Применение тонкоизмельченного карбоната кальция в неорганической системе строительного раствора на основе алюминатного цемента для увеличения значений нагрузки
Настоящее изобретение относится к применению карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно от 1 до 3 мкм, в неорганической системе строительного раствора для 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, и по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент B содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. Кроме того, настоящее изобретение относится к применению карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно от 1 до 3 мкм, в неорганическом строительном растворе для увеличения значений нагрузки, а также к способу 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. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 табл.
Настоящее изобретение относится к применению тонкоизмельченного карбоната кальция в неорганической системе строительного раствора для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащей отверждаемый компонент алюминатного цемента A 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 B содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. В частности, настоящее изобретение относится к применению тонкоизмельченного карбоната кальция в неорганической системе строительного раствора для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях для увеличения значений нагрузки. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу 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.
Существуют многие системы строительного раствора, которые обеспечивают хорошее химическое закрепление анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях или поверхностях. 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 значительно пониженную устойчивость при термическом воздействии интенсивного солнечного света или температур, повышенных по иным причинам, таким как горение, вследствие чего снижаются их механические характеристики в том, что касается химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней.
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 портланд-цемент, и способен выдерживать растворы сульфатов. Следовательно, алюминатные цементные системы являются предпочтительно используемыми в области химического закрепления.
Когда речь заходит о химически закрепляющихся анкерах и вклеиваемых арматурных стержнях в минеральных основаниях, то большинство из известных систем не имеют достаточной текучести для большинства практических применений полученных композиций. Часто такие композиции из предшествующего уровня техники также демонстрируют тенденцию к образованию трещин через относительно короткое время или не проявляют требуемых механических характеристик, в частности, при определенных условиях, таких как под воздействием повышенных температур, в высверленных отверстиях с разными условиями, а также в течение длительного периода времени. Кроме того, известные системы имеют тенденцию проявлять большую степень усадки при применении в высверленном отверстии, что приводит к неудовлетворительному закреплению анкеров и вклеиваемых арматурных стержней.
Следовательно, существует потребность в 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 химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях без неблагоприятного воздействия на обработку, характеристики и механические свойства этой системы химического закрепления. В частности, существует потребность в системе, которая обеспечивает повышенные значения нагрузки по сравнению с известными системами. Кроме того, существует потребность улучшить значения нагрузки путем добавления наполнителей или частиц материалов, таких как неорганический химический анкер, чтобы снизить потребление более дорогого связующего материала или чтобы улучшить некоторые свойства смешанного материала.
Ввиду вышеизложенного, целью настоящего изобретения является предоставление неорганической системы строительного раствора, предпочтительно, многокомпонентной системы строительного раствора, в частности, двухкомпонентной неорганической системы строительного раствора, которая обладает превосходными механическими характеристиками, также в течение длительного периода времени, и в то же время имеет повышенные значения нагрузки по сравнению с известными системами.
Кроме того, целью настоящего изобретения является предоставление способа 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.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящее изобретение относится к применению карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, в неорганической системе строительного раствора для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, содержащей отверждаемый компонент алюминатного цемента A 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 B содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к применению карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, в неорганической системе строительного раствора для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях для увеличения значений нагрузки.
Наконец, в другом аспекте настоящее изобретение относится к способу химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, отличающемуся тем, что для закрепления используется неорганическая система строительного раствора, которая содержит 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, по меньшей мере один пластификатор и воду, а компонент B содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду, и которая содержит карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм. Минеральные основания представляют собой основания, такие как конструкции, изготовленные из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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, CaO ⋅ Al2O3, или CA 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 A и компонента B 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 тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, к неорганической системе строительного раствора для 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 по сравнению с системой, не содержащей какого-либо тонкоизмельченного карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм. Также было обнаружено, что добавление тонкоизмельченного 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.
Следовательно, настоящее изобретение относится к применению карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, в неорганической системе строительного раствора для 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 B 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 (CAC). 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 (CaO)6(Al2O3)(SO3)3⋅32H2O или (CaO)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 используют в настоящем изобретении, выбирают 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 A.
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.
Карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, используемый в неорганической системе строительного раствора для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях согласно настоящему изобретению, предпочтительно находится в форме аморфного или кристаллического карбоната кальция или их смеси. В частности, используемый карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, является осажденным, измельченным и/или синтетически модифицированным, имеющим высокую удельную поверхность по БЭТ. В предпочтительном варианте исполнения настоящего изобретения используемый карбонат кальция находится в форме карбоната кальция, имеющего удельную поверхность по БЭТ > 20 м2/г.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения используемый карбонат кальция имеет средний размер частиц (d50%) в диапазоне от 0,5 до 3,0 мкм, более предпочтительно, от 1,0 до 3 мкм, еще более предпочтительно, от 1,2 до 2,8 мкм, еще более предпочтительно, от 1,5 до 2,5 мкм, наиболее предпочтительно, имеет средний размер частиц 2,4 мкм.
Карбонат кальция, используемый в настоящем изобретении, дополнительно характеризуется верхним срезом (d98%) в диапазоне от 1,0 до 20 мкм, предпочтительно, от 5,0 до 15 мкм, более предпочтительно, от 7,0 до 12 мкм, наиболее предпочтительно, имеет верхний срез (d98%) 9,0 мкм.
Карбонат кальция, используемый в настоящем изобретении, дополнительно характеризуется процентным содержанием частиц < 2 мкм в диапазоне от 30 до 70, предпочтительно, от 35 до 60, более предпочтительно, от 37 до 50, наиболее предпочтительно, процентным содержанием частиц < 2 мкм, составляющим 40.
Карбонат кальция, используемый в настоящем изобретении, дополнительно характеризуется остатком в диапазоне от 0,01 до 0,3%, предпочтительно, от 0,02 до 0,1%, более предпочтительно, от 0,02 до 0,05%, наиболее предпочтительно, имеет остаток примерно 0,02% на сите 45 мкм (определенный согласно стандарту ISO 787/7).
Тонкоизмельченный карбонат кальция, используемый в настоящем изобретении, представляет собой коммерчески доступные карбонаты кальция, такие как, например, типы Omyacarb® фирмы Omya International AG, Германия или CalPlex Extra фирмы Calcit d.o.o. (Словения) или Calcilit Super G, поставляемый Alpha Calcit Füllstoff GmbH & Co. KG, (Германия).
Предпочтительно, карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, используемый согласно настоящему изобретению, содержится в компоненте инициатора B неорганической системы строительного раствора. В предпочтительном варианте исполнения настоящего изобретения карбонат кальция содержится в компоненте инициатора B, дополнительно содержащем инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду. Добавление карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, к неорганической системе строительного раствора, такой как неорганические химические анкеры, должно снизить расход более дорогого связующего материала и улучшить некоторые свойства смешанного материала, в частности, увеличить значения нагрузки.
Компонент В, который используется в настоящем изобретении, содержит 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. карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, в пересчете на общую массу компонента В.
Особенно предпочтительно, чтобы карбонат кальция, имеющий средний размер частиц 2,4 мкм, присутствовал в диапазоне от примерно 1% масс. до 30% масс., предпочтительно, от примерно 2% масс. до 25% масс., более предпочтительно, от примерно 3% масс. до 20% масс., наиболее предпочтительно, от примерно 4% масс. до 12% масс., в пересчете на общую массу компонента В.
Компонент В, который используется в настоящем изобретении, дополнительно 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, моногидрофосфатов, 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 B.
В конкретном предпочтительном варианте исполнения компонента B, 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 B.
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 карбонату кальция, имеющему средний размер частиц в диапазоне от 1 до 3 мкм, содержащийся в компоненте B, 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 B 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 B, 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 (HMC), гидроксиэтилцеллюлоза (HEC), гидрофобно модифицированная гидроксиэтилцеллюлоза (HMHEC), 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 B 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 B, 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 B, находилось в диапазоне от 1,3 : 1 до 12,5 : 1.
Особенно предпочтительно, чтобы карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, в продукте, полученном смешиванием компонентов А и В, присутствовал в диапазоне от примерно 1,0% масс. до 15,0% масс., 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 желании от 5 до 20% масс. минеральных наполнителей и
от 15 до 25% масс. воды.
В наиболее предпочтительном варианте исполнения компонент B содержит или состоит из следующих компонентов:
от 4,0 до 20% масс. карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм,
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 A и B 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 A и компонентом B (A/B) предпочтительно находится между 7/1 и 1/3, предпочтительно, составляет 1/3. Предпочтительно, композиция смеси содержит 25% масс. компонента А и 75% масс. компонента B. В альтернативном варианте исполнения композиция смеси содержит 75% масс. компонента А и 25% масс. компонента B.
Неорганическая система строительного раствора, предпочтительно, двухкомпонентная неорганическая система строительного раствора, имеет минеральную природу, на которую не влияет присутствие дополнительных загустителей других агентов.
Предпочтительно, чтобы 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 неорганической системе строительного раствора, в частности, 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 ёмкостей.
Отверждаемая композиция алюминатного цемента, выходящая из статического смесителя, во время 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 неорганическая система строительного раствора должна рассматриваться как 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 B значение рН изменяется и цементирующий компонент A 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 A и B 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 карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, представлять собой источник легкодоступного растворимого карбоната кальция, что приводит к дополнительному последующему отверждению отвержденной смеси в течение длительных периодов времени.
Роль минеральных наполнителей, в дополнение к карбонату кальция, имеющему средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, в частности, в компоненте B, 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 воды/алюминатного цемента, что создает возможность для эффективной и быстрой гидратации алюминатного цемента.
Неорганическая система строительного раствора, содержащая карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно от 1 до 3 мкм, может быть использована для 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 неорганическая система строительного раствора может быть использована для химического закрепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, таких как металлические анкеры и вклеиваемые арматурные стержни, в высверленных отверстиях. Было обнаружено, что применение карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, в такой неорганической системе строительного раствора значительно увеличивает значения нагрузки и, следовательно, допустимую нагрузку в высверленных отверстиях.
Следовательно, применение карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, согласно настоящему изобретению, в дополнение к минеральным наполнителям, присутствующим в неорганической системе строительного раствора, является особенно важным для увеличения значений нагрузки. Кроме того, добавление карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, к материалам, таким как неорганические химические анкеры, является благоприятным для снижения расхода более дорогого связующего материала или улучшения некоторых свойств смешанного материала.
Карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно от 1 до 3 мкм, содержащийся в неорганическом строительном растворе, применяется, в частности, в способе 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, неорганическая система строительного раствора, содержащая карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно от 1 до 3 мкм, может быть использована для 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 ёмкостей.
Следующий пример иллюстрирует изобретение, без возникновения при этом каких либо ограничений.
ПРИМЕРЫ
1. Получение компонента A и компонента B
Цементирующий компонент А, а также компонент инициатора В из примера для сравнения 1 и примеров согласно изобретению с 2 по 8 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.
Таблица 1: Состав компонента A.
| Название компонента | ||
| Соединение | Функция | A0 |
| Деионизированная вода | растворитель | 20,00 |
| Фосфорная кислота 85% | блокирующий агент | 0,91 |
| Ethacryl G | пластификатор | 0,6 |
| Ternal White | алюминатный цемент | 77,98 |
| Xanthan Gum | загущающий агент | 0,50 |
| Nuosept OB 03 | биоцидный агент | 0,01 |
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 B 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 её 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.
Таблица 2: Состав компонента B.
| Пример для сравнения (название компонента) | Пример согласно изобретению (названия компонентов) |
||||||||
| Соединение | Функция/ свойство | B0 | B1 | B2 | B3 | B4 | B5 | B6 | B7 |
| LiOH 10% (в воде) | активатор | 2,31 | 2,31 | 2,31 | 2,31 | 2,31 | 2,31 | 2,31 | 2,31 |
| Li2SO4 моногидрат | ускоритель | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 | 0,23 |
| Вода | растворитель | 17,03 | 17,03 | 17,03 | 17,03 | 17,03 | 17,03 | 17,03 | 17,03 |
| Лимонная кислота | замедлитель схватывания | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 0,18 |
| Винная кислота | замедлитель схватывания | 0,11 | 0,11 | 0,11 | 0,11 | 0,11 | 0,11 | 0,11 | 0,11 |
| 1Наполнитель 1 | d50% = 83 мкм | 37,73 | 37,73 | 37,73 | 37,73 | 37,73 | 37,73 | 37,73 | 37,73 |
| 2Наполнитель 2 | d50% = 7,3 мкм | 24,77 | 24,77 | 24,77 | 24,77 | 24,77 | 24,77 | 24,77 | 24,77 |
| 3Наполнитель 3 | d50% = 3,2 мкм | 17,44 | 9,43 | 9,43 | 9,43 | 9,43 | 9,43 | 9,43 | 9,43 |
| 4Тонкоизмельченный CaCO3 | d50% = 2,7 мкм | - | 8,01 | - | - | - | - | ||
| 5Тонкоизмельченный CaCO3 | d50% = 2,4 мкм | - | - | 8,01 | - | - | - | ||
| 6Тонкоизмельченный CaCO3 | d50% = 2,4 мкм | - | - | - | 8,01 | - | - | ||
| 7Тонкоизмельченный CaCO3 | d50% = 1,8 мкм | - | - | - | - | 8,01 | - | ||
| 8Тонкоизмельченный CaCO3 | d50% = 1,7 мкм | - | - | - | - | - | 8,01 | ||
| 9Тонкоизмельченный CaCO3 | d50% = 0,7 мкм | 8,01 | |||||||
| 10Тонкоизмельченный CaCO3 | d50% = 0,75-0,9 мкм | 8,01 | |||||||
| Optigel WX | загущающий агент | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
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, 4Durcal 2, 5Industrie Spezial, 6OmyaBrite 1300X-OM, 7OmyaWhite 18-OM, 8Omyacarb 1 AV поставляется в продажу фирмой Omya International AG, Германия; 9Calcilit Super G поставляется в продажу фирмой Alpha Calcit Füllstoff GmbH & Co. KG, Германия и 10CalPlex Extra поставляется в продажу фирмой Calcit d.o.o., Словения; Optigel WX поставляется в продажу фирмой BYK Chemie GmbH, Германия.
2. Определение механических характеристик
После изготовления по отдельности, цементирующий компонент A и компонент инициатора B смешивают в скоростном смесителе в объемном соотношении 1 : 3 и вводят в подготовленное высверленное отверстие в бетоне C20/25, имеющее диаметр 16 мм; пыль была полностью удалена. Высверленное отверстие было сделано путем ударного сверления.
Значения нагрузки для отвержденной композиции строительного раствора определяются путем помещения арматурного стержня R12, имеющего глубину анкерного крепления 120 мм, в высверленное отверстие, имеющее диаметр 16 мм, в соответствии с утвержденными согласованными условиями измерений (дозирующее устройство, арматурные элементы с диаметром 12 мм; 4 арматурных элемента в каждой серии, глубина анкеровки 120 мм, впрыск из жесткого картриджа со статическим смесителем).
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 как среднее значение, соответственно после отверждения в течение 1, 7 и 28 дней. Предельные разрушающие нагрузки рассчитываются как прочности сцепления и приводятся в Н/мм2 в Таблице 3.
Таблица 3: Прочности сцепления в Н/мм2.
| Соотношение в смеси A : B 1 : 3 |
Пример для сравнения | Примеры согласно изобретению | ||||||
| № примера | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Компоненты | A0 + B0 | A0 + B1 | A0 + B2 | A0 + B3 | A0 + B4 | A0 + B5 | A0 + B6 | A0 + B7 |
| Время отверждения 1 день | 4,8 | 4,4 | 5,2 | 6,1 | 5,3 | 4,7 | 6,0 | 5,4 |
| Время отверждения 7 дней | 6,3 | 6,2 | 7,3 | 8,6 | 7,3 | 7,2 | 8,0 | 7,6 |
| Время отверждения 28 дней | 8,2 | 8,5* | 10,1 | 11,0 | 10,0 | 9,9 | - | - |
* Время отверждения 19 дней
Как это можно увидеть из Таблицы 3, почти все системы согласно изобретению демонстрируют значительную прочность сцепления после 28 часов отверждения, а также повышенные значения нагрузки и, следовательно, улучшенную механическую прочность, когда речь идет о химическом закреплении анкеров и вклеиваемых арматурных стержней, по сравнению с системой для сравнения, не содержащей какого-либо карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм. Добавление карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, приводит к значительному увеличению значений нагрузки по сравнению с системами, не содержащими какого-либо карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм. 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 карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, 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.
Как это было показано выше, добавление карбоната кальция, имеющего средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм, предпочтительно, от 1 до 3 мкм, к материалам, таким как 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.
1. Неорганическая система строительного раствора, содержащая
отверждаемый глиноземный цементный компонент А,
компонент-инициатор В для инициирования процесса отверждения, и
карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм,
причем неорганическая система строительного раствора химически предназначена для крепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях,
в которой отверждаемый глиноземный цементный компонент А содержит по меньшей мере один блокирующий агент и по меньшей мере один пластификатор, и
компонент-инициатор B содержит инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду.
2. Система по п. 1, где карбонат кальция имеет средний размер частиц в диапазоне от 1 до 3 мкм.
3. Система по п. 1, где отверждаемый глиноземный цементный компонент А представляет собой цемент на основе кальциево-алюминатного цемента в водной фазе.
4. Система по п. 1, где по меньшей мере один блокирующий агент выбран из группы, состоящей из фосфорной кислоты, метафосфорной кислоты, фосфористой кислоты и фосфоновой кислоты.
5. Система по п. 1, где карбонат кальция имеет остаток в диапазоне от 0,01% до 0,3% на сите 45 мкм.
6. Система по п. 1, где карбонат кальция содержится в компоненте-инициаторе B неорганической системы строительного раствора.
7. Система по п. 6, где карбонат кальция, содержащийся в компоненте-инициаторе B, присутствует в диапазоне от примерно 3,0 мас.% до 20,0 мас.%, в расчёте на общую массу компонента-инициатора B.
8. Система по п. 1, где компонент-инициатор B включает смесь солей щелочных и/или щелочноземельных металлов, где по меньшей мере один замедлитель схватывания выбран из группы, состоящей из лимонной кислоты, винной кислоты, молочной кислоты, салициловой кислоты, глюконовой кислоты и их смесей, и в котором по меньшей мере один минеральный наполнитель выбран из группы, состоящей из известняковых наполнителей, песка, корунда, доломита, устойчивого к щелочам стекла, дробленого камня, гравия, гальки и их смесей.
9. Система по п. 1, где инициатор В содержит смесь солей металла лития.
10. Система по п. 1, где анкеры и вклеиваемые арматурные стержни представляют собой анкерные стержни, резьбовые анкерные стержни, болты или стальные арматурные стержни.
11. Система по п. 1, где минеральные основания представляют собой конструкции из кирпичной кладки, бетона, проницаемого бетона или природного камня.
12. Система по одному из пп. 1-11, где неорганическая система строительного раствора представляет собой многокомпонентную неорганическую систему строительного раствора.
13. Неорганическая система строительного раствора для химического крепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях для увеличения значений нагрузки, в которой используемый карбонат кальция имеет средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм.
14. Система по п. 13, где карбонат кальция имеет средний размер частиц в диапазоне от 1 до 3 мкм.
15. Способ химического крепления анкеров и вклеиваемых арматурных стержней в минеральных основаниях, включающий
смешивание и нанесение неорганической системы строительного раствора, которая включает отверждаемый глиноземный цементный компонент А и компонент-инициатор В для инициирования процесса отверждения,
причем отверждаемый глиноземный цементный компонент А дополнительно содержит по меньшей мере один блокирующий агент, по меньшей мере один пластификатор и воду,
причем компонент-инициатор B включает инициатор, по меньшей мере один замедлитель схватывания, по меньшей мере один минеральный наполнитель и воду, и
причем неорганическая система строительного раствора содержит карбонат кальция, имеющий средний размер частиц в диапазоне от 0,5 до 3 мкм.
16. Способ по п. 15, в котором карбонат кальция имеет средний размер частиц в диапазоне от 1 до 3 мкм.
