粒化高炉矿渣和碱硅酸盐基引发剂组分的水泥质多组分砂浆体系，该水泥质多组分砂浆体系用于矿物基材中镀锌锚固元件的化学紧固，该碱硅酸盐基引发剂组分具有12.5至13.5范围内的pH。
本发明还涉及用于包含粒化高炉矿渣的水泥质无机多组分砂浆体系的碱硅酸盐基引发剂组分，其用于矿物基材中锚固元件，特别是镀锌锚固元件的化学紧固。
本发明还涉及此类水泥质多组分砂浆体系和此类碱硅酸盐基引发剂组分用于矿物基材中锚固装置，优选地为金属元件的化学紧固的用途，该矿物基材诸如由砖、天然石、混凝土、渗透性混凝土等制成的结构体。
本发明的一些其它目的和特征是显而易见的，并且一些将在下文中解释。特别地，将基于实施例详细描述本发明的主题。
具体实施方式
在本发明的范围内使用以下术语：
在本发明的上下文中，术语“粘合剂”或“粘合剂组分”涉及多组分砂浆体系的水泥质组分和任选的组分诸如填料。特别地，这也被称为A组分。
在本发明的上下文中，术语“引发剂”或“引发剂组分”涉及作为后续反应触发变硬、凝固和硬化的水性碱硅酸盐基组分。特别地，这也被称为B组分。
术语“包含”、“带有”和“具有”旨在是包括性的，并且表示除了所引用的那些之外的元件也可以具有含义。
如在本发明的范围内所使用的，单数形式“一”和“一个”也包括对应的复数形式，除非可以从上下文中明确地推断出某些不同的东西。因此，例如，除非另有说明，术语“一”旨在表示“一个或多个”或“至少一个”。因此，例如，术语“a”旨在表示“一个或多个”或“至少一个”，除非另有说明。
现有技术中已知有各种类型的水泥、其组成和应用领域，但它们作为无机化学紧固体系的用途，特别是基于粒化高炉矿渣的水泥质多组分砂浆体系的用途，仍然在很大程度上是未知的。
现已发现包含粒化高炉矿渣和碱硅酸盐基引发剂组分的水泥质多组分砂浆体系理想地适用于矿物基材中镀锌锚固元件的化学紧固，该碱硅酸盐基引发剂组分具有12.5至13.5范围内的pH。
还已发现碱硅酸盐基引发剂组分特别适用于包含粒化高炉矿渣的水泥质无机多组分砂浆体系，用于矿物基材中锚固元件，特别是镀锌锚固元件的化学紧固。
此外，该体系，尤其是水泥质多组分砂浆体系，在环境方面、健康和安全性、处理、储存时间以及凝固和固化之间的良好平衡方面具有积极的优点，而不会不利地影响化学紧固体系的处理、性能和机械性能。
因此，本发明涉及一种包含粒化高炉矿渣和碱硅酸盐基引发剂组分的水泥质多组分砂浆体系，该水泥质多组分砂浆体系用于矿物基材中镀锌锚固元件的化学紧固，该碱硅酸盐基引发剂组分具有12.5至13.5范围内的pH。
优选的是，粒化高炉矿渣存在于粘合剂组分中。特别优选的是，水泥质多组分砂浆体系是双组分砂浆体系，并且包含粉末状水泥质粘合剂组分和水性碱硅酸盐基引发剂组分。
水泥质多组分砂浆体系的粒化高炉矿渣，即所谓的波特兰矿渣和高炉水泥的主要组分，包含30至45％的氧化钙(CaO)、30至45％的二氧化硅(SiO2)、1至15％的氧化铝(Al2O3)和4至17％的氧化铁(MgO)，以及0.5至1％的硫(S)。粒化高炉矿渣的其它特征是氧化铁(Fe2O3)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、氯化物、三氧化硫(SO3)和氧化锰(Mn2O3)，优选地少于5％的粒化高炉矿渣。
本发明的多组分水泥质砂浆体系还可包含研磨细度在4000至12000cm2/g范围内的研磨粒化高炉矿渣。
按粘合剂组分的总重量计，本发明的水泥质多组分砂浆体系优选地包含在1重量％至60重量％范围内，更优选地10重量％至50重量％，最优选地25重量％至45重量％范围内的粒化高炉矿渣。
优选地，多组分水泥质砂浆体系还包含硅粉。硅粉优选地存在于粘合剂组分中。
按粘合剂组分的总重量计，水泥质多组分砂浆体系的硅粉的存在量在1重量％至10重量％范围内，优选地2重量％至8重量％，最优选地4重量％至7.5重量％范围内。硅粉优选地具有0.4μm的平均粒度和180,000至220,000cm2/g或18至22m2/g的表面积。
可替代地，硅粉也可由火山灰材料或由具有火山灰特性的材料或由其它细惰性填料代替。这些是例如飞灰、石灰石粉、刚玉、方解石、白云石、砖粉、稻壳灰、声子岩、煅烧粘土和偏高岭土。
在水泥质多组分砂浆体系的优选的实施例中，按粘合剂组分的总重量计，硅粉的存在量在5重量％至8重量％范围内。
此外，至少一种填料或填料混合物可存在于粘合剂组分中。这些优选地选自由以下组成的组：石英、砂、石英粉、粘土、飞灰、粒化高炉矿渣、颜料、氧化钛、轻质填料、石灰石填料、刚玉、白云石、耐碱玻璃、碎石、砾石、卵石及其混合物。
按粘合剂组分的总重量计，水泥质多组分砂浆体系的至少一种填料的存在量在优选地20重量％至80重量％范围内，更优选地30重量％至70重量％，最优选地40重量％至60重量％范围内。
在水泥质多组分砂浆体系的优选的实施例中，填料为砂，并且按粘合剂组分的总重量计，其存在量在45重量％至55重量％范围内。
在本发明的一个特别优选的实施例中，填料是砂和石英粉的混合物。按粘合剂组分的总重量计，砂的存在量优选地在45重量％至55重量％范围内，按粘合剂组分的总重量计，石英粉末在优选地5重量％至10重量％范围内。
此外，粘合剂组分可以含有其它水泥，诸如铝酸钙基水泥。此外，粘合剂组分可以含有纤维，诸如矿物纤维、化学纤维、天然纤维、合成纤维、由天然或合成聚合物制成的纤维或由无机材料制成的纤维，特别是碳纤维或玻璃纤维。
多组分砂浆体系的碱硅酸盐基引发剂组分优选地包含碱金属硅酸盐基组分，该碱金属硅酸盐选自由以下组成的组：硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、其改性物、其混合物及其水性溶液。在优选的实施例中，碱硅酸盐基引发剂组分是硅酸钾和氢氧化钾的水性溶液。在特别优选的实施例中，引发剂组分是10mol/l的KOH和1.72mol/l的硅酸钾(
Figure BDA0003879699550000051
K 35T,Woellner，德国)的水性溶液。
在本发明的优选的实施例中，碱金属硅酸盐基引发剂组分包含基于水性碱金属硅酸盐的总重量的1至50重量％，优选地10至40重量％，特别优选地15至30重量％的硅酸盐。
按引发剂组分的总重量计，碱硅酸盐基引发剂组分包含至少约0.01重量％，优选地至少0.02重量％，特别优选地至少约0.05重量％，特别优选地至少1重量％，约0.01重量％至约40重量％，优选地约0.02重量％至约35重量％，更优选地约0.05重量％至约30重量％，特别优选地约1重量％至约25重量％的碱硅酸盐基组分。
现已发现，当根据本发明使用的碱硅酸盐基引发剂组分用于包含粒化高炉矿渣的水泥质无机多组分砂浆体系中且具有12.5至13.5范围内的pH时，其显著地适用于矿物基材中锚固元件，特别是镀锌锚固元件的化学紧固。
特别地，在包含粒化高炉矿渣的多组分水泥质砂浆体系中使用pH在12.5至13的范围内的碱硅酸盐基引发剂组分，以便实现镀锌锚杆与常规锚杆相比的合适的载荷值。具有12.5至13范围内的pH的碱硅酸盐基引发剂组分防止表面损伤，因此可用于紧固镀锌锚杆。
多组分砂浆体系的碱硅酸盐基引发剂组分任选地包含增塑剂。按引发剂组分的总重量计，任选的增塑剂的存在量在1重量％至30重量％范围内，优选地5重量％至25重量％，最优选地10重量％至20重量％范围内。任选的增塑剂选自由以下组成的组：具有低分子量(LMW)的聚丙烯酸聚合物、选自聚膦酸酯聚氧化乙烯和聚碳酸酯聚氧化乙烯家族的超增塑剂、缩聚物，例如萘磺酸甲醛缩聚物或三聚氰胺磺酸甲醛缩聚物、木素磺酸盐和来自聚羧酸醚基团的乙基丙烯酸超增塑剂、及其混合物，例如
Figure BDA0003879699550000061
G(Coatex，Arkema Group，法国)、
Figure BDA0003879699550000062
1051(Rohm和Haas，英国)或
Figure BDA0003879699550000063
Figure BDA0003879699550000064
HE(Sika，德国)。合适的增塑剂是市售产品。
在水泥质多组分砂浆体系的非常特别的实施例中，按引发剂组分的总重量计，水含量为90重量％至95重量％，按引发剂组分的总重量计，增塑剂含量为5重量％至10重量％。
此外，至少一种填料或填料混合物可存在于引发剂组分中。这些优选地选自由以下组成的组：石英、砂、石英粉、粘土、飞灰、颜料、氧化钛、轻质填料、石灰石填料、刚玉、白云石、耐碱玻璃、碎石、砾石、卵石及其混合物。
碱硅酸盐基引发剂组分可另外包含增稠剂。增稠剂可选自由以下组成的组：膨润土、二氧化硅、丙烯酸酯基增稠剂，诸如碱溶性或碱溶胀性乳液、石英粉、粘土和钛酸盐螯合剂。所给出的实例是聚乙烯醇(PVA)、疏水改性的碱溶性乳液(HASE)、疏水改性的环氧乙烷氨基甲酸酯聚合物(本领域已知为HEUR)和纤维素增稠剂，诸如羟甲基纤维素(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-羟乙基纤维素、2-羟丙基纤维素、硅镁土粘土及其混合物。合适的增稠剂是市售产品，诸如OptigelWX(BYK-Chemie GmbH，德国)、Rheolate 1(Elementis GmbH，德国)和Acrysol ASE-60(DowChemical Company)。
上述组分的存在不改变水泥质多组分砂浆体系的总体无机性质。
包含粒化高炉矿渣的A组分或粘合剂组分为固体形式，优选地为粉末或粉尘形式。B组分或引发剂组分是水性形式，可能是淤浆或糊剂形式。
A组分和B组分的重量比(A/B)优选地在10/1和1/3之间，并且优选地为8/1-4/1。该水泥质多组分砂浆体系优选地包含至多80重量％的A组分和至多40重量％的B组分。
在分别制备后，将A组分和B组分置于分开的容器中，通过机械作用可将它们从所述容器中混合。特别地，该水泥质多组分砂浆体系是双组分砂浆体系，优选地为水泥质双组分胶囊体系。该体系优选地包含两个或多个膜袋，用于分离可固化粘合剂组分和引发剂组分。优选地，在钻孔中已经存在腔室的内容物、玻璃胶囊或袋，诸如薄膜袋，其在机械作用下，优选地通过引入锚固元件而彼此混合。多腔室筒或桶组中的布置也是可能的。
本发明的水泥质多组分砂浆体系可用于在矿物表面诸如由砖、混凝土、渗透性混凝土或天然石材制成的结构中锚固元件的化学紧固，优选地为镀锌金属元件，诸如锚杆，特别是螺纹杆、螺栓、钢加固杆等。特别地，本发明的水泥质多组分砂浆体系可用于在钻孔中镀锌锚固元件，诸如金属元件的化学紧固。
此外，本发明的水泥质多组分砂浆体系可用于纤维、稀松平纹织物、针织物或复合材料的应用，特别是具有高模量的纤维，优选地为碳纤维，特别是用于增强建筑结构，例如墙壁或天花板或地板，以及还用于将组件，诸如面板或块，例如由石材、玻璃或塑料制成的面板或块，安装在建筑物或结构元件上。
以下实例绘示本发明，但不因此限制本发明。
实施例：
1.粒化高炉矿渣的组成
表1：使用X射线荧光分析(XRF)测定粒化高炉矿渣粉末的化学组成。
Figure BDA0003879699550000071
2.A组分和B组分的制备
在对比实例1至4和7至10以及实例5至6和11至13中和根据本发明的粉末状粘合剂组分(A组分)和液体引发剂组分(B组分)最初通过将表2和3中所列的组分以表4中所列的比例混合来制备，以重量％为单位表示比例。
表2：A组分基于粒化高炉矿渣的组成(重量％)
粘合剂 粘合剂 粘合剂 填料 填料
H4000 H12000 硅粉<sup>1)</sup> 砂<sup>2)</sup> 石英粉末<sup>3)</sup>
A0 34.5 7.5 50 8
A1 34.5 7.5 50 8
1)硅粉：研磨细度为18,000至22,000cm2/g(布萊恩)；粒度分布(μm)为0.1至1。
2)砂：粒度分布(μm)125至1000。
3)石英粉：粒度分布(μm)0.1至100。
表3：B组分的组成(重量％)。
Figure BDA0003879699550000081
表4：A组分与B组分的混合比。
A组分 B组分 B/A比 水/粘合剂比
A0 B0 0.198 0.3
A0 B1 0.198 0.3
A0 B2 0.198 0.3
A0 B3 0.198 0.3
A0 B4 0.198 0.3
A0 B5 0.198 0.3
A1 B0 0.150 0.225
A1 B1 0.150 0.225
A1 B2 0.150 0.225
3.机械性能的测定
在单独制备后，使用混合器混合粉末状粘合剂组分A和引发剂组分B。所有样品混合1分钟。将混合物倒入直径为12mm、锚固深度为32mm且地面底切为0.33mm的不锈钢套钻孔中。在填充后，立即将长度为100mm的M8螺纹杆插入钻孔中。
固化的砂浆组合物的载荷值在24小时内的特定时间使用“Zwick Roell Z050”材料测试装置(Zwick GmbH&Co.KG,Ulm，德国)测定。不锈钢套紧固到面板，而螺纹杆用螺母紧固到力测量装置。在500N的预载荷和3mm/分钟的测试速度下，通过从中心拉出螺纹杆来确定断裂载荷。每个样品由五个提取物的平均值组成。断裂载荷计算为内部强度，并在表5中以N/mm2为单位给出。
表5：内部强度(N/mm2)。
Figure BDA0003879699550000091
从表5中可以看出，在固化24小时之后，所有根据本发明的可测量的体系显示出相当大的内部强度和增加的载荷值，并因此与对比体系相比显示出改进的机械强度，其中碱硅酸盐基B组分具有高于13.5的pH，并特别适合于镀锌锚固元件的化学紧固。

Claims (15)

1.一种包含粒化高炉矿渣和碱硅酸盐基引发剂组分的水泥质多组分砂浆体系，所述水泥质多组分砂浆体系用于矿物基材中镀锌锚固元件的化学紧固，其中所述碱硅酸盐基引发剂组分具有在12.5至13.5范围内的pH。
2.根据权利要求1所述的水泥质多组分砂浆体系，其还包含硅粉。
3.根据权利要求1或2所述的水泥质多组分砂浆体系，其还包含选自由以下组成的组的至少一种矿物填料：石英、砂、石英粉、粘土、飞灰、粒化高炉矿渣、颜料、氧化钛、轻质填料、石灰石填料、刚玉、白云石、耐碱玻璃、碎石、砾石、卵石及其混合物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的水泥质多组分砂浆体系，其中所述水泥质多组分砂浆体系是双组分砂浆体系，优选地为双组分胶囊砂浆体系。
5.根据权利要求4所述的水泥质多组分砂浆体系，其中所述双组分胶囊砂浆体系包含粉末状A组分和水性B组分，所述粉末状A组分包含粒化高炉矿渣，优选地研磨细度在4000至12000cm2/g范围内的粒化高炉矿渣，和所述硅粉。
6.根据前述权利要求中任一项所述的水泥质多组分砂浆体系，其中所述碱硅酸盐基引发剂组分包含碱金属硅酸盐基组分，碱金属硅酸盐选自由以下组成的组：硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、其改性物、其混合物及其水性溶液。
7.根据前述权利要求中任一项所述的水泥质多组分砂浆体系，其中所述碱硅酸盐基引发剂组分是氢氧化钾和硅酸钾的水性溶液。
8.根据前述权利要求中任一项所述的水泥质多组分砂浆体系，其中按粘合剂组分的总重量计，所述粒化高炉矿渣的含量在1重量％至50重量％范围内。
9.根据前述权利要求中任一项所述的水泥质多组分砂浆体系，其中按所述粘合剂组分的所述总重量计，所述硅粉的存在量在1重量％至10重量％范围内。
10.一种用于包含粒化高炉矿渣的水泥质无机多组分砂浆体系的碱硅酸盐基引发剂组分，其用于矿物基材中锚固元件，特别是镀锌锚固元件的化学紧固。
11.根据权利要求10所述的碱硅酸盐基引发剂组分，其中所述碱硅酸盐基引发剂组分具有12.5至13.5范围内的pH。
12.根据权利要求10或11所述的碱硅酸盐基引发剂组分，其中所述碱硅酸盐基引发剂组分包含碱金属硅酸盐基组分，所述碱金属硅酸盐选自由以下组成的组：硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、其改性物、其混合物及其水性溶液。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的碱硅酸盐基引发剂组分在包含粒化高炉矿渣的水泥质多组分砂浆体系中作为用于矿物基材中镀锌锚固元件的无机化学紧固体系以提高载荷值的用途。
14.根据权利要求13所述的用途，其中所述水泥质多组分砂浆体系还包含硅粉。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的水泥质多组分砂浆体系用于矿物基材中镀锌锚固元件的化学紧固的用途。
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