密封膏的製作方法

2023-12-01 22:51:56 2

專利名稱：密封膏的製作方法
密封膏本發明涉及混合物，優選密封膏，特別優選盾尾密封膏；以及本發明的混合物用於密封建築構件和/或建築機械的用途，尤其是優選用於隧道掘進機的盾尾與隧道安全加固設施的筒內襯或管內襯之間過渡部分的臨時密封。以膨脹粘土尤其是膨潤土為基礎的密封膏，是現有技術中已知的。EP-A-1391566 描述了一種形成密封層的方法，其中可膨脹膨潤土在壓力作用下被置於待密封的結構部件之前。本發明在隧道建築領域特別重要，尤其是在利用盾構隧道掘進機(TBM)進行隧道掘進的領域。在該技術中，在隧道安全加固設施的掘進和安裝期間，隧道掘進機的盾和隧道安全加固設施的管內襯或筒內襯之間存在的間隙必須使用密封膏進行密封。一般來說，密封膏被注入——例如通過泵注入——通過隧道掘進機盾尾末端的通常三個環形鋼刷固定的通常兩個環形空腔中。其它更詳細的盾尾密封膏在隧道建設中與隧道掘進機相關的用途也可參見專利DE-A-102006056^3。"Bernhard Maidl, Martin Herrenknecht, Lothar Anheuser, Berlin :Ernst, Verlag fur Architektur und techn. Wiss.，1995，116-119」對隧道掘進機技術中特別重要的方面——即隧道安全加固設施——進行了綜述。特別是討論了盾尾密封膏用於密封隧道安全加固設施與周圍之間的間隙的用途。同樣已知基於合成製備的脂肪類物質的盾尾密封油脂以及基於天然礦物油的密封油。由於這些原料與環境的相容性差，在與地下水接觸的可能性大的應用中使用時不太有利。DE-A-102006056263.W001/73265 和 EP-A-0607053 公開了更加環境友好的密封化
合物(尤其包含膨潤土)在隧道掘進機技術(TBM技術)領域的具體應用，特別是在密封隧道掘進機盾尾中的應用。DE-A-102006056263描述了上下文提到的頁矽酸鹽混合物，特別是膨潤土、穩定劑、水、纖維、填充物和植物油的混合物。同樣也提到醇，但是從未提及哪種醇適合此目的， 或者哪個目標或哪個效應是由於醇的作用引起的。W001/73265描述了一種可尤其用於在緊急情況下防止水滲入盾尾的密封組合物。 這種密封膏的組成與專利DE-A-102006056^3中的組成類似。除了聚乙烯醇外，沒有提及醇類。EP-A-0607053描述了含有雲母、水、纖維和氫化植物油的密封膏。上述三篇專利文獻中提到的用於隧道掘進機技術領域的密封膏在其中所描述的材料的密封性能上均需要進一步提高。特別是，密封材料應對來自隧道掘進機所處環境的水(地下水等)，尤其是壓力下的水的滲透具有更高的抗性。但是不應使材料製備過程中的可加工性(可捏合性)，尤其是在建築場所使用時所需的可泵送性受損，而是應該儘可能地進一步提高。也希望得到用於高效密封的更有效的材料，在這種情況下只須使用少量密封膏。因此，本發明的一個目的是消除或者減少上述在現有技術中所存在的不利方面。尤其是，本發明目標是提高產品的密封性能，同時該產品還具有良好的可加工性、良好的成本效益、環境相容性以及良好的效率。上述目的通過使用一種混合物，優選密封膏，特別優選盾尾密封膏來密封盾尾與隧道安全加固設施的筒內襯或管內襯之間的過渡帶，優選用於防止水的滲透而實現， 所述混合物含有至少一種頁矽酸鹽，其優選地選自膨潤土、滑石、蒙脫土、高嶺土、伊利石 (illite)和/或海泡石，特別優選膨潤土，特別優選以23重量％ -45重量％的量；一種鹼金屬鹽和/或鹽，優選羧酸鹽；以及至少一種帶1-5個羥基的醇。優選地，所述混合物含有帶1-5個羥基，特別優選帶1-3個羥基，更特別優選帶1-2個羥基的支鏈或直鏈脂族醇。優選地，脂族醇含有2-M個碳原子，特別優選含有2-7個碳原子。脂族醇在每種情況時可以是支鏈的或直鏈的。最優選乙二醇(HO-CH2CH2-OH)和丙二醇(HO-CHMeCH2-OH)。還優選分子量最高達IOOOODa的聚烷撐二醇，特別優選分子量最高達1600Da的聚烷撐二醇，尤其優選分子量最高達600Da的聚烷撐二醇。特別是，優選含有兩個羥基的聚烷撐二醇。通過將頁矽酸鹽與本發明的鹼金屬鹽和/或銨鹽，以及至少一種帶1-5個羥基的醇一起使用，優選頁矽酸鹽的量為23-45重量％，優選膨潤土，可避免上述所提到的現有技術所存在的不利方面。特別是，可在保持良好的加工性能和良好的泵送性的同時改進密封能力。由於頁矽酸鹽具有高膨脹性，其作為密封劑的用途是已知的。令人驚奇的是，現已發現基於頁矽酸鹽的密封膏的密封能力，以及可加工性，特別是可泵送性，可通過使用本發明的鹽和醇得以提高。所述醇和鹽的協同作用在本發明的混合物中具有高比例的頁矽酸鹽時或者在頁矽酸鹽與水的比例高時特別顯著。在下文中以及在權利要求書中，這點將會進一步詳細描述。對本發明的頁矽酸鹽沒有特別限制，其優選地選自膨潤土、滑石、蒙脫土、伊利石、 高嶺土、海泡石、雲母和/或雲母類物質，例如珍珠雲母和/或白雲母。在本發明的實施方案中，特別優選膨潤土、滑石、蒙脫土、伊利石、高嶺土和/或海泡石。尤其優選膨潤土、滑石、蒙脫土、伊利石和/或高嶺土。最優選膨潤土。頁矽酸鹽可單種使用也可以混合物形式使用。頁矽酸鹽作為一類天然的無機材料，其環境相容性無可爭辯。頁矽酸鹽的突出特徵在於其良好的密封性能，尤其在防止水的滲透以及其他不想要的物質(土、砂漿、砂子、石塊等)方面。頁矽酸鹽，尤其是膨潤土，一旦與水接觸或混合即可膨脹到一定程度。這種作用在頁矽酸鹽與水的重量比較高的情況下特別顯著。特別優選頁矽酸鹽與水一或優選的膨潤土與水一的重量比為0. 3-1. 1，尤其優選0. 5-0. 6。頁矽酸鹽是基本不溶於水的物質，當和水混合尤其是和少量水混合時能形成較粘稠的物質。膨潤土尤其如此。降低水的含量會造成膏劑的可加工性劣化，尤其是在不使用本發明的其它添加劑而使用時。例如，在上述三篇現有技術文獻中所描述的混合物(特別是在使用較高比例的頁矽酸鹽時)，尤其在使用膨潤土時，非常堅硬，因此不容易加工且不能泵送。以上問題尤其是當頁矽酸鹽或膨潤土的用量基於混合物總量計超過23重量％時， 尤其當用量超過35重量％時會出現。混合物還含有一種鹼金屬鹽和/或銨鹽，優選鹼金屬鹽，特別優選鈉鹽。例如，可
4以使用LiCl、NaCl、KCl、NH4Cl、LiBr、NaBr、硫酸銨和/或KBr這些鹽。在這些無機鹼金屬鹽和/或銨鹽中，特別優選NaCl、KCl和/或NH4Cl，尤其優選NaCl和KCl。在本發明特別優選的實施方案中，所用的鹼金屬鹽和/或銨鹽是羧酸鹽，優選非芳香族羧酸鹽，特別優選含1-5個碳原子的羧酸鹽。非常特別優選鹼金屬丙酸鹽，特別是丙酸鈉。還可使用例如甲酸鹽、乙酸鹽和/或癸酸鹽，在每種情況下，優選鹼金屬鹽，特別優選鈉鹽。也可使用二羧酸鹽化合物，優選含2-5個碳原子的二羧酸鹽，例如，馬來酸鹽、富馬酸鹽、乙醛酸鹽、琥珀酸鹽、己二酸鹽和/或酒石酸鹽。相應的鹼金屬鹽化合物，特別是鈉鹽，也是優選的。單羧酸鹽相對於二羧酸鹽是優選的。鹼金屬鹽和/或銨鹽在混合物中的存在量優選為0. 1-15重量％，特別優選2-4重量％。這些數據在每種情況下均基於混合物的總重量計。鹼金屬鹽和/或銨鹽可單獨使用， 也可使用這些鹽的混合物。與不添加鹼金屬鹽和/或銨鹽的對比混合物相比，所述鹽特別是提高了可加工性並增加了可泵送性。如果不添加本發明的鹽，則混合物將會太硬。根據本發明，混合物中存在帶1-5個羥基的醇，特別優選帶1-5個羥基的脂族醇。 醇的脂族部分可以是支鏈的也可以是直鏈的。特別優選的脂族醇帶1-3個羥基、優選帶1-2 個羥基以及2- 個碳原子，特別優選2-7個碳原子。最優選乙二醇(HO-CH2CH2-OH)和丙二醇(HO-CHMeCH2-OH)。例如，可使用甲醇、乙醇、1-丙醇、異丙醇、1- 丁醇、2- 丁醇、1-羥基-2-甲基丙烷、 2-羥基-2-甲基丙烷、戊醇、己醇和另外一些二醇，例如優選乙二醇、丙二醇、1，2-丁二醇、 1，4_ 丁二醇，以及三醇類，優選甘油(HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH)。糖類，例如葡萄糖，可作為含有相對較多羥基的醇而予以提及。在本發明的特別優選的實施方案中，使用了聚烷撐二醇。優選分子量最高達 IOOOODa的聚烷撐二醇，特別優選分子量最高達1600Da的聚烷撐二醇，尤其優選分子量最高達600Da的聚烷撐二醇。聚乙二醇、聚丙二醇和/或聚丁二醇可作為實例提及。聚烷撐二醇可由一種烷撐二醇或多種烷撐二醇構成，並且既可以嵌段聚合物的形式存在，也可以具有近似隨機分布的單體單元的共聚物的形式存在。優選聚乙二醇，或者對於混合的聚烷撐二醇，優選具有高比例乙二醇的聚合物，優選大於90重量％，以確保在水中具有足夠的溶解性。特別是，優選帶2個羥基的聚烷撐二醇。也可以使用單羥基聚烷撐二醇，其可以例如通過羥基基團之一的衍生而獲得。在本發明的一個實施方案中，混合物中的醇是分子量最高達1600Da，特別優選 600Da的聚烷撐二醇。在本發明的其它特別優選的實施方案中，使用二醇。特別是，優選乙二醇和丙二在各種情況下，上述醇在混合物中優選以1. 0-2. 5重量％的量存在，特別優選1-5 重量<%。本發明的上述醇可單獨使用，也可以相應的醇的混合物形式使用。帶1-5個羥基的脂族醇優於聚烷撐二醇。與本發明的鹼金屬鹽和/或銨鹽類似，本發明的醇同樣也可提高可加工性或可泵送性，同時具有較好的密封性。出任意料的是，發現當醇和鹽同時使用時，可獲得協同效應。 特別有利的是，如上所述，可改進密封能力，同時改進可加工性或可泵送性。這種效果非常出任意料，因此不能預見到。特別地，在對可加工性和可泵送性沒有明顯不利的情況下，也可以此方式使用混合物，該混合物優選具有較高的頁矽酸鹽/水的重量比，為0. 3-1. 1，優選0. 5-0. 6，特別優選高比例的頁矽酸鹽，優選23-45重量％。因此，這種混合物含有較高比例的活性物質(特別是較多的頁矽酸鹽，優選膨潤土，以及較少的水)，因此一般更加高效。在本發明的混合物中，節省水有另外的優點，即當密封化合物與水接觸時，優選與隧道掘進機周圍的水(例如地下水)接觸時，其膨脹性要大於密封化合物中水的量相對較大時的情況。如已經提到的那樣，這同樣也會提高密封膏的密封性能。與推薦使用疏水成分——諸如油類——的現有技術不同，本發明中優選不使用油或僅使用少量的油，優選地基於混合物計其比例小於5重量％。由於所得頁矽酸鹽的疏水性，過高比例的油會導致頁矽酸鹽由於不能被水充分潤溼從而不能充分膨脹或者不能快速充分膨脹。由此密封能力將會受到不利影響。在本發明的一個實施方案中，混合物含有23-45重量％的頁矽酸鹽，優選膨潤土 ；1-25重量％的帶1-5個羥基的醇(優選脂族醇)，優選二醇，特別優選乙二醇和/
或丙二醇；0. 1-15重量％，優選1-5重量％，特別優選2_3重量％的鹼金屬鹽和/或銨鹽，優選鈉鹽，特別優選含1-5個碳原子的羧酸鹽，和40-75 重量 ％ 的水。特別地，鹼金屬的丙酸鹽，特別是丙酸鈉，適合作為羧酸鹽。含有纖維的混合物也特別有利。纖維會提高混合物的機械穩定性和防水性。優選地，纖維存在的比例為大於0至25重量％，特別優選3-10重量％。纖維的長度優選為大於 0至9mm，特別優選大於0至6mm。最優選含天然纖維，特別是纖維素纖維，和人造纖維，特別是聚醯胺，聚丙烯和/或聚乙烯纖維的纖維混合物。天然纖維和人造纖維的混合物，特別是長纖維和短纖維的混合物具有這樣的優點，其能夠提高對水的抗壓強度。此外，特別有利的混合物含有至少兩種不同長度的纖維，特別優選同時含有長度小於Imm的纖維和長度大於Imm的纖維。特別優選天然纖維和人造纖維的混合物，天然纖維優選長度小於1mm，人造纖維優選長度大於Imm且小於9mm。含有不同長度的纖維的混合物，尤其是在所有優選的大於Omm至9mm纖維長度範圍具有儘可能寬的分布的混合物是特別優選的，因為這些特殊的纖維混合物特別適於防止帶壓跑水的密封。當換成使用短的天然纖維，諸如長度小於Imm的纖維素纖維，和使用長度大於Imm至9mm的人工纖維時，這種效應甚至更顯著。首先，長度短的天然纖維混合物(例如纖維素)能夠廉價買到；第二，因為可以認為這些纖維與水接觸時也可能具有輕微膨脹傾向，所以也是有效的。優選的長度小於Imm的天然纖維的比例優選在50-90重量％範圍內，特別優選 60-80重量％，每種情況下基於纖維的總重量計。本發明還涉及本發明的(一種或多種)混合物用於優選地臨時密封建築構件和/或建築機械的用途，特別優選用於優選地臨時密封盾尾與隧道安全加固設施的管內襯或筒內襯之間過渡部分的用途。現有技術已知的密封膏——尤其是盾尾密封膏——存在的最初所提出的問題在使用本發明的混合物——尤其是使用本發明從屬權利要求之一的優選混合物——時基本能夠避免。所謂的排水牆——優選對其予以臨時保護(例如在其他建築工作施工期間)以防止水的滲透——可作為建築構件密封的一個實例而提及。此外，滲漏的管線初始可利用本發明的混合物進行密封，直到受影響的(水)管被修理好。可考慮到多種相似的其他(密封)應用。一個對建築機械進行密封的實例是優選對隧道掘進機的盾尾與隧道安全加固設施的筒內襯或管內襯之間的過渡部分進行臨時密封。
實施例1.密封化合物的製備密封化合物的製備在常規的用於膏狀物或高粘度物質的混合器中進行。為此目的，攪拌所有成分直到獲得均勻的材料。2.滲透試驗滲透試驗(錐入度試驗)根據ASTM D217-02進行。該試驗是用來測定密封化合物的可加工性或可泵送性。數值在150/10mm至300/10mm範圍內可確保材料具有良好的可加工性和可泵送性。密封化合物的滲透試驗結果匯總在表1中。3.水壓試驗水壓試驗用來測定在壓力下密封膏對水的密封能力。該試驗根據本技術領域已知的松村試驗(Matsumara test)進行。將待測試的密封化合物施用至網格間隙為0. 5mm的金屬網格上，該試驗在相應的試驗裝置上，在Sbar壓力下進行(Matsumara試驗的一種變化方案)。在5分鐘內，如果沒有水滲透過密封化合物即認為通過試驗。各種密封化合物的水壓試驗結果也匯總在表1中。實驗發現，在本發明實施例P-I至P46中，本發明的鹽和醇的存在提高了密封化合物的可加工性或可泵送性，達到了試驗要求。由於使用了添加劑鹽和醇，使得化合物的塑性有所增加，因此有更好的可加工性。出人意料的是，在水壓試驗的結果中沒有發現由於所述化合物製劑有所變軟而導致的劣化現象。而在不使用本發明的添加劑的情況下，往往會出現劣化的現象。表1的結果顯示整體良好的結果(通過)。實施例P-6至P-IO和實施例P-M表明，也可使用較高比例的頁矽酸鹽而不會得到過硬的因而也是不易加工的密封化合物。對於使用較高比例的頁矽酸鹽的情形，密封性能也特別好，但前提是使用本發明的添加劑。相反，對比例Cl (不加鹽)、C3和C4(各自都既不加鹽也不加醇)既未通過滲透試驗，也未通過水壓試驗。C4表明，尤其是對於高比例頁矽酸鹽和較少的水時，這兩項試驗都沒能通過，這是由於密封化合物過硬。例如C2(不加乙醇)未通過水壓試驗。上述結果表明，通過使用本發明的鹽和醇，可取得出人意料的非常好的密封性能， 還具有特別好的可加工性，尤其是可泵送性。
權利要求
1.混合物，含有至少一種頁矽酸鹽、一種鹼金屬鹽和/或銨鹽，和至少一種帶1-5個羥基的醇。
2.權利要求1的混合物，其特徵在於所述鹼金屬鹽和/或銨鹽為羧酸鹽。
3.權利要求1或2的混合物，其特徵在於膨潤土、滑石、蒙脫石、高嶺石、伊利石和/或海泡石作為所述頁矽酸鹽而存在。
4.權利要求1-3之一的混合物，其特徵在於所述醇是支鏈或直鏈的脂族醇。
5.權利要求1-4之一的混合物，其特徵在於所述醇是一種二醇。
6.權利要求1-3之一的混合物，其特徵在於所述混合物含有分子量最高達1600Da的聚烷撐二醇。
7.權利要求1-6之一的混合物，其特徵在於所述混合物含有23-45重量％的頁矽酸鹽。
8.權利要求1-7之一的混合物，其特徵在於存在水，並且頁矽酸鹽與水的重量比為 0. 3-1. 1。
9.權利要求1-8之一的混合物，其特徵在於所述混合物含有纖維。
10.權利要求9的混合物，其特徵在於所述混合物含有至少兩種不同長度的纖維。
11.權利要求1-10之一的混合物，其特徵在於所述醇以1-25重量％的量存在。
12.權利要求1-11之一的混合物，其特徵在於所述鹼金屬鹽和/或銨鹽以0.1-15重量％的量存在。
13.權利要求1-8之一的混合物，其特徵在於存在 23-45重量％的頁矽酸鹽，1-25重量％的帶1-5個羥基的醇，0. 1-15重量％，優選1-5重量％，特別優選2-3重量％的鹼金屬鹽和/或銨鹽，和 40-75重量％的水。
14.權利要求1-13之一的混合物的用途用於密封建築構件和/或結構機械。
全文摘要
本發明涉及混合物，優選密封膏，特別優選盾尾密封膏；以及本發明的混合物用於密封建築構件和/或建築機械的用途，尤其是優選用於隧道掘進機的盾尾與隧道安全加固設施的管內襯或筒內襯之間過渡部分的臨時密封。所述混合物包括層狀矽酸鹽，優選膨潤土或滑石；帶1-5個羥基的醇，優選乙二醇；鹼性鹽或銨鹽，優選羧酸鹽；以及水。
文檔編號C09K3/10GK102257090SQ200980151390
公開日2011年11月23日 申請日期2009年11月25日 優先權日2008年12月17日
發明者G·維斯科米, H·艾格裡, P·埃倫貝格 申請人:建築研究和技術有限公司