Результат интеллектуальной деятельности: ПОРОШКООБРАЗНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ РАСШИВКИ ШВОВ МОСТОВЫХ

Настоящее изобретение относится к порошкообразному раствору для расшивки швов мостовых, который содержит порошок жидкого стекла, резиновую муку, наполнитель и при необходимости отвердитель жидкого стекла и другие компоненты.

Под раствором для расшивки швов мостовых специалист в данной области техники понимает раствор для расшивки швов, который используют преимущественно для внешних работ, в особенности для расшивки швов брусчатки, природных камней и плит из природных камней, бетонных плит и бетонной брусчатки, мозаичных полов и мозаичных мостовых, комбинированных кирпичей, каменных плит, тротуарных плит, мостовых из больших булыжников и брусчатых мостовых, булыжных мостовых, валунных камней, деревянных брусчатых мостовых и деревянных плит, а также клинкерных облицовок. Такие мостовые используются, например, для пешеходных зон, улиц, пешеходных дорожек, велосипедных дорожек, въездов, водосточных желобов, стоянок автомобилей, но и также в садоводстве и преимущественно укладываются садоводами и дорожными рабочими, как правило, с помощью так называемой "несвязанной конструкции", которая является чаще всего применяемой и также классическим способом конструирования для этих покрытий. При этом подлежащие укладке камни укладывают на "рыхлый" слой из щебня, песка или гранулированного продукта и затем расшивают швы. Ширина швов может достигать от нескольких миллиметров до частично нескольких сантиметров.

К материалам для расшивки швов предъявляют особые требования. По причине размещения брусчатки в рыхлом основании уже незначительные нагрузки, такие как, например, небольшое движение пешеходов и движение транспорта, приводят к движению брусчатки и тем самым сопровождаются изменениями размеров швов. Кроме того, поверхность мостовых, в принципе, должна быть водопроницаемой. Так как стабильный наклон неосуществим на долгосрочную перспективу, то дренаж должен обеспечиваться через швы, чтобы предотвращать образование луж на поверхности мостовых. Далее задача наполнителей для швов состоит в том, чтобы препятствовать прорастанию растений, которые являются нежелательными на поверхности мостовых по эстетическим причинам.

В качестве материала для расшивки швов для поверхностей мостовых, прежде всего, используют песок, который вносится, например, щеткой, которая без проблем подгоняется к изменениям размеров швов, возникающих вследствие движения плит, а также грунтовой поверхности. Основывающийся на этом вариант осуществления описан в EP 1484295 A1, причем к песку еще примешивают незначительную долю волокнистых материалов. При этом недостатком является то, что рыхлые, следовательно, несвязанные материалы для расшивки швов с течением времени вымываются из швов или, например, высасываются подметально-уборочными машинами. Как следствие, мостовая может потерять свою стойкость. Кроме того, в этих швах при незначительном движении транспорта может расти сорная трава, что в особенности на мостовых из природного камня часто воспринимается как создающее помехи.

JP 2285103 описывает применение кварцевого песка и резинового порошка в качестве агрегатов и дисперсии стрирол-акрилатного сополимера и портландцемента в качестве связующих веществ для швов мостовых. Сначала наполнитель для швов замешивают до образования пастообразной массы, распределяют по мостовых и затем этим заполняют швы. После этого поверхность опрыскивают очистительным средством и очищают с помощью полировальной машины. Этот материал для заполнения швов перед смешиванием состоит из двух компонентов, и поэтому сначала его нужно хорошо затворять в подходящем соотношении компонентов смеси, что означает дополнительные расходы и причем также существует возможность допустить ошибку при смешивании, в особенности относительно правильных процентов содержания отдельных компонентов друг к другу. К тому же последующий процесс очистки является дорогостоящим в осуществлении и вследствие остаточной адгезии связующего вещества может привести к изменениям цвета поверхностей мостовых.

EP 1892228 предлагает применение редиспергируемых полимерных порошков в растворе для расшивки швов мостовых, причем раствор для расшивки швов мостовых имеет процент содержания минеральных связующих веществ от 0,5 до 30 мас.%, присадок от 30 до 99 мас.%, редиспергируемых в воде полимерных порошков от 0,5 до 20 мас.% и других компонентов от 0 до 25 мас.%. Однако недостатком подобных растворов для расшивки швов мостовых является то, что они обладают только незначительным постоянством объема, причем раствор для расшивки швов мостовых дает усадку и может отделяться от шва. Кроме того, оказалось, что эластичности такого раствора для расшивки швов недостаточно, чтобы надежно предотвращать образование трещин.

EP 1918263 описывает раствор для расшивки швов мостовых, содержащий щелочные силикаты и редиспергируемые полимерные порошки, а также неорганические наполнители, в особенности кварцевый песок. Далее раствор для расшивки швов мостовых может содержать до 50 мас.% цемента. Однако при этом недостатком является то, что согласно изобретению раствор для расшивки швов мостовых обладает незначительной прочностью и неудовлетворительной эластичностью. Кроме того, отсутствует или имеется недостаточная дренажная способность.

Известные имеющие цементную основу растворы для расшивки швов мостовых обладают недостатком, заключающимся в том, что они сильно загрязняют поверхность мостовой и загрязнения можно удалять только требующим больших затрат способом.

Поэтому задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы предоставить порошкообразные раствор для расшивки швов мостовых для несвязанной конструкции, который можно быстро и просто обрабатывать и который после отверждения обладает высокой прочностью на всю глубину швов, а также обладает дренажной способностью. Кроме того, образованный шов мостовой должен иметь хорошую водостойкость. В особенности, материал для расшивки швов должен обладать высокой эластичностью, так что даже под воздействием натяжений, в особенности вследствие термических и механических нагрузок, а также под воздействием влаги не образуются трещины, отслаивания или выемки.

Задача была решена с помощью порошкообразного раствора для расшивки швов мостовых, содержащего от 0,5 до 50 мас.% раствора жидкого стекла, от 3 до 60 мас.% резиновой муки, от 10 до 95 мас.% наполнителя и от 0 до 20 мас.% других компонентов.

В одном предпочтительном варианте осуществления порошкообразный раствор для расшивки швов мостовых содержит от 0,5 до 20 мас.% раствора жидкого стекла, от 0,1 до 10 мас.% отвердителя жидкого стекла, от 5 до 50 мас.% резиновой муки, 45 до 90 мас.% наполнителя и 0 до 10 мас.% других компонентов.

Указание мас.% в данном случае постоянно относится, если явно не указано другое, к общему весу смеси строительных материалов в сухом состоянии, т.е. до добавления затворной жидкости. Мас.% значения всех компонентов смеси строительных материалов суммируют до 100 мас.%.

Не говоря о том, что постановка задачи в отношении всех назначений может быть удовлетворена в полном объеме, неожиданно было обнаружено, что раствор для расшивки швов мостовых согласно изобретению обеспечивает быструю, долговечную и явно хорошую прочность сцепления, причем он быстро затвердевает, и таким образом уложенная мостовая даже при неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как высокая влажность и низкая температура, скоро становится способной переносить нагрузку.

Кроме того, неожиданно было обнаружено, что раствор для расшивки швов мостовых согласно изобретению на основании его эластичности и хорошей боковой адгезии является особенно хорошо пригодным также и для узких швов.

Жидкое стекло получают путем плавления кварцевого песка с содой (жидкое натриевое стекло) или с поташем (жидкое калиевое стекло) при температурах от 1300-1500°C. Полученное вследствие охлаждения расплава "кусковое стекло" в холодной воде обладает очень незначительной скоростью растворения. Поэтому "кусковое стекло" растворяют под давлением во вращающемся растворительном барабане с водой. Таким способом получают бесцветные растворы, которые после фильтрации поступают в продажу как жидкое растворимое стекло.

Во многих сферах применения, в которых требуется твердый щелочной силикат с хорошей растворимостью в холодной воде, не может использоваться измельченное в порошок "кусковое стекло". Применяют аморфные, водосодержащие порошки щелочного силиката. Эти гидратированные порошки щелочного силиката или порошок жидкого стекла представляют собой концентрированные растворы щелочного силиката. Испарение воды осуществляется или на вальцовой сушилке, или вследствие сушки в распылительных башнях с форсунками или турбинами в прямоточном способе или способе противотока из концентрированных растворов жидкого стекла. Процесс сушки обеспечивает продукты с от 5% до прибл. 20% остаточной воды в сухом продукте. Преимущественно получают дисиликаты натрия и трисиликаты натрия, а также комбинации с другими компонентами, такими как сода и трисиликаты натрия с кажущейся плотностью от 80 до 900 кг на м³ и разными кривыми просеивания. В зависимости от выбора способа получают тонкий, самотекучий порошок или дробленое зерно.

На рынке такие продукты можно найти, например, под торговыми названиями Simet®, Sikalon® или Portil®.

Порошок жидкого стекла, который применяют в настоящем изобретении, предпочтительно может представлять собой натриевый порошок жидкого стекла с содержанием Na₂O от 15 до 35 мас.%, содержанием SiO₂ от 45 до 75 мас.%, содержанием воды от 5 до 22 мас.% и кажущейся плотностью от 60 до 750 г/л.

Далее предпочтительны калиевые порошки жидкого стекла с содержанием K₂O от 20 до 50 мас.%, в особенности 25-35 мас.%, содержанием SiO₂ от 40 до 75 мас.%, в особенности от 45 до 65 мас.%, содержанием воды от 5 до 22 мас.%, в особенности от 5 до 15 мас.%, и кажущейся плотностью от 60 до 750 г/л, в особенности от 200 до 900 г/л.

Подсчитанные молярные соотношения SiO₂:M₂O этих порошков при этом находятся между 1 и 5. При этом М означает калий или натрий. При необходимости также могут применяться смеси любого вида различных жидких стекол. Из-за более низкого значения pH образующихся при смешивании с водой растворов предпочтительны модули в пределах от 2,5 до 4.

Порошок жидкого стекла используют в растворе для расшивки швов мостовых независимо от других компонентов предпочтительно в пределах от 0,5 до 50 мас.%, более предпочтительно в пределах от 0,5 до 20 мас.% и наиболее предпочтительно в пределах от 1 до 15 мас.%. Другие предпочтительные пределы для количества порошка жидкого стекла составляют по меньшей мере 1 мас.%, в особенности в пределах от 1 до 10 мас.%, далее предпочтительно от 1,5 до 8 мас.% и наиболее предпочтительно от 2 до 6 мас.%. В особенности предпочтительно речь идет о растворе жидкого стекла на основе калиевого жидкого стекла.

Из-за недостаточной водостойкости чистых связующих веществ на жидком стекле предпочтительно жидкое стекло комбинируют с веществами, которые путем реакции способны к взаимодействию с имеющейся в жидком стекле кремниевой кислотой, осаждаются на растворенную кремниевую кислоту и параллельно этому полностью или частично встраиваются в сетку из образованной поликремниевой кислоты и вследствие этого способствуют водостойкости связи. В профессиональном языке эти вещества специалистом в данной области техники обозначаются как отвердители жидкого стекла.

В качестве отвердителя жидкого стекла можно применять любое соединение, которое известно специалисту в данной области техники как отвердитель жидкого стекла. Речь может идти о соли металла из группы гидроксида металла, оксида металла, углеродсодержащей соли металла, серосодержащей соли металла, азотсодержащей соли металла, фосфорсодержащей соли металла и/или галогенсодержащей соли металла. В особенности отвердитель может представлять собой органическую кислоту, такую как, например, гликолевая кислота, аскорбиновая кислота, винная кислота, янтарная кислота и/или лимонная кислота. Однако предпочтительны неорганические кислоты, такие как кремниевая кислота, борная кислота, трихлорацетат натрия, и особенно предпочтительно используют неорганические соли, такие как фосфатная соль или полифосфатная соль (фосфатные отвердители), такие как, например, фосфат алюминия или полифосфат алюминия, гексафторосиликат цинка, гексафторосиликат магния и/или гексафторосиликат натрия. Также возможны смеси различных кислот, в особенности указанных выше кислот.

Предпочтительно отвердитель жидкого стекла независимо от других компонентов добавляют в количестве от 0,1 до 10 мас.%, более предпочтительно в количестве от 0,5 до 8 мас.%, еще более предпочтительно в количестве от 0,5 до 5 мас.%.

При необходимости прочность и скорость отверждения раствора для расшивки швов мостовых нового типа могут быть еще более повышены, если раствор в смеси веществ содержит реакционноспособный, следовательно, высокодисперсный и аморфный SiO₂. Пригодными модификациями SiO₂ наряду с технически получаемой высокодисперсно-аморфной кремниевой кислотой, которую производят, например, путем пламенного гидролиза из тетрахлорсилана (аэросильный способ) или получают из осажденного силикагеля, являются также так называемые латентно гидравлические добавки, такие как метакаолин, улавливаемая фильтром пыль, гранулированный доменный шлак и т.д., или добываемые из природных месторождений и обогащенные отложения, такие как, например, диатомовая земля. Благодаря добавляемому количеству этих веществ можно целенаправленно управлять скоростью нарастания прочности и конечной прочностью строительного раствора.

Количество и вид отвердителя жидкого стекла и реакционноспособного SiO₂ может устанавливаться до заданных условий, таких как, например, температура или влажность. Таким образом, в особенности возможно путем добавления этих компонентов приготовить раствор для расшивки швов мостовых, раствор которого может еще также отверждаться при незначительных температурах в течение приемлемого времени. Например, таким образом можно приготовить раствор, который затвердевает при температурах едва выше точки замерзания, такой как температуры в пределах от 0 до 10°C, например, в течение одного дня.

В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения приготавливают смесь строительных материалов, которая содержит от 3 до 10 мас.% раствора жидкого стекла, от 0,1 до 3 мас.% отвердителя жидкого стекла, от 5 до 50 мас.% резиновой муки, от 45 до 90 мас.% наполнителя, от 0,5 до 10 мас.% аморфного щелочно активируемого SiO₂ и 0 до 10 мас.% других компонентов.

Для увеличения дренажной способности раствора и для повышения степени наполнения пространств швов могут содержаться вспенивающие средства. В качестве вспенивающих средств для создания пространств можно подмешивать вещества, которые благодаря реакции со щелочной средой выделяют газы. Пригодными являются, например, неорганические пероксиды, такие как перкарбонат натрия или перборат натрия, перекись водорода, кремниевый порошок или алюминиевый порошок. Разложение пероксидов может быть ускорено благодаря определенным оксидам металла/солям металла, таким как, например, оксид марганца или перманганат калия, так что действие смесей веществ можно установить очень точно. Вспенивающее средство преимущественно используют в количествах от 0,05 до 5% в пересчете на общую смесь веществ.

Армирующие наполнители, такие как, например, различные слюды и другие слоистые силикаты, волластонит или минеральные смеси, известные под названием пласторит, силлитин и микапласт, являются особенно пригодными наполнителями. Органические наполнители равным образом пригодны в качестве добавок, однако не являются предпочтительными.

Для улучшения внутренней прочности к смеси веществ могут примешиваться армирующие волокна из стекла, базальта, шлаковой ваты, оксида алюминия, асбеста, а также волокна из целлюлозы и органических полимеров. Предпочтительны такие волокна, которые не разрушаются вследствие высокой щелочности смеси веществ.

Посредством добавления комплексообразующего вещества к смеси жидкого стекла ионы могут образовывать комплексы, которые оказывают отрицательное влияние на реакцию отверждения порошка жидкого стекла. Примером для этого являются ионы кальция, которые чрезвычайно быстро реагируют с жидким стеклом в конкурирующей реакции до желаемой реакции отверждения. Посредством добавления комплексообразующего вещества тем самым можно лучше контролировать отверждение, так как мешающие ионы, даже если они находятся в ранее неизвестном количестве, улавливаются комплексообразующим веществом.

Большая часть смеси может состоять из наполнителей. Они независимо от других компонентов предпочтительно находятся в количестве от 10 до 95 мас.%, в особенности 75 до 90 мас.%. Предпочтительно речь идет о по меньшей мере одном наполнителе из ряда мела, кварцевого песка, кварцевой муки, кальцита, доломита, талька, каолина, слюды, тяжелого шпата и пемзового порошка.

Резиновая мука, принимая во внимание настоящее изобретение, не причисляется к наполнителям. Резиновая мука используется в смеси согласно изобретению независимо от других компонентов предпочтительно в количестве от 3 до 60 мас.% и особенно предпочтительно в количестве от 4 до 10 мас.%. Резиновую муку преимущественно изготавливают на основе резины вторичной переработки, натурального каучука или стирол-бутадиенового каучука или она состоит из них. Диаметр зерен резиновой муки может находиться между 0,01 и 4 мм, в особенности между 0,01 и 1,0 мм и особенно предпочтительно между 0,01 и 0,6 мм. Диаметр зерен определяют с помощью лазерной гранулометрии.

Другие компоненты могут представлять собой по меньшей мере один компонент из ряда загустителей, диспергаторов, добавок, улучшающих реологию, антивспенивателей и пигментов.

Кроме того, также к раствору для расшивки швов мостовых в соответствии с изобретением можно добавлять дисперсионный порошок. Дисперсионный порошок основывается на полимерных дисперсиях, которые получают пригодным способом, преимущественно распылительной сушкой. Эти полимерные дисперсии могут быть синтезированы из пригодных гомополимеров, или сополимеров, или тех же самых смесей. Пригодными сополимерами являются, например, сополимеры на основе винилацетата, этилен-винилацетата, этилен-винилацетат-винилверсатата, этилен-винилацетат-винилхлорида, этилен-винилхлорида, винилацетат-винилверсатата, этилен-винилацетат-(мет)акрилата, винилацетат-винилверсатат-(мет)акрилата, (мет)акрилата, стирол-акрилата и/или стирол-бутадиена, причем винилверсатат представляет собой C₄-C₁₂-виниловый эфир, и могут содержать продукты полимеризации от 0 до 50 мас.%, в особенности от 0 до 30 мас.%, другие мономеры, в особенности мономеры с функциональными группами. В особенности пригодны дисперсионные порошки на основе винилацетата, этилена и винилверсатата, причем дисперсионные порошки предпочтительно используют в количестве от 1 до 10 мас.%. Такие дисперсионные порошки на основе высушенных полимерных дисперсий имеются в продаже.

Предпочтительно раствор для расшивки швов мостовых представляет собой однокомпонентную систему в виде сухого строительного раствора. Содержащиеся в растворе для расшивки швов мостовых компоненты можно смешивать обычным способом и затем расфасовывать в соответствующие упаковки.

Другой аспект настоящего изобретения относится к применению раствора для расшивки швов мостовой в соответствии с изобретением, причем раствором в порошкообразном виде заполняют швы мостовой и затем заливают водой. Для внесения воды на поверхность, прежде всего, пригодны способы, при которых всыпанный или загруженный сухой раствор для расшивки швов не повреждается. Таким образом, предпочтение отдается мягкому внесению воды в виде мелкокапельного опрыскивания и/или поверхностного орошения. Способы внесения воды не ограничиваются, пока они не повреждают внесенный раствор для расшивки швов мостовых. Это можно осуществить, например, с помощью газонной дождевальной установки, разбрызгивателя воды, садового рукава для поливки с или без распределительной форсунки и/или лейки. Преимущество состоит в том, что продолжительность орошения выбирают таким образом, что вода может проникать через весь сухой раствор для расшивки швов так, что строительный раствор имеет достаточно воды для гидратации до самого грунта.

Если добавляют слишком много воды, то избыточная вода просачивается в грунт, что, как правило, не имеет негативных последствий. Если же добавляют мало воды, то гидратируется только верхняя часть раствора для расшивки швов мостовых. При последующем орошении, искусственно или в результате дождя или росы, затем другая вода может проникать через поверхностно затвердевший строительный раствор в более глубокие слои. Тем не менее, также возможно то, что вода может через грунт попадать в сухой раствор для расшивки швов и таким образом способствует гидратации.

В одном другом варианте осуществления порошкообразный раствор для расшивки швов мостовых сначала обрабатывают водой до получения строительного раствора и затем вносят в швы мостовой. В этом варианте является выгодным, если количество воды регулируют так, что затворенный строительный раствор получает хорошо обрабатываемую консистенцию, чтобы его можно было хорошо вводить в швы. Однако вязкость не может быть слишком низкой, чтобы избежать вытекания оттуда.

Особое преимущество настоящего изобретения состоит в пригодности раствора для расшивки швов мостовых согласно изобретению для узких швов. Поэтому также предусматривается применение раствора для расшивки швов мостовых согласно изобретению для швов мостовых, которые имеют ширину менее чем 5 мм.

В целом, в настоящем изобретении предлагается порошкообразный раствор для расшивки швов мостовых, который можно применять просто и после отверждения он имеет высокую прочность по всей глубине швов, а также обладает дренажной способностью. Далее образованные швы мостовой имеют хорошую водостойкость, причем материал для расшивки швов обладает высокой эластичностью и обеспечивает быструю, долговечную и исключительно хорошую прочность сцепления мостовой. Согласно изобретению раствор для расшивки швов мостовых в особенности пригоден также для узких швов.

Нижеследующие примеры поясняют преимущества настоящего изобретения.

Примеры

Раствор для расшивки швов мостовых 1 (в соответствии с изобретением):

Раствор для расшивки швов мостовых 2 (в соответствии с изобретением):

Раствор для расшивки швов мостовых 3 (в соответствии с изобретением):

Раствор для расшивки швов мостовых 4 (сравнение):

Сухой строительный раствор получали путем гомогенного смешивания отдельных компонентов. Для проверки эластичности соответствующий сухой строительный раствор наносили на листовой алюминий с размерами 50 × 10 × 0,1 см (длина × ширина × толщина), который был загрунтован водостойкой грунтовкой PCI Flachengrund 303 и толщиной слоя в 0,5 см, посредством гладилки, и снимали с помощью полимерных планок, временно размещенных на продольных сторонах листового алюминия. Полученный таким образом образец для испытания обрызгивали обычным «опрыскивателем для цветов» с водой до тех пор, пока поверхность строительного раствора не показала явное пропитывание влагой (без образования загрязнений). Это было достигнуто с прибл. 10 мас.% воды в пересчете на нанесенное количество порошка. Затем поверхность образца для испытания сразу же накрывали полиэтиленовой пленкой и листовой алюминий утяжеляли на свободных от полимерных планок поверхностях, чтобы предотвратить усадочное сгибание образца. Через 24 ч полиэтиленовую пленку удаляли и образец для испытания хранили 6 дней при 23°C и 50% относительной влажности.

После хранения утяжеление и пленку удаляли и образец укладывали на ровный грунт. По центру теперь помещали дистанционный образец с размерами 10 × 2 см (длина × ширина) и различной толщиной. Образец для испытания по обоим концам вручную прижимали на грунте, так что образовывалась направленная к дистанционному образцу дуга. Визуально поверхность дуги образца для испытания проверяли на образование трещин. Толщину дистанционного образца, в котором были видны первые трещины, фиксировали.

Результат: