DE2247133A1

DE2247133A1 - Chemische duebel

Info

Publication number: DE2247133A1
Application number: DE19722247133
Authority: DE
Inventors: Leonard Louis Pearson
Original assignee: CELMAC AG
Current assignee: CELMAC AG
Priority date: 1971-10-04
Filing date: 1972-09-26
Publication date: 1973-04-12
Also published as: BR7206901D0; LU66208A1; ZM16072A1; FR2155523A5; AU4717772A; NL7213100A; ZA726550B; JPS4844656A; BE789632A; AT318872B

Description

Celmac AG (Prio: 4. Oktober 1971

Brit. 19069/71-CBP 8 -■

9697) Z u g/Schweiz

Gartenstraße 2 Hamburg, 25. September 1972

Chemische Dübel

Die Erfindung betrifft einen chemischen Dübel zur Verankerung eines Befestigungselementes, z.B. eines Ankerbolzens in· einem Bohrloch in einem Gesteinsmaterial, unter Verwendung einer schnell härtenden Mischung; sie betrifft insbesondere einen solchen Dübel, der aus mindestens z\iei miteinander zu einer festen Masse sich umsetzenden Komponenten besteht, die durch eine zerstörbare Materialschicht voneinander getrennt sind, und von denen sich eine erste Komponente innerhalb der hülsenartig geformten Materialschicht und eine zweite Komponente außerhalb derselben befindet.

Die Verankerung von Verbindungs- oder Befestigungselementen wie Verankerungsbolzen, insbesondere bei der Absicherung der Decken von Stollen, Tunnels usw., mittels synthetischer Harzmischungen, die unmittelbar am Einsatzort hergestellt werden,

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ist bekannt. Da das Abmischen der Komponenten vor Ort oder an verhältnismäßig unzugänglichen Orten umständlich ist, hat man als chemische Dübel sogenannte Harzpatronen verwendet, in denen abgemessene Mengen der Mischungskomponenten in zwei getrennten Abteilen in einem Behälter abgefüllt sind und erst bei Bedarf miteinander reagieren. So können beispielsweise bei chemischen Dübeln auf Basis von Polyesterharzen das ungehärtete Harz, der Beschleuniger, wie Dimethylanilin oder Kobaltnaphthenat und der Füllstoff in dem einen Abteil und der Katalysator, z.B. ein Peroxid wie Benzoylperoxid, Methyläthylketonperoxid oder Cyclohexanonperoxid in dem anderen Abteil des Behälters abgepackt sein. So offenbart beispielsweise die GB-PS 953 O56 einen solchen chemischen Dübel, bestehend aus einem rohrförmigen Glasbehälter, in dem sich das Harz und eine andere Glasröhre mit dem Katalysator befinden. Dieser Behälter wird in das Bohrloch eingeführt, worauf durch Drehen des Verankerungsbolzens das Glas zerbrochen und der Katalysator mit den anderen Komponenten vermischt werden und sich zu einer schnell erstarrenden Harzmischung umsetzen. Diese chemischen Dübel haben den Nachteil, daß der Glasbehälter leicht zerbrechen kann oder daß größere Bruchstücke des Glasbehälters nicht vollständig zerbrechen und sich in dem Loch mitdrehen.

Auf dem gleichen Prinzip beruhen patronenartige Behälter, bei denen die beiden Komponenten durch andere zerstörbare Trenn-

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wände voneinander getrennt werden, nämlich chemische Dübel, bei denen z.B. gemäß US-PS 3 385 427 oder F-PS 2 057 120 die Behälter eine Doppelwand aus Papier oder Pappe besitzen und die eine der Komponenten in dem Zwischenraum zwischen den beiden Wänden der Doppelwand enthalten ist. Diese Dübel haben den Nachteil, daß der Bolzen die Wände nicht ausreichend zerstört und der Bolzen nur ungenügend festgesetzt wird. Das gleiche gilt für solche Patronen, die eine äußere, das Harz enthaltende Umhüllung und eine dazu koaxiale innere Umhüllung mit dem Härter aufweisen, bei denen man den Bolzen relativ lange rotieren lassen muß, um eine genügende Durchmischung von Harz und Härter zu erreichen.

Zur Behebung der Nachteile der mit mehreren zerstörbaren Trennwänden ausgestatteten Dübel hat man im Gegensatz zu den bisherigen Erkenntnissen Harzpatronen z.B. gemäß DT-AS 1 536 oder GB-PS 1 127 913 vorgeschlagen, bei denen der Härter mit einem inerten Füllstoff gemischt und die Mischung direkt mit dem in einer einzigen Außenhülle enthaltenden Harz in Kontakt gebracht ist. Bei diesen Behältern, die den Katalysator und das ungesättigte Harz enthalten, soll sich durch Polymerisation innerhalb des Behälters an den Grenzflächen zwischen Katalysator und ungehärtetem Harz eine polymere Trennschicht bilden, die eine weitere Reaktion zwischen Katalysator und ungesättigtem Harz unterbindet. Erst bei Benutzung wird diese polymere Trenn-

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schicht durch Drehung des Bolzens zerstört und eine härtende Mischung erhalten. Der Nachteil der nach diesem Prinzip aufgebauten chemischen Dübel beruht darauf, daß die polymere Trennfläche einen nur.sehr kurzen zeitlichen Schutz vor einer weiteren Reaktion der Komponenten in dem Behälter bietet, so daß diese Behälter nur eine begrenzte Lagerfähigkeit besitzen. Darüber hinaus wird zur Bildung der polymeren Trennschicht zusätzlich mehr Katalysator verbraucht. Darüber hinaus ist die Herstellung dieser Harzpatronen äußerst umständlich, zumal es meist schwierig ist, das Harz in die Hülle einzubringen, ohne die Härterablagerung zu beeinflussen. Dieses läßt sich nur dadurch vermeiden, daß man die Härtermischung in ein dünnwandiges Rohr aus einem im angewendeten Harz löslichen Material einbringt, das sich unmittelbar nach der Herstellung auflöst, so daß das Harz dann wie zuvor mit der Härtermischung in Kontakt kommt und die oben erwähnte Patrone ohne Trennwand zwischen den Komponenten wieder den Nachteil geringer Lagerfähigkeit und eines vorzeitigen und übermäßigen Katalysatorverbrauches zeigt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen chemischen Dübel vorzuschlagen, der eine ausgezeichnete Lagerfähigkeit besitzt, einfach und ohne Schwierigkeiten auch bei Bohrlöchern mit geringem Durchmesser einzusetzen ist, der nicht zufällig beschädigt oder zerstört werden kann und der auf einfache Weise hergestellt werden kann.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von einem chemischen Dübel, bestehend aus mindestens zwei miteinander zu einer festen Masse sich umsetzenden Komponenten, die durch eine zerstörbare Materialschicht voneinander getrennt sind, und von denen sich
die erste Komponente innerhalb der hülsenartig geformten zerstörbaren Materialschicht und die zweite Komponente außerhalb
derselben befindet, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die
zweite Komponente in einem Bindemittel auf der Außenfläche der zerstörbaren Materialschicht aufgetragen oder aufgeschichtet
ist und diese die Außenwand des Dübels bilden.

Vorzugsweise ist das Bindemittel für die zweite Komponente ein filmbildendes Bindemittel, das insbesondere'in der ersten Komponente löslich ist. Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß auf der zerstörbaren Materialschicht ein dünner Film oder eine Folie, in der die zweite Komponente enthalten ist, vorteilhafterweise kontinuierlich aufgebracht ist und die Außenfläche der zerstörbaren Materialschicht wasserdicht abdeckt. Dadurch kann für die zerstörbare Materialschicht ein wasserlösliches oder in
Wasser dispergierbares Material verwendet werden.

Vorzugsweise ist der Dübel so ausgebildet, daß die zweite Komponente in einer auf die zerstörbare Materialschicht aufgebrachten Folie, insbesondere einer Folie aus Viny!mischpolymerisat enthalten ist. Ein solcher Film kann z.B.- aus einer fumbildenden Lösung eines Polyvinylchlorides oder eines Vinylacetatcopolymeren gebildet werden. Die die zweite Komponente ent-

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haltende Folie kann jedoch auch nur Teile oder Teilbereiche \ der Außenfläche der zerstörbaren Materialschicht bedecken oder als Streifen oder auf andere Weise diskontinuierlich sein. Zur Bildung eines solchen diskontinuierlichen Films kann ein polymerisiertes ungesättigtes Kohlenwasserstoffharz oder ein ketonisches Harz (MS 2) verwendet werden.

Vorteilhafterweise besteht die zerstörbare Materialschicht aus Papier, Zellglas, Pergamentpapier oder einer vernetzten Polyesterhaut; sie kann auch mit Vorteil aus einer wasserlöslichen oder in Wasser dispergierbaren Substanz gebildet sein.

Vorzugsweise ist die erste Komponente ein ungesättigtes Polyesterharz und die zweite Komponente ein zu dessen Vernetzung geeigneter Katalysator.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen chemischen Dübels, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die erste Komponente mit einer zerstörbaren Materialschicht umgibt und auf diese eine die zweite Komponente dispergiert oder gelöst enthaltende filmbildende Lösung aufbringt.

Bei einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so vorgegangen, daß man die erste Komponente mit einer zerstörbaren

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Haterialschicht umhüllt, die die zweite Komponente bereits aufgeschichtet enthält. Dieses ermöglicht die getrennte Herstellung der einzigen den Katalysator enthaltenden Außenschicht, die dann beispielsweise auf Vorrat hergestellt, entsprechend gelagert und erst kurz vor der endgültigen Herstellung des chemischen Dübels entsprechend zugeschnitten werden

kann. In diesem Fall besteht die zerstörbare Materialschicht vorzugsweise aus Viskosepapier, Pergament oder einer Polyesterfolie, während bei der zuerstgenannten Herstellungsweise die zerstörbare Materialschicht vorzugsweise durch wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Materialien wie Gumme, Polymere oder Mischpolymere, z.B. aus Polyvinylacetat, Zelluloseäther oder wie Kasein, Alginate, Klebemittel, Gelatine, Schellack, Vinylather wie Methylvinylather, Vinylpyrrolidon oder deren Mischpolymere, Styrol/Maleinsäureanhydrid-Harze oder wasserlösliche Polyacrylate gebildet wird. Im übrigen kann eine Komponente Schleifpartikel wie Sand oder Metallsplitter zur Unterstützung der Zerstörung der zerstörbaren Materialschicht enthalten.

Die die zweite Komponente enthaltende Folie kann aus einer filmbildenden Lösung hergestellt werden, die durch Vermischen der zweiten Komponente, einem Copolymeren und einem entsprechenden Lösungsmitteln erhalten wird, wobei das filmbildende Bindemittel vorzugsweise auch in. der ersten Komponente löslich

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ist, so daß nach Zerstörung der Trennwand aus zerstörbarem Material der Film bei Kontakt mit der ersten Komponente die zweite Komponente freisetzt und beide Komponenten eine schnell härtende Mischung bilden. Ferner können einer der Komponenten Chemikalien zugesetzt, werden, die das die andere Komponente enthaltende Bindemittel auflösen.

Die erste Komponente besteht vorzugsweise aus einem ungesättigten Polyesterharz, einem Beschleuniger und soviel Füllstoff, daß eine pastenartige Konsistenz erhalten wird. Zur Bildung der schnell härtenden Mischung können auch Epoxyharze und ähnliche harzartige Materialien verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Dübel oder Harzpatronen haj>en eine ausgezeichnete Lagerfähigkeit, lassen sich auf einfache Weise herstellen, wobei sogar sehr kleine Dübel mit einem Durchmesser von beispielsweise nur 8 mm erhalten werden können, und ergeben schnell abbindende, äußerst feste Verankerungen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen erläutert werden:

Beispiel 1

Zur Herstellung eines ungesättigten Polyesterharzes wurden äquiniolare Teile von Propylenglykol mit Maleinsäureanhydrid und

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Phthalsäureanhydrid umgesetzt und der gebildete Polyester in Styrol aufgenommen. 0,23 Gewichtsteile dieses ungesättigten Harzes wurden mit 0_?3 Gew.Teilen Dimethylanilin und 76,7 Gew. Teilen eines Mineralfüllstoffes, versetzt. Diese Mischung wurde in einen zylindrischen Viskosepapierschlauch extrudiert, der dann, in 11 cm lange patronenähnliche Abschnitte aufgeteilt wurde, die jeweils etwa 100 g des Harzes enthielten.

Aus den folgenden Bestandteilen wurde eine filmbildende Lösung hergestellt;

Aceton 70 Gewichtsteile

Toluol 70 Gewichtsteile

.Methylisobutylketon 5 Gewichtsteile

Benzoylperoxid 105 Gewichtsteile

Dibutylphthalat K5 Gewichtsteile

Vinylchlorid/

Vinylacetatcopolymer 60 Gewichtsteile

gewaschener Sand 100 Gewichtsteile

Dem Aceton/Toluol/Keton-Lösungsmittelgemisch wurde das Copolymere langsam unter kräftigem Rühren zugesetzt, bis sich eine klare Lösung bildete. Anschließend wurden das Benzoylperoxid und das Dibutylphthalat zugegeben, die Mischung 10 Minuten gerührt und dann der Sand hinzugefügt, Die Viskosität der Lösung betrug 4 bis 6 ps.

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Die mit der Polyestermischung gefüllten patronenähnlichen Abschnitte wurden 20'Sekunden bei 18°C in ein Bad der filmbildenden Lösung getaucht und dann langsam herausgezogen, Pßj» auf der Oberfläche der zerstörbaren Materialschicht gebildete Film wurde an der Luft getrocknet, bis er nicht mehr Klebrig war, Die auf diese Weise hergestellten chemischen Dübel wurden einige Monate gelagert und, wie im folgenden beschrieben ι SUP VeranK©^ rung von Bolzen in Balzenlöchern verwendest

In eine Betonwand mit einer Würfelfestigkei-t v°n etwa 60 N/mnr wurden mit einer Schlagbohrmaschine 15Q τητη tiefe köcher mit einem Durchmesser von 25 mm gebohrt. In ,Jedes Bohrloch wurde ein chemischer Dübel eingeführt, der durch Pf»eftun.f| elftes, mit einem Durchmesser von 19 mm zerstör! wWile, der chemische Dübel von der Bolzenspitze In. das und gegen die Bohrlochwand gedrückt, wqd^Fßfo 4ie Film überzogene Papierschicht zerstört un4 44® Pplie und dap Harz miteinander vermischt wurden, Die F°44e löfttie §|ßh, 4-W des Harzes und setzte den PeroxidkatalysatQP frnach der Verankerung wurde der Bolzen einer Zugbelastung 'bis 10 Tonnen ausgesetzt. Bei 17 Versuchen brach der Zement und der Bolzen einmal, während in den anderen Fällen bei Zugbelastung von etwa 10 Tonnen die Harz/Bolzen/Zement-Bindung unbeschädigt blieb.

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Beispiel 2 -

Es wurden weitere chemische Dübel analog Beispiel 1 hergestellt, bei denen jedoch ein kleiner Anteil des Copolymeren in der filmbildenden Lösung durch Wasser ersetzt wurde, um die Trocknungsgeschwindigkeit heraufzusetzen. In einem anderen Fall wurden die 105 Gewichtsteile Benzoylperoxid und ^5 Gewichtsteile Dibutylphthalat durch 280 Gewichtsteile einer MO %±gen Lösung von Benzoylperoxid in Diäthylphthalat ersetzt. Bei anderen Dübeln wurde als Copolymeres eine Mischung eines Vinylchlorid/ Vinyläcetat-Copolymeren mittleren Molekulargewichts mit einem Vinylchlorid/Vinylidenchlorid-Copolymeren verwendet. Ferner wurden die in der Polyestermischung verwendeten 0,3 Gew.% Dimethylanilin durch 1 Gew.% Kobaltnaphthenat ersetzt. In allen Fällen wurden ausgezeichnete Verankerungen erhalten.

Beispiel 3

Es wurde ein ungesättigtes Polyesterharz durch azeotrope Veresterung molarer Äquivalente Propylenglykol, Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid und einem geringen Überschuß Propylenglykol hergestellt, das nach der Kondensation eine Säurezahl von etwa 30 g KOH/g aufwies. Das Harz wurde in gering inhibiertem Monostyrol mit einem Harz/Styrol-Verhältnis von 70:30 bis 60:40 gelöst.

Aus dem ungesättigten Polyester wurde die folgende Mischung der ersten Komponente Tiergestellt:

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Polyesterharz 25 Gewichtsteile

Dimethylanilin 0,2 Gewichtsteile

mineralischer Füllstoff 73 Gewichtsteile

Siliciumdioxid (Aerosil) 1,8 Gewichtsteile

Diese Mischung wurde dann als Strang in ein Bad aus einer #igen Lösung von Polyvinylalkohol von mittlerem Molekulargewicht in Wasser/Äthylalkohol (50:50) oxtrudiert. Der mit Polyvinylalkohol beschichtete Strang aus Polyestermaterial wurde anschließend in einem Warmluftofen getrocknet, wobei die auf diese Weise entstandene Schicht die erfindungsgemäße zerstörbare Materialschicht darstellt.

Das auf diese Weise beschichtete strangförmige Produkt wurde dann in ein zweites Bad der folgenden Zusammensetzung getaucht:

Polyvinylidenchlorid/

Polyvinylchlorid

(z.B. Geon 222) 32 Gewichtsteile

Benzoylperoxid 18 Gewichtsteile

chlorierter, paraffinischer

Kohlenwasserstoff

(Cerechlor 52) 11 Gewichtsteile

Lösungsmittelgemisch aus

gleichen Gewichtsteilen

Toluol, Methylisobutylketon

und Äthylacetat 39 Gewichtsteile

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Auf diese Weise wurde auf der zerstörbaren Materialschicht eine Benzoylperoxid enthaltende Folie aufgeschichtet, die so lange mit v/armer Luft getrocknet wurde, bis das Produkt nicht mehr klebrig war. Daraufhin wurde es in 11 cm lange Abschnitte geschnitten und mit den Enden in das Benzoylperoxid enthaltende Tauchbad eingetaucht, um diese zu verschließen.

Die derart hergestellten chemischen Dübel wurden in einer Betonwand in 150 mm tiefe Bohrlöcher von 25 mm Durchmesser eingeführt, worauf in den Löchern Bolzen mit einem Durchmesser von 22 mm analog Beispiel 1 gedreht wurden, um den chemischen Dübel'· zu zerstören und die Komponenten zur Bildung einer schnell härtenden Mischung zu vereinigen. Die Harz/Bolzen/Zement-Verbindung brach in den Versuchen unter der angelegten Last nicht.

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Claims

-in-

Ansprüche

/l.1 Chemischer Dübel, bestehend aus mindestens zwei miteinander zu einer festen Masse sich umsetzenden Komponenten, die durch eine zerstörbare Materialschicht voneinander getrennt sind, und von denen sich die erste Komponente innerhalb der hülsenartig geformten zerstörbaren Materialschicht und die zweite Komponente außerhalb derselben befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente in einem Bindemittel auf der Außenfläche der zerstörbaren Materialschicht aufgetragen oder aufgeschichtet ist und diese die Außenwand des Dübels bilden.

2. Dübel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein filmbildendes Bindemittel ist, das insbesondere in der ersten Komponente löslich ist.

3. Dübel nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente in einer auf die zerstörbare Materialschicht aufgebrachten Folie, insbesondere einer Folie aus Vinylmischpolymerisat enthalten ist.

k. Dübel nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die zerstörbare Materialschicht aus Papier, Zellglas, Pergamentpapier oder einer vernetzten Polyesterhaut besteht.

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5. Dübel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zerstörbare Materialschicht aus einer wasserlöslichen oder in Wasser dispergierbaren" Substanz gebildet ist.

6. Dübel nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente ein ungesättigtes Polyesterharz, und die zweite Komponente ein zur Vernetzung geeigneter Katalysator ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Dübels gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Komponente mit einer zerstörbaren Materialschicht umgibt und auf diese eine die zweite Komponente dispergiert oder gelöst enthaltende filmbildende Lösung aufbringt.

8. Abwandlung des Verfahrens'nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Komponente mit einer zerstörbaren Materialschicht umhüllt, die die zweite Komponente bereits aufgeschichtet enthält.

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