CN103764791A - 多胺作为抗粘添加剂的用途 - Google Patents

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Abstract

使用至少一种多胺化合物作为减少粘附的添加剂用于粘土含量超过10重量%的土壤的方法。

Description

多胺作为抗粘添加剂的用途
本发明的主题是使用至少一种多胺作为减少粘附（stickingdecreasing）的添加剂用于含粘土的土壤的方法。
在现有技术中，小于0.5质量%的中等浓度的聚合物添加剂广泛地用于处理土壤的隧道应用中并从而改善挖掘地面的机械性能。在控制挖掘土壤的含水量中可观察到聚合物添加剂作为分散剂以及防止含粘土的土壤结块的主要功能。
由于聚合物吸附机制及其所带来的对应用于土压盾构隧道掘进机中糊状混合物土壤机械性能的改变依然未得到良好地理解，因此对于有关添加剂及其聚合物特性的新化学开发已经有大量的建议和提议。
存在关于市售聚合物产品“Rheosoil211”和“Rheosoil214”在含蒙脱石、高岭石和伊利石（illite）的土壤中的应用的现有的测试结果。市售聚合物可显示出对高岭粘土而不是含伊利石或蒙脱石的粘土的效力。在Moore和Mitchell(1974,Geotechnique,24,627-640)的出版物中，已经研究了孔隙流体（pore-fluid）的介电性能对粘土剪切强度的作用以及描述了在有关高岭石的土壤中用于表示相互作用的电磁力的分析技术。作者得出的结论是，介电常数在粘土介电常数范围内的孔隙流体可显著地降低剪切强度。
为了验证现有技术结果并增强聚合物添加剂的性能，本发明的目的是发现用于含特定粘土的土壤的可替代的抗粘添加剂。
此问题可通过使用至少一种多胺化合物的新方法来解决。例如，所述多胺可选自二亚乙基三胺、三乙醇胺或它们与己二酸的结合物（聚酰胺型胺）的衍生物、聚酰胺型胺（polyamidoamine）和聚酰胺型季铵（polyamidoamin quaterniert）作为粘土含量超过10重量%的土壤用的减少粘附的添加剂。
通过使用选定的多胺或其混合物作为抗粘添加剂，可以显示，含粘土的水性体系显示出更高的剪切强度，而被测粘土体系的残余强度保持不变。
从Moore和Mitchell(1974；见上文)的结果不能预测出选定的多胺对粘土剪切强度的该效应：从这些作者的结果必然会预测残余剪切强度急剧下降。然而，通过使用多胺，伊利石型粘土具有较少的粘性且因而显示出完全不同的效应。此外，通过例如逐步加入越来越多量的水，在宽范围的含水量下可观察到清楚的抗粘效应。如果干粘土与水/多胺溶液混合，则可观察到以在金属表面、瓷器以及外壳上的粘性明显减少的形式的其他效应。
出乎意料地，其他多胺显示出对粘土、尤其是含伊利石的体系的剪切强度更小的影响。作为粘土含量超过10重量%的土壤用的减少粘着的添加剂，选自二亚乙基三胺、三乙醇胺或它们与己二酸的结合物（聚酰胺型胺）的衍生物、聚酰胺型胺和聚酰胺型季铵的多胺作为常用的多亚乙基胺且称为絮凝剂。在粘土悬浮液中，显示出对伊利石的剪切强度的积极影响。
研究表明，用三乙醇胺衍生物处理的含伊利石、高岭石、蒙脱石的粘土混合物和/或Bodmar粘土不粘附于金属表面，而用聚酰胺型胺或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物处理的相同混合物粘附于带有含蒙脱石的粘土混合物的金属表面。
本发明的方法显示出其优选在含有至少一种选自伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石的粘土矿物代表物的土壤体系中具有出乎意料的效果。
在本发明的一个优选的替代方案中，多胺以相对于粘土含量的0.5至2.0重量%以及优选1.0重量%的浓度使用。
在本发明的一个优选的实施方案中，该方法的特征在于，所述粘土由选自伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石的至少一种表示。
在本发明的优选的实施方案中，该方法的特征在于，多胺与聚羧酸酯基分散剂结合使用。
在本发明的另一个实施方案中，该方法的特征在于，所述分散剂对粘土具有抗粘特性。
在本发明的另一个实施方案中，该方法的特征在于，多胺和/或分散剂以液体形式、优选以一种组合的液体添加剂使用。
在本发明的一个优选的实施方案中，该方法的特征在于，所述液体添加剂以粘土含量的0.5至2.0重量%、优选1.0重量%的用量施用于含粘土的土壤。
在另一个优选的实施方案中，该方法的特征在于，三乙醇胺衍生物在粘土由通过伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石表示的情况下使用。
在另一个优选的实施方案中，该方法的特征在于，聚酰胺型胺或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在粘土主要由伊利石、高岭石和/或Bodmer粘土表示的情况下使用。
在另一个优选的实施方案中，该方法的特征在于，在隧道挖掘的过程中使用多胺。
还可以使用多胺或其与聚羧酸酯基分散剂结合的混合物，由此分散剂也可表现出对粘土的抗粘特性。
二亚乙基三胺、三乙醇胺或其与己二酸的结合（聚酰胺型胺）的衍生物和聚酰胺型胺以及所有分散剂可根据本发明以液体形式和/或优选以一种组合的液体添加剂使用。
本发明包含以下作为额外优选的替代方案，所述液体添加剂以相对于粘土含量的0.5至2.0重量%和优选1.0重量%的用量施用于含粘土的土壤。
由于多胺在降低粘性中的出乎意料的特征，其根据本发明优选在隧道挖掘的过程中使用。
出乎意料地，可通过新方法表明，三乙醇胺衍生物在含有伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石的土壤中具有优势，聚酰胺型胺或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在主要含有伊利石、高岭石和/或Bodmer粘土的土壤中具有优势。
通过在用隧道掘进机以EPB（土压平衡(earth pressure balance)）模式掘进隧道的过程中使用这些胺衍生物的经济优势在于，减少对刀头的粘附。由此得出，更快的掘进速度（advanced rate）是可能的且需要较少的维护时间。
实施例示出了选定的多胺作为减少粘附的添加剂的出乎意料的优势。
以下实施例对本发明进行说明。
图1-11示出了抗粘剂与不含有抗粘添加剂的或含有Rheosoil211或三乙醇胺衍生物或聚酰胺型胺或聚酰胺型季铵或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物的伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石型粘土的粘附的粘性测量结果。
实施例1：伊利石型粘土的粘附测量
将500g伊利石型粘土和450g水与或不与5g Rheosoil211或三乙醇胺衍生物或聚酰胺型季铵或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在带有砂浆搅拌器的混合容器中混合直至获得均匀浆料。将该浆料转移至杯(ASTM D217-02)中直至获得光滑表面。该浆料不可以包括杯中的气泡。将杯子放置于锥体下方，并调节锥体直至锥端与浆料的表面接触。根据针入度计（Penetrometer）PNR10手册测量穿透深度（penetration）（穿透时间5秒）。测量以毫米计的穿透深度。
在穿透深度的测量结束后，轻轻地从粘土/水样品中移除锥体，将粘土/水样品对锥体表面的粘附进行拍照并判断。对粘性（粘附）分类如下：
Figure BDA0000467266850000041
图1示出了抗粘剂与伊利石型粘土的粘附，不使用抗粘添加剂或使用Rheosoil211具有高表面覆盖度（90%）。
图2示出了抗粘剂与伊利石型粘土的粘附，使用抗粘添加剂三乙醇胺衍生物(GV34261/L1697)具有中表面覆盖度(50%)。
图3示出了抗粘剂与伊利石粘土的粘附，使用抗粘添加剂聚酰胺型季铵或三乙醇胺衍生物（GV35005/19）或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物(B2407/05,B2874/08B2875/08,B2876/08)具有低表面覆盖度(15%)。
图4示出了抗粘剂与伊利石型粘土的粘附，使用抗粘添加剂三乙醇胺衍生物（GV35005/18）具有低表面覆盖度(5%)。
实施例2：Bodmer型粘土的粘附测量
将360g Bodmer型粘土和200g水与或不与5g三乙醇胺衍生物或聚酰胺型季铵或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在带有砂浆搅拌器的混合容器中混合直至获得均匀浆料。将该浆料转移至杯(ASTMD217-02)中直至获得光滑表面。该浆料不可以包括杯中的气泡。将杯子放置于锥体下方，并调节锥体直至锥端与浆料的表面接触。根据针入度计（Penetrometer）PNR10手册测量穿透深度（penetration）（穿透时间5秒）。测量以毫米计的穿透深度。
在穿透深度的测量结束后，轻轻地从粘土/水样品中移除锥体，将粘土/水样品对锥体表面的粘附进行拍照并判断。对粘性（粘附）分类如下：
Figure BDA0000467266850000051
图5示出了抗粘剂与Bodmer型粘土的粘附，不使用抗粘添加剂具有高表面覆盖度（90%）。
图6示出了抗粘剂与Bodmer型粘土的粘附，使用抗粘添加剂聚酰胺型季铵或三乙醇胺衍生物(GV35005/18,GV35005/19,GV34621/L1697)或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物(B2407/05,B2874/08B2875/08,B2876/08)具有低表面覆盖度(5%)。
实施例3：高岭石型粘土的粘附测量
将500g高岭石型粘土和289g水与或不与5g三乙醇胺衍生物或聚酰胺型季铵或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在带有砂浆搅拌器的混合容器中混合直至获得均匀浆料。将该浆料转移至杯(ASTMD217-02)中直至获得光滑表面。该浆料不可以包括杯中的气泡。将杯子放置于锥体下方，并调节锥体直至锥端与浆料的表面接触。根据针入度计（Penetrometer）PNR10手册测量穿透深度（penetration）（穿透时间5秒）。测量以毫米计的穿透深度。
在穿透深度的测量结束后，轻轻地从粘土/水样品中移除锥体，将粘土/水样品对锥体表面的粘附进行拍照并判断。对粘性（粘附）分类如下：
Figure BDA0000467266850000052
图7示出了抗粘剂与高岭石型粘土的粘附，不使用抗粘添加剂或使用抗粘添加剂聚酰胺型季铵具有中表面覆盖度（90%）。
图8示出了抗粘剂与高岭石型粘土的粘附，使用抗粘添加剂三乙醇胺衍生物(GV35005/18,GV34261/L1697)或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物(B2407/05,B2875/08)具有低表面覆盖度(15%)。
图9示出了抗粘剂与高岭石型粘土的粘附，使用抗粘添加剂三乙醇胺衍生物(GV35005/19)或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物具有低表面覆盖度(5%)。
实施例4：蒙脱石型粘土的粘附测量
将500g蒙脱石型粘土和450g水与或不与5g三乙醇胺衍生物或聚酰胺型季铵或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在带有砂浆搅拌器的混合容器中混合直至获得均匀浆料。将该浆料转移至杯(ASTMD217-02)中直至获得光滑表面。该浆料不可以包括杯中的气泡。将杯子放置于锥体下方，并调节锥体直至锥端与浆料的表面接触。根据针入度计（Penetrometer）PNR10手册测量穿透深度（penetration）（穿透时间5秒）。测量以毫米计的穿透深度。
在穿透深度的测量结束后，轻轻地从粘土/水样品中移除锥体，将粘土/水样品对锥体表面的粘附进行拍照并判断。对粘性（粘附）分类如下：
Figure BDA0000467266850000061
图10示出了抗粘剂与蒙脱石型粘土的粘附，不使用抗粘添加剂或使用抗粘添加剂聚酰胺型季铵、三乙醇胺衍生物(GV35005/18,GV34261/L1697)或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物(B2407/05,B2874/08,B2875/08,B2876/08)具有高表面覆盖度（90%）。
图11示出了抗粘剂与蒙脱石型粘土的粘附，使用抗粘添加剂三乙醇胺衍生物(GV35005/19)具有中表面覆盖度(50%)。
抗粘剂与不同类型粘土的粘性概述
表1示出了抗粘剂与伊利石型粘土的粘附(%)(粘附表面覆盖度)
表1
Figure BDA0000467266850000071
表2示出了抗粘剂与Bodmer粘土的粘附(%)(粘附表面覆盖度)
表2
Figure BDA0000467266850000072
表3示出了抗粘剂与高岭石型粘土的粘附(%)(粘附表面覆盖度)
表3
Figure BDA0000467266850000073
Figure BDA0000467266850000081
表4示出了抗粘剂与蒙脱石型粘土的粘附(%)(粘附表面覆盖度)
表4
Figure BDA0000467266850000082
结果示于图1-11中。该结果表明三乙醇胺衍生物在含有伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石的土壤中具有优势，聚酰胺型胺或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在主要含有伊利石、高岭石和/或Bodmer粘土的土壤中具有优势。

Claims (10)

1.使用至少一种多胺化合物作为减少粘附的添加剂用于粘土含量超过10重量%的土壤的方法。
2.权利要求1的方法，其特征在于，多胺以粘土含量的0.5至2.0重量%以及优选1.0重量%的浓度使用。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，所述粘土由选自伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石的至少一种表示。
4.前述权利要求之一的方法，其特征在于，多胺与聚羧酸酯基分散剂结合使用。
5.权利要求4的方法，其特征在于，所述分散剂对粘土具有抗粘特性。
6.权利要求4或5之一的方法，其特征在于，多胺和/或分散剂以液体形式、优选以一种组合的液体添加剂使用。
7.前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述液体添加剂以粘土含量的0.5至2.0重量%、优选1.0重量%的用量施用于含粘土的土壤。
8.前述权利要求之一的方法，其特征在于，三乙醇胺衍生物在粘土主要由伊利石、Bodmer粘土、高岭石和/或蒙脱石表示的情况下使用。
9.前述权利要求之一的方法，其特征在于，聚酰胺型胺或二亚乙基三胺+己二酸（聚酰胺型胺）衍生物在粘土主要由伊利石、高岭石和/或Bodmer粘土表示的情况下使用。
10.前述权利要求之一的方法，其特征在于，在隧道挖掘的过程中使用多胺。
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