通过包含矿物粒子和环氧树脂的复合材料稳定和固定岸堤、山腰和斜坡以及至少部分存在于流水中的结构件的方法

摘要

本发明涉及一种通过包含矿物粒子，优选石头，尤其是碎岩石，和环氧树脂的复合材料稳定和固定岸堤、山腰和斜坡，以及至少部分存在于流水中的结构件如支架和建筑元件的方法。

说明书

本发明涉及一种通过包含矿物粒子，优选石，尤其是碎岩石，和环氧 树脂的复合材料稳定和固定岸堤、山腰和斜坡，以及至少部分存在于流水 中的结构件如支架和建筑元件的方法。

对于调节流水常常需要堤岸，尤其是岸坡的稳定。还在新建工程的情 况下，尤其是排水沟和堤坝改造中必须使至少岸堤区域稳定。

到目前为止，已预制包含碎岩石和高质量混凝土的复合体并放置在特 定区域用于这种改造目的。然而，在此方法中，现场改造堤岸的损坏区域 是不可能的。此外，组件通常具有非常高的重量。混凝土的其他缺点是弹 性的缺乏。这意味着混凝土经不住任何应力，且这些复合材料易于变得分 离。

现场改造堤岸的损坏区域的一种可能性是使用硬化焦油配制剂或塑性 混凝土或湿灰泥，其在要加固的岸坡的碎岩石下卸出。通过此方法，岸坡 的加固可实现一段时间。然而，尤其是存在生态学缺点，即在时间过程中， 苯酚或其他环境上有害的化合物可从焦油中释放出。此外，在这些过程中 形成基本上无间隙结构。填充存在于内部的堤岸区域中的任何空穴。

聚氨酯在生产具有矿物成分的模制品和稳定岩层，尤其是在采矿中的 使用也是已知的。

因此，DE 35 02 997描述了一种在采矿中通过聚氨酯泡沫加固地质层 组的方法。这里，待加固的岩层配备有钻洞，钻洞充满用于聚氨酯反应的 液体组分的混合物然后封闭。聚氨酯泡沫因此分布在岩层的孔中。岩层通 过随后的聚氨酯泡沫的固化而加固。然而，这种方法不可以用于斜坡，尤 其是岸坡的改造，这是因为由于水在时间过程中渗入泡沫将导致泡沫的破 坏而使发泡不理想。

DE 102 41 293描述了一种稳定岸堤的方法。那里，将强疏水性的紧密 聚氨酯施用于待稳定的岸堤部分。然而，这需要相应岸堤段的均匀表面。

在此方法的另一个实施方案中，模制品通过将岩石，优选碎岩石引入 模具中并向那里应用聚氨酯体系而生产，所述聚氨酯体系应理解为意指聚 氨酯的起始组分的液体反应混合物。固化后形成的模制品可放置在岸坡上。

然而，在二者情况下，聚氨酯在岩石上的均匀分布几乎不可实现。当 体系分布在岸坡上时，尤其是在非均匀地面的情况下，可因此发生斜坡的 不足加固。

本发明的目的是提供一种稳定和固定岸堤、山腰和斜坡，或至少部分 存在于流水中的结构件的简单方法，其中可实现岸堤的高强度以及其中稳 定的岸堤还经得起高机械负荷。

该目的可通过通过包含环氧树脂和疏松矿物粒子的复合材料稳定和固 定岸堤、山腰、斜坡或结构件而实现。为此，将环氧树脂的液体起始组分 应用在矿物粒子上并使环氧树脂固化。因此，在第一个步骤中，环氧树脂 的液体起始组分可在混合设备中与矿物粒子混合，在第二个步骤中，此混 合物可卸在待稳定的岸堤段上或至少部分存在于流水中的结构件如支架和 建筑元件上。此外，也可将环氧树脂与矿物粒子的混合物引入模具中，在 其中环氧树脂固化。然后将得到的模制品应用至待稳定的岸堤段或至少部 分存在于流水中的结构件如支架和建筑元件。

因此，本发明涉及一种生产包含环氧树脂和疏松矿物粒子的复合材料 的方法，其包括如下步骤：

a)将疏松矿物粒子与环氧树脂的液体起始组分在混合机中混合，

b)将此混合物从混合机中卸出，

c)环氧树脂固化。

疏松矿物粒子优选石头，特别优选碎岩石，尤其是碎花岗岩。矿物粒 子的尺寸优选0.1-50cm，特别优选1-50cm，更优选1-20cm，特别优选 2-15cm，尤其是2.5-6.5cm。

原则上，可用环氧树脂的液体起始组分基本上完全润湿的矿物粒子的 所有装置可用作用于将疏松矿物粒子与环氧树脂的起始组分混合的混合 机。已证明由敞开容器如转鼓组成，优选装配有内部构件的混合机特别适 合。为了混合，转鼓可旋转或内部构件可移动。

这种混合物为已知的并且例如用于混凝土混合料生产的建筑工业中。

如果混合物直接应用于待稳定的表面，则可有利的是混合机附属在运 输工具如拖拉机、前装载机或卡车上。在本发明方法的这个实施方案中， 每种情况下混合物可运输至它要应用的地方。混合机排空之后，混合物可 手动，例如借助耙分布。

在本发明方法的实施方案中，矿物粒子与环氧树脂的液体起始组分的 混合连续地进行。为此，将矿物粒子和环氧树脂的液体起始组分连续引入 混合机中并连续卸出润湿的矿物粒子。在此程序中，需要确保起始原料保 留在混合机中如此长的时间使得矿物粒子可充分润湿。方便的是，可将这 种混合设备以使得用环氧树脂的液体起始组分润湿的矿物粒子以稳定所需 量从混合机中卸出的速度沿着待稳定的区域移动。也可以固定方式进行连 续混合方法，并将从混合机中卸出的润湿的矿物粒子输送至所需位置。

在本发明方法连续进行的其他实施方案中，混合机可以为矿物粒子连 续引入其中的旋转转鼓。此转鼓装配有将环氧树脂的起始组分连续分布至 矿物粒子的喷嘴。这里，转鼓的旋转确保环氧树脂与矿物粒子的充分混合。 环氧树脂/矿物粒子复合材料然后通过转鼓末端的孔连续卸出。旋转转鼓可 以为水平的，但也可以各种角度倾斜的以便促进卸出。

在连续方法的其他实施方案中，矿物粒子在移动穿过隧道的传送带上 连续输送。所述隧道具有孔，通过此孔，环氧树脂的起始原料连续卸在矿 物粒子上。在传送带的末端，矿物粒子然后落入敞开的混合转鼓中，转鼓 以可调整的传送速度卸出复合材料。

包含复合材料的层的厚度优选至少3cm，特别优选至少10cm。小的层 厚度，尤其是小于3cm的层厚度常常仅具有不足的稳定性。最大厚度取决 于当地环境，可以例如为至多5米。

在模制品的生产中，将疏松矿物粒子与环氧树脂的液体起始组分的混 合物在混合之后引入优选顶部开口的模具中，其中在模具中环氧树脂固化。 因此形成的复合体可应用于岸堤。模制品的尺寸优选100±50×100±50× 15±10cm。

混合时间应至少使得矿物粒子尽可能用液体混合物完全润湿，且至多 长至使得环氧树脂尚未固化。

在其他实施方案中，也可将疏松矿物粒子以所需厚度应用于待稳定的 岸堤段上，且通过适合的设备如喷枪将环氧树脂的液体起始组分应用于所 需矿物粒子上，在那里它们分布并固化。然而，与将矿物粒子与液体起始 组分在混合机中混合的方法相比，此方法的缺点是这里环氧树脂的分布更 不均匀，且不存在环氧树脂的缺陷不可消除。此外，存在松散粘附的杂质 如砂或土，可存在将矿物粒子相互粘附并因此复合材料稳定性的问题。

比较起来，当矿物粒子与环氧树脂的液体起始组分一起在混合机中混 合时，也可使用在它们表面上具有松散粘附的杂质的那些矿物粒子。这些 杂质在混合过程中通过机械应力从矿物粒子的表面移除，因此可不再削弱 矿物粒子相互粘附。

在本发明方法的优选实施方案中，砂可应用于复合材料的表面。为确 保砂粘附在表面上，砂的应用应在环氧树脂的固化完成之前进行。

可使用任何所需的砂。这些可以为天然砂或合成砂，例如炉渣砂或碎 炉渣砂。

在优选实施方案中，使用石英砂。

砂的粒度可在宽范围内变化。例如粒度优选在0.002-2mm的常规范围 内。优选使用细砂，即粒度为0.06-0.2mm的砂，粒度为0.2-0.6mm的中砂 和/或粒度为0.6-2.0mm的粗砂。

砂的量可以使得基本覆盖复合材料的表面，但不发生模制品孔的堵塞。 砂优选以2-4kg/m²模制品的量使用。

砂产生矿物粒子之间接触点的增强。因此，砂改善复合材料的UV保 护。

由砂产生的粗糙表面促进活体如植物和藓类在分布的复合材料上沉 积。这可以例如当将复合材料分布在自然保护区内时为有利的。

环氧树脂与矿物粒子之比的选择使得确保复合材料的充足强度。精确 量还例如取决于复合材料在相应岸堤段上的应力水平。

在本发明组合物的情况下，由于矿物粒子在接触面上基本上相互结合， 形成间隙，复合材料为水可渗透的。因此，水撞击包含碎岩石的复合材料 的能量通过水的漏失而更好地吸收而不会导致复合材料的破坏。

在本发明中，岸堤应理解为意指溪、河或运河的岸堤。此外，岸堤可 以为湖、蓄水池或海的沿海区的岸。它们可以为平坦的岸、斜坡、水坝、 平台或防洪堤。此外，例如园林和园艺或山脉中的山腰和斜坡可通过本发 明方法稳定和固定。

使用本发明方法的其他可能性为保护至少部分存在于水中的结构件不 受所谓的地下侵蚀。这应理解为意指流水地面，尤其是溪底部，通常在狭 窄区域中的强水流的情况下，常常也在桥墩下的局部加深，其中由于拥塞 和随后更强的梯度使地基受旋转流，即所谓的水辊侵袭。同样的效果将例 如发现于在海桥、水桥和/或浮桥、船坞的支柱或桥墩，例如浮动、固体防 波堤、系泊或干船坞的情况下，在码头、船库、岸墙、钻机、离岸装置如 风力设备、海面标志、灯塔或观测台、水电站、隧道或桩中。

在至少部分存在于水中的结构件的保护中，有利的是使用模制品或首 先将矿物粒子与环氧树脂的液体起始组分混合，然后将来自混合机的混合 物应用于所需面积上，然后使环氧树脂现场固化。所需面积为至少部分存 在于水下的面积。在此应用中，环氧树脂的液体起始组分的分布将是不利 的，这是因为由于水移动和浮力，组分将不均匀地分布在矿物粒子上。

安置以防止地下侵蚀的复合材料的几何形状取决于相应的水流。

用于防止地下侵蚀的复合材料取决于水流可以直接安置在结构件上和 远离它们安置。

由于复合体的敞开间隙体系，其可吸收水力能量使得波和流动能量瓦 解并因此导致基本上更少的地下侵蚀，可避免结构件的损坏并且可提高支 架和建筑元件的负荷能力。

其他优点是复合材料的修补可以以简单方式进行。

如所描述的，环氧树脂为由固化以得到固体塑料的液体起始组分而制 备的那些。塑料优选紧密的，即它们基本上不包含孔。与多孔塑料相比， 紧密塑料的特征在于更大的机械稳定性。可产生环氧树脂中的气泡并且通 常不关键。然而，它们应尽可能最小化。

另外，优选塑料为疏水性的。因此，抑制塑料被水降解。

在本发明上下文中，环氧树脂应理解为意指起始于包含环氧基团的化 合物，借助这些环氧基团通过用适合的固化剂加聚或聚合而得到的聚合物。 本发明环氧树脂优选通过用适合的固化剂加聚而得到。

优选使用的包含环氧基团的化合物为具有至少两个环氧基团且在室温 下为液体的化合物。也可使用不同的包含环氧基团的化合物的混合物。这 些化合物优选疏水性的，或包含至少一种包含环氧基团的疏水性化合物。 这种疏水性化合物例如通过双酚A或双酚F与表氯醇的缩合反应而得到。 这些化合物可单独或作为混合物使用。

在实施方案中，使用上述包含环氧基团的疏水性化合物与包含环氧基 团的可自乳化的亲水性化合物的混合物。这些亲水性化合物通过将亲水性 基团引入包含环氧基团的化合物的主链中而得到。这种化合物及其制备方 法例如公开于JP-A-7-206982和JP-A-7-304853中。

所用的固化剂为催化包含环氧基团的化合物的均聚或与环氧基团或仲 羟基共价反应的化合物，例如多胺、聚氨基酰胺、酮亚胺、羧酸酐和三聚 氰胺、脲、酚和甲醛加合物。优选使用可通过具有伯氨基或仲氨基的化合 物如二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、亚丙基二胺或苯二甲胺与羰基化合物 如丙酮、甲基乙基酮或异丁基甲基酮、脂族、环脂族和芳族多胺化合物和 聚酰胺化合物反应而得到的酮亚胺。酮亚胺或包含酮亚胺的相容的混合物 特别优选用作固化剂。

固化剂中反应性基团与环氧基团之比优选0.7∶1-1.5∶1，特别优选 1.1∶1-1.4∶1。

此外，除包含环氧基团的化合物和所用的固化剂外，其他添加剂如溶 剂、反应性稀释剂、填料和颜料可在环氧树脂的制备中加入。这种添加剂 为本领域技术人员已知的。

本发明基于环氧树脂的复合材料体系的优点为环氧树脂的起始组分的 低费用和易加工性。因此，在加工中，例如基本上不产生危害健康的蒸气。 此外，环氧树脂的液体起始组分的混合物具有低粘度，因此它们可易于与 矿物粒子混合并可经济地计量。基于环氧树脂的复合材料体系的其他优点 为高强度、耐腐蚀性和甚至在湿表面上的良好附着力。