DE60109003T2

DE60109003T2 - Viskose und Amin-gehärtete Dübelmasse

Info

Publication number: DE60109003T2
Application number: DE60109003T
Authority: DE
Inventors: James E. St. Charles Surjan; Richard J. Palatine Ernst; Mark S. Elgin Timmerman; Cyndie S. Wauconda Hackl; Jeffery C. Glen Ellyn Warmolts; Eldridge Round Lake Beach Presnell
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: ATE289626T1; SG92810A1; EP1176180A1; CN1171965C; KR100789313B1; AU779815B2; JP2002097446A; PT1176180E; CA2353736A1; DE60109003D1; CA2353736C; BR0103082A; AU5592701A; AR029963A1; NZ513137A; CN1334305A; HK1044791A1; EP1176180B1; TWI300089B; KR20020010510A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hochviskosen (wünschenswerterweise amingehärteten) chemischen Verankerungskleber der zur Verwendung bei technischen oder kommerziellen Bauanwendungen, wie Brücken, Flughäfen, Autobahnen, Hochhäusern, Stadien und Tunneln, geeignet ist. Der Verankerungskleber hält Stifte, Aufhängungen, Bolzen, Stangen und andere Verankerungsvorrichtungen in bautechnischen Öffnungen in Beton, Mauerwerk, Metallen (z. B. Stahl), Keramik, Glas und Holz fest an Ort und Stelle. Der chemische Verankerungskleber kann vor der Beförderung zum Anwendungsort oder am Anwendungsort in eine gewünschte Form gebracht und/oder auf eine gewünschte Länge geschnitten werden. Aufgrund seiner hohen Viskosität kann der Verankerungskleber in ein über Kopf angeordnetes und vertikales, horizontales oder in einem beliebigen Winkel orientiertes Bohrloch injiziert werden, ohne aus dem Bohrloch auszulaufen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind chemische Verankerungskleber bekannt, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen, die beim Vermischen miteinander reagieren und aushärten. In der US-PS 5,730,557 wird eine Klebergebindepatrone für die chemische Befestigung von Ankern in Bohrlöchern beschrieben. Die Patrone enthält ein Füllstoffmaterial und ein chemisches Bindemittelsystem, das in kleineren Patronen oder Kapseln in dem Füllstoffmaterial enthalten ist. Die Kartusche wird in ein Bohrloch eingesetzt, in das mit einem Eintreibwerkzeug ein Anker eingebracht wird. Das Eintreibwerkzeug versetzt den Anker in Bewegung, wodurch sowohl die Gehäusepatrone als auch die darin enthaltenen kleineren Patronen zerbrechen, so daß das chemische Bindemittelsystem und der Füllstoff aufeinander wirken und sich damit mischen. Die Wechselwirkung und die Mischung bewirkt eine Reaktion und Aushärtung der Bindemittelsystem/Füllstoff-Mischung, wodurch der Anker im Bohrloch gesichert wird.
In der US-PS 5,731,366 wird eine chemische Dübelmasse auf Basis eines durch freie Radikale polymerisierbaren Harzes und eines räumlich von dem Harz getrennten Initiators freier Radikale beschrieben. Die räumliche Trennung kann durch Verkapseln des Initiators in Glas-, Gelatine- oder Cellulosekapseln erfolgen. Die Dübelmasse soll selbsttragend und lagerstabil sein.
Diese und andere Kleber für die chemische Verankerung aus dem Stand der Technik sind mit bestimmten Nachteilen behaftet. Ein Nachteil besteht darin, daß eine oder beide Komponenten Fluide sind und vor Gebrauch eingewickelt, verkapselt oder auf andere Art und Weise in einer Packung eingeschlossen werden müssen. Daher ist es nicht einfach, am Anwendungsort die in einem Bohrloch verwendete Klebermenge oder die Größe der Gehäusepatrone zu variieren. Anders ausgedrückt kommt auch in über- und unterdimensionierte Bohrlöcher die gleiche Menge von vorgegebenem, vorverpacktem Kleber wie in normalgroße Bohrlöcher.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die fluiden Kleber beim Gebrauch aus den Bohrlöchern auslaufen können, insbesondere nach dem Zerbrechen der Verpackung durch das Eintreiben des Ankers. Dieses Problem ist besonders akut, wenn das Bohrloch über Kopf angeordnet und vertikal ist, besteht aber auch, wenn das Bohrloch horizontal oder in einem Winkel zwischen horizontal und über Kopf vertikal orientiert ist. Selbst wenn der Kleber nicht vollständig fluid ist, sind die Kartuschen aus dem Stand der Technik in der Regel nicht selbstsichernd, d. h. sie fallen aus Überkopfbohrlöchern heraus.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die beiden Komponenten, Bindemittel und Füllstoff, vor Gebrauch vollkommen voneinander getrennt sein müssen, damit keine vorzeitige Wechselwirkung und Reaktion eintritt. Die hierfür angewandten Verkapselungstechniken erfordern Genauigkeit und Kosten. Außerdem ist nicht garantiert, daß die das Bindemittel enthaltenden kleineren Kapseln gleichmäßig im Füllstoff dispergiert bleiben, bis die Kleberpatrone zur Anwendung gelangt. Eine ungleichmäßige Dispergierung des Bindemittels und Füllstoffs kann zur ungleichmäßigen oder unzureichenden Haftung des Ankers führen.
Eine andere Art von Klebern aus dem Stand der Technik sind Kartuschenkleber. Diese enthalten zwei separate Teile, die mit einem zweiläufigen Auspreßgerät gleichzeitig in ein Bohrloch eingebracht werden, wodurch die beiden Teile am Einbringungspunkt zusammengebracht werden und dann beim Eintreten in das Bohrloch reagieren. Zu den Nachteilen von Kartuschenklebern gehören zu viel Verpackungsabfall, zu viel Kleberabfall aufgrund von in den Läufen des Auspreßgeräts zurückbleibendem unvermischtem, ungebrauchtem Material und unzureichende Viskosität, wodurch das Material aus vertikalen Überkopfbohrlöchern auslaufen und in horizontalen Bohrlöchern absacken kann.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Verankerungskleberzusammensetzung mit zwei Teilen, die beide eine viskose, feste, kittartige Konsistenz aufweisen. Die beiden Teile können Seite an Seite in einem Strang oder einer anderen langgestreckten Form zusammengefügt sein, ohne einen Teil gegenüber dem anderen zu verkapseln und ohne eine wesentliche vorzeitige Reaktion zwischen den beiden Teilen zu verursachen. Wegen ihrer hohen Viskosität kann der zweiteilige Kleber in einem vertikalen Überkopfbohrloch, einem horizontalen Bohrloch oder einem in einem Winkel zwischen horizontal und über Kopf vertikal orientierten. Bohrloch verwendet werden und wird nicht aus dem Bohrloch auslaufen oder im Bohrloch absacken.
Der erste Teil des Klebers umfaßt ein Harz. Der erste Teil hat eine Viskosität zwischen etwa 5 Millionen und etwa 50 Millionen Centipoise, gemessen bei 25°C auf einem Brookfield-Viskosimeter, Modell DV-3, von Brookfield Engineering Co. Dieser Viskositätsbereich gewährleistet, daß der Kleber geformt und/oder mit einem Messer geschnitten werden kann, aber nicht fließt. Nach einer Ausführungsform enthält der erste Teil des Klebers ein Epoxidharz (z. B. ein flüssiges Epoxidharz) und mindestens einen teilchenförmigen Füllstoff in den zur Erzielung der gewünschten Viskosität erforderlichen Anteilen.
Wünschenswerterweise enthält der erste Teil der Kleberzusammensetzung etwa 20–45 Gew.-% eines flüssigen Epoxidharzes, etwa 10–40 Gew.-% eines ersten teilchenförmigen Füllstoffs, der vorzugsweise Talk umfaßt, und etwa 40–65 Gew.-% eines zweiten teilchenförmigen Füllstoffs, der vorzugsweise Siliciumdioxid umfaßt.
Der zweite Teil des Klebers umfaßt ein Härtungsmittel. Der zweite Teil hat eine Viskosität zwischen etwa 5 Millionen und etwa 50 Millionen Centipoise, gemessen auf der gleichen Prüfapparatur. Die Viskosität des zweiten Teils ist höchstens 30% höher oder niedriger als die Viskosität des ersten Teils. Nach einer Ausführungsform enthält der zweite Teil des Klebers eine Härterverbindung, einen Härtungsbeschleuniger und mindestens einen teilchenförmigen Füllstoff in den zur Erzielung der gewünschten Viskosität erforderlichen Anteilen.
Wünschenswerterweise umfaßt der zweite Teil der Kleberzusammensetzung etwa 5–20 Gew.-% eines Amins oder chemischen Derivats davon, etwa 0,1–15 Gew.-% eines tertiären Amins, etwa 1–23 Gew.-% eines ersten teilchenförmigen Füllstoffs, der vorzugsweise Talk umfaßt, und etwa 52–87 Gew.-% eines zweiten teilchenförmigen Füllstoffs, der vorzugsweise Siliciumdioxid umfaßt.
Der erste und der zweite Teil können extrudiert, gepreßt oder auf andere Art und Weise in Form eines Strangs mit zylindrischer, rechteckiger, quadratischer, dreieckiger Form oder einer anderen geeigneten Form zusammengefügt sein. Der Strang kann einen beliebigen geeigneten Querschnittsdurchmesser und eine beliebige geeignete Länge aufweisen. Der Strang kann um seinen Umfang herum mit einer geeigneten Umhüllung aus Kunststoff-Folie, Metallfolie, Papier oder dergleichen eingewickelt werden. Der erste und der zweite Teil sind entlang mindestens einer sich über die Länge des Strangs erstreckenden Grenzfläche direkt zusammengefügt. Unter „direkt zusammengefügt" ist zu verstehen, daß zwischen den Teilen keine Folie, Kapsel oder andere Barriere eingefügt ist.
Der Verankerungskleberstrang kann je nach Bohrlochtiefe auf eine beliebige Größe geschnitten oder geschert werden. Nach einer Ausführungsform kann man die richtige Klebermenge anhand der Tiefe des Bohrlochs abmessen, d. h. indem man ein Strangende so weit wie möglich in das Bohrloch hineinschiebt und den Strang am Anfang des Bohrlochs abschneidet. Bei Bohrlöchern unterschiedlicher Tiefe kann der Kleber am Anwendungsort auf unterschiedliche Längen geschnitten oder geschert werden, um die optimale Klebermenge für jedes Bohrloch bereitzustellen. Da die beiden Teile Seite an Seite extrudiert sind, ist die Menge jedes Teils in bezug auf den anderen entlang der Länge des Strangs weitgehend konstant. Der einzige direkte Kontakt zwischen den beiden Teilen vor Gebrauch erfolgt an einer einzigen Grenzfläche. Dadurch wird eine vorzeitige Reaktion zwischen den Teilen auf ein Minimum reduziert, ohne daß ein Teil gegenüber dem anderen verkapselt werden muß.
Ein Merkmal und Vorteil der Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Ausführungen die Bereitstellung eines hochviskosen, zweiteiligen Verankerungsklebers, der in einem sich nach unten oder horizontal öffnenden Bohrloch verwendet werden kann, ohne daß er aus dem Bohrloch ausläuft.
Ein Merkmal und Vorteil der Erfindung ist auch die Bereitstellung einer zweiteiligen Verankerungskleberzusammensetzung, die eine gleichbleibende Zusammensetzung entlang ihrer axialen Länge aufweist, wodurch bei schweren Bauanwendungen eine gleichbleibende hochwertige Verankerungskraft bereitgestellt wird, und die am Anwendungsort oder vorher auf eine beliebige gewünschte Länge geschnitten werden kann.
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden näheren Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und Beispielen besser ersichtlich. Die nähere Beschreibung, die Zeichnungen und die Beispiele sollen die Erfindung jedoch nur erläutern und in keiner Weise einschränken, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und Äquivalente davon definiert ist.
1 zeigt ein Segment oder ein Stück des erfindungsgemäßen hochviskosen, im wesentlichen festen Verankerungsklebers vor dem Einschub in ein Bohrloch.
2 zeigt die hochviskose Kleberzusammensetzung, die vor dem Schneiden in Stücke zu einem aufgewickelten Strang aufgewickelt wurde.
3 zeigt ein Bohrloch und einen unter Verwendung der hochviskosen Kleberzusammensetzung in dem Bohrloch gehaltenen Verankerungsstift.
Die 4(a)–4(i) zeigen im Querschnitt eine breite Vielfalt von extrudierten Konfigurationen für die beiden Teile der Kleberzusammensetzung.
1 zeigt einen hochviskosen, weitgehend festen Verankerungskleber in Form eines Stücks 10 zum Einschub in ein Bohrloch in Beton, Stahl, Mauerwerk, Keramik, Glas, Holz, Kunststoff oder einem anderen Baumaterial. Das Stück 10 ist als Zylinder gezeigt, kann aber je nach Form und Größe des Bohrlochs auch eine beliebige andere geeignete Form und Größe aufweisen. Das Kleberstück 10 enthält einen ersten Teil 12 und einen zweiten Teil 14, die entlang der sich über die Länge des Stücks 10 erstreckenden Grenzfläche 17 in Seitenkontakt kontinuierlich zusammengefügt sind. Das Kleberstück 10 sollte jeweils etwa 20–80 Gew.-% des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14. Vorzugsweise enthält das Stück 10 etwa 35–75 Gew.-% des ersten Teils 12 und etwa 25–65 Gew.-% des zweiten Teils 14, besonders bevorzugt etwa 52–65 Gew.-% des ersten Teils 12 und etwa 35–48 Gew.-% des zweiten Teils 14 und ganz besonders bevorzugt etwa 57 Gew.-% des ersten Teils 12 und etwa 43 Gew.-% des zweiten Teils 14. Das Stück 10 ist seitlich von einer Umhüllung 16 umgeben, die die beiden Enden 13 und 15 des Stücks 10 bedecken kann, was aber nicht unbedingt der Fall sein muß.
Der erste Teil 12 des Kleberstücks 10 hat eine Viskosität von etwa 5 Millionen bis etwa 50 Millionen Centipoise bei 25°C, vorzugsweise etwa 20 Millionen bis etwa 45 Millionen Centipoise und besonders bevorzugt etwa 30 Millionen bis etwa 40 Millionen Centipoise. Die Viskositätsmessung erfolgt auf einem Brookfield- Viskosimeter, Modell DV-3, von Brookfield Engineering Co. nach der in der Bedienungsanleitung aufgeführten Verfahrensweise. Der zweite Teil 14 des Kleberstücks 10 hat eine Viskosität von etwa 5 Millionen bis etwa 50 Millionen Centipoise bei 25°C, vorzugsweise etwa 20 Millionen bis etwa 45 Millionen Centipoise, und besonders bevorzugt etwa 30 Millionen bis etwa 40 Millionen Centipoise. Die obigen Viskositäten gewährleisten, daß der erste Teil 12 und der zweite Teil 14 weitgehend eine feste, kittartige Konsistenz aufweisen, so daß die Kleberzusammensetzung nach Wunsch geschnitten, komprimiert oder auf andere Art und Weise verformt werden kann, aber ein Auslaufen oder eine andere zufällige Verformung der Kleberzusammensetzung vermieden wird. So wird der Kleber beispielsweise in einem horizontalen Bohrloch nicht in den unteren Teil des Borhlochs absacken oder auslaufen. Außerdem wird der Kleber nicht aus einem Überkopfbohrloch auslaufen.
Zur Erleichterung der Herstellung der zweiteilgen Kleberzusammensetzung und des späteren Vermischens der beiden Teile in einem Bohrloch sollten die Viskositäten der beiden Teile 12 und 14 nahe beieinander liegen und entsprechen sich vorzugsweise weitgehend. Im allgemeinen sollte die Viskosität des zweiten Teils 14 höchstens 30% höher oder niedriger als die Viskosität des ersten Teils 12 sein. Vorzugsweise ist die Viskosität des zweiten Teils 14 höchstens 20% höher oder niedriger als die Viskosität des ersten Teils 12. Besonders bevorzugt ist die Viskosität des zweiten Teils 14 höchstens 10% höher oder niedriger als die Viskosität des ersten Teils 12. Ganz besonders bevorzugt sind die beiden Viskositäten weitgehend gleich.
Nach einer Ausführungsform enthält der erste Teil 12 der Kleberzusammensetzung etwa 20–45 Gew.-% eines Epoxidharzes, etwa 10–40 Gew.-% eines ersten teilchenförmigen Füllstoffs und etwa 40–65 Gew.-% eines zweiten teilchenförmigen Füllstoffs. Vorzugsweise enthält der erste Teil 12 der Kleberzusammensetzung etwa 25–35 Gew.-% des Epoxidharzes, etwa 12–25 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und etwa 45–60 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs. Besonders bevorzugt enthält der erste Teil 12 der Kleberzusammensetzung etwa 26–30 Gew.-% des Epoxidharzes, etwa 16–20 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und etwa 52–58 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs.
Bei dem Epoxidharz handelt es sich vorzugsweise um ein flüssiges Epoxidderivat. Besonders gut geeignet sind Novolak-Epoxidharze, und Bisphenol-Epoxidharze sind bevorzugt. Ein besonders gut geeignetes Bisphenol-Epoxidharz ist von Shell Chemical Co. unter der Handelsbezeichnung EPON^® 828 erhältlich. Bei EPON^® 828 handelt es sich um ein von flüssigem Epoxidharz abgeleitetes difunktionelles Bisphenol-A/Epichlorhydrin. Andere geeignete Epoxidharze sind ARALDITE^® 610 von Ciba-Geigy und DER 331 von Dow Chemical Co.
Der erste teilchenförmige Füllstoff sollte einen gemäß ASTM D281-31 gemessenen Ölabsorptionswert von mindestens etwa 30 aufweisen. Vorzugsweise hat der erste teilchenförmige Füllstoff einen Ölabsorptionswert von mindestens etwa 40 und besonders bevorzugt mindestens etwa 50. Ein geeigneter erster Füllstoff ist Talk mit einer Teilchengröße von etwa 1 Mikron bis etwa 50 Mikron. Ein geeigneter Talkfüllstoff ist Talc 399 von Whitaker, Clark & Daniels Corporation. Andere geeignete Talke sind Mistron ZSC von Cyprus Minerals und MP 12-50 von Pfizer Chemical Co. Andere geeignete erste teilchenförmige Füllstoffe mit ähnlichen Teilchengrößenbereichen sind u. a. Calciumcarbonat, Glasperlen, Siliciumdioxid, Flugasche, Ton und dergleichen. Diese anderen Füllstoffe sind weniger wünschenswert als Talk.
Der zweite teilchenförmige Füllstoff unterscheidet sich von dem ersten und kann anhand der US-Siebgröße definiert werden. Mindestens etwa 70 Gew.-% der Füllstoffteilchen sollten eine US-Siebgröße zwischen 16 (1 mm) und 45 (0,354 mm) einschließlich aufweisen. Vorzugsweise weisen mindestens etwa 80 Gew.-% der Füllstoffteilchen und besonders bevorzugt mindestens etwa 90 Gew.-% der Füllstoffteilchen eine US-Siebgröße zwischen 16 und 45 auf. Durch einen teilchenförmigen Füllstoff in diesem Größenbereich wird eine optimale Extrusion bei der Herstellung, eine hervorragende Vermischung des Klebers im Gebrauch infolge der Einwirkung eines Eintreibwerkzeugs, das Zerreißen der Umhüllung 16 beim Mischen und eine hervorragende Verbindungsfestigkeit des gehärteten Klebers erleichtert. Ein Füllstoff mit erheblichen Mengen größerer (eine kleinere US-Siebgröße aufweisender) Teilchen sorgt für eine gute Durchmischung im Loch und ein gutes Zerreißen der Umhüllung, verursacht aber bei der Herstellung der Kleberzusammensetzung Extrusions- und/oder Formgebungsschwierigkeiten. Ein Füllstoff mit erheblichen Mengen kleinerer (eine größere US-Siebgröße aufweisender) Teilchen sorgt bei der Herstellung des Klebers für eine hervorragende Extrusion und/oder Formgebung, fördert aber eine schlechte Durchmischung im Loch, ein schlechtes Zerreißen der Umhüllung und eine schlechte Verbindungsfestigkeit des Klebers.
Geeignete zweite Füllstoffe, die zum Vermischen der Teile A und B im Loch beitragen, sind u. a. Quarzsand, Glasperlen und Quarz. Ein besonders gut geeigneter Füllstoff ist ein Sand, beispielsweise ein von Agsco Company unter der Bezeichnung AGSCO^® Sand Nr. 1 vertriebener Quarzsand. Für diesen Sand weisen etwa 89,4 Gew.-% der Teilchen eine US-Siebgröße zwischen 16 und 45 auf.
Nach einer Ausführungsform enthält der zweite Teil 14 der Kleberzusammensetzung etwa 5–20 Gew.-% einer Aminverbindung, d. h. eines Amins oder chemischen Derivats davon, aber nicht eines tertiären Amins, etwa 0,1–15 Gew.-% einer tertiären Aminverbindung, d. h. eines tertiären Amins oder chemischen Derivats davon, etwa 1–23 Gew.-% eines ersten teilchenförmigen Füllstoffs und etwa 52–87 Gew.-% eines zweiten teilchenförmigen Füllstoffs. Vorzugsweise enthält der zweite Teil 14 etwa 10–18 Gew.-% der Aminverbindung, etwa 1–10 Gew.-% der tertiären Aminverbindung, etwa 5–18 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und etwa 58–72 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs. Besonders bevorzugt enthält der zweite Teil 14 etwa 12–16 Gew.-% der Aminverbindung, etwa 1–5 Gew.-% der tertiären Aminverbindung, etwa 7–12 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und etwa 62–68 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs.
Der erste Füllstoff und der zweite Füllstoff im zweiten Teil 14 stammen aus den gleichen Füllstoffgruppen wie der erste Füllstoff und der zweite Füllstoff im ersten Teil 12 der Kleberzusammensetzung und können mit dem ersten Füllstoff und dem zweiten Füllstoff im ersten Teil 12 identisch sein oder auch nicht. Die Aminverbindung wirkt nach dem Zusammenmischen des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 als Härter. Die tertiäre Aminverbindung wirkt als Beschleuniger für die Härtungsreaktion.
Geeignete Aminverbindungen sind u. a. Amine, aliphatische Amine, Aminoethylpiperazin, Amidoamine, cycloaliphatische Amine und dergleichen. Bevorzugte aliphatische Amine sind Mannich-Basen. Eine geeignete Mannich-Base wird von Air Products Co. unter der Bezeichnung ANCAMINE^® 1856 vertrieben. Andere geeignete aliphatische Amine sind ANCAMINE^® 1767 und ANCAMINE^® 1768.
Geeignete tertiäre Aminverbindungen sind u. a. ANCAMINE^® 110, ANCAMINE^® K61B, ANCAMINE^® K54, die alle von Air Products Co. vertrieben werden, und EPICURE^® 3253 von Shell Chemical Co. Ein bevorzugtes tertiäres Amin wird von Air Products Co. unter der Handelsbezeichnung ANCAMINE^® K54 vertrieben; hierbei handelt es sich um ein Tris(dimethylaminomethyl)phenol.
Zur Herstellung der Kleberzusammensetzung kann man die Bestandteile des ersten Teils 12 in einem ersten Mischer vermischen und die Bestandteile des zweiten Teils 14 in einem zweiten Mischer vermischen. Bei den getrennten Mischern kann es sich um Drehtrommeln, Sigma-Blade-Mischer, Planetenmischer, Extrusionsmischer, Pressmischer und dergleichen handeln. Zur Gewährleistung einer homogenen Verteilung der Bestandteile im ersten Teil 12 und im zweiten Teil 14 kann man sich kräftigem Mischen, das Scherung ohne zugeführte Wärme erfordert, bedienen. Dann können der erste Teil 12 und der zweite Teil 14, unter Verwendung von separaten Extrudern und/oder Pressen, die in einer einzigen Düse zusammenlaufen, nebeneinander extrudiert und/oder verpreßt werden, wobei man die in 1 gezeigte zweikomponentige Kleberzusammensetzung mit der Grenzfläche 17 zwischen dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 erhält.
Der erste Teil 12 und der zweite Teil 14 des Klebers können in einer breiten Vielfalt von Konfigurationen zusammen extrudiert und/oder verpreßt werden. In der bevorzugten Konfiguration, die beispeilhaft in 4(a) gezeigt ist, weist der Kleber eine zylindrische oder elliptische Konfiguration auf, wobei die Teile 12 und 14 jeweils Hälften des Zylinders bilden. Andere mögliche Konfigurationen sind eine Mantel-Kern-Konfiguration (4(b)), eine quadrozylindrische Konfiguration (4(c)), eine Kleeblattkonfiguration (4(d)), verschiedene quadratische und rechteckige Konfigurationen (4(e), 4(f) und 4(g)), eine dreieckige Konfiguration (4(h)) und eine eingerollte Konfiguration (4(i)).
Nach dem Extrudieren kann die Kleberzusammensetzung mit einer Umhüllung 16 aus Kunststoff, Aluminiumfolie, Papier oder dergleichen bedeckt werden. Vorzugsweise besteht die Umhüllung 16 aus einem Polyolefinmaterial, ganz besonders bevorzugt Polyethylen oder Polypropylen hoher Dichte. Die Kleberzusammensetzung kann dann in einzelne Stücke 10 wie in 1 geschnitten oder als aufgewickelter Strang 20 wie in 2 gelagert werden. Bei Lagerung als Strang 20 kann die Kleberzusammensetzung am Arbeitsort oder vorher in einzelne Stücke 10 einer beliebigen gewünschten Größe geschnitten werden.
Am Arbeitsort wird ein Stück 10 in ein in einer Struktur 30 gebildetes Bohrloch 32 eingeschoben, wie es in 3 gezeigt ist. Mit einem Eintreibwerkzeug (nicht gezeigt) wird ein Ankerstift 34 in das Bohrloch 32 eingetrieben. Ein typischer Ankerstift 34 kann ein Gewinde und ein flaches oder spitzes Vorderende 35 aufweisen. Bei einem typischen Eintreibwerkzeug wird der Ankerstift durch schnelle Drehbewegung in das Bohrloch hineingedreht. Bei einigen Eintreibwerkzeugen kommt eine Kombination von Schlagen (axialer Bewegung) und/oder Drehbewegung zur Anwendung.
Wenn der Kleberstrang mit dem richtigen Durchmesser hinsichtlich des Durchmessers des Bohrlochs und des Durchmessers des Stifts hergestellt wird, kann man die korrekte Klebermenge abmessen, indem man einen Kleberstrang so weit wie möglich in das Bohrloch hineinschiebt und den Strang am Anfang des Bohrlochs abschneidet. Im Endeffekt kann das Kleberstück am Anwendungsort in situ ausgebildet werden.
Die Bewegung des Eintreibwerkzeugs und die folgende Bewegung des Ankerstifts 34 führt zur Zerstörung der Umhüllung 16 und zum Vermischen des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 des Kleberstücks 10 im Bohrloch. Das Gewinde am Ankerstift 34 unterstüzt das Vermischen.
Beim Eintreiben des Ankerstifts 34 in das Bohrloch 32 wird die gesamte Kleberraupe 10 zu einer weitgehend homogenen Mischung 18 vermischt, die den größten Teil der Räume zwischen dem Ankerstift 34 und den Innenwänden des Bohrlochs 32 ausfüllt. Der Mischvorgang verursacht auch eine weitgehende Härtung der Mischung 18, so daß der Ankerstift 34 im Bohrloch 32 fest gesichert wird.
Beispiele
Eine hochviskose, im wesentlichen feste Kleberzusammensetzung mit der in den 1 und 4(a) gezeigten Konfiguration wurde unter Verwendung der folgenden Zusammensetzungen für den ersten Teil und den zweiten Teil und einem Gewichtsverhältnis von erstem zu zweitem Teil von 4 : 3 hergestellt. Der erste Teil liegt in größerer Menge vor als der zweite Teil, damit etwa 5% weniger als ein stöchiometrisches Gleichgewicht des Härters im zweiten Teil zum Harz im ersten Teil beibehalten wird. Nicht abreagierter Härter kann das Kriechen des Verankerungsklebers fördern, und durch diese Technik wird die Menge von nicht abreagiertem Härter auf ein Minimum reduziert. Der erste Teil besaß eine Viskosität von 40 Millionen Centipoise. Der zweite Teil besaß eine Viskosität von 40 Millionen Centipoise. Die Zusammensetzung wurde zu einem Strang mit einem Durchmesser von 0,5 Zoll extrudiert. Der extrudierte Strang wurde in Folie aus hochdichtem Polyethylen mit einer Dicke von 0,5 Millizoll eingewickelt und in Stücke mit einer Länge von 4,5 Zoll geschnitten.
Der erfindungsgemäße, hochviskose, im wesentlichen feste Kleber mit der Bezeichnung EPX 220 wurde im Vergleich mit zwei Flüssigklebern auf Epoxidbasis aus dem Stand der Technik, die von ITW Ramset/Redhead unter den Bezeichnungen Granite 5 und Ceramic 6 vertrieben werden, beurteilt. Hierzu dienten Stahlankerstangen mit einem Durchmesser von 1,30 cm und in Beton mit einer Druckfestigkeit von 9000 psi gebildete Bohrlöcher mit den Abmessungen 1,45 cm × 11,5 cm. Die Ankerstäbe wiesen 1,5°-Kegelgewinde auf. Das handbetätigte Eintreibwerkzeug wurde bei 1600 U/min betrieben.
Es wurden die Ausziehfestigkeiten aus trockenem Beton bei Umgebungstemperatur in verschiedenen Zeitintervallen nach dem Setzen der Anker bis 24 Stunden gemessen. Die Ausziehfestigkeiten wurden auch für Beton, der 24 Stunden vor und nach dem Setzen der Anker unter Wasser gehalten worden war, gemessen. Außerdem wurden die Ausziehfestigkeiten auch für trockenen Beton, der 24 Stunden vor und nach dem Setzen der Anker bei 40°C gehalten worden war, gemessen. Die Ausziehfestigkeiten, die in Pounds Kraft angegeben sind, wurden mit einer Instron-Belastungsprüfmaschine gemessen. Die bei diesen Prüfungen erhaltenen Ausziehfestigkeiten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Ausziehfestigkeiten (Pounds)
Wie oben gezeigt, ergab die erfindungsgemäße hochviskose Kleberzusammensetzung eine Verankerungskraft, die größer ist als bei einem der flüssigen Epoxidkleber aus dem Stand der Technik und der anderen äquivalent ist. Außerdem blieb die erfindungsgemäße Kleberzusammensetzung beim Gebrauch im wesentlichen geruchsfrei.
In einem zweiten Satz von Versuchen, die unter ähnlichen Bedingungen zu anderer Zeit und an anderer Stelle unter Verwendung eines ähnlichen 4000-psi-Betons durchgeführt wurden, wurde die gleiche erfindungsgemäße Kleberzusammensetzung nach der gleichen Verfahrensweise im Vergleich zu a) weißen Epoxidkittstiften, die von Devcon Co. hergestellt und von Ace Hardware Corp. und anderen vertrieben werden, und b) HVU-Kleber von Hilti AG, Waldstetlen, Deutschland, geprüft. Die weißen Epoxidkittstifte werden in der Regel für Reparaturen verwendet und gelten nicht als Verankerungskleber. Nach derzeitigem Kenntnisstand wird angenommen, daß der HVU-Kleber demjenigen gemäß der US-PS 5,731,366 von Moench et al. ähnelt. Der HVU-Kleber enthält eine lose Füllstoffphase und eine flüssige Chemikalienphase, die in Kapseln enthalten ist, welche in der Füllstoffphase dispergiert sind. Beide Phasen sind in einer zylindrischen Kunststoffumhüllung enthalten.
Tabelle 2 zeigt die durchschnittliche Haltefestigkeit für jeden der drei Kleber nach 24 Stunden in trockenem Beton bei Umgebungstemperatur.
Tabelle 2: Ausziehfestigkeiten (Pounds)
Wie oben gezeigt, ergab die erfindungsgemäße hochviskose Kleberzusammensetzung eine bessere Haltekraft als die Kittstifte aus dem Stand der Technik und eine ähnliche Haltekraft wie das Fluid/Kapsel-Klebersystem aus dem Stand der Technik.

Claims

Verankerungskleber, umfassend: einen ein Harz umfassenden ersten Teil (12) mit einer Viskosität bei 25°C von 5 Millionen bis 50 Millionen Centipoise und einen ein Härtungsmittel umfassenden zweiten Teil (14) mit einer Viskosität bei 25°C von 5 Millionen bis 50 Millionen Centipoise, wobei der erste Teil und der zweite Teil entlang einer Grenzfläche (17) direkt zusammengefügt sind.
Verankerungskleber nach Anspruch 1, bei dem der erste Teil (12) eine Viskosität bei 25°C von 20 Millionen bis 45 Millionen Centipoise und der zweite Teil (14) eine Viskosität bei 25°C von 20 Millionen bis 45 Millionen Centipoise aufweist.
Verankerungskleber nach Anspruch 1, bei dem der erste Teil (12) eine Viskosität bei 25°C von 30 Millionen bis 40 Millionen Centipoise und der zweite Teil eine Viskosität bei 25°C von 30 Millionen bis 40 Millionen Centipoise aufweist.
Verankerungskleber nach Anspruch 1, bei dem das Harz ein Epoxidharz umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 1, bei dem der erste Teil (12) ferner einen teilchenförmigen Füllstoff umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 1, bei dem das Härtungsmittel eine Aminverbindung umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 6, bei dem der zweite Teil (14) ferner eine tertiäre Aminverbindung umfaßt.
Verankerungskleber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der zweite Teil (14) ferner einen teilchenförmigen Füllstoff umfaßt.
Verankerungskleber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem: a) der erste Teil (12) 20–45 Gew.-% eines Epoxidharzes, 10–40 Gew.-% eines ersten teilchenförmigen Füllstoffs mit einem gemäß ASTMD 281-31 gemessenen Ölabsorptionswert von mindestens 30 und 40–65 Gew.-% eines zweiten teilchenförmigen Füllstoffs, wobei mindestens 70 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs eine US-Siebgröße zwischen 16 und 45 einschließlich aufweisen, umfaßt und b) der zweite Teil (14) 5–20 Gew.-% einer Aminverbindung, 0,1–15 Gew.-% einer tertiären Aminverbindung, 1–23 Gew.-% eines ersten teilchenförmigen Füllstoffs mit einem Ölabsorptionswert von mindestens 30 und 52–87 Gew.-% eines zweiten teilchenförmigen Füllstoffs, wobei mindestens 70 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs eine US-Siebgröße zwischen 16 und 45 aufweisen, umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem der erste Teil (12) 25–35 Gew.-% des Epoxidharzes, 12–25 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und 45–60 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem der erste Teil (12) 26–30 Gew.-% des Epoxidharzes, 16–20 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und 52–58 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem der zweite Teil (14) 10–18 Gew.-% der Aminverbindung, 1–10 Gew.-% der tertiären Aminverbindung, 5–18 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und 58–72 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem der zweite Teil (14) 12–16 Gew.-% der Aminverbindung, 1–5 Gew.-% der tertiären Aminverbindung, 7–12 Gew.-% des ersten teilchenförmigen Füllstoffs und 62–68 Gew.-% des zweiten teilchenförmigen Füllstoffs umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, umfassend 20–80 Gew.-% des ersten Teils (12) und 20–80 Gew.-% des zweiten Teils (14).
Verankerungskleber nach Anspruch 9, umfassend 35–75 Gew.-% des ersten Teils (12) und 25–65 Gew.-% des zweiten Teils (14).
Verankerungskleber nach Anspruch 9, umfassend 52–65 Gew.-% des ersten Teils (12) und 35–48 Gew.-% des zweiten Teils (14).
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem das Epoxidharz ein Novolak-Epoxidharz umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem das Epoxidharz ein Bisphenol-Epoxidharz umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem das Epoxidharz ein difunktionelles Bisphenol-A/Epichlorhydrin umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem der erste teilchenförmige Füllstoff im ersten Teil (12) und der erste teilchenförmige Füllstoff im zweiten Teil (14) das gleiche Material umfassen.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem der zweite teilchenförmige Füllstoff im ersten Teil (12) und der zweite teilchenförmige Füllstoff im zweiten Teil (14) das gleiche Material umfassen.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem die ersten teilchenförmigen Füllstoffe jeweils ein unter Talk, Calciumcarbonat, Glasperlen, Siliciumdioxid, Flugasche, Ton und Kombinationen davon ausgewähltes Material umfassen.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem mindestens einer der ersten teilchenförmigen Füllstoffe Talk umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem jeder der zweiten teilchenförmigen Füllstoffe ein unter Quarz, Siliciumdioxid, Glasperlen und Kombinationen davon ausgewähltes Material umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem mindestens einer der zweiten teilchenförmigen Füllstoffe Quarzsand umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem die Aminverbindung eine Verbindung aus der Gruppe bestehend aus Aminen, aliphatischen Aminen, Aminoethylpiperazin, Amidoaminen, cycloaliphatischen Aminen und Kombinationen davon umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem die Aminverbindung eine aliphatische Aminverbindung umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem die Aminverbindung eine Mannich-Base umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 9, bei dem die tertiäre Aminverbindung Tris(dimethylaminomethyl)phenol umfaßt.
Verankerungskleber nach Anspruch 1, umfassend: 20–80 Gew.-% des ein Epoxidharz umfassenden ersten Teils (12) mit einer Viskosität bei 25°C von 20 Millionen bis 45 Millionen Centipoise und 20–80 Gew.-% des zweiten Teils (14) mit einer Viskosität, die bis zu 30% höher oder niedriger ist als die Viskosität des ersten Teils (12).
Verankerungskleber nach Anspruch 30, bei dem der zweite Teil (14) eine Viskosität aufweist, die bis zu 20% höher oder niedriger ist als die Viskosität des ersten Teils (12).
Verankerungskleber nach Anspruch 30, bei dem der zweite Teil (14) eine Viskosität aufweist, die bis zu 10% höher oder niedriger ist als die Viskosität des ersten Teils (12).
Verankerungskleber nach Anspruch 30, umfassend 52–65 Gew.-% des ersten Teils (12) und 35–48 Gew.-% des zweiten Teils (14).