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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Glas Polyalkenoat Zement, insbesondere einen Glas Polyalkenoat Zement bei dem die Glaskomponente glasartige Abfallstoffe, die aus Flugaschen, Hochofenschlacken oder Kohlevergasungsschlacken gewonnen werden, oder synthetische Gläser auf der Basis von CaO-Al2O3-SiO2 sind, sowie dessen Verwendung als Zweikomponenten-Mörtelmasse zur chemischen Befestigung von Verankerungsmitteln.
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Glas Polyalkenoat Zemente, auch Glas Ionomer Zemente genannt, werden hauptsächlich für zahnmedizinische und biomedizinische Anwendungen verwendet. Sie werden durch die Reaktion von wässrigen Polycarbonsäuren (im folgenden Polysäure), wie Polyacrylsäure, mit einem durch Säuren zersetzbaren Calciumaluminiumsilikat (Glas) gebildet. Die Polysäure zerstört dabei Teile des Calciumaluminiumsilikat-Netzwerkes, wodurch Metallionen freigesetzt werden, welche die Polysäureketten ionisch vernetzen, was zur Bildung eines harten Zements führt. Der gehärtete Zement besteht dabei aus den verbleibenden Glaspartikeln, welche in die gebildete Polysalz-Matrix eingebetet sind.
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Die Glas Polyalkenoat Zemente weisen eine hohe Druck- und Biegefestigkeit auf. Sie härten schnell aus, typischerweise unter 10 Minuten und zeichnen sich durch eine geringe Porosität und ausgezeichnete Haftung (Adhäsion) an vielen Materialien auf. Die Haftung wird durch die Fähigkeit, hydrophile Oberflächen zu benetzen und chemisch an eine Vielzahl an Materialien zu binden, begründet, was das auf die Chelatisierung von Metallkationen durch die Carbonsäuregruppen der Polysäure zurückzuführen ist. Zum Beispiel können sie ionisch über die Chelatisierung von Al3+- und Ca2+-Metallionen an Beton oder an Stahl binden. Diese Eigenschaften machen sie für viele bautechnische Anwendungen wertvoll, wie die Verwendung als chemisches Befestigungsmittel.
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Die bisher verwendeten chemischen Befestigungssysteme basieren entweder auf anorganischen, hydraulisch abbindenden Bindemitteln, die als eine Komponente einen pulverförmigen Reaktanten, wie Zement, Flugasche und dergleichen, und als andere Komponente Wasser oder eine Silikatlösung enthalten, oder organische schnellhärtende Bindemittel, die ein flüssiges, radikalisch polymerisierbares Reaktionsharz und einen pulverförmigen Radikalinitiator enthalten.
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Die organischen Bindemittel sind in der Regel sehr teuer, weisen einen nennenswerten Reaktionsschrumpf auf und sind empfindlich auf Bohrlochbedingungen. Die ausgehärteten Duromere besitzen nur eine limitierte Wärmeformbeständigkeit, was deren maximal erlaubte Einsatz-Temperatur einschränkt.
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Die anorganischen Bindemittel sind zwar billig und unempfindlicher, aber teilweise sehr langsam in der Aushärtung und ergeben aufgrund der mangelhaften inneren Festigkeit nur ungenügend Lastwerte.
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Es besteht daher Bedarf an neuartigen Bindemitteln für die chemische Befestigungstechnik, welche die Vorteile der beiden Technologien vereinen, ohne deren Nachteile aufzuweisen.
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Die im Bereich der Medizin eingesetzten Glas Polyalkenoat Zemente sind aufgrund ihrer Eigenschaften erfolgversprechende Bindemittelsysteme für chemische Befestigungssysteme. Allerdings wird die Glaskomponente, die Silikate, aufgrund der hohen ästhetischen als auch funktionellen Anforderungen insbesondere für dentale Zwecke speziell entwickelt. Dies macht sie relativ teuer und für den industriellen Einsatz im Tonnenmaßstab unpraktikabel und unwirtschaftlich.
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Es ist zwar bekannt, dass Glas Polyalkenoat Zemente auf der Basis von mineralischen Silikaten grundsätzlich die Kriterien der Glas Polyalkenoat Zemente erfüllen. Aber die daraus resultierenden Zemente härten zu brüchigen, plastischen oder gummiartigen Feststoffen mit geringer Kompressionsstärke aus und sind daher nur bedingt hydrolysestabil.
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Dementsprechend ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bindemittel für chemische Befestigungssysteme der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, welches billig und einfach herzustellen ist und die Nachteile der bekannten Systeme überwindet.
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Diese Aufgabe wird durch die härtbare Zusammensetzung gemäß Hauptanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Damit ist es möglich, eine Mörtelmasse für die chemische Befestigung bereitzustellen, die billige Rohstoffe, wie Flugasche, Hochofenschlacke oder Kohlevergasungsschlacke, oder geeignete Mineralien, verwendet, eine schrumpffreie und schnelle Aushärtung sowie eine chemische Anbindung an Beton und hervorragende Haftung auf bzw. an Stahl aufweist. Darüber hinaus weist die gehärtete Masse eine hohe Druckfestigkeit und hohe Wärmeformbeständigkeit auf. Ein weiterer Vorteil, insbesondere gegenüber den Bindemitteln auf organischer Basis ist deren Kennzeichnungsfreiheit.
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Damit ein Glas für die Bildung eines Polyalkenoat Zements geeignet ist, muss es durch Säuren zersetzbar sein, d.h. die Al-O-Si-Bindungen in dem Glas müssen durch saure Hydrolyse gespalten werden können.
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In Flugaschen beispielsweise werden kristalline und amorphe, d.h. glasartige Phasen, gefunden, je nach Ausgangsmaterial und Verbrennungsbedingungen. Die amorphe Phase dominiert dabei die Zersetzbarkeit von Flugaschen, so dass je nach deren Zusammensetzung das Glas unter alkalischen oder sauren Bedingungen zersetzt werden kann. Allerdings ist es aufgrund der Komplexizität der Teilchenheterogenität innerhalb und zwischen den Teilchen sehr schwer, ein Verständnis für die Glasbildung in einer gegebenen Flugasche zu entwickeln. Lowenstein hat herausgefunden, dass allgemein ein Al:Si-Verhältnis von größer oder gleich 1 erforderlich ist, damit die Glasbildung, d.h. die Bildung der amorphen Phase gegenüber der Kristallisation überwiegt (Lowenstein W., The distribution of aluminium in the tetrahedra of silicates and aluminates, Am. Mineral 39: 92–96 (1954)). Allerdings muss, insbesondere für die Verwendbarkeit in Glas Polyalkenoat Zementen zwischen basischer und saurer Zersetzung des gebildeten Glases unterschieden werden, da hier die saure Zersetzung überwiegt. Bei einem großen Al:Si-Verhältnis, d.h. größer als 1 erfolgt die Zersetzung überwiegend basisch und bei einem kleinen Al:Si-Verhältnis im Bereich von 1 überwiegend sauer (Hill R.G., Wilson A.D., Some structural aspects of glasses used in ionomer cements, Glass Technology 29: 150–158 (1988)).
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Ein weiterer Faktor, welcher neben weiteren Eigenschaften die Zersetzbarkeit des Glases beeinflusst, ist das Netzwerk aus nicht-verbrückenden Sauerstoff- und Fluoratomen. Ein üblicher Parameter, die Auflösung des Glasnetzwerkes zu beschreiben, ist der Vernetzungsgrad NC, die so genannte „network connectivity“, die als durchschnittlich Anzahl an verbrückenden Bindungen pro netzwerkbildendes Element, wie Silizium oder Aluminium, im Glasnetzwerk definiert wird und nach folgender allgemeiner Formel berechnet werden kann (Towler M.R. et al J Chem Technol Biotechnol 77: 240–245 (2002)):
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Bei einem NC-Wert von 2,0 wird angenommen, dass lineare Silikatketten mit unendlichem Molekulargewicht existieren. Fällt der NC-Wert unter 2,0, wird eine schnelle Abnahme des Molekulargewichts und der Kettenlänge beobachtet. Ist der NC-Wert größer als 2,0, entsteht ein dreidimensionales Glasnetzwerk.
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Im Allgemeinen ist die Reaktivität des Glases und dementsprechend die Härtungsgeschwindigkeit des Zements höher je höher das Al:Si-Verhältnis des Glases und je stärker das Glasnetzwerk aufgespalten ist, mit der Einschränkung, dass für die sauer Zersetzung das Al:Si-Verhältnis nahe 1 liegen muss.
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Diese Beurteilungskriterien können ebenso auf Hochofenschlacke und Kohleverbrennungsschlacke angewandt werden.
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Alternativ kann ein speziell synthetisiertes Glas des Typs CaO-Al2O3-SiO2 oder Mineralien, wie Anorthit, verwendet werden, bei dem sich das erforderliche Al:Si-Verhältnis einstellen lässt.
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Dementsprechend ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine härtbare Zusammensetzung, umfassend (a) mindestens eine Polysäure oder eine Vorläuferverbindung davon, die durch Hydrolyse in eine Polysäure umgewandelt werden kann, und (b) mindestens eine teilchenförmige ionenauslaugbare glasartige Verbindung, die in Wasser mit der Polysäure unter Bildung einer gehärteten Masse reagieren kann und die unter glasartigen Abfallstoffen, die aus Flugaschen, Hochofenschlacken und Kohlevergasungsschlacken, bevorzugt aus Kohlevergasungsschlacken, gewonnen werden, und synthetischen Gläsern oder Mineralien auf CaO-Al2O3-SiO2-Basis ausgewählt ist, und reaktionsinhibierend getrennt gelagert (c) Wasser und gegebenenfalls (d) einen Komplexbildner, wobei das Al:Si-Verhältnis der teilchenförmigen ionenauslaugbaren glasartigen Verbindung (b) 0,5 bis 1 beträgt.
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Um eine bessere Aussage über die Verwendbarkeit von Flugasche in Glas Polyalkenoat Zementen für die chemische Befestigungstechnik machen zu können, ist ein weiterer Parameter erforderlich, der den kombinierten Effekt des Al:Si-Verhältnisses und des NC-Wertes wiederspiegelt. Hierzu bedient man sich des modifizierten NC-Wertes, der NC'-Wert. Dieser Parameter berechnet den NC unter der Annahme, dass alle Si-O-Al-Bindungen aufgebrochen sind. Je geringer der NC’-Wert desto höher die Reaktivität des Glases.
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Es wird angenommen, dass bei einem NC’-Wert größer als 1,6 die Bildung eines dreidimensionalen Silikat Netzwerks beginnt, welches unreaktiv ist. Das entsprechende Glas ist folglich auch nicht reaktiv und eignet sich dementsprechend nicht für die Bildung von Glas Polyalkenoat Zementen für die chemische Befestigung. Gläser mit einem NC’-Wert unter 0,4 sind so reaktiv, dass sie sich ebenfalls nicht zur Bildung eines Zements für die chemische Befestigung eignen.
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Dementsprechend ist bevorzugt der NC’-Wert der teilchenförmigen ionenauslaugbaren glasartigen Verbindung (b) 0,4 bis 1,6.
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Als Säurekomponente, die zum einen zur Herauslösung der Metallkationen und zum anderen als Polymermatrix dient, wird erfindungsgemäß eine Polysäure oder eine Vorläuferverbindung davon, die durch Hydrolyse in eine Polysäure umgewandelt werden kann, eingesetzt.
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Die Polysäure ist bevorzugt eine Polyalkensäure, die durch Homopolymerisation und Copolymerisation von ungesättigten aliphatischen oder alicyclischen Carbonsäuren, wie zum Beispiel Aconit-, Acryl-, Citracon-, Glucon-, Fumar-, Itacon-, Malein-, Mesacon-, Methacryl-, Mucon-, Tiglin-, Angelika- oder Vinylphosphonsäure, oder durch Copolymerisation dieser Säuren mit anderen ungesättigten aliphatischen Monomeren, zum Beispiel Vinylmonomere, wie Vinylkohlenwasserstoff-Monomere, Vinylether, Acrylamid oder Acrylonitril, erhalten werden kann.
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Besonders bevorzugt sind Acrylsäure-Homopolymere und ihre Copolymere mit einer oder mehreren Säuren, ausgewählt unter Aconit-, Fumar-, Itacon-, Malein-, Mesacon-, Methacryl, Mucon-, Tiglin- oder Angelikasäure, insbesondere Copolymere der Acrylsäure mit Itaconsäure. Noch stärker bevorzugt sind Acrylsäure-Homopolymere. Copolymere des Vinylmethylethers mit Maleinsäure und solche, die in der Anmeldung
GB 1484454 A1 beschrieben sind, sind ebenso verwendbar.
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Es ist aber auch möglich eine Vorläuferverbindung einer Polysäure zu verwenden, d.h. ein Polymer, das durch Hydrolyse in eine Polysäure umgewandelt wird, zum Beispiel ein Polysäureanhydrid. Ferner können die Polysäuren durch Hydrolyse von entsprechenden Polyacrylonitrilen erhalten werden. Die Vorläuferverbindung der Polysäure kann außerdem ein Homopolymer eines Polysäureanhydrids oder ein Copolymer mit einer der oben erwähnten Carbonsäure oder deren Anhydrid sein, oder ein Copolymer eines ungesättigten alicyclischen Carbonsäureanhydrids mit einem ungesättigten aliphatischen Monomer, wie Vinylkohlenwasserstoff-Monomere, Vinylether, Acrylamid oder Acrylonitril. Darüber hinaus können Homopolymere aus Maleinsäureanhydrid oder Vinylorthophthalsäureanhydrid oder Copolymere davon mit Ethylen, Propylen, Buten, Styrol und Vinylmethylether verwendet werden.
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Es hat sich gezeigt, dass die Kompressionsstärke der ausgehärteten Zusammensetzung mit zunehmender Konzentration an Polysäure in der Pulverkomponente, also mit abnehmenden (a):(b)-Verhältnis, abnimmt, die Härte der ausgehärteten Zusammensetzung jedoch zunimmt. Umgekehrt verhält es sich mit dem Einfluss des Molekulargewichts der Polysäure. Mit zunehmendem Molekulargewicht nimmt sowohl die Kompressionsstärke als auch die Härte der ausgehärteten Zusammensetzung zu.
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Bevorzugt beträgt das Verhältnis von Polysäure (a) zu glasartiger Verbindung (b) 1:3 bis 1:6.
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Die Polysäure oder deren Vorläuferverbindung ist bevorzugt unverzweigt, obwohl verzweigte Polymere ebenso verwendet werden können. Das durchschnittliche Molekulargewicht der Polysäure liegt bevorzugt im Bereich von 1.000 bis 1.000.000 Dalton, stärker bevorzugt im Bereich von 1.000 bis 250.000 Dalton und am stärksten bevorzugt im Bereich von 10.000 bis 25.000 Dalton, gemessen durch Ultrazentrifugation.
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Die Polysäure ist bevorzugt in einer Menge enthalten, so dass deren Konzentration größer als 40 Gew.-%, bezogen auf das Wasser (c), ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Härte der gehärteten Zusammensetzung in einem optimalen Bereich gehalten wird.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die härtbare Zusammensetzung ferner einen Komplexbildner (d), der in der wässrigen Lösung der Polysäure löslich ist. Der Komplexbildner kann einen Fluorliganden oder bevorzugt einen Chelatbildner enthalten. Der Chelatbildner kann eine Mehrzahl an Carboxylgruppen enthalten, wie Aconit-, Itacon-, Malein- Mellit- oder Tricarballylsäure, aber auch mindestens eine Hydroxylgruppe. Besonders bevorzugt enthält der Chelatbildner Zitronen-, Äpfel- oder Weinsäure.
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Ein weiterer geeigneter Chelatbildner umfasst einen mehrwertigen Metallkomplex, dessen Metall geeigneterweise dasselbe ist, wie in der nachfolgend beschriebenen Verbindung (e), zum Beispiel ein β-Diketonkomplex, beispielsweise mit Aluminium oder Chrom, oder ein EDTA-Komplex, beispielsweise mit Kupfer oder Zink.
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Der Komplexbilder beeinflusst die Gelzeit und wirkt sich auf die Kompressionsstärke der härtbaren Zusammensetzung aus. Durch Zugabe eines Komplexbildners wird bis zu einer Konzentration von 20 Gew.-% Komplexbildner, bezogen auf das Wasser (c), eine Beschleunigung der Aushärtung beobachtet. Eine Zugabe darüber hinaus verlangsamt die Aushärtung allerdings wieder. Dies wirkt sich auch auf die Kompressionsstärke der ausgehärteten Verbindung aus. Eine Zugabe geringer Konzentrationen an Komplexbildner hat allerdings eine geringe Kompressionsstärke zur Folge. Die Zunahme der Konzentration an Komplexbildner führt auch zu einer Zunahme der Kompressionsstärke. Die Konzentration an Komplexbildner sollte daher in einem bestimmten Bereich liegen, damit sowohl eine zufriedenstellende Geschwindigkeit der Aushärtung als auch eine zufriedenstellende Härte der ausgehärteten Zusammensetzung erreicht wird.
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Erfindungsgemäß ist der Komplexbildner in einer Menge von 6 bis 30 Gew.-%, bevorzugt zwischen 20 und 30 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Wasser (c), enthalten. Besonders bevorzugt beträt der Gehalt an Komplexbildner 20 Gew.-%.
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Neben dem Komplexbildner kann die härtbare Zusammensetzung erfindungsgemäß weitere Verbindungen (e), umfassend mindestens eine kovalente Phosphor/Kohlenstoff- oder Phosphor/Bor-Bindung, in einer Menge, die wirksam ist, die Verarbeitungszeit der Zusammensetzung zu verlängern, enthalten. Bevorzugt umfasst die Verbindung (e) eine mehrbasische Phosphonsäure einschließlich einer zweibasischen Phosphonsäure. Besonders effektiv sind solche Verbindungen, die ferner mindestens eine weitere komplexbildende Gruppe enthalten, wie eine Aminogruppe oder eine Hydroxylgruppe, bevorzugt eine Aminogruppe und stärker bevorzugt eine tertiäre Aminogruppe.
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Die Verbindung (e) ist bevorzugt in einer wässrigen Lösung von (a) löslich oder zumindest vollständig mischbar mit dieser. Die Verbindung (e) ist in solch einer Menge enthalten, dass die Menge des Komplexbildners (d) und der Verbindung (e) zusammen bevorzugt bis zu 30 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf die Menge an Wasser (c), beträgt.
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Es wurde ferner herausgefunden, dass kleine Glasteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von unter 2 µm die Verarbeitungszeit drastisch reduzieren können. Daher ist die erfindungsgemäße härtbare Zusammensetzung im Wesentlichen frei von Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße < 2 µm. Dies kann etwa durch Sedimentationsverfahren oder Waschen mit Säure erreicht werden. „Im Wesentlichen frei von“ bedeutet hier, dass Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße < 2 µm in einer Menge enthalten sind, welche die Verarbeitungszeit nicht beeinträchtigen.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine härtbare Zusammensetzung, umfassend als Pulverkomponente (A) ein trockenes Gemisch aus der Polysäure oder einer Vorläuferverbindung davon (a) in Teilchenform, der teilchenförmigen ionenauslaugbaren glasartigen Verbindung (b) und gegebenenfalls die Verbindung (e), und reaktionsinhibierend getrennt davon gelagert als Flüssigkomponente (B) ein flüssiges Gemisch aus Wasser (c) und gegebenenfalls des Komplexbildners (d). Hierdurch wird erreicht, dass die Härtungsreaktion erst nach dem Mischen der beiden Komponenten (A) und (B) erfolgen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann entweder die Pulverkomponente (A) oder die Flüssigkomponente (B) anorganische und/oder organische Füllstoffe enthalten. Alternativ können beide Komponenten (A) und (B) anorganische und/oder organische Füllstoffe enthalten. Übliche Füllstoffe sind zum Beispiel bekannte Mörtelzusätze, wie beispielsweise Füllmittel, Verdicker, Lösungsmittel, Dispergiermittel, Thixotropiermittel, inerte flüssige Träger, Stabilisatoren, Mittel zur Steuerung der Härtungsgeschwindigkeit, Netzmittel und/oder dergleichen. Als Füllmittel können Sand, Quarz, Steinmehl, Kreide, Kaolin, organische Fasern und dergleichen in Mengen bis zu 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der härtbaren Zusammensetzung, enthalten sein. Die den härtbaren Zement enthaltende Komponente kann, um das Vermischen zu erleichtern, bekannte Zusätze wie Phthalate, Mineralöl, Rizinusöl oder Isofole enthalten. Die Viskosität solcher inerter Träger enthaltender Zementpasten kann durch Verdickungsmittel, Thixotropiermittel wie pyrogene Kieselsäure und dergleichen gesteuert werden.
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Insbesondere können oberflächenaktive Mittel in der härtbaren Zusammensetzung enthalten sein, um die Benetzung der Partikel der Pulverkomponente mit der Flüssigkomponente zu erhöhen und damit die Durchmischbarkeit der beiden Komponenten (A) und (B) zu verbessern. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass sich das oberflächenaktive Mittel nachteilig auf die Stärke des Zements auswirkt, obwohl die Benetzung verbessert wird. Dementsprechend wird ein oberflächenaktives Mittel, falls es der härtbaren Zusammensetzung zugegeben wird, nur in einer geringen Menge zugegeben, wobei die Menge so gewählt wird, dass die Stärke der ausgehärteten Masse nicht negativ beeinflusst wird. Bevorzugt ist das oberflächenaktive Mittel bis zu maximal 1 Gew.-%, stärker bevorzugt bis zu 0,5 Gew.-% und am stärksten bevorzugt bis zu 0,25 Gew.-%, bezogen auf die Pulverkomponente (A), in der härtbaren Zusammensetzung enthalten.
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Gegenstand der Erfindung ist weiter die Verwendung der härtbaren Zusammensetzung als Zwei- oder Mehrkammervorrichtung zur Befestigung von Verankerungsmitteln in Bohrlöchern. Insbesondere betrifft die Erfindung auch die Konfektionierung der erfindungsgemäßen härtbaren Zusammensetzung in Zwei- und Mehrkammersystemen. Hierzu gehören insbesondere Patronen aus Glas, Kunststoff oder Keramik, in deren Innerem die härtbaren Bestandteile von dem Härter durch zerstörbare Wandungen voneinander getrennt angeordnet sind. Solche Patronensysteme werden in die Bohrlöcher eingesetzt, wobei zur Einleitung der Härtungsreaktion die Patronen einschliesslich der darin befindlichen Trennwandungen zerstört werden, beispielsweise durch schlagdrehendes Eintreiben einer Ankerstange. Zu solchen Zwei- und Mehrkammersystemen gehören auch Foliensysteme mit zwei oder mehr Folienbeutel zur Trennung von härtbaren Bestandteilen und Härtern, wobei der Inhalt der Folienbeutel gemeinsam z. B. über einen Statikmischer, in ein Bohrloch injiziert werden kann. Diese Patronen- und Foliensysteme enthalten wie zuvor erläutert neben den reaktionshindernd getrennten reaktiven Bestandteilen weitere Mörtelbestandteile, wie z. B. Füllmittel, Lösungsmittel, Verdicker, Thixotropiermittel und dergleichen.
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Die erfindungsgemäße härtbare Zusammensetzung kann ohne besondere Vorkehrungen für die chemische Befestigungstechnik eingesetzt werden. Derartige Verankerungen weisen ein gutes Rissdehnungsverhalten, einen geringen Volumenschrumpf, gute Hydrolysebeständigkeit und Hitzestandfestigkeit sowie einen ausgezeichneten Formschluss an mineralischen Aufnahmewerkstoffen, wie Beton, Naturstein, sowie an Schaum- und Hohlblocksteinen auf.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend die Verwendung der erfindungsgemäßen härtbaren Zusammensetzung als chemisches Befestigungsmittel, insbesondere als Mörtelmasse zur chemischen Befestigung von Verankerungselementen, wie Bewehrungseisen, Ankergewindestangen, Gewindehülsen, Schrauben und dergleichen, in Bohrlöchern beliebigen mineralischen Untergrunds.
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Das folgende Beispiel dient der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung.
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Beispiel
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Eine Zusammensetzung mit den folgenden Komponenten wurde verwendet, um den Lastwert sowie die Druckfestigkeit und die Härte der ausgehärteten Masse zu bestimmen:
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Pulver-Komponente:
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- 3,33 g Kohlevergasungsschlacke (Buggendum (NL); vermahlen; Partikelgröße < 50 µm)
- 1,67 g Polyacrylsäure (First Scientific Dental GmbH, Molekulargewicht 80.800)
- 8,50 g Normalkorund (Korngröße 1,0–2,0 mm)
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Flüssigkomponente:
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- 1,67 g 10 Gew.-% Weinsäure (Fa. Merck) in Wasser
- 0,03 g Dispergiermittel (Disperbyk®-190, ein Produkt der BYK Additives and Instruments, USA)
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Das Pulver:Flüssigkeits-Verhältnis beträgt 3:1.
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a) Lastwert
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Eine Glaspatrone mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 115 mm wird mit einer weiteren Glaspatrone mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von 88 mm, welche die Flüssigkomponente enthält, und der Pulverkomponente gefüllt, in ein trockenes und staubfreies Bohrloch in Beton C20/50 (lt. ETAG 001-Teil 5: Verbunddübel Leitlinie für die Europäische Technische Zulassung für Metalldübel zur Verankerung in Beton: Referenzversuch F1-Test) mit einem Durchmesser von 14 mm und einer Tiefe von 110 mm gesetzt und eine 12 mm Ankerstange schlagdrehend eingetrieben. Nach 24 h Aushärtung bei Raumtemperatur wurde mit enger Abstützung ein zentrischer Zugversuch bis zum Versagen durchgeführt. Die Versagenslast betrug 50 kN.
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b) Druckfestigkeit und Härte
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Parallel ausgehärtete Probekörper aus der oben beschriebenen Zusammensetzung wurde nach 24 h bei 25°C Aushärtung die Härte und die Druckfestigkeit wie folgt gemessen:
Die Härte der ausgehärteten Masse wurde über die Eindringtiefe eines federbelasteten Stiftes in das Material mittels eines Shore-Durometers ermittelt (DIN-ISO 7619). Sie wies eine Shore-D-Härte von 73 auf.
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Die Druckfestigkeit der ausgehärteten Masse wurde an Zementzylindern mit einem Durchmesser von 5,0 mm und 8,0 ± 0,1 mm Höhe gemessen. Die Proben wurden erhalten, indem die oben genannte Pulverkomponente und die Flüssigkomponente vermischt wurden und bei 23°C in einem mit Silikon ausgekleideten Plastikröhrchen ausgehärtet wurden. Nach einem und sieben Tagen wurden die Zementstangen aus dem Plastikröhrchen genommen, zu Zylinder geschnitten und der Test durchgeführt (Gerät: Roell Z010; Fa. Zwick). Die Druckfestigkeit betrug 23 MPa.
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Hieraus wird ersichtlich, dass es möglich ist, eine härtbare Zusammensetzung auf Basis eines Glas Polyalkenoat Zements für die chemische Befestigung, bei der die Glaskomponente aus glasartigen Abfallstoffen, wie Kohlevergasungsschlacken, gewonnen wird und die eine zufriedenstellende Härte, zufriedenstellende Druckfestigkeit und eine akzeptablen Lastwert bietet, bereitzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Lowenstein W., The distribution of aluminium in the tetrahedra of silicates and aluminates, Am. Mineral 39: 92–96 (1954) [0014]
- Hill R.G., Wilson A.D., Some structural aspects of glasses used in ionomer cements, Glass Technology 29: 150–158 (1988) [0014]
- Towler M.R. et al J Chem Technol Biotechnol 77: 240–245 (2002) [0015]
- DIN-ISO 7619 [0049]
