CN108531187A - 一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂及制备方法，由以下质量百分比的组分组成：发泡剂5％‑12％、助泡剂1％‑5％、稳泡剂1％‑5％、乳化剂1％‑5％、增稠剂0.5％‑1％、防腐剂0.1％‑0.5％、水80％‑93％；具有良好的发泡效果，较低的表面张力，可以产生大量的并且细小均匀泡沫，渣土改良效果好，能适应较多地层和高粘度黏土地层；该制备方法相对于目前市场上制备技术需要将制备时温度调高到30℃相比，在常温下就可以制备，减小了成本，可以短期内大量制备，安全环保，适用性强，针对酸性地层和碱性地层的适应性高，通用性好，能较好的保持使用效果，能够满足不同地区不同土层盾构施工的要求。

Description

一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂及制备方法
技术领域
本发明涉及土压平衡盾构施工材料技术领域，特别涉及一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂及制备方法。
背景技术
目前，北京地铁区间隧道主要采用土压平衡盾构进行施工，经济效益显著。土压平衡式盾构施工中，作为支撑开挖面稳定的介质，开挖下来的渣土对开挖面的稳定起着决定性的作用；同时它又不断地由螺旋排土器排出，土性好坏直接影响着出土的顺利与否。
土压平衡盾构施工的关键是土舱内的渣土通过充分混合后具备盾构施工所需的塑流性状态，能在螺旋排土器内形成稳定的压力梯度维持土舱压力，并能顺利排出实现连续掘进。处于良好塑流化状态的土体能够有效地传递压力，封闭地下水，降低驱动扭矩，减少设备磨损，加快施工进度，提高经济效益，保证施工安全。很多情况下，自然状态下的被开挖的土体并不能满足土体塑流化的要求。这时就必须进行土体改良，即添加土体塑流化改良材料，如泡沫剂，膨润土，高分子材料等。应用最广泛的渣土改良材料是泡沫，目前市场上泡沫产品有上百种，但存在品种繁杂、性能良莠不齐的问题，绝大部国内研制生产的盾构用泡沫剂普遍发泡效果差，气泡不均匀，半衰期无法满足要求，给盾构施工上带来安全隐患。
专利号为201510208812.X公开的一种盾构机用泡沫剂提供了一种盾构机用泡沫剂，由十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、α-烯烯基磺酸钠、改性硅树脂聚醚乳液、水按一定比例制备而成，提高土壤的工作性能，使土壤形成塑性变形，以提供均匀可控的支撑压力。专利号为201710266039.1公开的一种土压平衡盾构泡沫剂及其制备方法，包括以下重量份的组分：10-20份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，10-30份十二烷基硫酸钠，10-20 份一烯基磺酸钠，1-10份椰油酞胺基丙基甜菜碱，1-10份椰油基葡糖昔,0-2份增稠剂，性能优良且生产成本低，能大大降低土压平衡盾构施工的造价成本。该专利中的泡沫剂存在对地层的酸碱度适应性差的问题，遇到不同性质地层容易影响泡沫剂的使用效果。一旦泡沫失效，致使刀具磨损比较严重，螺旋输送机筒壁被磨穿，地面坍塌，将造成较大的工程事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂及制备方法，针对酸性地层和碱性地层的适应性高，通用性好，能较好的保持使用效果，制备成本低，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂，由以下质量百分比的组分组成：
发泡剂5％-12％、助泡剂1％-5％、稳泡剂1％-5％、乳化剂1％-5％、增稠剂0.5％-1％、防腐剂0.1％-0.5％、水80％-93％。
作为本发明进一步的方案：所述发泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7-9份、十二烷基硫酸钠12-17份、脂肪醇硫酸钠3-5份、α-烯基磺酸钠1-4份。
作为本发明再进一步的方案：所述助泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇硫酸钠 15-17份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺8-10份。
作为本发明再进一步的方案：所述稳泡剂为以下重量份的组分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱4-6份、十六烷基三甲基氯化铵2-3份、硅树脂聚醚乳液17-19份。
作为本发明再进一步的方案：所述乳化剂为以下重量份的组分组成：十二烷基苯磺酸钠6-8份、十二烷基硫酸钠3-6份。
作为本发明再进一步的方案：所述增稠剂为羟丙基瓜尔胶。
作为本发明再进一步的方案：防腐剂为氯甲基异噻唑啉酮。
一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂制备方法，步骤如下：
常温下首先在容器中注入水，然后加入发泡剂，打开搅拌机，以200-300r/min的速度进行搅拌至发泡剂完全溶解；
加入乳化剂，持续搅拌10min，依次加入稳泡剂、增稠剂，以400-500r/min的速度搅拌15min，加入防腐剂，搅拌均匀后即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有良好的发泡效果，较低的表面张力，可以产生大量的并且细小均匀泡沫，渣土改良效果好，能适应较多地层和高粘度黏土地层；该制备方法相对于目前市场上制备技术需要将制备时温度调高到30℃相比，减小了成本，可以短期内大量制备，安全环保，适用性强，针对酸性地层和碱性地层的适应性高，通用性好，能较好的保持使用效果，能够满足不同地区不同土层盾构施工的要求。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂，由以下质量百分比的组分组成：
发泡剂5％、助泡剂1％、稳泡剂1％、乳化剂1％、增稠剂0.5％、防腐剂0.1％、水余量。
所述发泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7份、十二烷基硫酸钠12份、脂肪醇硫酸钠3份、α-烯基磺酸钠1份。
所述助泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇硫酸钠15份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺8份。
所述稳泡剂为以下重量份的组分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱4份、十六烷基三甲基氯化铵2份、硅树脂聚醚乳液17份。
所述乳化剂为以下重量份的组分组成：十二烷基苯磺酸钠6份、十二烷基硫酸钠3份。
本实例所制备的泡沫剂最适宜浓度为3％，经过试验得出，该泡沫剂发泡倍率为20倍，半衰期为25min，盾构施工现场使用渣土改良效果良好。
实施例2
一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂，由以下质量百分比的组分组成：
发泡剂6％、助泡剂2％、稳泡剂2％、乳化剂4％、增稠剂1％、防腐剂0.2％、水余量。
所述发泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7份、十二烷基硫酸钠17份、脂肪醇硫酸钠5份、α-烯基磺酸钠1份。
所述助泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇硫酸钠15份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺8份。
所述稳泡剂为以下重量份的组分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱6份、十六烷基三甲基氯化铵2-3份、硅树脂聚醚乳液17份。
所述乳化剂为以下重量份的组分组成：十二烷基苯磺酸钠6份、十二烷基硫酸钠4份。
本实例所制备的泡沫剂最适宜浓度为3％，经过试验得出，该泡沫剂发泡倍率为18倍，半衰期为20min，盾构施工现场使用渣土改良效果良好。
实施例3
一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂，由以下质量百分比的组分组成：
发泡剂8％、助泡剂3％、稳泡剂3％、乳化剂3％、增稠剂1％、防腐剂0.4％、水余量。
所述发泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠8份、十二烷基硫酸钠13份、脂肪醇硫酸钠3份、α-烯基磺酸钠1份。
所述助泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇硫酸钠15份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺8份。
所述稳泡剂为以下重量份的组分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱5份、十六烷基三甲基氯化铵3份、硅树脂聚醚乳液19份。
所述乳化剂为以下重量份的组分组成：十二烷基苯磺酸钠7份、十二烷基硫酸钠5份。
本实例所制备的泡沫剂最适宜浓度为3％，经过试验得出，该泡沫剂发泡倍率为17倍，半衰期为19min，盾构施工现场使用渣土改良效果良好。
实施例4
一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂，由以下质量百分比的组分组成：
发泡剂10％、助泡剂4％、稳泡剂4％、乳化剂4％、增稠剂0.5％、防腐剂0.1％、水余量。
所述发泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠9份、十二烷基硫酸钠12份、脂肪醇硫酸钠3份、α-烯基磺酸钠3份。
所述助泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇硫酸钠15份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺10份。
所述稳泡剂为以下重量份的组分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱5份、十六烷基三甲基氯化铵2份、硅树脂聚醚乳液17份。
所述乳化剂为以下重量份的组分组成：十二烷基苯磺酸钠6份、十二烷基硫酸钠6份。
本实例所制备的泡沫剂最适宜浓度为3％，经过试验得出，该泡沫剂发泡倍率为19倍，半衰期为30min，盾构施工现场使用渣土改良效果良好。
实施例5
一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂，由以下质量百分比的组分组成：
发泡剂12％、助泡剂5％、稳泡剂5％、乳化剂5％、增稠剂1％、防腐剂0.5％、水余量。
所述发泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠9份、十二烷基硫酸钠17份、脂肪醇硫酸钠5份、α-烯基磺酸钠4份。
所述助泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇硫酸钠17份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺10份。
所述稳泡剂为以下重量份的组分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱6份、十六烷基三甲基氯化铵3份、硅树脂聚醚乳液19份。
所述乳化剂为以下重量份的组分组成：十二烷基苯磺酸钠8份、十二烷基硫酸钠6份。
本实例所制备的泡沫剂最适宜浓度为3％，经过试验得出，该泡沫剂发泡倍率为18倍，半衰期为28min，盾构施工现场使用渣土改良效果良好。
为了进一步验证本产品的性能效果，进行了渣土改良效果对比实验，温度控制在25℃、采用模拟盾构刀盘搅拌设备、取同一地区砂卵石地层、以24r/min搅拌，在此条件下，采用相同掺量不同泡沫浓度进行渣土改良，改良效果如下表所示。
单位：(mm)
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种土压平衡盾构机施工用泡沫剂，其特征在于，由以下质量百分比的组分组成：发泡剂5％-12％、助泡剂1％-5％、稳泡剂1％-5％、乳化剂1％-5％、增稠剂0.5％-1％、防腐剂0.1％-0.5％、水80％-93％。
2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机施工用泡沫剂，其特征在于，所述发泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠7-9份、十二烷基硫酸钠12-17份、脂肪醇硫酸钠3-5份、α-烯基磺酸钠1-4份。
3.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机施工用泡沫剂，其特征在于，所述助泡剂为以下重量份的组分组成：脂肪醇硫酸钠15-17份、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺8-10份。
4.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机施工用泡沫剂，其特征在于，所述稳泡剂为以下重量份的组分组成：椰油酰胺丙基甜菜碱4-6份、十六烷基三甲基氯化铵2-3份、硅树脂聚醚乳液17-19份。
5.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机施工用泡沫剂，其特征在于，所述乳化剂为以下重量份的组分组成：十二烷基苯磺酸钠6-8份、十二烷基硫酸钠3-6份。
6.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机施工用泡沫剂，其特征在于，所述增稠剂为羟丙基瓜尔胶。
7.根据权利要求1所述的土压平衡盾构机施工用泡沫剂，其特征在于，防腐剂为氯甲基异噻唑啉酮。
8.一种如权利要求1-7任一所述的土压平衡盾构机施工用泡沫剂的制备方法的制备方法，其特征在于，步骤如下：
第一步：常温下首先在容器中注入水，然后加入发泡剂，打开搅拌机，以200-300r/min的速度进行搅拌至发泡剂完全溶解；
第二步：加入乳化剂，持续搅拌10min，依次加入稳泡剂、增稠剂，以400-500r/min的速度搅拌15min，加入防腐剂，搅拌均匀后即得。
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