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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf Strukturstützabdeckungen für Tiefbauten
oder Ausgrabungen oder Aushübe
oder Ausschachtungen, wie Minen, gerichtet. Insbesondere ist die
vorliegende Erfindung gerichtet auf eine polymere Membran, die aufgebracht
wird auf die Oberfläche
von Tiefbauten oder einem Tiefbau, um eine strukturelle Stütze bereitzustellen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Wenn
Erde oder Erdreich oder Boden ausgegraben oder ausgehoben oder ausgeschachtet
wird, werden Strukturstützen
in den Tiefbau gegeben, um zu verhindern, dass die Erde in die ausgegrabene
Fläche
einstürzt.
Die Erde wird überwiegend
durch Stützstreben
gestützt,
die entlang des Tiefbaus oder der Ausgrabung angeordnet sind. Diese
Stützen
sind typischerweise verstärkende
Stützen
oder Streben aus Stahl, die durch mechanische Anker und/oder Injektionsgüter an ihrem
Ort gehalten werden. Diese Stützen
stellen den Hauptschutz gegen nicht geplante oder ungewollte Gesteins-
oder Felsstürze
bereit.
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Der
Tiefbau legt jedoch natürliche
Gesteinsmerkmale frei oder exponiert solche, wie Löcher oder
Fugen, und kann die Erde schädigen
durch Ausschaufeln oder Druckluft. Unbedeutende oder kleinere Gesteinsstürze können stattfinden
zwischen den Hauptstützen.
Obwohl sie isoliert sein können
oder relativ klein sein können,
stellen sie dennoch eine Gefährdung
dar für
Personen, die in dem Tiefbau oder der Ausgrabung arbeiten.
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Um
diese kleineren Stürze
von Gestein zwischen Trägern
zu vermeiden, wurden Drahtabschirmungen oder -netze installiert
zwischen den Hauptstützen.
Es gibt viele Nachteile einer Verwendung einer Drahtabschirmung.
Die Abschirmung erfordert arbeitsintensive Installierung. Die Abschirmung
stellt keinen Schutz bereit gegen Verwitterung der Gesteins- oder
Felsfläche.
Wegen der Unebenheit der Gesteinsfläche ist die Abschirmung nicht
vollständig
bündig
oder abschließend
mit der Gesteinsfläche.
Die Abschirmung wird nur wirksam, nachdem beträchtliche Gesteinsbewegung Spannung
auf die Abschirmung bringt. Die Abschirmung neigt zu Korrosion und
Verfall oder Schädigung.
Die Abschirmung neigt zu Pressluft- oder Absprengungsschädigung,
wenn sie nahe an vorangetriebene Fläche stößt. Da sie nicht entfernt installiert
werden kann, ist es gefährlich,
sie zu installieren wegen herabfallendem Gestein. Es kann schwierig
sein, darüber
Spritzbeton aufzubringen, was relativ hohen Rückprall und niedrige Substratanhaftung
verursacht.
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Eine
mögliche
Alternative zu einem Drahtnetz wäre
es, Beton auf die Gesteins- oder Felsfläche zu spritzen (Spritzbeton
(Shotcrete)). Dies wäre
jedoch von den Kosten her unerschwinglich teuer, um es auf alle Flächen in
einem Tiefbau oder einer Ausgrabung anzuwenden. Außerdem kann
Spritzbetonieren nicht in der Lage sein, überall an allen Orten angewendet
zu werden.
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Dichtungsmittel
wurden in Minen verwendet, um Lufteintrittsöffnungen zu verhindern. Dichtungsmittel sind
jedoch nicht in der Lage einer Oberfläche strukturelle Stütze oder
Strukturstützung
in einem Tiefbau bereitzustellen. In der Regel sind Dichtungsmittel
Polymer-in-Wasser-Dispersionen. Als Ergebnis können sie nicht auf eine Oberfläche aufgebracht
werden in einer Dicke, die ausreicht, um eine Stützung bereitzustellen, wegen
des Wassergehalts. Die Polymer-in-Wasser-Dispersion verhindert auch
ein schnelles Härten
des Polymers auf der Oberfläche,
was umgekehrt keine ausreichende Zugfestigkeit bereitstellt.
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Was
in der Technik benötigt
wird, ist eine Strukturmembran oder strukturelle Membran, die mit
minimaler Arbeit installiert werden kann, entfernt von der freigelegten
oder exponierten Gesteins- oder Felsfläche installiert werden kann,
der Gesteins- oder Felsfläche
Witterungsschutz bietet, nicht korrodiert, wirksam wird bei minimaler
Gesteins- oder Felsdeformation, angewendet werden kann nahe der
vorangetriebenen näherkommenden
Fläche,
weniger zu Pressluftschädigung
neigt und mit Spritzbeton bedeckt oder behandelt werden kann, sofern
es als notwendig erachtet wird.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine polymere Strukturstützmembran
bereitzustellen, zur Bereitstellung einer Stütze für exponierte oder freigelegte
Flächen
oder Oberflächen
in einem Tiefbau oder einer Ausschachtung oder Ausgrabung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegenden Erfindung stellt eine polymere Tiefbaustrukturstützmembran
bereit, umfassend ein Polymer, das ein durch einen Initiator induziertes
Reaktionsprodukt von einem Monomer ist; ein selbstauslöschendes
Mittel und gegebenenfalls mindestens eines von einem Vernetzungsmittel,
einem zweiten Monomer, einem Rauchhemmmittel, einem Rheologiemodifikator,
einem Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikator, einem Weichmacher, einem
Emulgator, einem Entschäumer,
einem Füller,
einem Modifikator der Haftung an einer feuchten Fläche und
einem Farbmittel; wobei das Monomer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend
aus Aryloxyalkylacrylaten, Aryloxyalkylmethacrylaten und Gemischen
davon; wobei das zweite Monomer in Gegenwart des Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikators
oder des Initiators nicht homopolymerisiert; und wobei die Membran
eine Zugfestigkeit (ASTM D638) von größer als 1 MPa nach 24 h und
eine Haftfestigkeit (ASTM D4142) von größer als 0,5 MPa nach 24 h aufweist.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Verstärkung von freigelegten oder
exponierten Flächen
bereit in einem Tiefbau oder einer Ausgrabung oder Ausschachtung
mit einer polymeren Strukturstützmembran, wobei
das Verfahren umfasst ein Aufbringen eines wie oben definierten
Gemischs auf die exponierte oder freigelegte Fläche oder Oberfläche; und
ein Auslösen
der Umsetzung des Gemischs.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch einen polymere Strukturstützmembran
bereit, die gebildet ist nach einem Verfahren, das umfasst: ein
Aufbringen eines wie oben beschriebenen Gemischs auf eine exponierte
oder freigelegte Fläche
in einem Tiefbau oder einer Ausgrabung oder einer Ausschachtung.
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Vorzugsweise
ist das Monomer ausgewählt
aus der Gruppe, bestehend aus monofunktionellen Aryloxyalkylacrylaten,
monofunktionellen Aryloxyalkylmethacrylaten und Gemischen davon.
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Beschreibung der Erfindung
in Einzelheiten
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine polymere Strukturstützmembran
für Tiefbauten
gerichtet. Die Membran schließt
ein Polymer und ein selbstauslöschendes
Mittel ein.
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Das
Polymer ist ein Reaktionsprodukt von einem Monomer, das ausgewählt ist
aus der Gruppe, bestehend aus monofunktionellen Monomeren, difunktionellen
Monomeren, trifunktionellen Monomeren, tetrafunktionellen Monomeren
und Gemischen davon. Mit funktionell ist gemeint, dass das Monomer
mindestens eine reaktive Doppelbindungsgruppe aufweist, die sich
in einer Polymerisationsreaktion umsetzen oder reagieren kann, um
ein Polymer zu bilden. Außerdem
kann das Monomer eine andere funktionelle Gruppe einschließen, die
eine Doppelbindung oder eine andere reaktive Gruppe sein kann, die
sich umsetzt oder reagiert, um eine Polymerkette mit einer anderen
Polymerkette zu verbinden.
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Das
Polymer liegt in der Membran in einer Menge vor, welche die Membran
mit einer Zugfestigkeit, einer Dicke und einem Molekulargewicht
bereitstellt, ausreichend, um exponierten oder freigelegten Oberflächen oder
Flächen
in einem Tiefbau eine Stütze
oder Stützung
bereitzustellen. Das Polymer liegt im Allgemeinen in einer Menge
von 30 % bis 70 %, bezogen auf das Gewicht der Membran, vor. Bei
einer Ausführungsform liegt
das Polymer in der Membran in einer Menge von 51 % bis 70 %, bezogen
auf das Gewicht der Membran, vor.
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Die
monofunktionellen Monomere, die gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, sind monofunktionelle Ester, insbesondere monofunktionelle
Aryloxyalkylacrylate, monofunktionelle Aryloxyalkylmethacrylate
und Gemische davon. Die Methacrylate werden bevorzugt, weil sie
weniger Geruch erzeugen.
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Beispiele
von nützlichen
monofunktionellen Aryloxyalkylacrylaten und monofunktionellen Aryloxyalkylmethacrylaten
schließen
2-Phenoxyethylmethacrylat, 2-Phenoxypropylmethacrylat und Gemische
davon ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Andere monofunktionelle
Monomere, die umgesetzt werden können,
um die Membran der vorliegenden Erfindung zu bilden, schließen Tripropylenglykoldiacrylat,
Triethylenglykoldimethacrylat und Gemische davon ein, sind aber
nicht darauf beschränkt.
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Die
difunktionellen Monomere können
beliebige difunktionelle Ester sein. Difunktionelle Ester, die verwendet
werden können,
sind difunktionelle Aryloxyalkylacrylate, difunktionelle Aryloxyalkylmethacrylate
und Gemische davon. Beispiele von brauchbaren difunktionellen Monomeren
schließen
Triethylenglykoldimethacrylat, Neopentylglykoldiacrylat oder Methacrylat
und Tripropylenglykoldiacrylat ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Die
trifunktionellen Monomere können
beliebige trifunktionelle Ester sein. Trifunktionelle Ester, die
verwendet werden können,
sind trifunktionelle Acrylate, trifunktionelle Methacrylate und
Gemische davon. Beispiele von brauchbaren trifunktionellen Monomeren
schließen
propoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat, ethoxyliertes Trimethylpropantriacrylat
und propoxyliertes Glyceryltriacrylat ein, sind aber nicht darauf
beschränkt.
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Die
tetrafunktionellen Monomere können
beliebige tetrafunktionelle Ester sein. Tetrafunktionelle Ester, die
verwendet werden können,
sind tetrafunktionelle Acrylate, tetrafunktionelle Methacrylate
und Gemische davon. Beispiele von brauchbaren trifunktionellen Monomeren
schließen
Ditrimethylolpropantetraacrylat und Dipentaerythritolpentaacrylat
ein, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Vorzugsweise
ist das Polymer das Reaktionsprodukt von einem Monomer, das ausgewählt ist
aus der Gruppe, bestehend aus monofunktionellen Aryloxyalkylacrylaten,
monofunktionellen Aryloxyalkylmethacrylaten und Gemischen davon
und einem Vernetzungsmittel.
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Wenn
ein monofunktionelles Monomer ausgewählt wird, wird ein Vernetzungsmittel
mit dem Monomer umgesetzt, um eine Vernetzung zwischen den Polymerketten
bereitzustellen, um eine strukturelle Stützung bereitzustellen. Geeignete
Beispiele des Vernetzungsmittels schließen Methylenbisacrylamid, Polymethylmethacrylat,
Butadienstyrolacrylat, Styrolbutylacrylatcopolymer, 1,6-Hexandioldimethacrylat,
ethoxyliertes Bisphenol-A-dimethacrylat, Polyethylenglykoldimethacrylat
und Gemische davon ein. Das Vernetzungsmittel kann bis zu 30 %,
bezogen auf das Gewicht des Monomers, vorliegen.
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Ein
zweites Monomer kann in dem Reaktionsprodukt eingeschlossen sein,
das die Membran der vorliegenden Erfindung bildet. Das zweite Monomer
homopolymerisiert vorzugsweise nicht in Gegenwart des Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikators
oder des Initiators. Geeignete Beispiele von dem zweiten Monomer schließen Diethylenglykolmonoethyletherdimethacrylat,
Diethylenglykolmonobutyletherdimethacrylat und Gemische davon ein,
sind aber nicht darauf beschränkt.
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Weil
die Membran in einem Tiefbau oder einer Ausschachtung oder einer
Ausgrabung angewendet wird, insbesondere in einer Mine, gibt es
ein Potenzial oder die Gefährdung
durch Feuer. Bei jeder Gerichtsbarkeit oder Rechtssprechung gibt
es Anforderungen, dass die Membran selbstauslöschend sein muss. Der Test
wird durchgeführt,
indem die Membran über
einen festgesetzten Zeitraum an eine Flamme gehalten wird. Die Membran
muss sich dann selbst auslöschen
innerhalb einer gesetzten maximalen Zeitdauer.
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In
der Membran wird ein Feuerhemm- oder Flammenhemmmittel vorgesehen.
Das Feuerhemm- oder Flammenhemmmittel
kann ein beliebiges Material sein, das die Membran mit selbstauslöschenden
Eigenschaften versieht. Geeignete Beispiele des selbstauslöschenden
Mittels schließen
Phosphate, wie Triphenylphosphat, Polyammoniumphosphat, Monoammoniumphosphat
oder Tri(2-Chlorethyl)phosphat, abgeblätterten Graphit (der aus säurebehandelten
natürlichen
Graphitflocken bestehen kann) und Gemische davon ein, sind aber
nicht darauf beschränkt.
Das Feuerhemmmittel liegt vorzugsweise in der Membran in einer Menge von
5 bis 40 % vor, bezogen auf das Gewicht der Membran.
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Das
Feuerhemmmittel kann eine Flüssigkeit
oder ein Feststoff sein. Vorzugsweise ist das Feuerhemmmittel ein
Feststoff. Besonders bevorzugt ist der Feststoff mikronisiert. Mit
mikronisiert ist gemeint, dass der Feststoff zu einer μm-Größe gemahlen
ist. Das mikronisierte selbstauslöschende Mittel kann auch mit
polymeren Membranen verwendet werden, die andere sind als die polymere
Membran der vorliegenden Erfindung. Die anderen polymeren Membranen
schließen
Polyurethan und Polyharnstoff ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Ein
bevorzugtes Feuerhemmmittel ist Polyammoniumphosphat.
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Ein
Rauchhemmmittel kann in der Membran vorgesehen sein. Ein bevorzugtes
Rauchhemmmittel ist Aluminiumoxid (Al2O3). Vorzugsweise liegt das Rauchhemmmittel
in der Membran in einer Menge von 2 % bis 15 %, bezogen auf das
Gewicht der Membran, vor. Die Kombination von einem Polyammoniumphosphatfeuerhemmmittel
und Aluminiumoxidrauchhemmmittel ist besonders bevorzugt.
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Die
Gelierungs- und Härtungszeit
der Membran kann gesteuert werden durch Zugabe von mindestens einem
Initiator. Der Initiator kann ein Oxidationsmittel sein. Geeignete
Oxidationsmittel schließen
Peroxide, wie Benzoylperoxid, Dibenzoylperoxid, Hydroperoxide, wie
Cumylhydroperoxid, Persulfate, wie Ammoniumpersulfat, und Gemische
davon ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Initiator wird vorzugsweise
in einer Menge von 1 % bis 10 %, bezogen auf das Gewicht des Monomers,
zugegeben.
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In
Kombination mit dem Initiator kann ein Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikator,
wie ein Beschleuniger, zugegeben werden. Der Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikator
kann ein Reduktionsmittel sein. Geeignete Reduktionsmittel schließen Anilin
enthaltende Verbindungen, Amine, Glykole, Octoate und Gemische davon ein,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Geeignete Beispiele des Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikators schließen Triethanolamin,
N,N-Dimethyl-p-toluidin und Tripropylamine ein, sind aber nicht
darauf beschränkt.
Der Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikator kann in einer Menge bis
zu 10 %, bezogen auf das Gewicht des Monomers, vorliegen.
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Die
Materialien, um die Membran zu bilden, können entweder als eine einzelne
Zusammensetzung bereitgestellt werden, oder die Materialien können als
eine Mehrkomponenten (zwei oder mehr) Formulierung bereitgestellt
werden. Das Mehrkomponentensystem kann erwünscht sein, wenn ein Initiator
und ein Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikator in der Membran bereitgestellt
werden. In diesem Fall würde
der Initiator in einer Komponente bereitgestellt werden, und der
Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikator könnte in einer anderen Komponente
bereitgestellt werden.
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Die
Membran kann auch einen Rheologiemodifikator einschließen, um
die Viskosität
der Membranmaterialien unmittelbar nach Aufbringung auf Tiefbau-
oder Ausgrabungs- oder Ausschachtungsflächen zu erhöhen. Dies kann erwünscht sein,
um zu verhindern, dass die Membran plötzlich sinkt oder abrutscht,
bevor sie härtet,
wenn sie auf eine Oberfläche
oder Fläche
in einem Tiefbau aufgebracht wird. Geeignete Beispiele des Rheologiemodifikators
schließen
pyrogene oder hochdisperse Kieselsäure, Hydroxyethylcellulose,
Hydroxypropylcellulose, Flugasche (wie definiert in ASTM C618),
Mineralöle
(wie leichtes Naphthen), Tetraalkylammoniumhectoritton und andere
Feststoffe ein, die gegenüber
den anderen Materialien in der Membran inert sind, und Gemische
davon. Der Rheologiemodifikator kann in einer Menge bis zu 20 %,
bezogen auf das Gewicht der Membran, vorliegen.
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Die
Membran kann auch einen Emulgator einschließen. Es kann erwünscht sein,
einen Emulgator zuzugeben, um die Haftung der Membran an einer Fläche zu erhöhen. Der
Emulgator kann eine beliebiges anionisches oberflächenaktives
oder nicht ionisches oberflächenaktives
Mittel sein. Geeignete Beispiele des Emulgators schließen ethoxyliertes
Nonylphenol (vorzugsweise enthält
das ethoxylierte Nonylphenol von 4 bis 10 Ethylenoxidgruppen), Laurylsulfate
und Gemische davon ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Der
Emulgator kann in einer Menge von bis zu 5 %, bezogen auf das Gewicht
des Monomers, vorliegen.
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Die
Membran kann auch einen Weichmacher enthalten, um die Membran flexibler
zu machen. Der Weichmacher kann ein beliebiges Material sein, welches
das Polymer in der Membran weich macht oder plastifiziert. In einer
Ausführungsform
der Erfindung erlaubt der Weichmacher dem Polymer, sich selbst zu
plastifizieren. In diesem Fall wird das Monomer mit dem Weichmacher,
der sich selbst dem Reaktionsprodukt einverleibt, umgesetzt. Der
Weichmacher kann in einer Menge von bis zu 40 %, bezogen auf das
Gewicht des Monomers, vorliegen. Geeignete Beispiele des Weichmachers
schließen
Laurylmethacrylate, Stearylmethacrylate und ethoxyliertes (4) Nonylphenol(meth)acrylat,
wie durch die folgende Formel gezeigt:
worin
R für H
oder CH
3 steht, ein, sind aber nicht darauf
beschränkt.
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Die
Membran kann auch einen Füller
oder Füllstoff
einschließen.
Geeignete Beispiele des Füllers schließen Glas,
wie gebrochenes oder gemahlenes Glas, Metall, wie Eisenteilchen,
Quarz, Siliciumoxid, Barite, Kalkstein, Sulfate, Aluminiumoxid,
verschiedene Tone, Diatomeenerde, Wollastonit, Glimmer, Perlit,
Flintsteinpulver oder Grießpulver,
Kryolit, Aluminiumoxidtrihydrat, Talk, Sand, Pyrophilit, granuliertes
Polyethylen, Fasern, wie Polypropylen oder Stahl, Zinkoxid, Titandioxid
und Gemische davon ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Ein
bevorzugter Füller
ist Titandioxid. Der Füller
kann in einer Menge von bis zu 40 %, bezogen auf das Gewicht das
Monomers, vorliegen.
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Die
Membran kann auch einen Modifikator der Haftung an einer feuchten
Fläche
einschließen.
Der Modifikator der Haftung an einer feuchten Fläche sorgt für erhöhte Haftung an feuchten Oberflächen. Der
Modifikator der Haftung an einer feuchten Fläche kann ein beliebiges Material
sein, das die Haftung der Membran an einer feuchten Fläche erhöht. Geeignete
Beispiele des Modifikators der Haftung an einer feuchten Fläche schließen metallische
Acrylate oder Methacrylate mit bis zu 10 % des Gesamtmonomergehalts,
Ammoniumoleat, Magnesiumoleat, Ammoniumacrylat und Metallborate
ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Ein bevorzugter Modifikator
der Haftung an einer feuchten Fläche
ist Zinkborat. Der Modifikator der Haftung an einer feuchten Fläche liegt
vorzugsweise in einer Menge von bis zu 3 %, bezogen auf das Gewicht
des Monomers, vor.
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Die
Membran kann auch ein Farbmittel einschließen, wie ein Pigment oder eine
Farbe oder einen Farbstoff, um die Membran mit einer gewünschten
Farbe zu versehen. Ein Beispiel eines Farbmittels ist Titandioxid,
aber andere Farbmittel sind auch brauchbar. Das Farbmittel kann
in einer Menge von bis zu 3 %, bezogen auf das Gewicht des Monomers,
vorliegen.
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Die
Membran kann auch einen Entschäumer
einschließen,
wie modifizierte Silikone oder Petroleumölgemische. Ein bevorzugter
Entschäumer
ist FOAMMASTERTM S erhältlich von Cognis Corporation,
Cincinnati, Ohio. Der Entschäumer
kann in einer Menge von bis zu 3 %, bezogen auf das Gewicht des
Monomers, vorliegen.
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Eine
bevorzugte Membran wird aus einem Zwei-Komponenten-Reaktionsgemisch
gebildet. Die erste Komponenten schließt das Monomer ein und das
Vernetzungsmittel, das reagiert, um das Polymer zu werden und ein
beliebiges anderes Additiv oder Zusatzstoff. Die zweite Komponente
schließt
den Initiator ein und ein beliebiges anderes Additiv. Das Zwei-Komponenten-Gemisch
ist bevorzugt, so dass das Polymer nicht vorzeitig mit dem Initiator
reagiert. Um die Membran zu bilden, werden die zwei Komponenten
gemischt und man lässt
sie sich umsetzen oder reagieren, um das Polymer zu bilden.
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Die
Membran sollte, wenn sie auf eine Fläche oder Oberfläche angewendet
oder aufgebracht wird, mindestens 1,5 mm dick sein. Vorzugsweise
ist die Membran 2 mm bis 6 mm dick.
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Eine
Eigenschaft der Membran ist eine ausreichende oder angemessene Dehnung
oder Bruchdehnung oder Längenänderung.
Die Dehnung ist die prozentuale Zunahme in der Länge einer Membran, bevor sie
bricht (ASTM D638). Es ist erwünscht,
eine Dehnung in der kürzesten
Zeit zu erreichen. Vorzugsweise weist die Membran eine Dehnung von
größer als
25 % nach 24 h, nachdem sie gebildet worden ist, auf. Besonders
bevorzugt weist die Membran eine Dehnung auf von größer als
50 % nach 8 h. Ganz besonders bevorzugt weist die Membran eine Dehnung
auf von größer als
75 % nach 2 h. In eini gen Ausführungsformen weist
die Membran jedoch eine Dehnung von etwa 0 auf. In diesen Fällen ist
die Membran im Wesentlichen starr oder unnachgiebig.
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Eine
weitere Eigenschaft der Membran ist eine angemessene oder ausreichende
Zugfestigkeit. Die Zugfestigkeit ist die maximale Kraft, der eine
Membran widerstehen kann, bevor sie bricht (ASTM D638). Es ist erwünscht, eine
hohe Zugfestigkeit zu erhalten. Vorzugsweise weist die Membran eine
Zugfestigkeit von größer als
1 MPa nach 24 h auf. Besonders bevorzugt weist die Membran eine
Zugfestigkeit von größer als
1 MPa nach 6 h auf. Ganz besonders bevorzugt weist die Membran eine
Zugfestigkeit von größer als
1 MPa nach 30 min oder weniger auf.
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Die
Membran weist auch eine ausreichende oder angemessene Hafteigenschaft
auf. Die Haftung wird gemessen durch die Kraft, die benötigt wird,
um die Membran von einer Fläche
zu entfernen (ASTM D4142). Es ist erwünscht, eine Haftung in der
kürzesten
Zeit zu erhalten. Vorzugsweise weist die Membran eine Haftfestigkeit
von größer als
0,5 MPa nach 24 h auf. Besonders bevorzugt weist die Membran eine
Haftfestigkeit von größer als
1 MPa nach 8 h auf. Ganz besonders bevorzugt weist die Membran eine
Haftfestigkeit von größer als
0,5 MPa nach 30 min oder weniger auf.
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Es
ist bevorzugt, dass die Membran Wasserfestigkeit aufweist. Die Wasserfestigkeit
kann bestimmt werden durch den folgenden Standard: ASTM D2247 (Standardnorm
zum Testen der Wasserfestigkeit von Beschichtungen oder Coatings
in 100 % relativer Feuchtigkeit), ASTM D1735 (Standardnorm zum Test
der Wasserfestigkeit von Beschichtungen oder Coatings bei der Verwendung
von einer Wassernebelapparatur), ASTM D4585 (Standardnorm zum Testen
der Wasserfestigkeit von Beschichtungen oder Coatings unter Verwendung von
kontrollierter Kondensation) oder ASTM D870 (Standardnorm zum Testen
der Wasserfestigkeit von Beschichtungen oder Coatings unter Verwendung
des Eintauchens in Wasser).
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Der
bevorzugte Standard ist ASTM D870. Eine Probe der Membran wird bei
Raumtemperatur in Wasser über
einen Zeitraum von 24 h getaucht. Die Zugfestigkeit der Membran
wird dann gemessen und verglichen mit der Zugfestigkeit dieser Membran
vor dem Eintauchen. Eine größere Wasserfestigkeit
wird angezeigt, wenn sie einen geringeren Verlust an Zugfestigkeit
aufweist. Annehmbare Wasserfestigkeit ist gegeben, wenn sie einen
Verlust an Zugfestigkeit von weniger als 10 % aufweist. Vorzugsweise
beträgt
der Verlust an Zugfestigkeit weniger als 5 %. Es wurde gefunden,
dass Aryloxyalkylacrylate und Aryloxyalkylmethacrylate der Membran
der vorliegenden Erfindung eine annehmbare Wasserfestigkeit bereitstellen.
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Die
Membran ist auch in der Lage, schnell zu härten. Mit schneller Härtung ist
gemeint, dass die Membran mindestens die Zugfestigkeit, Dehnungs-
und Haftungseigenschaften erreicht innerhalb der oben angegeben
Zeiten.
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Es
ist auch bevorzugt, dass die Membran eine brauchbare Lebensdauer
oder Haltbarkeit von mehr als 1 Jahr aufweist. Mit brauchbarer Lebensdauer
oder Haltbarkeit ist gemeint, dass die Membran weniger als 10 %
Verlust an Eigenschaften in einem Jahr aufweist.
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Weil
die Membran unterirdisch oder unter Tag in einer Mine angewendet
werden kann, ist es bevorzugt, dass die Membran gegenüber menschlichem
Kontakt nicht toxisch ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zur Verstärkung exponierter
oder freigelegter Flächen
in einem Tiefbau oder einer Ausschachtung oder Ausgrabung mit einer
polymeren Strukturstützmembran.
Das Verfahren schließt
ein Bereitstellen eines Gemischs, wie oben definiert, ein; ein Aufbringen
des Gemischs auf eine freigelegte oder exponierte Fläche in einem
Tiefbau oder einer Ausschachtung oder einer Ausgrabung, und ein
Auslösen
der Umsetzung des Gemischs. Dieses Verfahren sorgt für die Anwendung
der oben beschriebenen polymeren Strukturstützmembran auf einer exponierten
oder freigelegten Fläche.
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Ausreichende
Membranzugfestigkeit und -dicke, um eine Stütze für exponierte oder freigelegte
Flächen
in einem Tiefbau oder einer Ausgrabung oder einer Ausschachtung
bereitzustellen, kann gemessen werden unter Verwendung des Testverfahrens,
das veranschaulicht ist in A. Spearing, Jeffrey Ohler & Emmanuel Attiogbe, "The effective testing
of thin support membranes (superskins) for use in underground mines", Australian Centre
for Geomechanics. Der Test, der als MBT Membrane Displacement Test
bezeichnet wird, ist ausgelegt, um Beladungs- und Weggrößen- oder
Verschiebungsdaten der Membranleistung bereitzustellen, um die kombinierten
Effekte oder Wirkungen von Zugfestigkeit, Dehnungs- und Haftungseigenschaften
von Aufsprüh-(Spray-on)membranen
beizutragen und Leistungsdaten bereitzustellen zur Bewertung solcher
Membranen. Er ist wirksam oder effektiv beim Vergleich der relativen
Leistungsfähigkeit
von verschiedenen Membranen. Die Membran wird auf die Oberfläche von
einer Betonplatte gesprüht.
Eine Fläche
der behandelten Membran wird dann einer Belastung unterworfen. Sowohl
lang- als auch kurzfristige (d.h. Kriech-)-Tests können mit dem
Testaufbau geleistet werden. Zur Vereinfachung der Entwicklung eines
Standardtests, der routinemäßig verwendet
werden kann, um Gesamtleistung der Aufsprüh(Spray-on)-Membranen zu testen,
werden vorgegossene Betonplatten verwendet. Diese Platten sind kommerziell
erhältlich
und ziemlich dicht (bezogen auf normalen vor Ort gefertigten Beton)
mit einer leicht modellierten Oberflächenbehandlung oder texturiertem
Finish auf einer Oberfläche.
Typische Werte der Absorption und des Volumens von durchlässigem Porenraum für die Platten,
wie bestimmt gemäß ASTM C642,
sind 5 % bzw. 11 %. Unter Verwendung der vorgegossenen Platten kann
die Leistung der Membran bewertet werden für die Effekte an Variationen
in Membraneigenschaften sowie den Effekten der Substratfeuchtigkeitsbedingungen.
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Das
Gemisch kann aufgebracht werden durch Spritzen oder Sprühen, Bürsten- oder
Pinselauftrag oder Rollen, um die polymere Strukturstützmembran
an einer exponierten oder freigelegten Fläche bereitzustellen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hergestellt aus der folgenden Formulierung.
Sie wird bereitgestellt in der bevorzugten Zwei-Komponenten-Formulierung,
wobei das Monomer und der Initiator in getrennten Teilen der Formulierung
bereitgestellt werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Erfindung aus der folgenden Formulierung hergestellt. Wieder
ist diese Ausführungsform
in der bevorzugten Zwei-Komponenten-Formulierung vorgesehen, wobei
das Monomer und der Initiator in getrennten Teilen der Formulierung
vorgesehen sind.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die vorliegende Erfindung die vorliegende Formulierung auf.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Formulierung vier Komponenten. Diese Ausführungsform
wird in einer Vier-Komponenten-Formulierung bereitgestellt, die
kombiniert ist zwei Einheiten von Monomer, Initiator und Reaktionsgeschwindigkeitsmodifikator,
wie unten diskutiert.
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Vorzugsweise
kann diese Ausführungsform
umgesetzt werden in die Membran der vorliegenden Erfindung durch
Bereitstellen der vier Komponenten durch eine Pumpe, die die Materialien
zu einer Sprühapparatur
liefert, um die Formulierung auf eine Fläche zu sprühen oder spritzen. In der Regel
ist die Pumpe ausgelegt, um zwei Komponenten simultan zu pumpen
oder spritzen. Die Teile A und B werden einer Pumpkammer der Pumpe
zugeführt,
und die Teile C und D werden einer zweiten Pumpkammer der Pumpe
zugeführt.
Die Volumina der Komponenten sind in einer solchen Größe ausgelegt,
dass die Membran gebildet wird mit der gewünschten Zusammensetzung. In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird eine Pumpe verwendet, die zwei Komponenten in dem Volumenverhältnis von
etwa 3:1 liefert. In dieser Ausführungsform
sind die Komponenten 1 und 2 in einer solchen Größe ausgeformt, dass die 3/4
des Gesamtvolumens des gelieferten Materials bereitstellen, das
die Membran bildet, und die Komponenten 3 und 4 sind in einer solchen
Größe ausgelegt, dass
sie 1/4 des Gesamtvolumens bereitstellen.
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Beispiel
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Ein
Beispiel der vorliegenden erfinderischen polymeren Strukturstützmembran
wird hinsichtlich der Zugfestigkeit ASTM D638 und Dehnung ASTM D638
beides in Gegenwart von Wasser und ohne Wasser getestet. Das Beispiel
der Erfindung umfasst zwei Komponenten (3 Teile von Teil A zu 1
Teil von Teil B (nach Gewicht)), die zusammengegeben werden, um
umgesetzt zu werden und die Stützmembran
zu bilden. Im Teil A werden drei Monomere verwendet, um die Flexibilität (Dehnung),
Festigkeit (Zugfestigkeit) und Wasserempfindlichkeit der Strukturstützmembran
zu maximieren. 2-Phenoxyethylmethacrylat verleiht verringerte Wasserempfindlichkeit,
es fehlt aber Festigkeit und Flexibilität, während die verbleibenden zwei
Monomere Hydroxypropylmethacrylat und Isobornylmethacrylat der Membran
Festigkeit und Flexibilität
geben.
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Das
Beispiel wird hinsichtlich der Dehnung (ASTM D638) getestet – die prozentuale
Zunahme in der Länge
einer Membran, bevor sie bricht, und Zugfestigkeit (ASTM D638) – die maximale
Kraft, der eine Membran widerstehen kann, bevor sie bricht, ausgedrückt in Megapascal
(MPa). Wie durch die Ergebnisse in Tabelle 2 veranschaulicht, erreicht
die polymere Strukturstützmembran
die gewünschte
Zugfestigkeit (größer als 1
MPa nach 24 h) und Dehnung (größer als
etwa 25 % nach 24 h). Daher weist die Membran die gewünschte Festigkeit
und Flexibilität
für eine
unter Tag oder unterirdische strukturelle Stütze oder Strukturstütze auf.
Außerdem
zeigen die Testergebnisse, dass die polymere Strukturstützmembran
wenig oder keinen Festigkeitsverlust zeigt, wenn sie Wasser ausgesetzt
wird (Feuchtigkeitsempfindlichkeit).
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Obwohl
die Erfindung in Einzelheiten durch die obige detaillierte Beschreibung
und die voranstehenden Formulierungen und Beispiele beschrieben
worden ist, sind diese Beispiele nur zum Zweck der Veranschaulichung,
und es ist anzunehmen, das Variationen oder Modifikationen von einem
Fachmann gemacht werden können
innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche.
