EP4149905A1 - Alkalisilicat-basierte initiator-komponente für den einsatz in einem zementären anorganischen mehrkomponenten-mörtelsystem - Google Patents

Alkalisilicat-basierte initiator-komponente für den einsatz in einem zementären anorganischen mehrkomponenten-mörtelsystem

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EP4149905A1
EP4149905A1 EP21722922.8A EP21722922A EP4149905A1 EP 4149905 A1 EP4149905 A1 EP 4149905A1 EP 21722922 A EP21722922 A EP 21722922A EP 4149905 A1 EP4149905 A1 EP 4149905A1
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EP
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component
silicate
mortar system
cementitious
alkali
Prior art date
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Pending
Application number
EP21722922.8A
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English (en)
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Inventor
Markus Schönlein
Armin Pfeil
Bernhard Middendorf
Tim Schade
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Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Publication date
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    • C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
    • C04B40/0641—Mechanical separation of ingredients, e.g. accelerator in breakable microcapsules
    • C04B40/065—Two or more component mortars
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    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention is in the field of the chemical fastening of anchoring elements, in particular galvanized anchoring elements, in mineral substrates in the field of the construction industry and fastening technology, and in particular relates to the chemical fastening of anchoring elements by means of an alkali silicate-activated, cementitious, inorganic multi-component mortar system comprising blast furnace slag.
  • Composite mortars for fastening anchoring elements in mineral substrates in the construction industry and fastening technology are known. These composite mortars are based almost exclusively on organic epoxy-containing resin / hardener systems. However, it is well known that such systems are polluting, expensive, potentially dangerous and / or toxic to the environment and the person who operates them, and they often require special labeling. In addition, organic systems often have a greatly reduced stability when exposed to strong sunlight or otherwise elevated temperatures, which reduces their mechanical performance in the chemical fastening of anchoring elements. In addition, problems can arise in the chemical fastening of galvanized anchoring elements, which can be traced back to zinc corrosion or contact corrosion caused by the chemical fastening means. In the long term, these anchoring elements cannot have sufficiently high loads due to the chemical fastening.
  • an initiator component for a cementitious, inorganic multicomponent mortar system comprising blast furnace slag
  • the mortar system being able to be used for the chemical fastening of, in particular, galvanized anchoring elements in mineral substrates without the handling, properties and mechanical performance of the chemical Adversely affecting fastening system.
  • a further object of the present invention to provide a cementitious system, in particular a cementitious multi-component mortar system, in particular a cementitious two-component mortar system, which overcomes the disadvantages of the prior art systems.
  • the present invention relates to a cementitious multi-component mortar system comprising slag sand and an alkali silicate-based initiator component, which is ideally suited for use as an inorganic chemical fastening system for anchoring elements in mineral substrates in order to achieve high load values.
  • the present invention relates to a cementitious multi-component mortar system comprising slag sand and an alkali silicate-based initiator component for the chemical fastening of galvanized anchoring elements in mineral substrates, the alkali silicate-based initiator component having a pH in a range of 12.5 to 13.5.
  • the present invention further relates to an alkali silicate-based initiator component for a cementitious, inorganic multicomponent mortar system comprising slag sand, for the chemical fastening of anchoring elements, in particular galvanized anchoring elements, in mineral substrates.
  • the present invention also relates to the use of such a cementitious multi-component mortar system and such an alkali silicate-based initiator component for the chemical fastening of anchors, preferably metal elements, in mineral substrates such as structures made of masonry, natural stone, concrete, permeable concrete or the like.
  • binder or “binder component” relates to the cementitious component and optional components such as fillers, for example, of the multi-component mortar system. In particular, this is also referred to as the A component.
  • the term “initiator” or also “initiator component” refers to the aqueous alkali silicate-based component which triggers stiffening, solidification and hardening as a subsequent reaction. In particular, this is also referred to as a B component.
  • a cementitious multi-component mortar system comprising blast furnace slag and an alkali silicate-based initiator component is ideally suited for the chemical fastening of galvanized anchoring elements in mineral substrates, the alkali silicate-based initiator component having a pH value in has a range from 12.5 to 13.5.
  • an alkali silicate-based initiator component is particularly suitable for a cementitious, inorganic multicomponent mortar system comprising slag sand, for the chemical fastening of anchoring elements in mineral substrates, in particular galvanized anchoring elements.
  • the systems, especially the multi-component cementitious mortar system are characterized by positive advantages in terms of environmental aspects, health and safety, handling, storage time and a good balance between setting and hardening, without the handling, properties and mechanical performance of the chemical Adversely affecting fastening system.
  • the present invention therefore relates to a cementitious multi-component mortar system comprising slag sand and an alkali silicate-based initiator component for the chemical fastening of galvanized anchoring elements in mineral substrates, the alkali silicate-based initiator component having a pH in a range of 12.5 to 13.5. It is preferred that the slag sand is present in the binder component. It is particularly preferred that the cementitious multi-component mortar system is a two-component mortar system and comprises a powdery cementitious binder component and an aqueous alkali silicate-based initiator component.
  • Further characteristic values of the slag sand are iron oxide (Fe 2 0s), sodium oxide (Na 2 0), potassium oxide (K2O), chloride, sulfur trioxide (SO3) and manganese oxide (Mn2Ü3), which preferably make up less than 5% of the slag sand.
  • the multi-component cementitious mortar system of the present invention can also comprise ground blast furnace slag having a grind fineness in the range from 4000 to 12000 cm 2 / g.
  • the multicomponent cementitious mortar system of the present invention preferably comprises blast furnace slag in a range from 1% by weight to 60% by weight, more preferably from 10% by weight to 50% by weight, most preferably in a range from 25% by weight to 45% by weight, based on the total weight of the binder component.
  • the multi-component cementitious mortar system preferably further comprises silica fume.
  • the silica fume is preferably present in the binder component.
  • the silica fume of the multi-component cementitious mortar system is in a range from 1% by weight to 10% by weight, preferably from 2% by weight to 8% by weight, most preferably in a range of 4% by weight up to 7.5% by weight, based on the total weight of the binder component.
  • the silica fume preferably has an average particle size of 0.4 ⁇ m and a surface area of 180,000 to 220,000 cm 2 / g or 18-22 m 2 / g.
  • the silica fume can also be replaced by pozzolan materials or by materials with pozzolan properties or by other fine inert fillers. These are, for example, fly ash, limestone powder, corundum, calcite, dolomite, brick flour, rice husk ash, phonolite, calcined clay and metakaolin.
  • the silica fume is present in a range from 5% by weight to 8% by weight, based on the total weight of the binder component.
  • At least one filler or filler mixture can be present in the binder component.
  • These are preferably selected from the group consisting of quartz, sand, quartz powder, clay, fly ash, blast furnace slag, pigments, titanium oxides, light fillers, limestone fillers, corundum, dolomite, alkali-resistant glass, crushed stones, gravel, pebbles and mixtures thereof.
  • the at least one filler of the multi-component cementitious mortar system is preferably in a range from 20% by weight to 80% by weight, more preferably from 30% by weight to 70% by weight, most preferably in a range from 40% by weight .-% to 60% by weight, based on the total weight of the binder component.
  • the filler is sand and is present in a range from 45 to 55% by weight, based on the total weight of the binder component.
  • the filler is a mixture of sand and quartz powder.
  • the sand is preferably in a range from 45% by weight to 55% by weight and the quartz powder in a range from 5% by weight to 10% by weight, based on the total weight of the binder component.
  • the binding agent component can contain other cements, such as calcium aluminate-based cement.
  • the binder component can contain fibers such as mineral fibers, chemical fibers, natural fibers, synthetic fibers, fibers made from natural or synthetic polymers, fibers made from inorganic materials, in particular carbon fibers or glass fibers.
  • the alkali silicate-based initiator component of the multicomponent mortar system preferably comprises an alkali metal silicate-based component, the alkali metal silicate being selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, lithium silicate, modifications thereof, mixtures thereof and aqueous solutions thereof.
  • the alkali silicate-based initiator component is an aqueous solution of potassium silicate and potassium hydroxide.
  • the initiator component is an aqueous solution of 10 mol / l KOH and 1.72 mol / l potassium silicate (Betol® K 35 T, Woellner, Germany).
  • the alkali silicate-based initiator component comprises 1 to 50% by weight of silicate, preferably 10 to 40% by weight, particularly preferably 15 to 30% by weight, based on the total weight of the aqueous Alkali silicate.
  • the alkali silicate-based initiator component comprises at least about 0.01% by weight, preferably at least 0.02% by weight, particularly preferably at least about 0.05% by weight, particularly preferably at least 1% by weight, of about 0.01% by weight to about 40% by weight, preferably from about 0.02% by weight to about 35% by weight, more preferably from about 0.05% by weight to about 30% by weight .-%, particularly preferably from about 1% by weight to about 25% by weight of the alkali silicate-based ingredient, based on the total weight of initiator component.
  • the alkali silicate-based initiator component used according to the invention is excellently suited for the chemical fastening of anchoring elements, in particular galvanized anchoring elements, in mineral substrates if it is used in a cementitious, inorganic multi-component mortar system comprising blast furnace slag and has a pH Has a value in a range of 12.5-13.5.
  • an alkali silicate-based initiator component with a pH in a range of 12.5-13 is used in a multi-component cementitious mortar system comprising slag sand in order to achieve suitable load values of galvanized anchor rods compared to conventional anchor rods.
  • the alkali silicate-based initiator component with a pH value in the range of 12.5-13 prevents surface damage and can therefore be used for fastening galvanized anchor rods.
  • the alkali silicate-based initiator component of the multi-component mortar system optionally includes a superplasticizer.
  • the optional flow agent is in a range from 1% by weight to 30% by weight, preferably from 5% by weight to 25% by weight, most preferably in a range from 10% by weight to 20% by weight. -%, based on the total weight of the initiator component, before.
  • the optional superplasticizer is selected from the group consisting of polyacrylic acid polymers with low molecular weight (LMW), superplasticizers from the family of polyphosphonate polyox and polycarbonate polyox, polycondensates, e.g. naphthalene-sulfonic acid-formaldehyde polycondensate or melamine-sulfonic acid-formaldehyde polycondensate,
  • LMW low molecular weight
  • Suitable flow agents are commercially available products.
  • the water content is 90% by weight to 95% by weight and the Superplasticizer content 5% by weight to 10% by weight, based on the total weight of the initiator component.
  • At least one filler or filler mixture can be present in the initiator component.
  • These are preferably selected from the group consisting of quartz, sand, quartz powder, clay, fly ash, pigments, titanium oxides, light fillers, limestone fillers, corundum, dolomite, alkali-resistant glass, crushed stones, gravel, pebbles and mixtures thereof.
  • the alkali silicate-based initiator component can additionally comprise a thickener.
  • the thickener can be selected from the group consisting of bentonite, silica, thickeners based on acrylate, such as alkali-soluble or alkali-swellable emulsions, fumed silica, clay and titanate chelating agents.
  • polyvinyl alcohol PVA
  • HASE hydrophobically modified alkali-soluble emulsions
  • HEUR hydrophobically modified ethylene oxide durethane polymers
  • cellulose thickeners such as hydroxymethyl cellulose (HMC), hydroxyethyl cellulose (HEC), hydrophobically modified hydroxyethyl cellulose (HMHEC), sodium carboxymethyl cellulose (SCMC), sodium carboxymethyl-2-hydroxyethyl cellulose, 2-hydroxypropylmethyl cellulose, 2-hydroxyethylmethyl cellulose, 2-hydroxybutylmethyl cellulose, 2-hydroxy , ethyl-ethyl cellulose, 2-hydroxypropyl cellulose, attapulgite and mixtures thereof.
  • Suitable thickeners are commercially available products such as Optigel WX (BYK-Chemie GmbH, Germany), Rheolate 1 (Elementis GmbH, Germany) and Acrysol ASE-60 (The Dow Chemical Company).
  • the A component or binder component which comprises the slag sand, is in solid form, preferably in the form of a powder or dust.
  • the B component or initiator component is in aqueous form, optionally in the form of a slurry or paste.
  • the weight ratio between the A component and the B component is preferably between 10/1 and 1/3, and is preferably 8/1-4/1.
  • the multi-component cementitious mortar system comprises up to 80% by weight of the A component and up to 40% by weight of the B component.
  • the cementitious multi-component mortar system is a two-component mortar system, preferably a cementitious two-component capsule system.
  • the system preferably comprises two or more foil bags for separating the curable binder component and the initiator component.
  • the contents of the chambers, glass capsules or bags, such as foil bags, which are mixed with one another under mechanical action, preferably by introducing an anchoring element, are preferably already in a borehole.
  • the arrangement in multi-chamber cartridges or buckets or sets of buckets is also possible.
  • the cementitious multi-component mortar system of the present invention can be used for chemical fastening of anchoring elements, preferably galvanized metal elements, such as anchor rods, in particular threaded rods, bolts, steel reinforcing rods or the like, in mineral surfaces such as structures made of masonry, concrete, permeable concrete or natural stone will.
  • anchoring elements preferably galvanized metal elements, such as anchor rods, in particular threaded rods, bolts, steel reinforcing rods or the like
  • mineral surfaces such as structures made of masonry, concrete, permeable concrete or natural stone will.
  • the multi-component cementitious mortar system of the present invention can be used for chemical fastening of galvanized anchoring elements, such as metal elements, in boreholes.
  • cementitious multi-component mortar system of the present invention can be used for the application of fibers, scrims, knitted fabrics or composites, in particular fibers with a high modulus, preferably carbon fibers, in particular for reinforcing building structures, for example walls or ceilings or floors, and furthermore for Assembly components, such as plates or blocks, for example made of stone, glass or plastic, can be used on buildings or structural elements.
  • composition of the blast furnace slag Table 1 Chemical composition of the blast furnace slag meal, determined by means of
  • XRF X-ray fluorescence analysis
  • the powdery binder components (A component) and the liquid initiator components (B component) of Comparative Examples 1-4 and 7-10 and Examples 5-6 and 11-13 according to the invention are first prepared by mixing the components in the Ingredients given in Tables 2 and 3 with the proportions given in Table 4, which are given in% by weight.
  • Table 2 Composition of the A component based on blast furnace slag (% by weight).
  • silica fume fineness of grind in cm 2 / g (Blaine) 18,000-22,000; Size distribution (pm) 0.1-1.
  • Quartz flour size distribution (pm) 0.1-100.
  • Table 3 Composition of component B (% by weight).
  • the powdery binder component A and the initiator component B are mixed with a mixer. All samples are mixed for 1 minute.
  • the mixtures are poured into a stainless steel sleeve drill hole with a diameter of 12 mm, an anchorage depth of 32 mm and ground undercuts of 0.33 mm.
  • an M8 threaded rod with a length of 100 mm is inserted into the borehole.
  • the load values of the hardened mortar compositions are determined at certain times within 24 hours using a "Zwick Roell Z050" material testing device (Zwick GmbH & Co. KG, Ulm, Germany).
  • the stainless steel sleeve is attached to a plate, while the threaded rod is attached to the force measuring device with a nut.
  • the breaking load is determined by pulling out the threaded rod in the middle. Each sample consists of an average of five extracts. The breaking load is calculated as the internal strength and given in Table 5 in N / mm 2 .
  • Table 5 Internal strength in N / mm 2 . As can be seen from Table 5, after 24 hours of curing, all measurable systems according to the invention show considerable internal strengths and increased load values and thus improved mechanical strengths compared to the comparison systems, the alkali silicate-based B component having a pH value of over 13.5 and are ideal for chemical fastening of galvanized anchoring elements.

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Abstract

Es wird ein zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand und eine Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente, zur chemischen Befestigung von Verankerungselementen in mineralischen Untergründen beschrieben, wobei die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente sich besonders für die chemische Befestigung von verzinkten Verankerungselementen eignet.

Description

ALKALISILICAT -BASIERTE INITIATOR-KOMPONENTE FÜR DEN EINSATZ IN EINEM ZEMENTÄREN ANORGANISCHEN MEHRKOMPONENTENMÖRTELSYSTEM
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der chemischen Befestigung von Verankerungselementen, insbesondere verzinkte Verankerungselemente, in mineralischen Untergründen im Bereich der Bauindustrie und Befestigungstechnik, und betrifft insbesondere die chemische Befestigung von Verankerungselementen mittels eines Alkalisilicat-aktivierbaren zementären anorganischen Mehrkomponenten- Mörtelsystems umfassend Hüttensand.
Stand der Technik
Verbundmörtel zum Befestigen von Verankerungselementen in mineralischen Untergründen im Bereich der Bauindustrie und Befestigungstechnik sind bekannt. Diese Verbundmörtel basieren fast ausschließlich auf organischen epoxid-haltigen Harz/Härtersystemen. Es ist jedoch allgemein bekannt, dass solche Systeme umweltschädlich, teuer, potenziell gefährlich und/oder giftig für die Umwelt und die Person sind, die sie handhabt, und sie müssen häufig speziell gekennzeichnet werden. Darüber hinaus weisen organische Systeme häufig eine stark verringerte Stabilität auf, wenn sie starkem Sonnenlicht oder auf andere Weise erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, wodurch ihre mechanische Leistung bei der chemischen Befestigung von Verankerungselementen verringert wird. Darüberhinaus können Probleme bei der chemischen Befestigung von verzinkten Verankerungselementen auftreten, die auf eine Zinkkorrosion oder auch Kontaktkorrosion durch die chemischen Befestigungsmittel zurückzuführen ist. Dauerhaft können diese Verankerungselemente über die chemische Befestigung keine ausreichend hohen Lasten aufweisen. Es besteht daher ein Bedarf an einem gebrauchsfertigen zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystem, vorzugsweise einem zementären Zweikomponenten- Mörtelsystem, das den Systemen des Standes der Technik in Bezug auf Umweltaspekte, Gesundheit und Sicherheit, Handhabung, Lagerzeit und einem guten Gleichgewicht zwischen Abbinden und Aushärten überlegen ist. Insbesondere ist es von Interesse ein System bereitzustellen, das so schonend aktivierbar ist, und bei dessen Einsatz eine Oberflächenbeschädigung von verzinkten Verankerungselementen auszuschließen ist.
Darüber hinaus ist es von Interesse, eine Initiator-Komponente für ein zementäres anorganisches Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand bereitzustellen, wobei das Mörtelsystem zur chemischen Befestigung von insbesondere verzinkten Verankerungselementen in mineralischen Untergründen verwendet werden kann, ohne die Handhabung, Eigenschaften und die mechanische Leistung des chemischen Befestigungssystems nachteilig zu beeinflussen.
In Anbetracht des Vorstehenden ist es weiter eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zementäres System, insbesondere ein zementäres Mehrkomponenten- Mörtelsystem, im speziellen ein zementäres Zweikomponenten-Mörtelsystem, bereitzustellen, das die Nachteile der Systeme des Standes der Technik überwindet. Insbesondere ist es eine Aufgabe ein gebrauchsfertiges zementäres Mehrkomponenten- Mörtelsystem bereitzustellen, das einfach zu handhaben und umweltfreundlich ist, das vor Gebrauch über einen bestimmten Zeitraum stabil gelagert werden kann und ein gutes Gleichgewicht zwischen Abbinden und Aushärten aufweist, und auch unter dem Einfluss erhöhter Temperaturen eine hervorragende mechanische Leistung bei der chemischen Befestigung von insbesondere verzinkten Verankerungselementen in mineralischen Untergründen aufweist.
Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem bereitzustellen, das zur chemischen Befestigung von Verankerungsmitteln, vorzugsweise von verzinkten Metallelementen, in mineralischen Untergründen, wie Bauwerken aus Mauerwerk, Naturstein, Beton, Durchlässigkeitsbeton oder dergleichen verwendet werden kann.
Diese und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung der Erfindung ersichtlich sind, werden durch die vorliegende Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben ist, gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand und eine Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente, das für den Einsatz als anorganisches chemisches Befestigungssystem für Verankerungselemente in mineralischen Untergründen bestens geeignet ist, um hohe Lastwerte zu erreichen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein zementäres Mehrkomponenten- Mörtelsystem umfassend Hüttensand und eine Alkalisilicat-basierte Initiator- Komponente, zur chemischen Befestigung von verzinkten Verankerungselementen in mineralischen Untergründen, wobei die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente einen pH-Wert in einem Bereich von 12,5 bis 13,5 aufweist.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Alkalisilicat-basierte Initiator- Komponente für ein zementäres anorganisches Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand, zur chemischen Befestigung von Verankerungselementen, insbesondere verzinkten Verankerungselemente, in mineralischen Untergründen.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines solchen zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystems und einer solchen Alkalisilicat-basierten Initiator- Komponente zur chemischen Befestigung von Verankerungsmitteln, vorzugsweise von Metallelementen, in mineralischen Untergründen, wie Bauwerken aus Mauerwerk, Naturstein, Beton, Durchlässigkeitsbeton oder dergleichen.
Andere Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung sind zum Teil offensichtlich und werden zum Teil im Folgenden erläutert. Insbesondere wird der Gegenstand der vorliegenden Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele beschrieben.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgenden Begriffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet: Der Begriff „Bindemittel“ oder auch „Bindemittel-Komponente“ bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den zementären Bestandteil sowie optionaler Komponenten wie beispielsweise Füllstoffe, des Mehrkomponenten-Mörtelsystems. Insbesondere wird dieser auch als A-Komponente bezeichnet.
Der Begriff „Initiator“ oder auch „Initiator-Komponente“ bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den wässrigen Alkalisilicat-basierten Bestandteil, der ein Ansteifen, Erstarren und Erhärten als Folgereaktion auslöst. Insbesondere wird dieser auch als B-Komponente bezeichnet.
Die Begriffe „aufweisen“, „mit“ und „haben“ sollen einschließend sein und bedeuten, dass auch andere als die genannten Elemente gemeint sein können.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „eine“ und „einer“ auch die entsprechenden Pluralformen ein, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig auf etwas anderes schließen lässt. Somit soll zum Beispiel der Begriff „ein“ „ein oder mehrere“ oder „zumindest ein“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben.
Verschiedene Zementarten, deren Zusammensetzung und deren Anwendungsbereiche sind aus dem Stand der Technik bekannt, jedoch ist deren Einsatz als anorganisches chemisches Befestigungssystem weithingehend noch unbekannt. Insbesondere der Einsatz eines zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystems auf Basis von Hüttensand.
Es ist nun einerseits herausgefunden worden, dass ein zementäres Mehrkomponenten- Mörtelsystem umfassend Hüttensand und eine Alkalisilicat-basierte Initiator- Komponente, bestens zur chemischen Befestigung von verzinkten Verankerungselementen in mineralischen Untergründen geeignet ist, wobei die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente einen pH-Wert in einem Bereich von 12,5 bis 13,5 aufweist.
Andererseits ist herausgefunden worden, dass eine Alkalisilicat-basierte Initiator- Komponente sich besonders für ein zementäres anorganisches Mehrkomponenten- Mörtelsystem umfassend Hüttensand, zur chemischen Befestigung von Verankerungselementen in mineralischen Untergründen eignet, insbesondere von verzinkten Verankerungselementen. Darüber hinaus zeichnen sich die Systeme, insbesondere das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem, durch positive Vorteile in Bezug auf Umweltaspekte, Gesundheit und Sicherheit, Handhabung, Lagerzeit und einem guten Gleichgewicht zwischen Abbinden und Aushärten aus, ohne die Handhabung, Eigenschaften und die mechanische Leistung des chemischen Befestigungssystems nachteilig zu beeinflussen.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung ein zementäres Mehrkomponenten- Mörtelsystem umfassend Hüttensand und eine Alkalisilicat-basierte Initiator- Komponente, zur chemischen Befestigung von verzinkten Verankerungselementen in mineralischen Untergründen, wobei die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente einen pH-Wert in einem Bereich von 12,5 bis 13,5 aufweist. Es ist bevorzugt, dass der Hüttensand in der Bindemittel-Komponente vorliegt. Besonders bevorzugt ist, dass das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem ein Zweikomponenten-Mörtelsystem ist und eine pulverförmige zementäre Bindemittel- Komponente und eine wässrige Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente umfasst. Der Hüttensand, der Hauptbestandteil von sogenannten Portlandhütten- und Hochofenzementen ist, des zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystems umfasst von 30 bis 45 % Calciumoxid (CaO), von 30 bis 45 % Siliciumdioxid (S1O2), von 1 bis 15 % Aluminiumoxid (AI2O3) und von 4 bis 17 % Magnesiumoxid (MgO), und 0,5 bis 1 % Schwefel (S). Weitere Kennwerte des Hüttensandes sind Eisenoxid (Fe20s), Natriumoxid (Na20), Kaliumoxid (K2O), Chlorid, Schwefeltrioxid (SO3) und Manganoxid (Mn2Ü3), die vorzugweise weniger als 5 % des Hüttensandes ausmachen.
Das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem der vorliegenden Erfindung kann auch aufgemahlenen Hüttensand mit einer Mahlfeinheit im Bereich von 4000 bis 12000 cm2/g umfassen.
Das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise Hüttensand in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 60 Gew.-%, mehr bevorzugt von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 25 Gew.-% bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittel- Komponente.
Vorzugsweise umfasst das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem ferner Silikastaub. Bevorzugt liegt der Silikastaub in der Bindemittel-Komponente vor.
Der Silikastaub des zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystem liegt in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 2 Gew.-% bis 8 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 4 Gew.-% bis 7.5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittel-Komponente, vor. Vorzugsweise hat der Silikastaub eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,4 pm und eine Oberfläche von 180.000 bis 220.000 cm2/g bzw. 18-22 m2/g.
Alternativ kann der Silikastaub auch durch Puzzolane-Materialien bzw. durch Materialien mit Puzzolanen-Eigenschaften oder durch andere feine inerte Füllstoffe ersetzt werden. Dies sind zum Beispiel Flugasche, Kalksteinmehl, Korund, Calcit, Dolomit, Ziegelmehl, Reisschalenasche, Phonolith, calcinierter Ton und Metakaolin.
In einer bevorzugten Ausführungsform des zementären Mehrkomponenten- Mörtelsystem liegt der Silikastaub in einem Bereich von 5 Gew.-% bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittel-Komponente, vor.
Des Weiteren kann mindestens ein Füllstoff oder Füllstoff-Mischungen in der Bindemittel-Komponente vorhanden sein. Diese sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarz, Sand, Quarzmehl, Ton, Flugasche, Hüttensand, Pigmente, Titanoxide, leichte Füllstoffe, Kalksteinfüllstoffen, Korund, Dolomit, alkalibeständigem Glas, zerkleinerten Steinen, Kiesen, Kieseln und Mischungen davon.
Der mindestens eine Füllstoff des zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystems liegt vorzugsweise in einem Bereich von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugter von 30 Gew.-% bis 70 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 40 Gew.-% bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittel-Komponente vor. ln einer bevorzugten Ausführungsform des zementären Mehrkomponenten- Mörtelsystem ist der Füllstoff Sand und liegt in einem Bereich von 45 bis 55 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittel-Komponente, vor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Füllstoff eine Mischung aus Sand und Quarzmehl. Vorzugsweise liegt der Sand in einem Bereich von 45 Gew.-% bis 55 Gew.-% und das Quarzmehl in einem Bereich von 5 Gew.- % bis 10 Gew.-% bezogen, auf das Gesamtgewicht der Bindemittel-Komponente, vor.
Des Weiteren kann die Bindemittel-Komponente weitere Zemente enthalten, wie beispielsweise calciumaluminat-basierter Zement. Des Weiteren kann die Bindemittel- Komponente Fasern enthalten, wie beispielsweise Mineralfasern, Chemiefasern, Naturfasern, Kunstfasern, Fasern aus natürlichen oder synthetischen Polymeren, Fasern aus anorganischen Stoffen, insbesondere Carbonfasern oder Glasfasern.
Die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente des Mehrkomponenten-Mörtelsystems umfasst vorzugsweise ein Alkalimetallsilicat-basierten Bestandteil, wobei das Alkalimetallsilicat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Natriumsilicat, Kaliumsilicat, Lithiumsilicat, Modifikationen davon, Mischungen davon und wässrigen Lösungen davon. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente eine wässrige Lösung von Kaliumsilikat und Kaliumhydroxid. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Initiator-Komponente eine wässrige Lösung von 10 mol/l KOH und 1,72 mol/l Kaliumsilicat (Betol® K 35 T, woellner, Deutschland).
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Alkalisilicat-basierte Initiator-kom ponente 1 bis 50 Gew.-% Silikat, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des wässrigen Alkalisilikats.
Die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente umfasst mindestens etwa 0,01 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 0,02 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens etwa 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 1 Gew.-%, von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 0,02 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-%, mehr vorzugsweise von etwa 0,05 Gew.-% bis ca. 30 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 1 Gew.-% bis ca. 25 Gew.-% des Alkalisilicat-basierten Bestandteils, bezogen auf das Gesamtgewicht von Initiator-Komponente.
Es hat sich nun herausgestellt, dass die erfindungsgemäß eingesetzte Alkalisilicat basierte Initiator-Komponente sich hervorragend für die chemischen Befestigung von Verankerungselementen, insbesondere verzinkten Verankerungselemente, in mineralischen Untergründen eignet, wenn sie in einem zementären anorganischen Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand eingesetzt wird und einen pH- Wert in einem Bereich von 12,5-13,5 aufweist.
Insbesondere wird eine Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente mit einen pH-Wert in einem Bereich von 12,5-13 in einem zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand verwendet, um geeignete Lastwerte von verzinkten Ankerstangen im Vergleich zu herkömmlichen Ankerstangen zu erreichen. Die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente mit einen pH-Wert in einem Bereich von 12,5- 13 verhindert eine Oberflächenbeschädigung und kann demnach für die Befestigung von verzinkten Ankerstangen eingesetzt werden.
Die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente des Mehrkomponenten-Mörtelsystems umfasst optional ein Fließmittel. Das optionale Fließmittel liegt in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einem Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Initiator-Komponente, vor. Das optionale Fließmittel ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylsäurepolymeren mit niedrigem Mole kulargewicht (LMW), Superweichmachern aus der Familie von Polyphosphonatpolyox und Polycarbonatpolyox, Polykondensaten, z.B. Naphthalin-Sulfonsäure-Formaldehyd- Polykondensat oder Melamin-Sulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensat,
Lignosulfonaten und Ethacryl-Superweichmachern aus der Polycarboxylatether-Gruppe, und Mischungen davon, zum Beispiel Ethacryl® G (Coatex, Arkema Group, Frankreich), Acumer® 1051 (Rohm und Haas, UK) oder Sika® VisoCrete®-20 HE (Sika, Deutschland). Geeignete Fließmittel sind im Handel erhältliche Produkte.
In einer ganz besonderen Ausführungsform des zementären Mehrkomponenten- Mörtelsystems beträgt der Wasseranteil 90 Gew.-% bis 95 Gew.-% und der Fließmittelanteil 5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Initiator- Komponente.
Des Weiteren kann mindestens ein Füllstoff oder Füllstoff-Mischungen in der Initiator- Komponente vorhanden sein. Diese sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarz, Sand, Quarzmehl, Ton, Flugasche, Pigmente, Titanoxide, leichte Füllstoffe, Kalksteinfüllstoffen, Korund, Dolomit, alkalibeständigem Glas, zerkleinerten Steinen, Kiesen, Kieseln und Mischungen davon.
Die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente kann zusätzlich ein Verdickungsmittel umfassen. Das Verdickungsmittel, kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Bentonit, Kieselsäure, Verdickungsmitteln auf der Basis von Acrylat, wie alkalilöslichen oder alkaliquellbaren Emulsionen, Quarzstaub, Ton und Titanat-Chelierungsmitteln. Angeführte Beispiele sind Polyvinylalkohol (PVA), hydrophob modifizierte alkalilösliche Emulsionen (HASE), hydrophob modifizierte Ethylenoxi-durethan-Polymere, die im Stand der Technik als HEUR bekannt sind, und Cellulose-Verdickungsmittel, wie Hydroxymethylcellulose (HMC), Hydroxyethylcellulose (HEC), hydrophob modifizierte Hydroxyethylcellulose (HMHEC), Natriumcarboxymethylcellulose (SCMC), Natriumcarboxymethyl-2-hydroxyethylcellulose, 2-Hydroxypropylmethylcellulose, 2- Hydroxyethylmethylcellulose, 2-Hydroxybutylmethylcellulose, 2-Hydroxy_,ethyl- ethylcellulose, 2-Hydroxypropylcellulose, Attapulgitton und Mischungen davon. Geeignete Verdickungsmittel sind im Handel erhältliche Produkte, wie Optigel WX (BYK- Chemie GmbH, Deutschland), Rheolate 1 (Elementis GmbH, Deutschland) und Acrysol ASE-60 (The Dow Chemical Company).
Die Anwesenheit oben-genannter Bestandteile verändert die gesamte anorganische Beschaffenheit des zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystems nicht.
Die A-Komponente oder Bindemittel-Komponente, die den Hüttensand umfasst, liegt in fester Form vor, vorzugsweise in der Form eines Pulvers oder Staubes. Die B- Komponente oder Initiator-Komponente liegt in wässriger Form vor, gegebenenfalls in der Form einer Aufschlämmung oder Paste.
Das Gewichtsverhältnis zwischen der A-Komponente und der B-Komponente (A/B) liegt vorzugsweise zwischen 10/1 und 1/3, und beträgt vorzugsweise 8/1 - 4/1. Vorzugsweise umfasst das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem bis zu 80 Gew. % der A- Komponente und bis zu 40 Gew. % der B-Komponente.
Nach der getrennten Herstellung werden die A-Komponente und die B-Komponente in getrennte Behälter eingebracht, aus denen sie durch mechanisches Einwirken gemischt werden können. Insbesondere ist das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem ein Zweikomponenten-Mörtelsystem, vorzugsweise ein zementäres Zweikomponenten- Kapsel-System. Das System umfasst vorzugsweise zwei oder mehr Folienbeutel zum Trennen der härtbaren Bindemittel-Komponente und der Initiator-Komponente. Die Inhalte der Kammern, Glaskapseln oder Beutel, wie Folienbeutel, die unter mechanischer Einwirkung, vorzugsweise durch Einbringen eines Verankerungselementes, miteinander gemischt werden, liegen vorzugsweise schon in einem Bohrloch vor. Die Anordnung in Mehrkammer-Kartuschen oder Eimern oder Sätzen von Kübeln ist auch möglich.
Das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem der vorliegenden Erfindung kann für eine chemische Befestigung von Verankerungselementen, vorzugsweise verzinkten Metallelementen, wie Ankerstäben, insbesondere Gewindestäben, Bolzen, Stahlverstärkungsstangen oder dgl. , in mineralischen Flächen, wie Strukturen aus Mauerwerk, Beton, durchlässigem Beton oder Naturstein, verwendet werden. Insbesondere kann das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem der vorliegenden Erfindung für eine chemische Befestigung von verzinkten Verankerungselementen, wie Metallelementen, in Bohrlöchern verwendet werden.
Außerdem kann das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem der vorliegenden Erfindung für die Anbringung von Fasern, Gelegen, Gewirken oder Verbundstoffen, insbesondere von Fasern mit hohem Modul, vorzugsweise von Kohlefasern, insbesondere zur Verstärkung von Gebäudestrukturen, zum Beispiel Wänden oder Decken oder Böden, und ferner für Montagekomponenten, wie Platten oder Blöcke, z.B. aus Stein, Glas oder Kunststoff, an Gebäuden oder Strukturelementen verwendet werden.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, ohne sie dadurch einzuschränken. BEISPIELE
1. Zusammensetzung des Hüttensandes Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung der Hüttensandmehle, bestimmt mittels
Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA).
2. Herstellung von A-Komponente und B-Komponente
Die Herstellung der pulverförmigen Bindemittel-Komponenten (A-Komponente) sowie der flüssigen Initiator-Komponenten (B-Komponente) der Vergleichsbeispiele 1-4 und 7- 10 und der erfindungsgemäßen Beispiele 5-6 und 11-13 erfolgt zunächst durch Vermischen der in den Tabellen 2 bzw. 3 angegebenen Bestandteile mit den in Tabelle 4 angegebenen Anteilen, die angegeben sind in Gew .-% ausgedrückt. Tabelle 2: Zusammensetzung der A-Komponente basierend auf Hüttensand (Gew.-%).
1) Silikastaub: Mahlfeinheit in cm2/g (Blaine) 18.000-22.000; Größenverteilung (pm) 0,1-1.
2) Sand: Größenverteilung (pm) 125-1000.
3) Quarzmehl: Größenverteilung (pm) 0,1-100.
Tabelle 3: Zusammensetzung der B-Komponente (Gew.-%).
Table 4: Mischverhältnis von A-Komponente zu B-Komponente. 3. Bestimmung der mechanischen Leistung
Nach der getrennten Herstellung werden die pulverförmige Bindemittel-Komponente A und die Initiator-Komponente B mit einem Mischer gemischt. Alle Proben werden 1 Minute lang gemischt. Die Mischungen werden in eine Edelstahlhülsenbohrloch mit einem Durchmesser von 12 mm, einer Verankerungstiefe von 32 mm und geschliffenen Hinterschnitten von 0,33 mm eingegossen. Unmittelbar nach dem Befüllen wird eine M8- Gewindestange mit einer Länge von 100 mm in das Bohrloch eingeführt. Die Lastwerte der ausgehärteten Mörtelzusammensetzungen werden zu bestimmten Zeiten innerhalb von 24 Stunden mit einem Gerät zur Materialprüfung "Zwick Roell Z050" (Zwick GmbH & Co. KG, Ulm, Deutschland) bestimmt. Die Edelstahlhülse ist auf einer Platte befestigt, während die Gewindestange mit einer Mutter am Kraftmessgerät befestigt ist. Bei einer Vorlast von 500 N und einer Prüfgeschwindigkeit von 3 mm/min wird die Bruchlast durch mittiges Herausziehen der Gewindestange ermittelt. Jede Probe besteht aus einem Mittelwert von fünf Auszügen. Die Bruchlast wird als innere Festigkeit berechnet und in Tabelle 5 in N/mm2 angegeben.
Tabelle 5: Innere Festigkeit in N/mm2. Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, zeigen alle messbaren erfindungsgemäßen Systeme nach 24 Stunden Aushärtung erhebliche innere Festigkeiten sowie erhöhte Lastwerte und damit verbesserte mechanische Festigkeiten im Vergleich zu den Vergleichssystemen, wobei die Alkalisilicat-basierte B-Komponente einen pH-Wert von über 13,5 aufweist, und sich hervorragend für die chemische Befestigung von verzinkten Verankerungselementen eignen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand und eine alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente, zur chemischen Befestigung von verzinkten Verankerungselementen in mineralischen Untergründen, wobei die alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente einen pH-Wert in einem Bereich von 12,5 bis 13,5 aufweist.
2. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend Silikastaub.
3. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend mindestens einen mineralischen Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarz, Sand, Quarzmehl, Ton, Flugasche, Hüttensand, Pigmente, Titanoxide, leichte Füllstoffe, Kalksteinfüllstoffen, Korund, Dolomit, alkalibeständigem Glas, zerkleinerten Steinen, Kiesen, Kieseln und Mischungen davon.
4. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das zementäre Mehrkomponenten-Mörtelsystem ein
Zweikomponenten-Mörtelsystem ist, vorzugsweise ein Zweikomponenten-Kapsel- Mörtelsystem.
5. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach Anspruch 4, wobei das Zweikomponenten-Kapsel-Mörtelsystem eine pulverförmige A-Komponente, umfassend den Hüttensand, vorzugweise mit einer Mahlfeinheit im Bereich von 4000 bis 12000 cm2/g, und den Silikastaub, und eine wässrige B-Komponente, umfasst.
6. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente einen
Alkalimetallsilicat-basierten Bestandteil umfasst, wobei das Alkalimetallsilicat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Natriumsilicat, Kaliumsilicat, Lithiumsilicat, Modifikationen davon, Mischungen davon und wässrigen Lösungen davon.
7. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente eine wässrige Lösung aus Kaliumhydroxid und Kaliumsilicat ist.
8. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hüttensand in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittel-Komponente, vorliegt.
9. Zementäres Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Silikastaub in einem Bereich von 1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemittel-Komponente, vorliegt.
10. Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente für ein zementäres anorganisches Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand, zur chemischen
Befestigung von Verankerungselementen, insbesondere verzinkten Verankerungselemente, in mineralischen Untergründen.
11. Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente nach Anspruch 10, wobei die Alkalisilicat- basierte Initiator-Komponente einen pH-Wert in einem Bereich von 12,5 bis 13,5 aufweist.
12. Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente einen Alkalimetallsilicat-basierten Bestandteil umfasst, wobei das Alkalimetallsilicat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Natriumsilicat, Kaliumsilicat, Lithiumsilicat, Modifikationen davon, Mischungen davon und wässrigen Lösungen davon.
13. Verwendung einer Alkalisilicat-basierte Initiator-Komponente nach einem der Ansprüche 10 bis 12 in einem zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystem umfassend Hüttensand als anorganisches chemisches Befestigungssystem für verzinkte Verankerungselemente in mineralischen Untergründen, zur Erhöhung der Lastwerte.
14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei das zementäre Mehrkomponenten- Mörtelsystem ferner Silikastaub umfasst.
15. Verwendung eines zementären Mehrkomponenten-Mörtelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für die chemische Befestigung von verzinkten
Verankerungselementen in mineralischen Untergründen.
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