WO2010076097A1 - Dichtungspaste - Google Patents

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WO2010076097A1
WO2010076097A1 PCT/EP2009/065792 EP2009065792W WO2010076097A1 WO 2010076097 A1 WO2010076097 A1 WO 2010076097A1 EP 2009065792 W EP2009065792 W EP 2009065792W WO 2010076097 A1 WO2010076097 A1 WO 2010076097A1
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sealing
water
mixture according
mixture
alcohol
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PCT/EP2009/065792
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Peter Ellenberger
Herbert Egli
Giuseppe Viscomi
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Construction Research & Technology Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2011541279A priority patent/JP2012512294A/ja
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Priority to EP09756518A priority patent/EP2379667A1/de
Priority to AU2009335191A priority patent/AU2009335191A1/en
Priority to CA 2747086 priority patent/CA2747086A1/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to mixtures, preferably sealing pastes, particularly preferably tailstock sealing pastes and the use of mixtures according to the invention for sealing components and / or construction machines, in particular for temporarily sealing the transition between the tail of a tunnel boring machine and the pipe lining or segmental lining of the tunnel safety.
  • EP-A-1391566 discloses a method of making a sealant layer wherein pressure swellable bentonite is placed in front of a part of a structure to be sealed.
  • the present invention in the field of tunneling technology, especially in tunnel bores by means of a well-designed tunnel boring machine (TBM).
  • TBM tunnel boring machine
  • the gap between the shield of the TBM and the pipe lining or segment lining of the tunnel protection must be sealed with a sealing paste during the tunneling and installation of the tunnel safety device.
  • the sealing paste is usually injected into two annular intermediate spaces, which are fixed by mostly three annular steel brushes at the end of the shield tail of the TBM. Further details on the use of shielding-tailing pastes in tunneling in connection with tunnel boring machines can also be found in DE-A-102006056263.
  • Tail seal greases based on synthetic fats and oils based on the mineral oil mineral are also known. Because of their poor environmental performance, they are less advantageous in applications where the likelihood of contact with groundwater is high.
  • Specific applications of more environmentally friendly sealants (especially with bentonite) in the field of tunnel boring machine technology (TBM technology) are known in particular for sealing the shield tail of a TBM, from the documents DE-A-102006056263, WO01 / 73265 and EP-A-0607053.
  • DE-A-102006056263 describes in this context mixtures of phyllosilicates, in particular bentonite, stabilizers, water, fibers, fillers and a vegetable oil. Alcohol is also mentioned, but it is nowhere mentioned or implied which alcohols are suitable for this, or what task and what effects could be ascribed to the alcohols.
  • WO01 / 73265 a sealing composition is described which can be used especially in emergencies to prevent the penetration of water into the shield tail.
  • the composition of the sealing pastes is similar to that of DE-A-102006056263. Alcohols are not mentioned with the exception of polyvinyl alcohol.
  • EP-A-0607053 describes sealants containing mica, water, fibers and hydrogenated vegetable oil.
  • the sealing pastes of the three abovementioned publications in the field of TBM technology are in need of further improvement with regard to the sealing performance of the materials described therein.
  • the sealing materials should be more resistant to the penetration of water, in particular of water under pressure, from the environment of the tunnel boring machine (groundwater, etc.).
  • the processability in the production of the masses (kneadability) and in particular the pumpability required for use on the construction site should not deteriorate, but should be improved as far as possible.
  • the object is thus to eliminate or reduce the disadvantages of the prior art described above.
  • the goal is to achieve an improvement in the sealing properties while at the same time being easy to process, to achieve good economic efficiency, environmental compatibility and good product yield.
  • a mixture preferably a sealing paste, more preferably a sealant sealant for sealing, preferably against the ingress of water, the transition between shield tail and the pipe lining or tubing lining of the tunnel safety, containing at least one layered silicate, preferably selected from the group bentonite, talc, montmorillonite, kaolinite, illite and / or sepiolite, more preferably bentonite, particularly preferably in an amount of 23 wt .-% to 45% by weight, an alkali metal salt and / or ammonium salt, preferably a carboxylate and at least an alcohol with 1 to 5 hydroxyl groups.
  • a sealing paste more preferably a sealant sealant for sealing, preferably against the ingress of water, the transition between shield tail and the pipe lining or tubing lining of the tunnel safety
  • at least one layered silicate preferably selected from the group bentonite, talc, montmorillonite, kaolinite, illite and / or se
  • the mixture preferably contains branched or unbranched aliphatic alcohols having 1 to 5 hydroxyl groups, more preferably 1 to 3 and most preferably 1 to 2 hydroxyl groups.
  • the aliphatic alcohols preferably have 2 to 24 carbon atoms, more preferably 2 to 7 carbon atoms.
  • the aliphatic alcohols can each branched or unbranched. Ethylene glycol (HO-CH 2 CH 2 -OH) and propylene glycol (HO-CH MeCH 2 -OH) are most preferred.
  • polyalkylene glycols having a molecular weight of up to 10,000 Da more preferably polyalkylene glycols having a molecular weight of up to 1,600 Da, particularly preferably polyalkylene glycols having a molecular weight of up to 600 Da.
  • the alkali metal salts and / or ammonium salts and at least one alcohol having 1 to 5 hydroxyl groups together with the phyllosilicates, preferably phyllosilicates in an amount of 23 to 45 wt .-%, preferably as bentonite, the above-mentioned disadvantages of the prior the technique can be avoided. Especially with continued good processing properties and good pumpability, the sealing ability could be improved.
  • Phyllosilicates are known as sealants because of their high swelling capacity. Surprisingly, it has now been found that the sealing performance and at the same time the processability, in particular the pumpability, of sealants based on phyllosilicates can be increased by the use of the alcohols and salts according to the invention. These synergistic effects of the alcohols and salts are particularly pronounced at high levels of phyllosilicates in the mixtures according to the invention, or a high ratio of phyllosilicate to water. In the text below and in the claims this will be further described in detail.
  • the layered silicates of the invention are not particularly limited and selected from preferably bentonite, talc, montmorillonite, illite, kaolinite, sepiolite, mica and / or members of the mica group such as margarite and / or muscovite.
  • bentonite, talc, montmorillonite, illite, kaolinite and / or sepiolite are particularly preferred.
  • Particularly preferred are bentonite, talc, montmorillonite, illite and / or kaolinite.
  • Most preferred is bentonite.
  • the phyllosilicates can be used individually or as mixtures. Their environmental compatibility as a natural inorganic material is undisputed.
  • Phyllosilicates are characterized by their good sealing ability, in order to prevent in particular the penetration of water and other undesirable substances (earth, mortar, sand, stones ).
  • Phyllosilicates, especially bentonite swell to some degree upon contact with or mixing with water. This effect is particularly pronounced at a relatively high weight ratio of phyllosilicate to water.
  • Particularly preferred is a weight ratio of phyllosilicate to water, or preferably of bentonite to water of 0.3 to 1.1, particularly preferably from 0.5 to 0.6.
  • Phyllosilicates are largely water-insoluble materials that form relatively viscous masses with water, especially with small amounts of water. This is especially the case with bentonite.
  • the reduction of the amount of water results in a deterioration of the processability of the pastes, especially when working without further additives according to the invention.
  • the blends described in the three aforementioned prior art references (especially when using a relatively high level of layered silicate), inter alia when using bentonite, are very rigid and therefore not readily processable and not pumpable.
  • more than 23% by weight of phyllosilicate or bentonite is used, in particular when more than 35% by weight, based on the total mixture, is used, these problems occur.
  • the mixture also contains an alkali metal salt and / or ammonium salt, preferably an alkali metal salt, particularly preferably a sodium salt.
  • an alkali metal salt particularly preferably a sodium salt.
  • the salts LiCl, NaCl, KCl, NH 4 Cl, LiBr, NaBr, ammonium sulfate and / or KBr can be used.
  • inorganic alkali metal salts and / or ammonium salts particular preference is given to NaCl, KCl and / or NH 4 Cl and, in particular, NaCl and KCl are preferred.
  • the alkali and / or ammonium salt is a carboxylate, preferably a non-aromatic carboxylate, more preferably a carboxylate having 1 to 5 carbon atoms.
  • an alkali metal propionate in particular sodium propionate.
  • suitable for use are, for example, formates, acetates, and / or caprates, in each case preferably as alkali metal salt and particularly preferably as sodium salt.
  • dicarboxylate compounds preferably those having two to five carbon atoms, for example maleates, fumarates, glyoxalates, succinates, adipates and / or tartrates.
  • the corresponding alkali metal salt compounds, in particular the sodium salts are preferred.
  • Monocarboxylates are preferred over dicarboxylates.
  • the alkali metal salts and / or ammonium salts are preferably contained in the mixtures in an amount of from 0.1 to 15% by weight, particularly preferably from 2 to 4% by weight.
  • the data are in each case based on the total weight of the mixture.
  • the alkali metal salts and / or ammonium salts can be used alone or mixtures of these salts can be used.
  • the alkali metal salts and / or ammonium salts bring about improved processability and increase in pumpability compared to comparative mixtures without this additive. Without the addition of the salts according to the invention, the mixtures would be too stiff.
  • alcohols having from 1 to 5 hydroxyl groups particularly preferably aliphatic alcohols having from 1 to 5 hydroxyl groups, are contained in the mixtures.
  • the aliphatic part may be both branched and unbranched. Particular preference is given to aliphatic alcohols having 1 to 3 hydroxyl groups, preferably 1 to 2 hydroxyl groups and a number of 2 to 24 carbon atoms, more preferably 2 to 7 carbon atoms.
  • Ethylene glycol (HO-CH 2 CH 2 -OH) and propylene glycol (HO-CH MeCH 2 -OH) are most preferred.
  • alcohols having a higher number of hydroxyl groups sugars such as glucose may be mentioned.
  • polyalkylene glycols are used. Preference is given to polyalkylene glycols having a molecular mass of up to 10,000 Da, more preferably polyalkylene glycols having a molecular mass of up to 1,600 Da, particularly preferably polyalkylene glycols having a molecular mass of up to 600 Da.
  • polyethylene glycols, polypropylene glycols, and / or polybutylene glycols may be composed of one type of alkylene glycol or more and may be present both in the form of block polymers and in the form of copolymers having a more or less random distribution of the monomer units.
  • Polyethylene glycols, or in the case of mixed polyalkylene glycols, those polymers having a high ethylene glycol content, preferably greater than 90% by weight, are preferred in order to ensure adequate solubility in water.
  • Monohydroxypolyalkylene glycols which can be obtained, for example, by derivatization of one of the hydroxy groups, can also be used.
  • the alcohols in the mixture are polyalkylene glycols having a molecular weight of up to 1,600, more preferably 600 Da.
  • glycols are used.
  • ethylene glycol and propylene glycol are preferred.
  • the abovementioned alcohols are in each case preferably present in an amount of from 1.0 to 25% by weight, particularly preferably from 1 to 5% by weight, in the mixtures.
  • the abovementioned alcohols according to the invention can be used alone or as a corresponding mixture of alcohols. Aliphatic alcohols having 1 to 5 hydroxyl groups are preferred over the polyalkylene glycols.
  • the alcohols according to the invention also bring about improved processability or pumpability with better sealing. Surprisingly, it has been found that synergistic effects can be achieved when the alcohols and salts are used together. Particularly advantageously, as mentioned above, the sealing ability and at the same time the processability or pumpability can be improved. This effect was surprising and so unforeseeable.
  • the mixture contains from 23 to 45% by weight of phyllosilicate, preferably bentonite,
  • alkali metal salt and / or ammonium salt preferably sodium salt
  • alkali metal propionates in particular sodium propionate, are suitable as the carboxylate.
  • the fibers cause the mechanical stability and water resistance of the mixtures to be increased.
  • the fibers are preferably in a weight proportion of greater than 0 to 25 Wt .-%, particularly preferably 3 to 10 wt .-%, contained.
  • the fibers are fibers with a length of greater than 0 to 9 mm, particularly preferably greater than 0 to 6 mm.
  • fiber blends of natural fibers especially cellulosic fibers and synthetic fibers, especially polyamide, polypropylene, and / or polyethylene fibers.
  • Blends of natural fibers and synthetic fibers, especially blends of long and short fibers have the advantage of increasing the pressure resistance to water.
  • mixtures are particularly advantageous which contain at least two different lengths of fiber lengths, more preferably at the same time present fibers with a length of less than 1 mm and fibers with a length greater than 1 mm.
  • Particularly preferred are mixtures of natural fibers and synthetic fibers, wherein the natural fibers are preferably smaller than 1 mm and the synthetic fibers are preferably larger than 1 mm and smaller than 9 mm.
  • Mixtures which contain fibers of different lengths, in particular mixtures which preferably have a broad distribution over the entire preferred fiber length range of greater than 0 to 9 mm, are preferred precisely because these special fiber mixtures are particularly well suited for sealing against running water under pressure.
  • the proportion of preferably natural fibers having a length of less than 1 mm is preferably in the range of 50 to 90 wt .-% and particularly preferably in the range of 60 to 80 wt .-%, each based on the total weight of the fibers.
  • the invention also relates to the use of the mixture (s) according to the invention for preferably temporary sealing of components and / or construction machines, particularly preferably for temporarily sealing the transition between the tail shield and the pipe lining or segment lining of the tunnel safety.
  • the problems described at the outset of the sealing pastes known from the prior art, in particular tailstock sealing pastes, are largely avoided when using the mixtures according to the invention, in particular the preferred mixtures according to one of the dependent claims.
  • So-called seepage walls should be mentioned as an example for sealing components, which should preferably protect temporarily (eg during the execution of other construction works) from the ingress of water. Also, leaky pipes can be sealed first by the mixtures according to the invention until a renovation of the affected (water) line can be done. A variety of other (sealing) applications of a similar nature is conceivable.
  • An example of the sealing of a construction machine is the preferably temporary sealing of the transition between the shield tail of a tunnel boring machine and the pipe lining or segmental lining of the tunnel safety.
  • the preparation of the sealing compounds was carried out in a conventional mixer for pastes or high-viscosity substances. For this purpose, all ingredients are stirred until a homogeneous mass.
  • the penetration test (cone penetration test) was performed according to ASTM D217-02. This test serves to determine the processability or pumpability of the sealants. A value of 150/10 mm to 300 / 10mm guarantees a good processability and pumpability of the masses. The results of the penetration test for the sealants are summarized in Table 1.
  • the water pressure test is used to determine the sealing capacity of the sealing pastes against pressurized water. This test is performed according to the Matsumara test known in the art. The sealant to be tested is applied to a metal grid of 0.5 mm grid spacing and the test is carried out in a corresponding apparatus at a pressure of 8 bar (in a modification of the Matsumara test). The test is passed if no water penetrates through the sealant for a period of five minutes.
  • Table 1 The results of the water pressure test for the sealants are also summarized in Table 1.
  • V4 shows that, especially with high phyllosilicate fractions and relatively little water, the two tests are not passed, since the sealing compounds are too stiff.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Mischungen, bevorzugt Dichtungspasten, besonders bevorzugt Schildschwanzdichtungspasten und die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischungen zum Abdichten von Bauelementen und/oder Baumaschinen, insbesondere zum vorzugsweise temporären Abdichten des Übergang zwischen Schildschwanz einer Tunnelbohrmaschine und der Rohrauskleidung bzw. Tübbingauskleidung der Tunnel Sicherung. Die Mischungen enthalten Schichtsilikate, bevorzugt Bentonit oder Talk; Alkohol mit 1-5 Hydroxylgruppen, bevorzugt Glyckol; Alkalisalz oder ammoniumsalz, bevorzugt ein Carboxylat, Wasser.

Description

Dichtungspaste
Die vorliegende Erfindung betrifft Mischungen, bevorzugt Dichtungspasten, besonders bevorzugt Schildschwanzdichtungspasten und die Verwendung der erfindungsgemä- ßen Mischungen zum Abdichten von Bauelementen und/oder Baumaschinen, insbesondere zum vorzugsweise temporären Abdichten des Übergangs zwischen Schildschwanz einer Tunnelbohrmaschine und der Rohrauskleidung bzw. Tübbingauskleidung der Tunnelsicherung.
Dichtungspasten auf Basis von quellfähigem Ton, insbesondere Bentonit sind im Stand der Technik bekannt. In der EP-A-1391566 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtungsschicht beschrieben, bei dem unter Druck quellfähiger Bentonit vor einem abzudichtenden Teil eines Bauwerks angeordnet wird.
Besondere Bedeutung hat die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Tunnelbautechnologie, insbesondere bei Tunnelbohrungen mittels einer geschildeten Tunnelbohrmaschine (TBM). Bei dieser Technologie muss der Spalt zwischen dem Schild der TBM und der Rohrauskleidung bzw. Tübbingauskleidung der Tunnelsicherung mit einer Dichtungspaste während des Vortriebs und Einbaus der Tunnelsicherung abgedichtet werden. Dabei wird im Allgemeinen beispielsweise mittels einer Pumpe die Dichtungspaste in meist zwei ringförmige Zwischenräume injiziert, welche durch meist drei ringförmige Stahlbürsten am Ende des Schildschwanzes der TBM fixiert sind. Nähere Ausführungen zur Anwendung von Schildschwanzdichtungspasten im Tunnelbau im Zusammenhang mit Tunnelbohrmaschinen sind auch in der DE-A-102006056263 zu finden.
In "Bernhard Maidl, Martin Herrenknecht, Lothar Anheuser, Berlin: Ernst, Verlag für Architektur und techn. Wiss., 1995, S. 1 16-1 19" wird ein Überblick über einen besonders wichtigen Teilaspekt der Tunnelbohrmaschinentechnik, nämlich die Tunnelsiche- rung, gegeben. Dabei wird insbesondere auch auf den Einsatz von Schildschwanzdichtungspasten zur Abdichtung des Spalts zwischen einer Tunnelsicherung und der Umgebung eingegangen.
Schildschwanzdichtungsfette, die auf synthetisch hergestellten Fetten und Ölen auf Grundlage des Rohstoffs Mineralöl basieren, sind ebenfalls bekannt. Sie sind aufgrund ihrer schlechten Umweltverträglichkeit weniger vorteilhaft in Anwendungen zu gebrauchen, bei denen die Wahrscheinlichkeit des Kontaktes mit Grundwasser groß ist. Spezifische Anwendungen von umweltfreundlicheren Dichtungsmassen (besonders mit Bentonit) im Bereich der Tunnelbohrmaschinentechnologie (TBM Technologie) sind insbesondere zum Abdichten des Schildschwanzes einer TBM, aus den Schriften DE- A-102006056263, WO01/73265 und EP-A-0607053 bekannt. Die DE-A-102006056263 beschreibt in diesem Zusammenhang Mischungen aus Schichtsilikaten, insbesondere Bentonit, Stabilisierern, Wasser, Fasern, Füllstoffen und einem pflanzlichen Öl. Alkohol ist ebenfalls erwähnt, es wird aber nirgends erwähnt oder angedeutet welche Alkohole hierzu geeignet sind, bzw. welche Aufgabe und wel- che Effekte den Alkoholen zugeschrieben werden könnten.
In der WO01 /73265 wird eine Dichtungszusammensetzung beschrieben, welche besonders in Notfällen zum Verhindern des Eindringens von Wasser in den Schildschwanz benutzt werden kann. Die Zusammensetzung der Dichtungspasten ist ähnlich wie diejenige der DE-A-102006056263. Alkohole sind mit Ausnahme von Polyvinylal- kohol nicht erwähnt.
Die EP-A-0607053 beschreibt Dichtungspasten, die Mica, Wasser, Fasern und hydriertes Pflanzenöl enthalten.
Die Dichtungspasten der drei vorstehend genannten Schriften auf dem Gebiet der TBM Technologie sind bezüglich der dort beschriebenen Abdichtungsleistung der Materialien noch weiter verbesserungsbedürftig. Insbesondere sollen die Dichtungsmaterialien gegenüber dem Eindringen von Wasser, insbesondere von Wasser unter Druck, aus der Umgebung der Tunnelbohrmaschine (Grundwasser etc.) beständiger werden. Dabei sollte sich aber die Verarbeitbarkeit bei der Herstellung der Massen (Knetbarkeit) und insbesondere die zur Anwendung auf der Baustelle erforderliche Pumpbarkeit nicht verschlechtern, sondern möglichst noch verbessern.
Auch ist es erwünscht noch ergiebigere Massen zur effektiven Abdichtung zu erhalten, bei denen der Einsatz von weniger Material notwendig ist.
Als Aufgabe ergibt sich damit die vorstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik aufzuheben oder zu verringern. Insbesondere ist Ziel eine Verbesserung der Abdichtungseigenschaften bei gleichzeitig guter Verarbeitbarkeit, guter Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und guter Ergiebigkeit der Produkte zu erreichen.
Die vorstehende Aufgabe wurde gelöst durch den Einsatz einer Mischung, bevorzugt einer Dichtungspaste, besonders bevorzugt einer Schildschwanzdichtungspaste zur Abdichtung, bevorzugt gegenüber dem Eindringen von Wasser, des Übergangs zwischen Schildschwanz und der Rohrauskleidung bzw. Tübbingauskleidung der Tunnelsicherung, enthaltend mindestens ein Schichtsilikat, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Bentonit, Talk, Montmorrillonit, Kaolinit, Illit und/oder Sepiolith, besonders bevorzugt Bentonit, insbesondere bevorzugt in einer Menge von 23 Gew.-% bis 45 Gew.- %, ein Alkalisalz und/oder Ammoniumsalz, bevorzugt ein Carboxylat und mindestens einen Alkohol mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen. Bevorzugt enthält die Mischung verzweigte oder unverzweigte aliphatische Alkohole mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen, besonders be- vorzugt mit 1 bis 3 und ganz besonders bevorzugt mit 1 bis 2 Hydroxylgruppen. Bevorzugt weisen die aliphatische Alkohole 2 bis 24 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 2 bis 7 Kohlenstoffatomen auf. Die aliphatischen Alkohole können jeweils verzweigt oder unverzweigt sein. Ethylenglykol (HO-CH2CH2-OH) und Proplyenglykol (HO- CHMeCH2-OH) sind am meisten bevorzugt.
Ebenfalls bevorzugt sind Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 10.000 Da, besonders bevorzugt Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 1.600 Da, insbesondere bevorzugt Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 600 Da. Bevorzugt sind insbesondere Polyalkylenglykole mit zwei Hydroxygruppen.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Alkalisalze und/oder Ammoniumsalze und mindestens eines Alkohols mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen, zusammen mit den Schichtsilikaten, bevorzugt Schichtsilikaten in einer Menge von 23 bis 45 Gew.-%, bevorzugt als Bentonit, konnten die vorstehend genannten Nachteile des Stands der Technik vermieden werden. Besonders konnte bei weiterhin guten Verarbeitungseigenschaften und guter Pumpbarkeit das Abdichtungsvermögen verbessert werden.
Schichtsilikate sind wegen ihres hohen Quellvermögens als Abdichtungsmittel bekannt. Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass sich die Abdichtungsleistung und gleichzeitig die Verarbeitbarkeit, insbesondere die Pumpbarkeit von auf Schichtsilikaten basierenden Dichtungspasten durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Alkohole und Salze steigern lässt. Diese synergistischen Effekte der Alkohole und Salze sind besonders ausgeprägt bei hohen Anteilen von Schichtsilikaten in den erfindungsgemäßen Mischungen, bzw. einem hohen Verhältnis von Schichtsilikat zu Wasser. Im nachstehenden Text und in den Ansprüchen soll dies weiter im Detail beschrieben werden.
Die erfindungsgemäßen Schichtsilikate sind nicht besonders beschränkt und auszuwählen aus bevorzugt Bentonit, Talk, Montmorrilonit, Illit, Kaolinit, Sepiolith, Mica und/oder Vertretern der Glimmer-Gruppe, wie beispielsweise Margarit und/oder Muskovit. In einer Ausführungsform der Erfindung sind besonders bevorzugt Bentonit, Talk, Montmorrilonit, Illit, Kaolinit und/oder Sepiolith. Insbesondere bevorzugt sind Bentonit, Talk, Montmorrilonit, Illit und/oder Kaolinit. Am meisten bevorzugt ist Bentonit. Die Schichtsilikate können einzeln oder als Mischungen zum Einsatz kommen. Ihre Umweltverträglichkeit als natürliches anorganisches Material ist unbestritten. Schichtsilikate zeichnen sich durch ihr gutes Abdichtungsvermögen aus, um besonders das Eindringen von Wasser und auch anderen unerwünschten Stoffen (Erde, Mörtel, Sand, Steine...) zu verhindern. Schichtsilikate, besonders Bentonit quellen zu einem gewissen Grad bei Berührung bzw. Mischung mit Wasser auf. Dieser Effekt ist bei einem relativ hohen Gewichtsverhältnis von Schichtsilikat zu Wasser besonders ausgeprägt. Besonders bevorzugt ist ein Gewichtsverhältnis von Schichtsilikat zu Wasser, bzw. bevorzugt von Bentonit zu Wasser von 0.3 bis 1.1 , besonders bevorzugt von 0.5 bis 0.6. Schichtsilikate sind weitgehend wasserunlösliche Materialien, die mit Wasser, besonders mit geringen Wassermengen, relativ zähe Massen bilden. Besonders ist dies bei Bentonit der Fall. Die Reduktion der Wassermenge resultiert in einer Verschlechterung der Verarbeitbarkeit der Pasten, insbesondere wenn ohne weitere erfindungsgemäße Zusätze gearbeitet wird. Beispielsweise sind die in den drei vorstehend genannten Schriften des Stands der Technik beschriebenen Mischungen (insbesondere bei Verwendung eines relativ hohen Anteils an Schichtsilikat), unter anderem bei der Verwendung von Bentonit, sehr steif und daher nicht gut verarbeitbar und nicht pumpbar. Besonders beim Einsatz von mehr als 23 Gew.-% Schichtsilikat bzw. Bentonit, insbeson- dere beim Einsatz von mehr als 35 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmischung treten diese Probleme auf.
Die Mischung enthält weiterhin ein Alkalisalz und/oder Ammoniumsalz, bevorzugt ein Alkalisalz, besonders bevorzugt ein Natriumsalz. Beispielsweise können die Salze LiCI, NaCI, KCl, NH4CI, LiBr, NaBr, Ammoniumsulfat und/oder KBr eingesetzt werden. In der Reihe der anorganischen Alkali-, und/oder Ammoniumsalze sind besonders bevorzugt NaCI, KCl und/oder NH4CI und insbesondere sind NaCI und KCl bevorzugt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Alkali und/oder Ammoniumsalz ein Carboxylat, bevorzugt ein nichtaromatisches Carboxylat, besonders bevorzugt ein Carboxylat mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen. Ganz besonders bevorzugt ist ein Alkalipropionat, insbesondere Natriumpropionat. Zum Einsatz geeignet sind auch beispielsweise Formiate, Acetate, und/oder Caprate, jeweils bevorzugt als Alkalisalz und insbesondere bevorzugt als Natriumsalz. Auch ist es möglich Dicarboxylatverbindungen, vorzugsweise solche mit zwei bis 5 Kohlenstoffatomen wie beispielsweise Maleate, Fumarate, Glyoxalate, Succinate, Adi- pate und/oder Tartrate einzusetzen. Dabei sind die entsprechenden Alkalisalzverbindungen, insbesondere die Natriumsalze bevorzugt. Monocarboxylate sind gegenüber Dicarboxylaten bevorzugt.
Bevorzugt sind die Alkalisalze und/oder Ammoniumsalze in einer Menge von 0.1 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 4 Gew.-% in den Mischungen enthalten. Die Angaben sind jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung. Die Alkalisalze und/oder Ammoniumsalze können alleine öder es können Mischungen dieser Salze eingesetzt werden.
Die Alkalisalze und/oder Ammoniumsalze bewirken insbesondere eine verbesserte Verarbeitbarkeit und Steigerung der Pumpbarkeit gegenüber Vergleichsmischungen ohne diesen Zusatz. Ohne Zusatz der erfindungsgemäßen Salze wären die Mischun- gen zu steif. Gemäß der Erfindung sind Alkohole mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen, besonders bevorzugt aliphatische Alkohole mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen in den Mischungen enthalten. Der aliphatische Teil kann sowohl verzweigt als auch unverzweigt sein. Besonders bevorzugt sind aliphatische Alkohole mit 1 bis 3 Hydroxylgruppen, bevorzugt 1 bis 2 Hydro- xylgruppen und einer Anzahl von 2 bis 24 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt 2 bis 7 Kohlenstoffatomen. Ethylenglykol (HO-CH2CH2-OH) und Proplyenglykol (HO- CHMeCH2-OH) sind am meisten bevorzugt.
Beispielsweie können Methanol, Ethanol, 1-Propylalkohol, Isopropylalkohol, 1-Butanol, 2-Butanol, 1-Hydroxy-2-Methylpropan, 2-Hydroxy-2-Methylpropan, Pentanole, Hexano- Ie und weiterhin Diole wie bevorzugt Ethylenglykol, Propylenglykol, 1 ,2-Butandiol, 1 ,4- Butandiol und aus der Reihe der Triole bevorzugt Glycerin (HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH) eingesetzt werden. Als Beispiel für Alkohole mit einer höheren Anzahl von Hydroxylgruppen sind Zucker, wie beispielsweise Glucose zu nennen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommen Polyalky- lenglykole zum Einsatz. Bevorzugt sind Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 10.000 Da, besonders bevorzugt Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 1.600 Da, insbesondere bevorzugt Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 600 Da. Beispielsweise sind zu nennen Polyethylenglykole, Polypropylenglykole, und/oder Polybutylenglykole. Die Polyalkylenglykole können aus einem Typ von Alky- lenglykol oder mehreren aufgebaut sein und sowohl in Form von Bockpolymeren als auch in Form von Copolymeren mit einer mehr oder minder statistischen Verteilung der der Monomereinheiten vorliegen. Polyethylenglykole, bzw. bei gemischten Polyalky- lenglykolen solche Polymere mit einem hohen Ethylenglykolanteil, vorzugsweise von größer 90 Gew.-% sind bevorzugt, um eine ausreichende Löslichkeit in Wasser zu gewährleisten.
Bevorzugt sind insbesondere Polyalkylenglykole mit zwei Hydroxygruppen. Auch Mo- nohydroxypolyalkylenglykole, welche beispielsweise durch eine Derivatisierung einer der Hydroxygruppen erhalten werden können, sind einsetzbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Alkohole in der Mischung Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 1.600, besonders bevorzugt 600 Da.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kommen GIy- kole zum Einsatz. Insbesondere Ethylenglykol und Propylenglykol sind dabei bevorzugt.
Die vorstehend genannten Alkohole sind jeweils bevorzugt in einer Menge von 1.0 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% in den Mischungen enthalten. Die vorstehend genannten erfindungsgemäßen Alkohole können alleine oder als entspre- chende Mischung von Alkoholen zum Einsatz kommen. Aliphatische Alkohole mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen sind gegenüber den Polyalkylenglykolen bevorzugt. Ähnlich wie die erfindungsgemäßen Alkalisalze und/oder Ammoniumsalze bewirken auch die erfindungsgemäßen Alkohole eine verbesserte Verarbeitbarkeit, bzw. Pump- barkeit bei besserer Abdichtung. Überraschenderweise wurde gefunden, dass beim gemeinsamen Einsatz der Alkohole und Salze synergistische Effekte erzielt werden können. Insbesondere vorteilhaft können, wie oben erwähnt, das Abdichtungsvermögen und gleichzeitig die Verarbeitbarkeit bzw. Pumpbarkeit verbessert werden. Dieser Effekt war überraschend und so nicht vorauszusehen.
Insbesondere ist es auf diese Weise möglich ohne wesentlichen Nachteil bzgl. der Verarbeitbarkeit und Pumpbarkeit auch Mischungen mit einem bevorzugt relativ hohen Schichtsilikat / Wasser Gewichtsverhältnis von 0.3 bis 1.1 , bevorzugt von 0.5 bis 0.6, insbesondere bevorzugt hohen Anteil an Schichtsilikat von bevorzugt 23 bis 45 Gew.- % einzusetzen. Eine solche Mischung weist folglich einen höheren Anteil von Wirkstoffen (insbesondere mehr Schichtsilikat, bevorzugt Bentonit und weniger Wasser) auf und ist somit im Allgemeinen ergiebiger. Das Einsparen von Wasser in den erfindungs- gemäßen Mischungen hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Quellvermögen der Dichtungsmassen beim Zusammentreffen mit Wasser, vorzugsweise mit Wasser aus der Umgebung der Tunnelbohrmaschine (z.B. Grundwasser), stärker ist, als wenn vergleichsweise viel Wasser in den Dichtungsmassen enthalten ist. Dies führt, wie schon erwähnt, ebenfalls zu einer verbesserten Abdichtungsfähigkeit der Dichtungspasten.
Im Unterschied zum Stand der Technik, welcher den Einsatz von hydrophoben Bestandteilen wie Ölen empfiehlt, ist es bevorzugt in dieser Erfindung keine Öle oder nur Öle in geringen Mengen, bevorzugt in einem Mengenanteil von weniger als 5 Gew.-% bezogen auf die Mischung einzusetzen. Ein allzu hoher Anteil an Öl kann durch die bewirkte Hydrophobisierung des Schichtsilikats bewirken, dass das Schichtsilikat durch ungenügende Benetzung mit Wasser nicht ausreichend oder nicht ausreichend schnell quellen kann. Dadurch kann die Abdichtungsleistung beeinträchtigt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Mischung 23 bis 45 Gew.-% Schichtsilikat, bevorzugt Bentonit,
1 bis 25 Gew.-% (bevorzugt aliphatischen) Alkohol mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen, bevorzugt Glykol, besonders bevorzugt Ethylenglykol und/oder Propylenglykol, 0,1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 2 bis 3 Gew.- % Alkalisalz und/oder Ammoniumsalz, bevorzugt Natriumsalz und besonders bevor- zugt ein Carboxylat mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen und 40 bis 75 Gew.-% Wasser.
Als Carboxylat sind dabei insbesondere Alkalipropionate, insbesondere Natriumpropio- nat geeignet.
Besonders vorteilhaft sind auch Mischungen, die Fasern enthalten. Die Fasern bewirken, dass die mechanische Stabilität und die Wasserbeständigkeit der Mischungen erhöht werden. Bevorzugt sind die Fasern in einem Gewichtsanteil von größer 0 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 10 Gew.-%, enthalten. Bevorzugt handelt es sich bei den Fasern um Fasern mit einer Länge von größer 0 bis 9 mm, insbesondere bevorzugt von größer als 0 bis 6 mm. Am bevorzugtest sind Fasergemische aus natürlichen Fasern, insbesondere Cellulosefasern und Kunstfasern, insbesondere Polyamid-, Polypropylen-, und/oder Polyethylenfasern. Mischungen aus natürlichen Fasern und Kunstfasern, insbesondere Mischungen aus langen und kurzen Fasern haben den Vorteil, dass sie die Druckfestigkeit gegenüber Wasser erhöhen.
Weiterhin sind Mischungen besonders vorteilhaft, welche mindestens zwei verschiede- ne Längen von Fasern enthalten, wobei besonders bevorzugt gleichzeitig Fasern mit einer Länge von kleiner 1 mm und Fasern mit einer Länge größer 1 mm vorliegen. Insbesondere bevorzugt sind Mischungen aus natürlichen Fasern und Kunstfasern, wobei die natürlichen Fasern bevorzugt kleiner als 1 mm sind und die Kunstfasern bevorzugt größer als 1 mm sind und kleiner als 9 mm sind. Mischungen, welche Fasern verschiedener Länge enthalten, insbesondere Mischungen, die möglichst eine breite Verteilung über den gesamten bevorzugten Faserlängenbereich von größer 0 bis 9 mm aufweisen, sind gerade deswegen bevorzugt, da diese speziellen Fasermischungen besonders gut zum Abdichten gegenüber fließendem Wasser unter Druck geeignet sind. Dieser Effekt ist noch stärker wenn man zu kleinen natürlichen Fasern wie Cellulosefasern mit einer Länge von kleiner 1 mm übergeht und Kunstfasern mit einer Länge größer 1 mm bis 9 mm einsetzt. Zum einen sind natürliche Fasergemische (z.B. Cellulose) kleiner Länge billig kommerziell zu erhalten, zum anderen aber auch effektiv, da man annehmen kann, dass diese Fasern auch eine leichte Tendenz zum Quellen mit Wasser aufweisen dürften.
Der Anteil der vorzugsweise natürlichen Fasern mit einer Länge kleiner als 1 mm liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 90 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung(en) zum bevorzugt temporären Abdichten von Bauelementen und/oder Baumaschinen, besonders bevorzugt zum vorzugsweise temporären Abdichten des Übergangs zwischen Schildschwanz und der Rohrauskleidung bzw. Tübbingauskleidung der Tunnelsicherung. Die eingangs geschilderten Probleme der aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungspasten, insbesondere Schildschwanzdichtungspasten, werden bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Mischungen, insbesondere der bevorzugten Mischungen nach einem der abhängigen Ansprüche, weitgehend vermieden.
Als Beispiel zum Abdichten von Bauelementen sollen sogenannte Sickermauern er- wähnt werden, welche bevorzugt temporär (z.B. während der Ausführung anderer Bauarbeiten) vor dem Eindringen von Wasser schützen soll. Auch können undichte Rohrleitungen zunächst durch die erfindungsgemäßen Mischungen abgedichtet werden, bis eine Sanierung der betroffenen (Wasser)leitung erfolgen kann. Eine Vielzahl weiterer (Abdichtungs)anwendungen ähnlicher Art ist denkbar.
Beispiel für die Abdichtung einer Baumaschine ist die vorzugsweise temporäre Abdichtung des Übergangs zwischen dem Schildschwanz einer Tunnelbohrmaschine und der Rohrauskleidung bzw. Tübbingauskleidung der Tunnelsicherung.
Beispiele:
1. Herstellung der Abdichtungsmassen
Die Herstellung der Abdichtungsmassen erfolgte in einem üblichen Mixer für Pasten, bzw. hochviskose Substanzen. Dazu werden alle Bestandteile bis zum Erhalt einer homogenen Masse gerührt.
2. Penetrationstest
Der Penetrationstest (Konus Penetrationstest) wurde nach ASTM D217-02 ausgeführt. Dieser Test dient zur Bestimmung der Verarbeitbarkeit, bzw. Pumpbarkeit der Dichtungsmassen. Ein Wert von 150/10 mm bis 300/10mm garantiert eine gute Verarbeitbarkeit und Pumpbarkeit der Massen. Die Ergebnisse des Penetrationstests für die Dichtungsmassen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
3. Wasserdrucktest
Der Wasserdrucktest dient zur Bestimmung des Abdichtungsvermögens der Dichtungspasten gegenüber unter Druck stehendem Wasser. Dieser Test wird nach dem auf diesem Fachgebiet bekannten Test nach Matsumara durchgeführt. Dabei wird die zu prüfende Dichtungsmasse auf ein Metallgitter von 0.5 mm Gitterabstand aufgebracht und der Test in einer entsprechenden Apparatur bei einem Druck von 8 bar (in Abwandlung des Matsumara Tests) durchgeführt. Der Test gilt als bestanden, wenn während einer Zeit von fünf Minuten kein Wasser durch die Abdichtungsmasse durchdringt. Die Ergebnisse des Wasserdrucktests für die Dichtungsmassen sind ebenfalls in Tabelle 1 zusammengefasst.
Es zeigt sich, dass die Anwesenheit der erfindungsgemäßen Salze und Alkohole in den erfindungsgemäßen Beispielen P- 1 bis P-26 die Verarbeitbarkeit, bzw. Pumpbarkeit der Dichtungsmassen so verbessert, dass die Erfordernisse des Tests erfüllt werden. Durch den Einsatz der Additive Salz und Alkohol werden die Massen etwas plastischer eingestellt und damit besser verarbeitbar.
Überraschenderweise beobachtet man durch die etwas weichere Einstellung der Massen keine Verschlechterung der Ergebnisse beim Wasserdrucktest. Dies ist ansonsten häufig der Fall, wenn ohne die erfindungsgemäßen Zusätze gearbeitet wird. Die Ergebnisse aus Tabelle 1 zeigen durchaus gute Ergebnisse (bestanden).
Wie die Beispiele P-6 bis P-10 und P-24 zeigen, ist es auch möglich höhere Anteile von Schichtsilikat zu verwenden ohne zu steife Dichtungsmassen und damit weniger gut verarbeitbare Abdichtungsmassen zu erhalten. Das Abdichtungsverhalten ist bei höheren Anteilen an Schichtsilikat besonders gut, allerdings unter der Voraussetzung, dass die erfindungsgemäßen Zusätze verwandt werden.
Im Gegensatz dazu bestehen die Vergleichsbeispiele V1 (ohne Salz), V3 und V4 (jeweils ohne Salz und ohne Alkohol) weder den Penetrationstest noch den Wasserdrucktest. V4 zeigt, dass insbesondere bei hohen Schichtsilikatanteilen und relativ wenig Wasser die beiden Tests nicht bestanden werden, da die Abdichtungsmassen zu steif sind. V2 (ohne Alkohol) besteht beispielsweise den Wasserdrucktest nicht.
Die Ergebnisse zeigen, dass durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Salze und Alkohole überraschenderweise sowohl sehr gute Abdichtungseigenschaften als auch eine besonders gute Verarbeitbarkeit, insbesondere Pumpbarkeit erzielt werden können.
Tabelle 1:
Figure imgf000012_0001
Fortsetzung von Tabelle 1 :
Figure imgf000013_0001

Claims

Patentansprüche
1. Mischung, enthaltend mindestens ein Schichtsilikat, ein Alkalisalz und/oder Ammoniumsalz und mindestens einen Alkohol mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen.
2. Mischung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Alkalisalz und/oder Ammoniumsalz ein Carboxylat darstellt.
3. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Schichtsilikat Bentonit, Talk, Montmorrillonit, Kaolinit, Illit und/oder Sepiolith enthalten ist.
4. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol ein verzweigter oder unverzweigter aliphatischer Alkohol ist.
5. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol ein Glykol ist.
6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung Polyalkylenglykole mit einer Molekularmasse bis zu 1.600 Da enthält.
7. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung von 23 bis 45 Gew.-% Schichtsilikat enthält.
8. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser enthalten ist und das Gewichtsverhältnis von Schichtsilikat zu Wasser von 0.3 bis 1.1 beträgt.
9. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung Fasern enthält.
10. Mischung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung mindestens zwei verschiedenene Längen von Fasern enthält.
1 1. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol in einer Menge von 1 bis 25 Gew.-% vorliegt.
12. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Alkalisalz und/oder Ammoniumsalz in einer Menge von 0.1 bis 15 Gew.-% vorliegt.
13. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass 23 bis 45 Gew.-% Schichtsilikat,
1 bis 25 Gew.-% Alkohol mit 1 bis 5 Hydroxylgruppen,
0,1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 2 bis 3
Gew.-% Alkalisalz und/oder Ammoniumsalz und
40 bis 75 Gew.-% Wasser enthalten sind.
14. Verwendung einer Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Abdichten von Bauelementen und/oder Baumaschinen.
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