Применение аморфного карбоната кальция в огнестойкой неорганической системе строительного раствора на основе алюминатного цемента для увеличения значений нагрузки при повышенных температурах
Настоящее изобретение относится к применению аморфного карбоната кальция в огнестойкой неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащей отверждаемый компонент алюминатного цемента А и компонент инициатора В для инициирования процесса отверждения, причем компонент А дополнительно содержит по меньшей мере один блокирующий агент, выбранный из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент В содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. Кроме того, настоящее изобретение относится к применению аморфного карбоната кальция в огнестойком неорганическом строительном растворе для увеличения значений нагрузки, а также к способу огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, предпочтительно металлических анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, в минеральных основаниях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня. Также описан способ приготовления огнестойкой неорганической системы строительного раствора. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.
Настоящее изобретение относится к применению аморфного карбоната кальция в огнестойкой неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащей отверждаемый компонент алюминатного цемента А и компонент инициатора В для инициирования процесса отверждения, причем компонент А, кроме того, содержит по меньшей мере один блокирующий агент, выбранный из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент В содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. В частности, настоящее изобретение относится к применению аморфного карбоната кальция в огнестойкой неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях для увеличения значений нагрузки при повышенных температурах. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, предпочтительно, металлических анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, в минеральных основаниях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
На сегодняшний день доступны органические и неорганические системы строительного раствора, которые применяются для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней. Например, органические системы, основанные на способных к свободнорадикальной полимеризации смолах, используются, когда желательно быстрое отверждение. Однако, общеизвестно, что такие системы являются загрязняющими окружающую среду, дорогостоящими, потенциально опасными и/или токсичными для окружающей среды и для работающего с ними человека, и их часто необходимо специально маркировать. Кроме того, органические системы часто демонстрируют значительное снижение или даже отсутствие устойчивости при термическом воздействии интенсивного солнечного света или температур, повышенных по иным причинам, например, 80-120°С, как например, горение, вследствие чего снижаются их механические характеристики в том, что касается химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней. Кроме того, органические системы строительного раствора часто не обладают какой-либо достаточной огнестойкостью, в частности, когда анкеры и вклеиваемые арматурные стержни подвергаются воздействию огня и тепла.
В том, что касается огнестойкости анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, то оценка приводится в критериях приемлемости ACI 355.4-11 и АС308, «Qualification of Post-Installed Adhesive Anchors in Concrete (ACI 355.4-11)» от Американского института бетона и «Acceptance Criteria for Post-Installed Adhesive Anchors in Concrete Elements (AC308, 2016)» от службы оценки ICC, соответственно.
В параграфе 10.24 ACI 355.4-11 установлено, что оценка устойчивости к воздействию огня должна основываться на признанном национальном стандарте для испытаний и оценки конструкционных элементов в условиях пожара. В соответствии с R10.24.1 в ACI 355.4-11 испытание анкеров в условиях воздействия пожара обычно состоит из установки статического веса на анкер в камере для испытаний при горении и измерения времени до разрушения на протяжении определенной зависимости времени от температуры. Несмотря на то, что для тестирования и оценки анкеров при воздействии огня были выпущены стандарты, существует мало указаний в отношении использования получающихся значений устойчивости при проектировании.
Так, в общем случае, любые химические анкеры могут использоваться при проектировании для условий пожара, если доступен стандарт, признанный на национальном уровне для их квалификации. Однако во многих городах использование химических анкеров не допускается, и вместо этого следует использовать распорные анкеры, или химический анкер должен быть рассчитан с пониженной допустимой нагрузкой для соответствующей степени огнестойкости.
Чтобы преодолеть эти недостатки, были разработаны преимущественно минеральные системы на основе алюминатного цемента. Алюминатный цемент в качестве своего основного компонента имеет однокальциевый алюминат и широко используется в строительстве и строительной индустрии, поскольку конечные продукты свидетельствуют о высоком уровне механических характеристик на протяжении продолжительных периодов времени. Кроме того, алюминатный цемент является устойчивым к основаниям и достигает своей предельной прочности быстрее, чем портландцемент, и способен выдерживать растворы сульфатов. Следовательно, алюминатные цементные системы являются предпочтительно используемыми в области химического закрепления.
Доступно несколько неорганических систем, таких как Cemeforce фирмы Sumitomo Osaka Cement Со Ltd, Япония; однокомпонентная инжекционная система, которую необходимо смешивать с водой перед применением, и два типа закрепляющих капсул Ambex фирмы Ambex Concrete Repair Solutions, Канада; капсулы с цементирующим содержимым, которые перед применением необходимо погружать в воду, а затем вставлять в высверленное отверстие.
Однако эти коммерчески доступные системы обладают несколькими недостатками, такими как наличие очень высоких усилий при дозировании, неприемлемая обработка при перемешивании, очень короткое время жизнестойкости, риск вымывания соединений в ведре с водой, плохое введение мягких/влажных капсул в глубокие высверленные отверстия, неоднородное содержимое, получение большого разброса значений нагрузки, а также наличие очень низких значений нагрузки, в частности, когда речь идет о химическом закреплении арматурных стержней и при проверке на степень огнестойкости, например при 250°С и выше. Кроме того, известно, что значения нагрузки снижаются при более высоких температурах, таких как 250°С и выше, по сравнению со значениями нагрузки, полученными при температуре окружающей среды, что указывает на то, что эти системы не подходят для применения в качестве огнестойких, а также они не могут гарантировать достаточное анкерное закрепление при повышенных температурах, которое необходимо при закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней.
Когда речь заходит об огнестойком химическом закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных поверхностях или основаниях, быстрое время отверждения не всегда желательно. В частности, когда речь идет о закреплении арматурных стержней, имеющих большую глубину анкеровки, это вызывает недовольство установщика, так как глубина анкеровки может достигать 2 метров, и необходим достаточный запас времени. Кроме того, большинство из известных систем не имеют достаточной текучести для большинства практических применений полученных композиций. Часто анкеры и арматурные стержни необходимо с усилием вставлять в высверленное отверстие, что делает установку очень трудной и неэффективной. Более того, такие композиции из предшествующего уровня техники также демонстрируют тенденцию к образованию трещин за относительно короткое время или не проявляют требуемых механических характеристик, в частности, под воздействием повышенных температур, таких как при пожаре.
Следовательно, существует потребность в огнестойкой, готовой к применению многокомпонентной системе, предпочтительно, огнестойкой двухкомпонентной системе, которая является превосходящей системы из предшествующего уровня техники в отношении аспектов окружающей среды, здоровья и безопасности, обработки, времени хранения и хорошего баланса между схватыванием и отверждением строительного раствора. В частности, большой интерес проявляется к предоставлению огнестойкой системы, которая может быть использована для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных поверхностях или основаниях, при отсутствии неблагоприятного влияния на обработку, характеристики и механические свойства этой системы химического закрепления, особенно при повышенных температурах, таких как 250°С и выше.
Следовательно, существует потребность в огнестойкой неорганической системе строительного раствора, предпочтительно, двухкомпонентной неорганической системе строительного раствора, которая является превосходящей системы из предшествующего уровня техники. В частности, представляет интерес предоставить систему, которая может быть использована для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, при отсутствии неблагоприятного влияния на обработку, характеристики и механические свойства этой огнестойкой системы химического закрепления. В частности, существует необходимость в системе, которая обеспечивает повышенные значения нагрузки по сравнению с известными системами, когда речь идет об огнестойком химическом закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, даже под воздействием повышенных температур, таких как при пожаре. Кроме того, огнестойкая многокомпонентная система анкерного закрепления должна иметь значения нагрузки, которые не уменьшаются при более высоких температурах, предпочтительно, они должны даже увеличиваться при более высоких температурах, таких как 250°С и выше, чтобы гарантировать достаточное анкерное закрепление при повышенных температурах, которое необходимо при закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней.
Кроме того, существует потребность улучшить значения нагрузки путем добавления наполнителей или частиц материалов, таких как огнестойкий неорганический химический анкер, чтобы снизить потребление более дорогого связующего материала или чтобы улучшить некоторые свойства смешанного материала.
Кроме того, целью настоящего изобретения является предоставление способа огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, предпочтительно, металлических анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, в минеральных основаниях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
Эти и другие задачи, которые станут очевидными из подтверждающего описания изобретения, решаются с помощью настоящего изобретения, как описано в независимых пунктах формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам исполнения.
В одном аспекте настоящее изобретение относится к применению аморфного карбоната кальция в огнестойкой неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащей отверждаемый компонент алюминатного цемента А и компонент инициатора В для инициирования процесса отверждения. Компонент А, кроме того, содержит по меньшей мере один блокирующий агент, выбранный из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент В содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к применению аморфного карбоната кальция в огнестойкой неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях для увеличения значений нагрузки при повышенных температурах.
Наконец, в другом аспекте настоящее изобретение относится к способу огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, отличающемуся тем, что для закрепления используется огнестойкая неорганическая система строительного раствора, которая содержит отверждаемый компонент алюминатного цемента А и компонент инициатора В для инициирования процесса отверждения, причем компонент А дополнительно содержит по меньшей мере один блокирующий агент, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент В содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду, и которая содержит аморфный карбонат кальция. Минеральные основания представляют собой основания, такие как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
Следующие термины и определения будут использоваться в контексте настоящего изобретения:
Как используется в контексте настоящего изобретения, формы единственного числа также включают соответствующее множественное число, если контекст явно не предписывает иное. Таким образом, термин в единственном числе должен означать «один или несколько» или «по меньшей мере один», если не указано иное.
Термин «алюминатный цемент» в контексте настоящего изобретения относится к кальциево-алюминатному цементу, который состоит преимущественно из гидравлически активных алюминатов кальция. Альтернативными названиями являются «высокоалюминатный цемент» или «Ciment fondu» на французском языке. Основной активный компонент кальциево-алюминатных цементов представляет собой однокальциевый алюминат (CaAl2O4, СаО⋅Al2O3, или СА в системе обозначений в химии цемента).
Термин «инициатор» в контексте настоящего изобретения относится к соединению или композиции, которая модифицирует химическую среду для начала конкретной химической реакции. В настоящем изобретении инициатор модифицирует значение рН суспензии строительного раствора, тем самым деблокируя гидравлическое связующее средство в конечной смеси.
Термин «замедлитель схватывания» в контексте настоящего изобретения относится к соединению или композиции, которая модифицирует химическую среду для задержки конкретной химической реакции. В настоящем изобретении замедлитель схватывания модифицирует способность к гидратации кальциево-алюминатного цемента суспензии строительного раствора, тем самым задерживая действие гидравлического связующего средства в конечной смеси.
Термин «начальное время схватывания» в контексте настоящего изобретения относится ко времени, за которое смесь компонента А и компонента В начинает схватываться после смешивания. В течение этого периода времени после смешивания смесь остается в форме более или менее текучей водной суспензии или пасты из твердых продуктов.
Авторами изобретения неожиданно было обнаружено, что добавление аморфного карбоната кальция к неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащей отверждаемый компонент алюминатного цемента, предпочтительно, на основе кальциево-алюминатного цемента, приводит к значительному увеличению значений нагрузки при повышенных температурах, таких как 250°С и выше, по сравнению с системой, не содержащей какого-либо аморфного карбоната кальция. Также было обнаружено, что добавление аморфного карбоната кальция не оказывает неблагоприятного воздействия на обработку, характеристики и механические свойства этой системы химического закрепления, в частности, при применении в течение длительного периода времени, а также при повышенных температурах, таких как 250°С и выше.
В частности, было обнаружено, что природный, мелкодисперсный, аморфный карбонат кальция, получаемый из чистого микрокристаллического мела из Шампани (из области Champagne crayeuse), играет важную роль в увеличении значений нагрузки при повышенных температурах. Такой аморфный карбонат кальция коммерчески доступен под названием Industrie Spezial® фирмы Omya International AG, Германия.
Следовательно, настоящее изобретение относится к применению аморфного карбоната кальция в огнестойкой неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащей отверждаемый компонент алюминатного цемента А и компонент инициатора В для инициирования процесса отверждения. В частности, компонент А, кроме того, содержит по меньшей мере один блокирующий агент, выбранный из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент В содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду.
Компонент А, который используется в настоящем изобретении, основан на алюминатном цементе (СА) или цементе из сульфоалюмината кальция (CAS). Компонент алюминатного цемента, который можно использовать в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой компонент алюминатного цемента, основанный на водной фазе кальциево-алюминатного цемента (САС). Алюминатный цемент, который следует использовать в настоящем изобретении, характеризуется быстрым схватыванием и быстрым отверждением, быстрым высыханием, превосходной стойкостью к коррозии и усадке. Такой кальциево-алюминатный цемент, подходящий для использования в настоящем изобретении, представляет собой, например, Ternal® White (Kerneos, Франция).
Если компонент А содержит смесь алюминатного цемента (САС) и сульфата кальция (CaSO4), то во время гидратации происходит быстрое образование эттрингита. В химии бетонов гидрат трисульфата гексакальцийалюмината, представленный общей формулой (СаО)6(Al2O3)(SO3)3⋅32 H2O или (СаО)3(Al2O3)(CaSO4)3⋅32H2O, образуется в результате реакции алюмината кальция с сульфатом кальция, что приводит к быстрому схватыванию и отверждению, а также к компенсации усадки или даже расширению.
При умеренном увеличении содержания сульфата может быть достигнута компенсация усадки.
Компонент А, который используется в настоящем изобретении, содержит по меньшей мере примерно 40% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 50% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 60% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 70% масс., от примерно 40% масс. до примерно 95% масс., предпочтительно, от примерно 50% масс. до примерно 85% масс., более предпочтительно, от примерно 60% масс. до примерно 80% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 70% масс. до примерно 78% масс. алюминатного цемента, в пересчете на общую массу компонента А.
Согласно альтернативному варианту исполнения изобретения компонент А, который используется, содержит по меньшей мере примерно 20% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 30% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 40% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 50% масс., от примерно 20% масс. до примерно 80% масс., предпочтительно, от примерно 30% масс. до примерно 70% масс., более предпочтительно, от примерно 35% масс. до примерно 60% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 40% масс. до примерно 55% масс., алюминатного цемента, в пересчете на общую массу компонента А, и по меньшей мере примерно 5% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 10% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 15% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 20% масс., от примерно 1% масс. до примерно 50% масс., предпочтительно, от примерно 5% масс. до примерно 40% масс., более предпочтительно, от примерно 10% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 15% масс. до примерно 25% масс., сульфата кальция, предпочтительно, полугидрата сульфата кальция, в пересчете на общую массу компонента А. В предпочтительном альтернативном варианте исполнения двухкомпонентной системы строительного раствора согласно настоящему изобретению соотношение CaSO4/CAC в компоненте А должно быть меньше или равно 35:65.
Блокирующий агент, содержащийся в компоненте А, который используется в настоящем изобретении, выбирается из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот, предпочтительно, представляет собой фосфорную кислоту или метафосфорную кислоту, наиболее предпочтительно, представляет собой фосфорную кислоту, в частности, 85%-ный водный раствор фосфорной кислоты. Компонент А содержит по меньшей мере примерно 0,1% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,3% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,4% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,5% масс., от примерно 0,1% масс. до примерно 20% масс., предпочтительно, от примерно 0,1% масс. до примерно 15% масс., более предпочтительно, от примерно 0,1% масс. до примерно 10% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 0,3% масс. до примерно 10% масс. указанного блокирующего агента, в пересчете на общую массу компонента А. В предпочтительном варианте исполнения компонент А содержит от примерно 0,3% масс. до примерно 10% масс. 85%-ного водного раствора фосфорной кислоты, в пересчете на общую массу компонента А. Предпочтительно, количества алюминатного цемента и/или цемента из сульфоалюмината кальция по массе относительно общей массы гидравлического связующего средства составляют больше, чем любое из следующих значений: 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99%, или составляют 100%.
Пластификатор, содержащийся в компоненте А, который используется в настоящем изобретении, выбирается из группы, состоящей из полимеров полиакриловой кислоты с низкой молекулярной массой (LMW), суперпластификаторов из семейства полифосфонатполиэтиленоксидов и поликарбонатполиэтиленоксидов и этакриловых суперпластификаторов из группы простых эфиров поликарбоксилатов и смесей из них, например, Ethacryl™ G (Coatex, Arkema Group, Франция), Acumer™ 1051 (Rohm and Haas, UK) или Sika® ViscoCrete®-20 HE (Sika, Германия). Подходящими пластификаторами являются коммерчески доступные продукты. Компонент А содержит по меньшей мере примерно 0,2% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,3% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,4% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,5% масс., от примерно 0,2% масс. до примерно 20% масс., предпочтительно, от примерно 0,3% масс. до примерно 15% масс., более предпочтительно, от примерно 0,4% масс. до примерно 10% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 0,5% масс. до примерно 5% масс. указанного пластификатора, в пересчете на общую массу компонента А.
В предпочтительном варианте исполнения компонент А, который используется в настоящем изобретении, кроме того, заключает в себе следующие характеристики, взятые по отдельности или в комбинации.
Компонент А может дополнительно содержать загущающий агент. Загущающие агенты, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, могут быть выбраны из группы, состоящей из органических продуктов, таких как ксантановая смола, велановая смола или смола DIUTAN® (CPKelko, США), простые эфиры, производные от крахмала, простые эфиры, производные от гуара, полиакриламид, каррагинан, агар-агар, и минеральных продуктов, таких как глина, и их смесей. Подходящими загущающими агентами являются коммерчески доступные продукты. Компонент А содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,1% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,2% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,3% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 10% масс., предпочтительно, от примерно 0,1% масс. до примерно 5% масс., более предпочтительно, от примерно 0,2% масс. до примерно 1% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 0,3% масс. до примерно 0,7% масс. указанного загущающего агента, в пересчете на общую массу компонента А.
Компонент А может, кроме того, содержать антибактериальный или биоцидный агент. Антибактериальные или биоцидные агенты, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, могут быть выбраны из группы, состоящей из соединений семейства изотиазолинонов, таких как метилизотиазолинон (MIT), октилизотиазолинон (OIT) и бензоизотиазолинон (BIT), и их смесей. Подходящие антибактериальные или биоцидные агенты являются коммерчески доступными продуктами. В качестве примера упоминаются Ecocide K35R (Progiven, Франция) и Nuosept OB 03 (Ashland, Нидерланды). Компонент А содержит по меньшей мере примерно 0,001% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,005% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,01% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,015% масс., от примерно 0,001% масс. до примерно 1,5% масс., предпочтительно, от примерно 0,005% масс. до примерно 0,1% масс., более предпочтительно, от примерно 0,01% масс. до примерно 0,075% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 0,015% масс. до примерно 0,03% масс. указанного антибактериального или биоцидного агента, в пересчете на общую массу компонента А. В предпочтительном варианте исполнения компонент А содержит от примерно 0,015% масс. до примерно 0,03% масс. Nuosept OB 03, в пересчете на общую массу компонента А.
В альтернативном варианте исполнения компонент А содержит по меньшей мере один наполнитель, в частности, органический или минеральный наполнитель. Наполнитель, который может быть использован в настоящем изобретении, может быть выбран из группы, состоящей из кварцевого порошка, предпочтительно, из кварцевого порошка, имеющего средний размер зерна (d50%) примерно 16 мкм, кварцевого песка, глины, летучей золы, пирогенного диоксида кремния, карбонатных соединений, оксидов алюминия, пигментов, оксидов титана, легких наполнителей и их смесей. Подходящие минеральные наполнители представляют собой коммерчески доступные продукты. В качестве примера упоминается кварцевый порошок Millisil W12 или W6 (Quarzwerke GmbH, Германия). Компонент А содержит по меньшей мере примерно 1% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 2% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 5% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 8% масс., от примерно 1% масс. до примерно 50% масс., предпочтительно, от примерно 2% масс. до примерно 40% масс., более предпочтительно, от примерно 5% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 8% масс. до примерно 20% масс. указанного по меньшей мере одного наполнителя, в пересчете на общую массу компонента А.
Количество воды, содержащейся в компоненте А, который используется в настоящем изобретении, составляет по меньшей мере примерно 1% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 5% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 10% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 20% масс., от примерно 1% масс. до примерно 50% масс., предпочтительно, от примерно 5% масс. до примерно 40% масс., более предпочтительно, от примерно 10% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 15% масс. до примерно 25% масс., в пересчете на общую массу компонента А.
Наличие пластификатора, загущающего агента, а также антибактериального или биоцидного агента не изменяет общей неорганической природы цементирующего компонента А.
Компонент А, содержащий алюминатный цемент или цемент из сульфоалюмината кальция, присутствует в водной фазе, предпочтительно, в форме суспензии или пасты.
Аморфный карбонат кальция, используемый в неорганической системе строительного раствора для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях согласно настоящему изобретению, предпочтительно находится в форме аморфного карбоната кальция, имеющего средний размер частиц (d50%) в диапазоне от 1,2 до 2,8 мкм, более предпочтительно, от 1,5 до 2,5 мкм, наиболее предпочтительно, имеет средний размер частиц 2,4 мкм.
Аморфный карбонат кальция, используемый в настоящем изобретении, дополнительно характеризуется верхним срезом (d98%) в диапазоне от 1,0 до 30 мкм, предпочтительно, от 5,0 до 25 мкм, более предпочтительно, имеет верхний срез (d98%) 20 мкм.
Аморфный карбонат кальция, используемый в настоящем изобретении, дополнительно характеризуется процентным содержанием частиц < 2 мкм в диапазоне от 30 до 70, предпочтительно, от 30 до 60, более предпочтительно, процентным содержанием частиц < 2 мкм, составляющим 30.
Карбонат кальция, используемый в настоящем изобретении, дополнительно характеризуется остатком в диапазоне от 0,01 до 0,3%, предпочтительно, от 0,02 до 0,3%, более предпочтительно, имеет остаток примерно 0,3% на сите 45 мкм (определенный согласно стандарту ISO 787/7).
Аморфные карбонаты кальция, которые можно использовать в настоящем изобретении, представляют собой коммерчески доступные аморфные карбонаты кальция, такие как, например, фирмы Omya International AG, Германия, такой как Industrie Spezial®.
Предпочтительно, аморфный карбонат кальция, используемый согласно настоящему изобретению, содержится в компоненте инициатора В неорганической системы строительного раствора. В предпочтительном варианте исполнения настоящего изобретения аморфный карбонат кальция содержится в компоненте инициатора В, дополнительно содержащем инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. Добавление аморфного карбоната кальция к неорганической системе строительного раствора, такой как огнестойкий неорганический химический анкер, должно снизить расход более дорогого связующего материала и улучшить некоторые свойства смешанного материала, в частности, увеличить значения нагрузки при повышенных температурах.
Особенно предпочтительно, чтобы компонент В, который используется в настоящем изобретении, содержал по меньшей мере примерно 1% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 2% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 3% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 4% масс., от примерно 1% масс. до примерно 30% масс., предпочтительно, от примерно 2% масс. до примерно 25% масс., более предпочтительно, от примерно 3% масс. до примерно 20% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 4% масс. до примерно 12% масс. аморфного карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 1 до 3 мкм, в пересчете на общую массу компонента В.
Компонент В, который используется в настоящем изобретении, содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. Для обеспечения достаточного времени обработки, при условии, что начальное время схватывания составляет по меньшей мере 5 мин или более, по меньшей мере один замедлитель схватывания, который предотвращает преждевременное отверждение композиции строительного раствора, используется в отдельной концентрации в дополнение к компоненту инициатора.
Инициатор, присутствующий в компоненте В, состоит из компонента активатора и компонента ускорителя, которые содержат смесь солей щелочных и/или щелочноземельных металлов.
В частности, компонент активатора состоит из по меньшей мере одной соли щелочного и/или щелочноземельного металла, выбранной из группы, состоящей из гидроксидов, хлоридов, сульфатов, фосфатов, моногидро-фосфатов, дигидрофосфатов, нитратов, карбонатов и их смесей, предпочтительно, компонент активатора представляет собой соль щелочного или щелочноземельного металла, более предпочтительно, представляет собой соль металла кальция, такую как гидроксид кальция, сульфат кальция, карбонат кальция, формиат кальция или фосфат кальция, соль металла натрия, такую как гидроксид натрия, сульфат натрия, карбонат натрия или фосфат натрия, или соль металла лития, такую как гидроксид лития, сульфат лития, карбонат лития или фосфат лития, наиболее предпочтительно, представляет собой гидроксид лития. В одном предпочтительном варианте исполнения гидроксид лития, используемый в компоненте В, представляет собой 10%-ный водный раствор гидроксида лития.
Компонент В содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,02% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,05% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 1% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 40% масс., предпочтительно, от примерно 0,02% масс. до примерно 35% масс., более предпочтительно, от примерно 0,05% масс. до примерно 30% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 1% масс. до примерно 25% масс. указанного активатора, в пересчете на общую массу компонента В. В конкретном предпочтительном варианте исполнения активатор состоит из воды и гидроксида лития. Количество воды, содержащейся в компоненте В, составляет по меньшей мере примерно 1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 5% масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 10% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 20% масс., от примерно 1% масс. до примерно 60% масс., предпочтительно от примерно 5% масс. до примерно 50% масс., более предпочтительно от примерно 10% масс. до примерно 40% масс., наиболее предпочтительно от примерно 15% масс. до 30% масс., в пересчете на общую массу компонента В. Количество гидроксида лития, содержащегося в компоненте В, составляет по меньшей мере примерно 0,1% масс., предпочтительно по меньшей мере примерно 0,5 % масс., более предпочтительно по меньшей мере примерно 1,0% масс., наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 1,5% масс., от примерно 0,1% масс. до примерно 5% масс., предпочтительно от примерно 0,5% масс. до примерно 4% масс., более предпочтительно от примерно 1,0% масс. до примерно 3% масс., наиболее предпочтительно от примерно 1,5% масс. до примерно 2,5% масс., в пересчете на общую массу компонента В. В наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент В содержит примерно от 2,0% масс. до примерно 20% масс. 10%-ного водного раствора гидроксида лития, в пересчете на общую массу компонента В.
Компонент ускорителя состоит из по меньшей мере одной соли щелочного и/или щелочноземельного металла, выбранной из группы, состоящей из гидроксидов, хлоридов, сульфатов, фосфатов, моногидрофосфатов, дигидрофосфатов, нитратов, карбонатов и их смесей, предпочтительно, компонент ускорителя представляет собой соль щелочного или щелочноземельного металла, еще предпочтительнее, представляет собой водорастворимую соль щелочного или щелочноземельного металла, более предпочтительно, представляет собой соль металла кальция, такую как гидроксид кальция, сульфат кальция, карбонат кальция, хлорид кальция, формиат кальция или фосфат кальция, соль металла натрия, такую как гидроксид натрия, сульфат натрия, карбонат натрия, хлорид натрия, формиат натрия или фосфат натрия, или соль металла лития, такую как гидроксид лития, сульфат лития, моногидрат сульфата лития, карбонат лития, хлорид лития, формиат лития или фосфат лития, наиболее предпочтительным является сульфат лития или моногидрат сульфата лития. Компонент В содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,05% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,1% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 1,0% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 25% масс., предпочтительно, от примерно 0,05% масс. до примерно 20% масс., более предпочтительно, от примерно 0,1% масс. до примерно 15% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 1,0% масс. до примерно 10% масс. указанного ускорителя, в пересчете на общую массу компонента В.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В, который используется в настоящем изобретении, соотношение 10%-ного водного раствора гидроксида лития/сульфата лития или моногидрата сульфата лития находится в диапазоне от 10/1 до 6/1.
По меньшей мере один замедлитель схватывания, содержащийся в компоненте В, который используется в настоящем изобретении, выбирается из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, предпочтительно, представляет собой смесь лимонной кислоты и винной кислоты. Компонент В содержит по меньшей мере примерно 0,1% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,2% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,5% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 1,0% масс., от примерно 0,1% масс. до примерно 25% масс., предпочтительно, от примерно 0,2% масс. до примерно 15% масс., более предпочтительно, от примерно 0,5% масс. до примерно 15% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 1,0% масс. до примерно 10% масс. указанного замедлителя схватывания, в пересчете на общую массу компонента В.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В, который используется в настоящем изобретении, соотношение лимонной кислоты/винной кислоты составляет 1,6/1.
По меньшей мере один минеральный наполнитель, в дополнение к аморфному карбонату кальция, содержащийся в компоненте В, который используется в настоящем изобретении, выбирается из группы, состоящей из известняковых наполнителей, песка, оксида алюминия, измельченных камней, гравия, гальки и их смесей, предпочтительными являются известняковые наполнители, такие как различные карбонаты кальция. По меньшей мере один минеральный наполнитель предпочтительно выбирается из группы, состоящей из известняковых наполнителей или кварцевых наполнителей, таких как кварцевый порошок Millisil W12 или W6 (Quarzwerke GmbH, Германия) и кварцевый песок. По меньшей мере один минеральный наполнитель компонента В наиболее предпочтительно представляет собой карбонат кальция или смесь карбонатов кальция. Компонент В содержит по меньшей мере примерно 30% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 40% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 50% масс., еще более предпочтительно, по меньшей мере примерно 60% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 70% масс., от примерно 30% масс. до примерно 95% масс., предпочтительно, от примерно 35% масс. до примерно 90% масс., более предпочтительно, от примерно 40% масс. до примерно 85% масс., еще более предпочтительно, от примерно 45% масс. до примерно 80% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 50% масс. до примерно 75% масс. по меньшей мере одного минерального наполнителя, в пересчете на общую массу компонента В.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один минеральный наполнитель имел средний размер частиц не более 500 мкм, более предпочтительно, не более 400 мкм, наиболее предпочтительно, не более 350 мкм.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения по меньшей мере один минеральный наполнитель, содержащийся в компоненте В, представляет собой смесь трех различных карбонатов кальция, то есть, мелких фракций карбоната кальция, таких как различные типы Omyacarb® (Omya International AG, Германия). Наиболее предпочтительно, первый карбонат кальция имеет средний размер частиц (d50%) примерно 3,2 мкм и остаток, составляющий 0,05% на сите 45 мкм (определенный в соответствии со стандартом ISO 787/7). Второй карбонат кальция имеет средний размер частиц (d50%) примерно 7,3 мкм и остаток, составляющий 0,5% на сите 140 мкм (определенный в соответствии со стандартом ISO 787/7). Третий карбонат кальция имеет средний размер частиц (d50%) примерно 83 мкм и остаток, составляющий 1,0% на сите 315 мкм (определяется согласно стандарту ISO 787/7). В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В соотношение первого карбоната кальция/второго карбоната кальция/третьего карбоната кальция составляет 1/2,6/4.
В конкретном предпочтительном альтернативном варианте исполнения по меньшей мере один минеральный наполнитель, содержащийся в компоненте В, представляет собой смесь трех различных кварцевых наполнителей. Наиболее предпочтительно, первый кварцевый наполнитель представляет собой кварцевый песок, имеющий средний размер частиц (d50%) примерно 240 мкм. Второй кварцевый наполнитель представляет собой кварцевый порошок, имеющий средний размер частиц (d50%) примерно 40 мкм. Третий кварцевый наполнитель представляет собой кварцевый порошок, имеющий средний размер частиц (d50%) примерно 15 мкм. В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента В, который используется в настоящем изобретении, соотношение первого кварцевого наполнителя/второго кварцевого наполнителя/третьего кварцевого наполнителя составляет 3/2/1.
В предпочтительном варианте исполнения компонент В, кроме того, заключает в себе следующие характеристики, взятые отдельно или в комбинации.
Компонент В может дополнительно содержать загущающий агент. Загущающий агент, который должен использоваться в настоящем изобретении, может быть выбран из группы, состоящей из бентонита, диоксида кремния, кварца, загущающих агентов на основе акрилата, таких как растворимые в щелочах или способные набухать в щелочах эмульсии, пирогенный диоксид кремния, глина и титанатные хелатирующие агенты. В качестве примеров упоминаются поливиниловый спирт (PVA), гидрофобно модифицированные растворимые в щелочах эмульсии (HASE), гидрофобно модифицированные этиленоксидные уретановые полимеры, известные в данной области техники как HEUR, и целлюлозные загустители, такие как гидроксиметилцеллюлоза (НМС), гидроксиэтилцеллюлоза (НЕС), гидрофобно модифицированная гидроксиэтилцеллюлоза (НМНЕС), натрийкарбоксиметилцеллюлоза (SCMC), натрийкарбоксиметил-2-гидроксиэтилцеллюлоза, 2-гидроксипропилметилцеллюлоза, 2-гидроксиэтилметилцеллюлоза, 2-гидроксибутилметилцеллюлоза, 2-гидроксиэтилэтилцеллюлоза, 2-гидроксипропилцеллюлоза, аттапульгитная глина и их смеси. Подходящими загущающими агентами являются коммерчески доступные продукты, такие как Optigel WX (BYK-Chemie GmbH, Германия), Rheolate 1 (Elementis GmbH, Германия) и Acrysol ASE-60 (The Dow Chemical Company). Компонент В содержит по меньшей мере примерно 0,01% масс., предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,05% масс., более предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,1% масс., наиболее предпочтительно, по меньшей мере примерно 0,2% масс., от примерно 0,01% масс. до примерно 15% масс., предпочтительно, от примерно 0,05% масс. до примерно 10% масс., более предпочтительно, от примерно 0,1% масс. до примерно 5% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 0,2% масс. до примерно 1% масс. указанного загущающего агента, в пересчете на общую массу компонента В.
Присутствие замедлителя схватывания и загущающего агента не изменяет общей неорганической природы цементирующего компонента В.
Компонент В, содержащий инициатор и замедлитель схватывания, присутствует в водной фазе, предпочтительно, в форме суспензии или пасты.
Предпочтительно, чтобы значение рН компонента В было выше 10, более предпочтительно, выше 11 и, наиболее предпочтительно, было выше 12, в частности, в диапазоне между 10 и 14, предпочтительно, между 11 и 13.
Особенно предпочтительно, чтобы доли воды в двух компонентах, а именно, компоненте А и компоненте В, выбирались таким образом, чтобы соотношение воды и алюминатного цемента (W/CAC) или воды и цемента из сульфоалюмината кальция (W/CAS) в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, находилось ниже 1,5, предпочтительно между 0,2 и 1,2, наиболее предпочтительно, между 0,3 и 1,1. В предпочтительном варианте исполнения соотношение воды и кальциево-алюминатного цемента, содержащего сульфат кальция (W/(CAC+CaSO4)), в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, составляет 1,0.
Кроме того, особенно предпочтительно, чтобы доля лития в компоненте В выбиралась таким образом, чтобы соотношение лития и алюминатного цемента (Li/CAC) и лития и цемента из сульфоалюмината кальция (Li/CAS) в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, находилось ниже 0,05, предпочтительно, между 0,001 и 0,05, наиболее предпочтительно, между 0,005 и 0,01. В конкретном предпочтительном варианте исполнения доля гидроксида лития в компоненте В выбирается таким образом, чтобы соотношение кальциево-алюминатного цемента, содержащего сульфат кальция, и гидроксида лития ((CAC+CaSO4)/LiOH) в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, находилось в диапазоне от 1,3:1 до 12,5:1.
Особенно предпочтительно, чтобы аморфный карбонат кальция в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, присутствовал в диапазоне от примерно 1,0% масс. до 15,0% предпочтительно, от примерно 1,5% масс. до 14,0% масс., более предпочтительно, от примерно 2,0% масс. до 13,0% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 3,0% масс. до 10,0% масс.
Кроме того, особенно предпочтительно, чтобы доля замедлителя схватывания в компоненте В выбиралась таким образом, чтобы соотношение лимонной кислоты/винной кислоты и алюминатного цемента и лимонной кислоты/винной кислоты и цемента из сульфоалюмината кальция в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, находилось ниже 0,5, предпочтительно, между 0,005 и 0,4, наиболее предпочтительно, между 0,007 и 0,3.
В наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент А содержит или состоит из следующих компонентов:
от 70 до 80% масс. алюминатного цемента, в качестве альтернативы, от 40 до 60% масс. алюминатного цемента и от 15 до 25% масс. сульфата кальция,
от 0,5 до 1,5% масс. фосфорной кислоты,
от 0,5 до 1,5% масс. пластификатора,
от 0,001 до 0,05% масс. антимикробного или биоцидного агента,
при необходимости от 5 до 20% масс. минеральных наполнителей и
от 15 до 25% масс. воды.
В наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент В содержит или состоит из следующих компонентов:
от 4,0 до 20% масс. аморфного карбоната кальция,
от 0,1% масс. до 4% масс. гидроксида лития,
от 0,1% масс. до 5% масс. сульфата лития или моногидрата сульфата лития,
от 0,05% масс. до 5% масс. лимонной кислоты,
от 0,05% масс. до 4% масс. винной кислоты,
от 35% масс. до 45% масс. первого минерального наполнителя,
от 15% масс. до 30% масс. второго минерального наполнителя,
от 5,0% масс. до 20% масс. третьего минерального наполнителя,
от 0,01% масс. до 0,5% масс. загущающего агента и
от 15% масс. до 25% масс. воды.
Компонент А, который используется в настоящем изобретении, может быть получен следующим образом: блокирующий агент, содержащий фосфор, смешивают с водой, так что значение рН полученной смеси составляет примерно 2. Добавляют пластификатор и смесь гомогенизируют. Алюминатный цемент, при желании сульфат кальция и при желании минеральный наполнитель предварительно смешивают и поэтапно добавляют к этой смеси при увеличении скорости перемешивания, так что значение рН полученной смеси составляет примерно 4. Наконец, добавляют загущающий агент и антибактериальный/биоцидный агент и перемешивают до полной гомогенизации смеси.
Компонент В, который используется в настоящем изобретении, может быть получен следующим образом: ускоритель растворяют в водном растворе активатора с последующим дальнейшим добавлением замедлителя схватывания и гомогенизацией смеси. Наполнитель (наполнители) добавляют поэтапно при увеличении скорости перемешивания до тех пор, пока смесь не гомогенизируется. Наконец, добавляют загущающий агент до полной гомогенизации смеси.
Компоненты А и В присутствуют в водной фазе, предпочтительно, в форме суспензии или пасты. В частности, компоненты А и В имеют внешний вид от пастообразного до текучего, согласно их соответствующим композициям. В одном предпочтительном варианте исполнения компонент А и компонент В находятся в форме пасты, тем самым предотвращая оседание во время смешивания этих двух компонентов.
Массовое соотношение между компонентом А и компонентом В (А/В) предпочтительно находится между 7/1 и 1/3, предпочтительно, составляет 1/3. Предпочтительно, композиция смеси содержит 25% масс. компонента А и 75% масс. компонента В. В альтернативном варианте исполнения композиция смеси содержит 75% масс. компонента А и 25% масс. компонента В.
Огнестойкая неорганическая система строительного раствора, предпочтительно, огнестойкая двухкомпонентная неорганическая система строительного раствора, имеет минеральную природу, на которую не влияет присутствие дополнительных загустителей других агентов.
Предпочтительно, чтобы огнестойкая неорганическая система строительного раствора имела начальное время схватывания по меньшей мере 5 мин, предпочтительно, по меньшей мере 10 мин, более предпочтительно, по меньшей мере 15 мин, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 20 мин, в частности, в диапазоне от примерно 5 до 25 мин, предпочтительно, в диапазоне от примерно 10 до 20 мин, после смешивания двух компонентов А и В.
В многокомпонентной огнестойкой неорганической системе строительного раствора, в частности, огнестойкой двухкомпонентной неорганической системе строительного раствора, объемное соотношение цементирующего компонента А и компонента инициатора В составляет от 1:1 до 7:1, предпочтительно, составляет 3:1. В альтернативном варианте исполнения объемное отношение цементирующего компонента А и компонента инициатора В составляет от 1:3 до 1:2.
После изготовления по отдельности компонент А и компонент В вводят в отдельные контейнеры, из которых они выталкиваются с помощью механических устройств и проводятся сквозь смесительное устройство. Неорганическая система строительного раствора предпочтительно представляет собой готовую для использования систему, в которой компоненты А и В расположены отдельно друг от друга в многокамерном устройстве, таком как многокамерный картридж и/или многокамерный цилиндр, или в двухкомпонентных капсулах, предпочтительно, в двухкамерном картридже или в двухкомпонентных капсулах. Многокамерная система предпочтительно включает два или более мешка из фольги для разделения отверждаемого компонента А и компонента инициатора В. Составляющие камер или мешков, которые смешиваются вместе с помощью смесительного устройства, предпочтительно, посредством статического смесителя, можно вводить в высверленное отверстие. Также возможна компоновка в многокамерных картриджах или ведрах или наборах емкостей.
Отверждаемая композиция алюминатного цемента, выходящая из статического смесителя, во время огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней вводится непосредственно в высверленное отверстие, которое соответственно требуется для закрепления этих анкеров и вклеиваемых арматурных стержней и было первоначально сделано в минеральном основании, после чего конструкционный элемент, который следует закрепить, например, анкерный стержень, вставляется и выравнивается, после чего композиция строительного раствора схватывается и отверждается. В частности, эта огнестойкая неорганическая система строительного раствора должна рассматриваться как огнестойкий химический анкер для закрепления металлических анкеров и вклеиваемых арматурных стержней.
Не ограничиваясь какой-либо теорией, блокирующий агент, присутствующий в компоненте А, ингибирует солюбилизацию алюмината (алюминатов) кальция в воде, тем самым останавливая гидратацию цемента, которая приводит к отверждению смеси. После добавления компонента инициатора В значение рН изменяется и цементирующий компонент А деблокируется, а реакция гидратации алюмината (алюминатов) кальция запускается. Поскольку эта реакция гидратации катализируется и ускоряется присутствием солей щелочных металлов, в частности, солей лития, она имеет начальное время схватывания менее 5 мин. Чтобы замедлить это время быстрого отверждения (начальное время схватывания), предпочтительно, чтобы по меньшей мере один замедлитель схватывания, содержащийся в компоненте В, который используется в настоящем изобретении, был выбран таким образом, чтобы после смешивания двух компонентов А и В получить начальное время схватывания по меньшей мере 5 мин, предпочтительно, по меньшей мере 10 мин, более предпочтительно, по меньшей мере 15 мин, наиболее предпочтительно, по меньшей мере 20 мин, в частности, в интервале от примерно 5 до 25 мин, предпочтительно, в интервале от примерно 10 до 20 мин.
Считается, что роль аморфного карбоната кальция заключается в том, чтобы представлять собой источник легкодоступного растворимого карбоната кальция, что приводит к дополнительному последующему отверждению отвержденной смеси при воздействии тепла, как в случае пожара, что приводит к увеличенной степени гидратации, увеличивая тем самым механическую прочность отвержденной смеси.
Роль минеральных наполнителей, в дополнение к аморфному карбонату кальция, в частности, в компоненте В, заключается в том, чтобы дополнительно регулировать конечные характеристики в отношении механической прочности и эксплуатационных качеств, а также долговременной устойчивости. Путем оптимизации наполнителей возможно оптимизировать соотношение вода/алюминатный цемент, что создает возможность для эффективной и быстрой гидратации алюминатного цемента.
Огнестойкая неорганическая система строительного раствора, содержащая аморфный карбонат кальция, может быть использована для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, предпочтительно, металлических анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, таких как анкерные стержни, в частности, резьбовые стержни, болты, стальные арматурные стержни или тому подобное, в минеральных основаниях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня. В частности, эта огнестойкая неорганическая система строительного раствора может быть использована для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, таких как металлические анкеры и вклеиваемые арматурные стержни, в высверленных отверстиях. Было обнаружено, что применение аморфного карбоната кальция в такой огнестойкой неорганической системе строительного раствора значительно увеличивает значения нагрузки и, следовательно, допустимую нагрузку в высверленных отверстиях при повышенных температурах, таких как 250°С и выше. Повышенная температурная стойкость приводит к лучшей эксплуатационной способности для целей анкерного закрепления при более высоких температурах, таких как температуры, присутствующие в области высверленного отверстия фасадных креплений, которые подвергаются интенсивному солнечному свету или другим повышенным температурам, таким как при пожаре. В частности, эта огнестойкая двухкомпонентная система строительного раствора согласно настоящему изобретению имеет значения нагрузки, которые не уменьшаются при более высоких температурах, они даже увеличиваются при более высоких температурах, таких как 250°С и выше, по сравнению с известными системами, чтобы гарантировать удовлетворительное анкерное закрепление при повышенных температурах, которое необходимо при закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней.
Следовательно, применение аморфного карбоната кальция согласно настоящему изобретению, в дополнение к минеральным наполнителям, присутствующим в неорганической системе строительного раствора, является особенно важным для увеличения значений нагрузки при повышенных температурах, таких как 250°С и выше. Кроме того, добавление аморфного карбоната кальция к материалам, таким как огнестойкие неорганические химические анкеры, является благоприятным для снижения расхода более дорогого связующего материала или улучшения некоторых свойств смешанного материала.
Аморфный карбонат кальция, содержащийся в неорганическом строительном растворе, применяется, в частности, в способе огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, предпочтительно, металлических анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, в минеральных основаниях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
Кроме того, огнестойкая неорганическая система строительного раствора, содержащая аморфный карбонат кальция, может быть использована для огнестойкого прикрепления волокон, холстов, тканей или композитов, в частности, высокомодульных волокон, предпочтительно, углеродных волокон, в частности, для усиления строительных конструкций, например, стен или потолков или полов, или, кроме того, для монтажа компонентов, таких как плиты или блоки, например, изготовленных из камня, стекла или пластика, на зданиях или элементах конструкции. Однако, в частности, она используется для закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, предпочтительно, металлических анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, таких как анкерные стержни, в частности, резьбовые стержни, болты, стальные арматурные стержни или тому подобное, в углублениях, таких как высверленные отверстия, в минеральных основаниях, таких как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня, при котором компоненты этой двухкомпонентной неорганической системы строительного раствора предварительно смешивают, например, с помощью статического смесителя или путем разрушения картриджа или пластикового пакета, или путем смешивания компонентов многокамерных ведер или наборов емкостей.
Следующий пример иллюстрирует изобретение, без возникновения при этом каких либо ограничений.
ПРИМЕРЫ
1. Получение компонента А и компонента В
Цементирующий компонент А, а также компонент инициатора В из примера согласно изобретению 1 и примеров для сравнения с 2 по 5 первоначально получают путем смешивания компонентов, указанных в Таблицах 1 и 2 соответственно. Приведенные пропорции выражены в % масс.
Типичный протокол смешивания для компонента А заключается в следующем: взвешивание необходимого количества воды, введение воды в емкость для смешивания и медленное добавление к ней фосфорной кислоты при перемешивании с помощью диска аппарата для растворения при 150 об/мин в течение 2 минут; добавление пластификатора и гомогенизация при скорости от 150 до 200 об/мин в течение 2-3 минут; поэтапное добавление алюминатного цемента (Ternal White®) при непрерывном увеличении скорости перемешивания при возрастающей вязкости от 200 об/мин до 2000 об/мин, чтобы избежать образования комков, после этого дополнительное перемешивание в вакууме (150 мбар) при скорости вращения диска аппарата для растворения 2000 об/мин и скорости вращения вала 220 об/мин в течение 5 минут; медленное добавление загущающего агента и перемешивание при скорости вращения диска аппарата для растворения 3000 об/мин и скорости вращения вала 220 об/мин в течение 3 - 5 минут; добавление антибактериального или биоцидного агента и гомогенизация в вакууме (150 мбар) при скорости вращения диска аппарата для растворения 3000 об/мин и скорости вращения вала 440 об/мин в течение 5 минут; наконец, перемешивание в вакууме (100 мбар) при скорости вращения диска аппарата для растворения 1500 об/мин и скорости вращения вала 220 об/мин в течение 10 минут.
Фосфорная кислота 85% поставляется в продажу фирмой Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Германия; Ethacryl G поставляется в продажу фирмой Coatex S.A., Франция; Ternal White® поставляется в продажу фирмой Kerneos S.A., Франция; Xanthan Gum поставляется в продажу фирмой Kremer Pigmente GmbH & CO. KG, Германия; Nuosept OB 03 поставляется в продажу фирмой Ashland Nederland B.V., Нидерланды.
Типичный протокол смешивания для компонента В заключается в следующем: растворение моногидрата сульфата лития в 10%-ном водном растворе гидроксида лития и воде с последующим растворением в этой смеси лимонной кислоты и винной кислоты и полной гомогенизацией ее при 400 об/мин; постепенное добавление наполнителя, начиная с самого крупнозернистого наполнителя и заканчивая самым мелким наполнителем, добавление карбоната кальция с соответствующим размером частиц, варьирующимся от 1 до 3 мкм, при увеличении скорости перемешивания от 250 об/мин до 1700 об/мин и продолжение его гомогенизации при 1700 об/мин в течение 2 - 3 мин; наконец, добавление загущающего агента при перемешивании и увеличение скорости перемешивания до 2200 об/мин; в завершение, продолжение гомогенизации при 2200 об/мин в течение 5 мин.
LiOH 10% (в воде) поставляется в продажу фирмой Bernd Kraft GmbH, Германия; Li2SO4 моногидрат поставляется в продажу фирмой Alfa Aesar GmbH & Co. KG, Германия; лимонная кислота поставляется в продажу фирмой Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Германия; винная кислота поставляется в продажу фирмой BCD Chemie GmbH, Германия; 1Omyacarb 130-AI, 2Omyacarb 15-H AI, 3Omyacarb 2-AI, 4Аморфный СаСО3 Industrie Spezial, 5Durcal 2, 6OmyaBrite 1300X-OM, 7OmyaWhite 18-ОМ поставляются в продажу фирмой Omya International AG, Германия; Optigel WX поставляется в продажу фирмой BYK Chemie GmbH, Германия.
2. Определение механических характеристик
Испытания проводились в бетоне С20/25 без трещин. Бетон, используемый для испытаний, соответствует стандарту EN 206 и соответствует требованиям ETAG 001, Приложению А. Для целей установки высверленное отверстие сверлили (диаметр высверленного отверстия 16 мм) и очищали, впрыскивали строительный раствор, а арматурный стержень вводили при нормальной температуре окружающей среды в соответствии с MPII. После изготовления по отдельности, цементирующий компонент А и компонент инициатора В соответственно из примеров для сравнения и примера согласно изобретению были введены в жесткий картридж и введены в высверленное отверстие посредством статического смесителя в объемном соотношении 1:3. Все образцы были введены в высверленное отверстие с помощью дозирующего устройства. Высверленное отверстие было сделано путем ударного сверления.
Диаметр арматурного стержня был равен 12 мм. Глубина анкеровки этого арматурного стержня равнялась 120 мм. В испытаниях время отверждения образцов при комнатной температуре составляло 24 часа, а затем бетонный блок с этими арматурными стержнями помещали в печь и нагревали до 250°С. Испытания по вытягиванию стержня осуществлялись при 250°С после 3 дней поддержания вышеуказанной температуры.
Средняя разрушающая нагрузка определяется путем вытягивания по центру арматурного стержня с креплением вплотную, с применением гидравлического инструмента. Четыре арматурных стержня в каждом случае закреплены на месте, а их значения нагрузки определяются после отверждения в течение 3 дней при 250°С как среднее значение. Предельные разрушающие нагрузки рассчитываются как прочности сцепления и приводятся в Н/мм2 в Таблице 3.
Как это можно увидеть из Таблицы 3, система согласно изобретению демонстрирует значительную прочность сцепления после 3 дней при 250°С. По сравнению с примерами для сравнения, которые содержат кристаллический карбонат кальция, можно видеть, что система согласно изобретению обладает сильным эффектом последующего отверждения при повышенных температурах, что приводит к очень высоким значениям нагрузки, с учетом того, каким обладает система, содержащая кристаллический карбонат кальция.
Система согласно изобретению демонстрирует повышенную прочность сцепления при 250°С, составляющую по меньшей мере 5 Н/мм2 в сравнении с прочностью сцепления, достигнутой спустя 1 день при температуре окружающей среды, что указывает на желаемый эффект последующего отверждения, вместо ослабления связующей матрицы под действием повышенной температуры. Система согласно изобретению демонстрирует повышенное значение нагрузки и, следовательно, улучшенную механическую прочность, когда речь идет об огнестойком химическом закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, по сравнению с системой для сравнения, не содержащей какого-либо аморфного карбоната кальция. Добавление аморфного карбоната кальция приводит к значительному увеличению значений нагрузки по сравнению с системами, не содержащими какого-либо аморфного карбоната кальция. Кроме того, было показано, что характеристики значительно улучшаются в высверленных отверстиях, когда требуются высокие значения нагрузки. Кроме того, было обнаружено, что системы согласно изобретению, содержащие аморфный карбонат кальция, не демонстрируют никаких микротрещин после отверждения. Следовательно, системы согласно изобретению обеспечивают плотную, герметичную систему закрепления, что является важным предварительным условием для получения улучшенной устойчивости к коррозии и к перепадам температур, а также обеспечивают высокие значения нагрузки при повышенных температурах.
Кроме того, по сравнению с инжекционными строительными растворами на основе органических смол, прочность сцепления которых при повышенных температурах показывает значительное, неприемлемое снижение в значениях нагрузки, при 250°С иногда близкое к нулю в органических системах, тогда как пример согласно изобретению увеличивает свою прочность сцепления. Как это было показано выше, огнестойкая двухкомпонентная система строительного раствора, содержащая аморфный карбонат кальция, согласно настоящему изобретению обеспечивает механическую прочность, сравнимую с этой характеристикой у органических систем, но ее по существу минеральный состав делает ее намного менее токсичной и очень мало загрязняющей для окружающей среды, а также допускает более экономичное производство, чем у известной системы из предшествующего уровня техники.
Кроме того, было показано, что огнестойкая многокомпонентная система, в частности, огнестойкая двухкомпонентная система строительного раствора, преодолевает недостатки систем из предшествующего уровня техники. В частности, эта огнестойкая двухкомпонентная система строительного раствора, которая является готовой к применению, может быть простой в обращении и является экологически безопасной, может стабильно храниться в течение определенного периода времени перед использованием, демонстрирует хороший баланс между схватыванием и отверждением и по-прежнему обладает отличными механическими характеристиками, когда речь идет об огнестойком химическом закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, даже под воздействием повышенных температур, таких как при пожаре. Кроме того, огнестойкая многокомпонентная система анкерного закрепления имеет значения нагрузки, которые увеличиваются при более высоких температурах, таких как 250°С, чтобы гарантировать достаточное анкерное закрепление при повышенных температурах, которое необходимо при закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней.
И наконец, как это было показано выше, добавление аморфного карбоната кальция к материалам, таким как огнестойкие неорганические химические анкеры, приводит к увеличению значений нагрузки и в то же самое время снижает расход более дорогого связующего материала и улучшает некоторые свойства смешанного материала, например, обеспечивает плотную, герметичную систему закрепления, что является важным предварительным условием для получения улучшенной устойчивости к коррозии и к перепадам температур.
1. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащая аморфный карбонат кальция, компонент А - алюминатный цемент, содержащий по меньшей мере один блокирующий агент и по меньшей мере один пластификатор, и компонент В - инициатор отверждения, содержащий по меньшей мере один инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду.
2. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, в которой компонент алюминатного цемента А представляет собой компонент алюминатного цемента на основе водной фазы кальциево-алюминатного цемента.
3. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, в которой по меньшей мере один блокирующий агент выбирают из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновых кислот.
4. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, в которой карбонат кальция имеет остаток 0,3 % на сите 45 мкм.
5. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, где аморфный карбонат кальция содержится в компоненте инициатора B неорганической системы строительного раствора.
6. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 5, в которой аморфный карбонат кальция, содержащийся в компоненте инициатора B, присутствует в диапазоне от примерно 3,0 % масс. до 20,0 % масс. в пересчете на общую массу компонента B.
7. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, в которой компонент инициатора B содержит смесь солей щелочных и/или щелочноземельных металлов, по меньшей мере один замедлитель схватывания, выбранный из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, и по меньшей мере один минеральный наполнитель, выбранный из группы, состоящей из известняковых наполнителей, песка, корунда, доломита, устойчивого к щелочам стекла, дробленого камня, гравия, гальки и их смесей.
8. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 7, в которой смесь солей щелочных и/или щелочноземельных металлов представляет собой смесь солей металла лития.
9. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, где анкеры и вклеиваемые арматурные стержни представляют собой анкерные стержни, резьбовые анкерные стержни, болты или стальные арматурные стержни.
10. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, где минеральные основания представляют собой конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
11. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора по п. 1, в которой огнестойкая неорганическая система строительного раствора представляет собой огнестойкую многокомпонентную неорганическую систему строительного раствора.
12. Огнестойкая неорганическая система строительного раствора, в которой аморфный карбонат кальция использован для огнестойкого химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях для увеличения значений нагрузки.
13. Способ приготовления огнестойкой неорганической системы строительного раствора для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, включающий смешение компонента А - алюминатного цемента, содержащего по меньшей мере один блокирующий агент и по меньшей мере один пластификатор, компонента В - инициатора отверждения, содержащего по меньшей мере один инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду, и аморфного карбоната кальция.
