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Die Erfindung betrifft eine Klebstoffpackung, insbesondere zur Verwendung mit einem Verankerungselement, mit einem schlauchförmigen Folienbeutel zur Aufnahme einer mehrkomponentigen Klebstoffmasse.
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Befestigungselemente zur chemischen Verankerung in einem Untergrund sind im Stand der Technik beispielsweise aus der
US 4,303,354 bekannt. Bei diesem Verankerungselement werden in ein zuvor erstelltes Bohrloch zwei Folienbeutel mit unterschiedlich schnell aushärtbaren Massen eingeführt, von denen der dem Bohrlochgrund zugewandte Folienbeutel eine schnell aushärtende Zusammensetzung und der sich daran anschließende Folienbeutel eine vergleichsweise langsamer härtende Zusammensetzung enthält. Beim Einführen des Befestigungselementes wird zuerst der Folienbeutel mit der langsam härtenden Zusammensetzung zerstört und die darin enthaltenden Komponenten zu einem ersten aushärtbaren Masse vermischt. Anschließend wird der Folienbeutel mit der schnell härtenden Zusammensetzung zerstört und die darin enthaltenen Komponenten zu einer zweiten aushärtbaren Masse vermischt, wobei diese sofort auszuhärten beginnt, während die erste Masse zeitlich verzögert aushärtet.
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Die
DE 10 2009 002 951 A1 zeigt einen selbstbohrenden Felsanker mit einem hohlzylindrischen Aufnahmekörper, der an einem Ende einen Bohrkopf aufweist und in dem eine auspressbare, mehrkomponentige Masse vorgesehen ist. Die mehrkomponentige Masse umfasst zumindest eine Härterkomponente und zumindest eine Reaktivharzkomponente, die getrennt von einander gelagert sind und die im gemischten Zustand aushärten. Im Bereich des Bohrkopfs sind Durchgangsöffnungen für die mehrkomponentige Masse vorgesehen. Die Reaktivharzkomponente umfasst zwei unterschiedliche Zusammensetzungen, die hintereinander angeordnet sind, wobei die zweite, im Gemisch mit der Härterkomponente schnell aushärtende Zusammensetzung der Reaktivharzkomponente in Bezug auf die Setzrichtung des Befestigungselementes hinter der ersten Zusammensetzung der Reaktivharzkomponente angeordnet ist, welche im Gemisch mit der Härterkomponente langsamer als die zweite Zusammensetzung härtet.
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Die Härterkomponente und die Reaktivharzkomponente sind üblicherweise in getrennten Kammern eines schlauchförmigen Folienbeutels aufgenommen. Die Folienbeutel werden an ihren Enden mittels Metalldraht oder Metallclips verschlossen. Typischerweise werden hierzu Drähte aus Aluminium, Eisen oder Kupfer eingesetzt. Das Abbinden und Verschließen der Folienbeutel mit Metalldraht oder Metallclips stellt allerdings keinen absolut dichten Verschluss bereit, da die Quetschung der verschiedenen Folienlagen durch den Metalldraht oder Metallclip zur Ausbildung kleinster Kapillarkanäle im Verschlussabschnitt des Folienbeutels führen kann. Darüber hinaus kann die Folienhaut des Folienbeutels durch das Zusammenpressen des Metalldrahts verletzt und beschädigt werden. Bei dünnen Folien können auch die in der Klebstoffmasse enthaltenen körnigen Füllstoffe zu einer Verletzung der Folienhaut führen.
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Durch die Kapillarkanäle, die im Verschlussabschnitt des Folienbeutels gebildet sind, können insbesondere die dünnflüssigen Bestandteile der Klebstoffmasse kontinuierlich austreten. Bei den dünnflüssigen Bestandteilen kann es sich insbesondere um das Phlegmatisierungsmittel der Härterkomponente, beispielsweise Wasser, und den Reaktivverdünner bzw. Härtungsbeschleuniger der Reaktivharzkomponente, beispielsweise Styrol oder N,N-Dimethylanilin, handeln. Der kontinuierliche Abfluss dieser flüssigen Bestandteile während der Lagerung des Folienbeutels kann jedoch zu einem Ungleichgewicht der Gesamtrezeptur im Anwendungsfall führen und schlimmstenfalls die Aushärtung der Klebstoffmassen beeinträchtigen und/oder verzögern.
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Die mit dem Austreten der flüssigen Komponenten während der Lagerung verbundene Volumenänderung kann ebenfalls die funktionsgerechte Anwendung des Folienbeutels beeinträchtigen. Bei konventionellen Verankerungssystemen kann ein erschlaffter Folienbeutel beispielsweise dazu führen, dass die drehend eingeführte Ankerstange den Folienbeutel nicht reproduzierbar zerschneidet. Im Falle eines selbstbohrenden Verankerungselements kann die Kammer, in der die Reaktionharzkomponente gelagert ist, die Kammer für die Härterkomponente abquetschen und damit das gleichmäßige Auspressen der Härterkomponente stören.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Klebstoffpackung bereitzustellen, die in chemisch verankerten Befestigungselementen auch nach längerer Lagerzeit noch zuverlässig und mit gleichbleibender Funktionsfähigkeit eingesetzt werden kann.
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Die Aufgabe ist durch eine Klebstoffpackung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem die Verwendung der erfindungsgemäßen Klebstoffpackung mit einem Verankerungselement gemäß Anspruch 10.
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Die Erfindung stellt somit eine Klebstoffpackung bereit, bei der vorzugsweise in einer durchgängigen Kammer eines an beiden Enden verschlossenen Folienbeutels mehrere unterschiedlich härtbare Reaktivharzzusammensetzungen enthalten sind. Nach dem vollständigen Entleeren des Folienbeutels und der Durchmischung der Härterkomponente mit der Reaktivharzkomponente liegen wenigstens zwei unterschiedlich schnell härtende Massen vor. Vorteilhafterweise härtet die zuerst in das Bohrloch eingebrachte Masse mit moderater Geschwindigkeit aus, um das Nachströmen der zweiten Masse nicht durch vorzeitige Gelierung bzw. Aushärtung zu blockieren. Die nach der ersten Masse ausströmende zweite Masse soll vorzugsweise sofort aushärten, um eine Anfangsfestigkeit der Verbindung zwischen dem Verankerungselement und dem umgebenden Gestein zu gewährleisten.
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Die zuletzt in den Folienbeutel abgefüllte und damit hinter der zweiten Zusammensetzung angeordnete weitere polymerisierbare Zusammensetzung übernimmt im Anwendungsfall keine geschwindigkeitsbestimmende Funktion für die Aushärtung. Sie stellt jedoch während der Lagerzeit einen Auslaufschutz für die üblicherweise niedrigviskose zweite Reaktivharzzusammensetzung dar.
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Der Anteil der weiteren polymerisierbaren Zusammensetzung an der Gesamtmenge der Klebstoffmasse wird daher vorzugsweise im Hinblick auf die Funktion als Auslaufschutz festgelegt. Daher kann eine im Vergleich zur ersten und zweiten Zusammensetzung wesentlich geringere Menge der weiteren polymerisierbaren Zusammensetzung vorhanden sein.
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Die Erfindung ermöglicht den Einsatz von hochreaktiven Klebstoffmassen, die üblicherweise Reaktivverdünner auf Basis von (Meth) acrylaten enthalten. Da diese Verbindungen bei den üblichen Gebrauchstemperaturen von 0 bis 35°C als Flüssigkeiten vorliegen, kann mit der erfindungsgemäßen Klebstoffpackung eine wesentlich verbesserte Lagerstabilität und eine gleichbleibende Funktionsfähigkeit erreicht werden.
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Die erfindungsgemäße Klebstoffpackung ermöglicht ferner eine schnelle Setzzeit von vorspannbaren und nicht vorspannbaren Verankerungselementen unabhängig von der Umgebungstemperatur des Gesteins, da sowohl eine für kalte Gesteine vorteilhafte schnellhärtende Masse sowie eine langsam aushärtende Klebstoffmasse vorhanden ist, die für die Verwendung mit wärmeren Gesteinen vorteilhaft ist.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform können für die erste Zusammensetzung und die weitere polymerisierbare Zusammensetzung gleiche Formulierungen verwendet werden. Dies erleichtert die Produktion der Klebstoffpackung, da keine zusätzlichen Harzkomponenten bereitgestellt werden müssen.
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Falls für die erste Zusammensetzung und die weitere polymerisierbare Zusammensetzung verschiedene Formulierungen verwendet werden, kann die weitere Zusammensetzung optimal an die Funktion als Auslaufschutz angepasst werden, beispielsweise durch Einstellung einer hohen Viskosität oder die Verwendung von Komponenten, mit denen die Kapillaren im Verschlussabschnitt des Folienbeutels blockiert werden können.
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Die Härterkomponente der erfindungsgemäßen Klebstoffpackung enthält vorzugsweise ein Peroxid, bevorzugt Dibenzoylperoxid. Beispiele für weitere Peroxide sind Cumolhydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid und Kaliumperoxodisulfat
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Als Reaktivharzkomponente werden bevorzugt Zusammensetzungen mit wenigstens einem olefinisch ungesättigten Grundharz, einem Reaktivverdünner und einem Härtungsbeschleuniger eingesetzt. Reaktivharze zur Verwendung in Klebstoffmassen zur chemischen Verankerung von Befestigungselementen sind grundsätzlich bekannt und beispielsweise in der
DE-A 42 31 161 oder der
US-A 4,518,283 offenbart.
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Beispiele für das Grundharz sind Vinylesterharze, insbesondere Monomer- und Oligomergemische von Estern der Acrylsäure und Methacrylsäure, die allgemein als Mono-, Di-, Tri- oder Poly(meth)acrylate bezeichnet werden. Besonders bevorzugt sind Vinylesterharze auf Basis von Epoxy(meth)acrylat, Urethan(meth)-acrylat, Harnstoff(meth)acrylat, Urethan/Harnstoff(meth)acrylat, ethoxyliertem Bisphenol-A-di-(meth)acrylat und Alkyl(meth)acrylaten mit oder ohne Hydroxysubstituenten sowie deren Mischungen. Ferner können auch ungesättigte Polyesterharze verwendet werden.
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Der Reaktivverdünner umfasst vorzugsweise Verbindungen, die aus der aus Alkyl(meth)acrylat, Hydroxyalkyl(meth)acrylat, insbesondere Hydroxypropyl(meth)acrylat und Hydroxyethyl(meth)acrylat, Styrol und Styrolderivaten wie Divinylbenzol und Alkylstyrol, insbesondere α-Methylstyrol, Vinyltoluol und tert-Butylstyrol, sowie Ethylenglykoldi(meth)acrylat und Butandioldi(meth)acrylat) bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Bevorzugt sind Styrol und Butandioldi(meth)acrylat.
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Beispiele für geeignete Härtungsbeschleuniger sind tertiäre Amine wie Triethylamin, Dialkylarylamine wie N,N-Dimethyl-p-toluidin und N,N-Dimethylanilin, verkappte Amine in Form von Iminen wie das Imin aus Anilin und Butanal, und Dihydropyridinderivate wie 3,5-Diethyl-1,2-dihydro-1-phenyl-2-propylpyridin, auch im Gemisch miteinander. Außerdem können Metallsalze wie Cu-, Co-, Mn-, Sn- und Ce-Salze, beispielsweise Kupferoctanoat oder Kobaltoctanoat, als Härtungsbeschleuniger eingesetzt werden, die den Zerfall von Peroxiden katalysieren.
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Darüberhinaus kann sowohl die Reaktivharzkomponente als auch die Härterkomponente noch ein oder mehrere weitere Zusätze beinhalten. Als weitere Zusätze können Weichmacher, nicht reaktive Verdünnungsmittel oder Flexibilisatoren, z. B. Lösungsmittel, Stabilisatoren, Rheologiehilfsmittel, Thixotropiermittel, Netzmittel, färbende Zusätze, Dispergiermittel, Emulgatoren, Antioxidantien, Licht-, UV- oder IR-Stabilisatoren, Flammschutzmittel, Haftvermittler und Verlaufsmittel enthalten sein. Derartige weitere Zusätze können vorzugsweise, bezogen auf das gesamte Gewicht der Klebstoffmasse, in Anteilen von insgesamt 0 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 20 Gew.-%, vorliegen.
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Auch Füllstoffe können gegebenenfalls in einer oder mehreren der Komponenten vorhanden sein. Beispiele für übliche Füllstoffe sind Kreide, Quarz, Polymerpulver, Glas- und Hohlglaskugeln, Korund, Talkum, die als Pulver, Granulat oder in Form von Formkörpern, auch im Gemisch miteinander, zugesetzt sein können. Der Anteil an Füllstoffen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht der Klebstoffmasse, beispielsweise von 0 bis 80 Gew.-% betragen, vorzugsweise bis 50%.
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Dem Fachmann ist bekannt, wie aus den genannten Bestandteilen für die Härterkomponente und die Reaktivharzkomponente schneller oder langsamer härtende Massen formuliert werden können. Für die schneller härtende Klebstoffteilmasse mit der zweiten Zusammensetzung in der Reaktivharzkomponente sind beispielsweise Reaktivverdünner auf (Meth)acrylatbasis, insbesondere Butandiol(meth)acrylat, sowie Grundharze auf Vinylesterbasis bevorzugt.
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Desweiteren kann die Aushärtungszeit der jeweiligen Klebstoffteilmasse durch den Anteil an Härtungsbeschleuniger beeinflusst werden, wobei die zweite Zusammensetzung in der schnell härtenden Teilmasse bevorzugt Anteile an Härtungsbeschleuniger von 2 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Anteile von Grundharz und Reaktivverdünner in der zweiten Zusammensetzung, enthält.
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Die erste Zusammensetzung in der langsamer härtenden Klebstoffteilmasse enthält bevorzugt ein Styrolderivat als Reaktivverdünner, besonders bevorzugt Styrol. Das Grundharz ist bevorzugt ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Vinylesterharz und/oder ein Urethan(meth)acrylatharz. Der Anteil des Härtungsbeschleunigers in der ersten Zusammensetzung beträgt vorzugsweise von 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Grundharz und Reaktivverdünner in der ersten Zusammensetzung.
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Die Aushärtungszeit der ersten Klebstoffteilmasse, nach dem Zumischen der Härterkomponente zur ersten Zusammensetzung, beträgt vorzugsweise etwa 0,5 bis 10 Minuten, besonders bevorzugt 1 bis 10 Minuten. Die Aushärtungszeit der durch Vermischen der zweiten Zusammensetzung mit der Härterkomponente gebildeten zweiten, schnell härtenden Klebstoffteilmasse liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 30 Sekunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Gewichtsverhältnis von Reaktivharzkomponente zu Härterkomponente etwa 1:1 bis 10:1, bevorzugt 3:1 bis 5:1.
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Das Gewichtsverhältnis der ersten Zusammensetzung und der zweiten Zusammensetzung in der Reaktivharzkomponente beträgt vorzugsweise von etwa 2:1 bis etwa 1:2. Besonders bevorzugt liegen die beiden Zusammensetzungen in der Reaktivharzkomponente etwa in gleichen Anteilen vor.
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Die als Auslaufschutz am Ende des Folienbeutels vorgesehene weitere polymerisierbare Zusammensetzung der Reaktivharzkomponente enthält, wie die erste Zusammensetzung, bevorzugt ein Styrolderivat als Reaktivverdünner, besonders bevorzugt Styrol, vorzugsweise in einem Anteil von 0,05 bis 70 Gewichtsprozent, bezogen auf Gesamtgewicht von Grundharz und Reaktivverdünner in der weiteren Zusammensetzung.
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Das Grundharz ist bevorzugt ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Vinylesterharz und/oder ein Urethan(meth)acrylatharz und liegt vorzugsweise in einem Anteil von 30 bis 99,95 Gewichtsprozent, bezogen auf Gesamtgewicht von Grundharz und Reaktivverdünner in der weiteren Zusammensetzung.
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Der Anteil des Härtungsbeschleunigers in der weiteren Zusammensetzung beträgt vorzugsweise von 0 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht von Grundharz und Reaktivverdünner in der weiteren Zusammensetzung.
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Für die erste Zusammensetzung und die weitere polymerisierbare Zusammensetzung können im Wesentlichen gleiche Formulierungen verwendet werden, wobei die Theologischen Eigenschaften der weiteren Zusammensetzung gegebenenfalls unter Verwendung weiterer Zusätze wie Bindemittel oder Tixotropiermittel gemäß ihrer Funktion als Auslaufschutz eingestellt sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klebstoffpackung ist die als Auslaufschutz am Ende des Folienbeutels vorgesehene weitere polymerisierbare Zusammensetzung in der Reaktivharzkomponente in einem Volumenanteil von 2 bis 30 Prozent, bezogen auf das Gesamtvolumen von Härterkomponente und Reaktivharzkomponente, vorhanden. Die genaue Menge der weiteren polymerisierbaren Zusammensetzung wird vom Fachmann aufgrund der Geometrie der Klebstoffpackung und der rheologischen Eigenschaften der zweiten Zusammensetzung festgelegt werden. Beispielsweise werden breitere Folienbeutel sowie niedrigviskose Einstellungen der schnell härtenden zweiten Zusammensetzung eine größere Menge der weiteren Zusammensetzung erfordern.
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Allgemein wird die weitere polymerisierbare Zusammensetzung in einer so geringen Menge eingesetzt, dass die Funktion der schnell härtenden Klebstoffteilmasse zur Bereitstellung einer hinreichenden Anfangsfestigkeit nicht beeinträchtigt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die weitere polymerisierbare Zusammensetzung alternativ oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausführungsformen ein einen in der Zusammensetzung und/oder wahlweise in einem mit der Zusammensetzung verträglichen Lösungsmittel gelösten, nicht porösen Feststoff enthalten. Der in der Zusammensetzung und/oder dem Lösungsmittel enthaltene Feststoff wird dann in die Kapillaren im Verschlussabschnitt des Folienbeutels gezogen werden und die Kapillaren nach dem Verdampfen der flüchtigen Komponenten der Zusammensetzung blockieren.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die weitere polymerisierbare Zusammensetzung eine lufthärtende und/oder feuchtigkeitshärtende Komponente enthält. Nach dem Austreten der Zusammensetzung aus dem Verschlussabschnitt des Folienbeutels härtet die weitere polymerisierbare Zusammensetzung unter Umgebungsbedingungen aus und blockiert so ebenfalls die Kapillaren im Verschlussabschnitt des Folienbeutels.
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Der schlauchförmige Folienbeutel der erfindungsgemäßen Klebstoffpackung ist vorteilhaft aus einer auf die chemischen Eigenschaften der Komponenten der Klebstoffmasse abgestimmten, mehrschichtigen Folie gebildet.
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Bevorzugt sind alle Komponenten der Klebstoffmasse in einem gemeinsamen schlauchförmigen Folienbeutel angeordnet. Der Folienbeutel ist vorteilhaft aus einem flächigen Material geformt, das zur Ausbildung der erforderlichen Anzahl von Kammern gefaltet und entsprechend verschweißt wird.
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Die Härterkomponente und die Reaktivharzkomponente der Klebstoffmasse sind vorzugsweise in getrennten Kammern des Folienbeutels angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Härterkomponente und die Reaktivharzkomponente jeweils in einer durchgängigen Kammer des Folienbeutels angeordnet, die sich von einem Ende des Folienbeutels zu dessen anderem Ende erstreckt.
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Die Trennung der verschiedenen Zusammensetzungen der Reaktivharzkomponente erfolgt vorzugsweise durch eine geeignete Einstellung ihrer rheologischen Eigenschaften, insbesondere durch Auswahl eines Grundharzes mit geeigneter Viskosität und Einstellung des Anteils an Reaktivverdünner sowie wahlweise durch Zusatz weiterer Additive wie Tixotropiermittel und Bindemittel. Dadurch bilden sich Fließgrenzen zwischen den Zusammensetzungen aus, die eine Durchmischung der Zusammensetzungen während der Lagerung der Klebstoffpackung verhindern.
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Die erfindungsgemäße Klebstoffpackung eignet sich vorzugsweise zur Verwendung mit einem Befestigungselement zur chemischen Verankerung.
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Dieses Verankerungselement kann selbstbohrend oder nicht-selbstbohrend ausgebildet sein.
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Bei einer Verwendung mit nicht selbstbohrenden Verankerungselementen wird die Klebstoffpackung so in ein vorgefertigtes Bohrloch eingebracht, dass die zweite Zusammensetzung zum Bohrlochgrund zeigt. Anschließend wird das Verankerungselement in das Bohrloch eingeführt und zerschneidet die Klebstoffpackung, so dass die Härterkomponente und die Reaktivharzkomponente austreten und wenigstens zwei unterschiedlich schnell härtende Klebstoffteilmassen bereitstellen.
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Besonders bevorzugt ist das Befestigungselement ein selbstbohrender Gebirgsanker, der als Passivanker oder als Aktivanker ausgestaltet sein kann.
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Beim Aktivanker kann das über die schnell härtende Klebstoffteilmasse im Untergrund bereits teilweise verankerte Befestigungselement nahezu direkt nach dem vollständigen Auspressen der Klebstoffmasse mittels eines Vorspannelements vorgespannt werden. Durch das zeitlich verzögerte Nachhärten der langsam beziehungsweise moderat reagierenden ersten Klebstoffteilmasse im vorgespannten Bereich, wird die Vorspannung des Befestigungselementes chemisch fixiert.
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Beim Passivanker können der Bohrmotor und die Auspresseinheit sofort nach dem vollständigen Ausbringen der Klebstoffmasse entfernt und ein nächstes Befestigungselement gesetzt werden, da unmittelbar nach dem vollständigen Auspressen der Klebstoffmasse zumindest eine teilweise Verankerung des Befestigungselementes erreicht wird.
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Die Erfindung betrifft somit auch ein Befestigungselement zur chemischen Verankerung in einem Untergrund, mit einem Aufnahmekörper für eine auspressbare Klebstoffmasse, wobei an einem Ende des Aufnahmekörpers ein Bohrkopf vorgesehen ist, und einer in den Aufnahmekörper eingebrachten erfindungsgemäßen Klebstoffpackung, wobei die Klebstoffpackung so im Aufnahmekörper angeordnet ist, dass die erste Zusammensetzung dem Bohrkopf und die zweite Zusammensetzung einem dem Bohrkopf gegenüberliegenden Ende des Befestigungselements benachbart ist.
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Nach dem vollständigen Auspressen der Klebstoffmasse liegen mindestens zwei unterschiedlich schnell härtende Teilmassen vor. Die zuerst ausströmende, durch Vermischen der Härterkomponente und der ersten Zusammensetzung gebildete Klebstoffteilmasse härtet mit moderater Geschwindigkeit aus und gewährleistet das Nachströmen des zweiten Klebstoffteilmasse, die durch Vermischen der Härterkomponente und der zweiten Zusammensetzung gebildet ist. Die nach der ersten Klebstoffteilmasse ausströmende zweite Teilmasse härtet schneller als die erste Teilmasse und vorteilhaft sofort aus. Damit ist sichergestellt, dass das Befestigungselement schnell und sicher im Untergrund verankert ist, wobei die schnell aushärtende Klebstoffteilmasse im Bereich des Bohrlochgrunds zu liegen kommt, womit eine vorteilhafte Krafteinleitung in den Untergrund gewährleistet ist.
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Durch die unterschiedlichen Aushärtungszeiten der Klebstoffteilmassen lassen sich die erfindungsgemäßen Befestigungselemente unabhängig von der Temperatur des Untergrundes setzen, womit das erfindungsgemäße Befestigungselement flexibel insbesondere im Tunnel- oder Stollenbau einsetzbar ist. Normalerweise gelangen bei kalten Untergründen schnell härtende Massen und bei heissen beziehungsweise bei warmen Untergründen langsam härtende Massen zur Anwendung. Da das erfindungsgemäße Befestigungselement mindestens zwei unterschiedlich schnell härtende Klebstoffteilmassen aufweist, ist eine sichere Verankerung des Befestigungselementes in unterschiedlichen Untergründen gewährleistet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein selbstbohrendes Befestigungselement in Form eines Gebirgsankers in einem schematischen Längsschnitt;
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2 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Klebstoffpackung; und
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3 eine Ansicht des selbstbohrenden Befestigungselements in gesetztem Zustand.
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Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in der 1 dargestellte selbstbohrende Befestigungselement 11, hier in Form eines Gebirgsankers, weist einen hohlzylindrischen Aufnahmekörper 12 auf, der an einem ersten, in Setzrichtung S liegenden Ende 13 einen Bohrkopf 16 und am gegenüberliegenden Ende 14 ein Drehmitnahmemittel 15, z. B. in Form eines mit einem hier nicht dargestellten Bohrgerät kuppelbaren Mehrkants auf. Der Bohrkopf 16 weist eine erste zentrale Durchtrittsöffnung 17 sowie zwei weitere radiale Durchtrittsöffnungen 19 auf. Weiter ist eine trichterförmig ausgebildete, sich zum freien Ende des Bohrkopfs 16 verjüngende Aufnahme 18 im Bohrkopf 16 vorgesehen.
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Im Aufnahmekörper 12 ist ein Innenrohr 21 vorgesehen, in dem die erfindungsgemäße Klebstoffpackung 20 angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Klebstoffpackung 20 umfasst einen schlauchförmigen Folienbeutel 23 zur Aufnahme einer mehrkomponentigen Klebstoffmasse 26. Die einander gegenüberliegenden Enden des Folienbeutels 23 sind jeweils mit einem Metalldraht 22 abgebunden und verschlossen.
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Wie in 2 schematisch dargestellt ist, umfasst die mehrkomponentige Masse 26 der Klebstoffpackung 20 eine Reaktivharzkomponente 28 und eine Härterkomponente 27, die in voneinander getrennten Kammern gelagert sind und die im gemischten Zustand aushärten. Die Härterkomponente 27 ist in einer in Längsrichtung des Folienbeutels 23 verlaufenden, ersten Kammer 24 des Folienbeutels 23 vorgesehen. Die Reaktivharzkomponente 28 ist in einer parallel zur ersten Kammer 24 verlaufenden zweiten Kammer 25 des Folienbeutels 23 vorgesehen und umfasst wenigstens eine erste Zusammensetzung 29 sowie eine von der ersten Zusammensetzung 29 verschiedene, zweite Zusammensetzung 30.
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Die erste Zusammensetzung 29 und die zweite Zusammensetzung 30 sind hintereinander in der durchgängigen, sich von einem Ende zum anderen Ende des Folienbeutels 23 erstreckenden zweiten Kammer 25 des Folienbeutels 23 angeordnet. Zwischen der ersten Zusammensetzung 29 und der zweiten Zusammensetzung 30 kann eine sich vorteilhaft unter Druck leicht öffnende Trennwand 33 vorgesehen sein. Bevorzugt sind jedoch die rheologischen Eigenschaften der Zusammensetzungen 29, 30 so eingestellt, dass sich im Lagerzustand stabile Fließgrenzen ausbilden, die eine Durchmischung verhindern.
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Die zweite Zusammensetzung 30 der Reaktivharzkomponente 28 härtet im Gemisch mit der Härterkomponente 27 schneller aus als die erste Zusammensetzung 29.
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Hinter der zweiten Zusammensetzung 30 ist an einem der ersten Zusammensetzung 29 gegenüberliegenden Ende 32 des Folienbeutels 23 eine weitere polymerisierbare Zusammensetzung 40 angeordnet, die langsamer aushärtet als die zweite Zusammensetzung 30. Die weitere polymerisierbare Zusammensetzung 40 ist bezüglich ihrer rheologischen Eigenschaften so eingestellt, dass sie einen Auslaufschutz für die zweite Zusammensetzung 30 und/oder die Härterkomponente 27 bereitstellt.
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Die erste Zusammensetzung 29 und die weitere polymerisierbare Zusammensetzung 40 können vorteilhaft die gleiche Formulierung aufweisen. Durch Verwendung weiterer Zusätze wie Bindemittel und Tixotropiermittel kann die weitere Zusammensetzung optimal an die Funktion als Auslaufschutz angepasst werden.
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Die Härterkomponente 27 enthält vorzugsweise ein Peroxid, bevorzugt Dibenzoylperoxid.
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Als Reaktivharzkomponente 28 werden bevorzugt Zusammensetzungen mit wenigstens einem olefinisch ungesättigten Grundharz, einem Reaktivverdünner und einem Härtungsbeschleuniger eingesetzt.
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Beispiele für das Grundharz sind Vinylesterharze, Urethan(meth)acrylatharze und ungesättigte Polyesterharze.
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Der Reaktivverdünner umfasst vorzugsweise Verbindungen, die aus der aus Alkyl(meth)acrylat, Hydroxyalkyl(meth)acrylat, Styrol und Styrolderivaten sowie Ethylenglykoldi(meth)acrylat und Butandioldi(meth)acrylat) bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Bevorzugt sind Styrol und Butandioldi(meth)acrylat.
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Beispiele für geeignete Härtungsbeschleuniger sind tertiäre Amine wie Triethylamin, Dialkylarylamine wie N,N-Dimethyl-p-toluidin und N,N-Dimethylanilin, verkappte Amine in Form von Iminen wie das Imin aus Anilin und Butanal, und Dihydropyridinderivate, auch im Gemisch miteinander. Außerdem können Metallsalze wie Cu-, Co-, Mn-, Sn- und Ce-Salze, beispielsweise Kupferoctanoat oder Kobaltoctanoat, als Härtungsbeschleuniger eingesetzt werden, die den Zerfall von Peroxiden katalysieren.
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Darüberhinaus kann sowohl die Reaktivharzkomponente als auch die Härterkomponente noch ein oder mehrere weitere Zusätze und Füllstoffe beinhalten.
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Für die zweite Zusammensetzung 30 in der Reaktivharzkomponente 28 wird bevorzugt ein Reaktivverdünner auf (Meth)acrylatbasis, insbesondere Butandiolmethacrylat verwendet. Das Grundharz ist bevorzugt ein Vinylesterharz.
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Die erste Zusammensetzung 29 und die weitere polymerisierbare Zusammensetzung 40 enthalten bevorzugt Styrol oder ein Styrolderivat als Reaktivverdünner, besonders bevorzugt Styrol. Das Grundharz ist bevorzugt ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Vinylesterharz und/oder ein Urethan(meth)acrylatharz.
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Beispielhafte Formulierungen für die erste und die zweite Zusammensetzung 29, 30 und die weitere polymerisierbare Zusammensetzung 40 der Reaktivharzkomponente 28 sowie die Härterkompenente 27 sind nachfolgend angegeben. Diese Beispiele sind jedoch nicht abschließend. Vielmehr kann für die Formulierung der Klebstoffmasse auf die oben beschriebenen und die weiter im Stand der Technik bekannten Komponenten und Zusammensetzungen zurückgegriffen werden.
- 1. Härterkomponente 27:
Dibenzoylperoxid 20.0 Gew.-%
Wasser 30.0 Gew.-%
Quarz 0.01 bis 0.03 mm 50.0 Gew.-%
- 2. Erste Zusammensetzung 29 und polymerisierbare Zusammensetzung 40:
Ungesättigtes Polyesterharz 27.0 Gew.-%
Styrol 18.0 Gew.-%
Dimethylanilin 0.1 Gew.-%
Kreide 52.9 Gew.-%
Pyrogene Kieselsäure 2.0 Gew.-%
- 3. Zweite Zusammensetzung 30:
Bisphenol-A-diglycidyl-dimethacrylat 25.0 Gew.-%
1,4 Butandiol dimethacrylat 20.0 Gew.-%
Dimethylanilin 1.0 Gew.-%
Kreide 51.5 Gew.-%
Pyrogene Kieselsäure 2.5 Gew.-%
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Die erste Zusammensetzung 29 und die zweite Zusammensetzung 30 liegen in der Reaktivharzkomponente in Gewichtsanteilen von 2:1 bis 1:2 vor. Das Mischungsverhältnis der Reaktivharzkomponente 28 mit der Härterkomponente 27 beträgt zwischen etwa 5 und 3 Gewichtsteile zu 1 Gewichtsteil (5:1 bis 3:1).
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Der Anteil der weiteren polymerisierbaren Zusammensetzung 40 wird allgemein so gewählt, dass die Funktion der zweiten Zusammensetzung 30 zur Bereitstellung einer hinreichenden Anfangsfestigkeit der Klebstoffmasse nicht beeinträchtigt ist.
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Insbesondere kann die weitere polymerisierbare Zusammensetzung in der Reaktivharzkomponente 28 in einem Volumenanteil von 2 bis 30 Prozent, bezogen auf das Gesamtvolumen von Härterkomponente 27 und Reaktivharzkomponente 28 vorgesehen sein.
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Wie in 1 weiter gezeigt wird, ist im Innenrohr 21 zwischen der Klebstoffmasse 26 und dem Bohrkopf 16 ein im Innenrohr 21 verschiebbar gelagertes, vorteilhaft aus einem Kunststoff gefertigtes Mischelement 31 vorgesehen. An dem dem Mischelement 31 gegenüberliegenden Ende des Innenrohrs 21 ist ein Auspresskolben 36 im Innenrohr 21 zum Auspressen der Klebstoffmasse 26 vorgesehen. Durch den Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 21 und dem Aufnahmekörper 12 ist ein Absaugen von Bohrklein beziehungsweise Bohrmehl oder ein Zuführen von Spülwasser zum Bohrkopf 16 gewährleistet.
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Die Klebstoffpackung 20 ist so in den Aufnahmekörper eingesetzt, dass die zweite Zusammensetzung 30 in Setzrichtung S hinter der ersten Zusammensetzung 29 angeordnet ist.
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Das Befestigungselement 11 wird, wie in 3 gezeigt, als Ganzes mit einer hier nicht dargestellten Bohr-/Auspresseinheit, welche mit dem Drehmitnahmemittel 15 des Aufnahmekörpers 12 gekoppelt werden kann, in den Untergrund 6 gebohrt.
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Nach Erreichen der gewünschten Bohrtiefe wird über die Auspresseinheit der Auspresskolben 36, beispielsweise mittels Wasser mit Druck beaufschlagt, wobei zuerst das Mischelement 31 in Richtung des Bohrkopfs 16 geschoben wird, bis das freie Ende des Mischelementes 31 in der Aufnahme 18 des Bohrkopfs 16 zu liegen kommt. Bei einer weiteren Druckbeaufschlagung des Auspresskolbens 36 strömt die Klebstoffmasse 26 unter Vermischung der Härterkomponente 27 und der Reaktivharzkomponente 28 durch die Durchtrittsöffnungen 17 und 19 im Bohrkopf 16 aus dem Befestigungselement 11 heraus.
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Die langsam härtende Teilmasse 41 aus der Härterkomponente 27 und der ersten Zusammensetzung 29 strömt dabei zuerst aus dem Befestigungselement 11 und verfüllt den Zwischenraum zwischen der Außenwandung des Aufnahmekörpers 12 und der Bohrlochwandung 7 vom Bohrlochgrund aus. Die nachfolgend ausströmende zweite Teilmasse 42 aus der Härterkompenente 27 und der zweiten Zusammensetzung 30, die schneller aushärtet, verdrängt die erste Teilmasse 41 weiter in Richtung des zweiten Endes 14 des Aufnahmekörpers 12. Da die zweite Teilmasse 42 in wenigen Minuten schnell aushärtet, ist das Befestigungselement 11 nach dem Auspressen der Klebstoffmasse 26 im Bereich des Bohrlochgrunds verankert und hinreichend belastbar. Nach dem zeitlich verzögerten Aushärten der ersten Teilmasse 41 ist das Befestigungselement 11 vollständig im Untergrund 6 verankert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4303354 [0002]
- DE 102009002951 A1 [0003]
- DE 4231161 A [0018]
- US 4518283 A [0018]
