CN105969368A - 一种用于盾构机的泡沫剂及其制备方法 - Google Patents

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王虎生
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Abstract

本发明提供一种用于盾构机的泡沫剂，由以下组分组成：HZ‑BS，发泡剂，稳泡剂，水质稳定剂，防腐剂和去离子水。通过将水质稳定剂、稳泡剂、发泡剂、HZ‑BS、防腐剂依次匀速缓慢加入去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。本发明的用于盾构机的泡沫剂能减少壳体与刀盘上粘土的粘着力，有效降低扭矩，提高盾构机的工作效率，延长盾构机的使用寿命，同时兼具改良土壤塑性，保持开挖面的稳定性，增加泥土的流动性，减小摩擦系数，使泥土均质化，调整土仓压力，且制备方法简单，对提高盾构机工作效率，推动城市建设具有重要意义。

Description

一种用于盾构机的泡沫剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及盾构施工技术领域，具体涉及一种用于盾构机的泡沫剂及其制备方法。
背景技术
随着城市地下空间的快速建设和发展，盾构施工应用于城市隧道建设中颇有成效，而用于盾构机的泡沫剂作为盾构机工作的辅助助剂，对盾构机的工作效率起着至关重要的作用。用于盾构机的泡沫剂是由多种表面活性剂、稳定剂、强化剂和渗透剂等复配而成，载体为水。在工作过程中，泡沫剂与水混合，在盾构机刀盘、压力舱和排土器的发泡装置内，经压缩空气的作用，发出无数气泡，同时被注入到盾构机内与开挖土混合，对开挖土进行改良，使开挖土呈“塑性流动状态”，保证盾构的顺利进行。
而在目前的国内地铁建设中，常用的手段是采用各种进口添加剂进行土体改良来铺辅助盾构机施工，从实际施工的情况来看，确实能有效的降低刀盘的扭矩，保证施工的顺利进行，但是一般常用的添加剂有膨润土泥浆，气泡等，由于使用膨润土泥浆需添加附属设备进行废土处理，占用施工场地，增加成本，进而突出了用于盾构机的泡沫剂的优越性。然后由于国内研制生产盾构用发泡剂发泡效果差，产品质量上良莠不齐，使得在盾构施工过程中存在安全隐患，造成了国内地铁隧道的盾构施工大都采用进口材料，成本高昂，因此，发明创造一种用于盾构机的泡沫剂及其制备方法对提高盾构机工作效率，推动城市建设具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于盾构机的泡沫剂及其制备方法，通过本发明的用于盾构机的泡沫剂助力盾构施工，解决盾构机在工作环境中的磨损快、工作效率低的问题，补齐国内盾构机专用发泡剂的短板，提高盾构机工作效率、减小盾构机磨损、改善盾构机工作环境、延长盾构机使用寿命，借此推动城市建设发展。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于盾构机的泡沫剂，其特征在于，由以下组分以重量份计组成：
其中，所述HZ-BS主要为丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以2-4：1的质量配比制备而成，具有为液体增稠和乳化的作用，能显著提高其他助剂的性能，降低其他助剂的使用量，减小原料成本。
进一步地，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠(K12)、十二烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)中的一种或多种。
进一步地，所述稳泡剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、α-磺化棕榈酸甲酯中的一种或多种。
进一步地，所述水质稳定剂为乙二胺四乙酸二钠。
进一步地，所述防腐剂为甲基氯异咪唑啉酮、异噻唑啉酮、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类中的一种或多种。
一种制备上述用于盾构机的泡沫剂的方法：在环境温度为23-27℃下，将水质稳定剂、稳泡剂、发泡剂、HZ-BS、防腐剂依次匀速缓慢加入去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
本发明制备的用于盾构机的泡沫剂，在工作过程中，用于盾构机的泡沫剂与水混合，在盾构机刀盘、压力舱和排土器的发泡装置内，经压缩空气的作用，发出无数直径为30－400微米的气泡，同时被注入到盾构机内与开挖土混合，对开挖土进行改良，使开挖土呈“塑性流动状态”，保证盾构的顺利进行。泡沫本身具有一定的强度，产生一定的支承作用，使开挖土的流动性提高，压力舱内土体不易堵塞，同时能降低刀盘和排土器的扭矩，利于稳定掘进。由于微细气泡的润滑作用，可以防止开挖土粘附刀盘面板和压力舱内壁，利于正常开挖。同时，气泡可以置换开挖土颗粒间隙中的水，提高开挖土的止水性，防止地下水位高的砂地层中“喷涌”现象的发生。此外，由于气泡具有压缩性，可以提高改良后的开挖土的压缩性，从而抑制“结饼”问题的发生，并使开挖土压变动小，利于开挖面的稳定。经泡沫剂改良后的开挖土，具有良好的流动性，使出土变得更容易。由于泡沫从盾构压力舱排出时有一个减压过程，会自行破泡，因此不用加入消泡剂。
本发明的一种用于盾构机的泡沫剂及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明的用于盾构机的泡沫剂能减少壳体与刀盘上粘土的粘着力，有效降低扭矩，提高盾构机的工作效率，延长盾构机的使用寿命；
2.本发明的用于盾构机的泡沫剂具有不仅具有改良土壤塑性，保持开挖面的稳定性的作用，还能增加泥土的流动性，减小摩擦系数，使泥土均质化，调整土仓压力；
3.本发明的用于盾构机的泡沫剂应用效果好，制备方法简单，具有广阔的市场价值。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种用于盾构机的泡沫剂：
在环境温度为23-27℃下，将重量份为0.2的乙二胺四乙酸二钠水质稳定剂，重量份为3.5的十二烷基二甲基氧化胺稳泡剂，重量份为2.0的十二烷基硫酸钠(K12)、2.7的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)和2.5的椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)发泡剂，重量份为7.0的丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以3：1的质量配比制备而成的HZ-BS依次匀速缓慢加入重量份为821的去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
实施例2
一种用于盾构机的泡沫剂：
在环境温度为23-27℃下，将重量份为0.2的乙二胺四乙酸二钠水质稳定剂，重量份为3.0聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和烷基醇酰胺1.2：1：1的混合稳泡剂，重量份为6.0发泡剂十二烷基硫酸钠(K12)、十二烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)和椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)1：1：1：1的混合发泡剂，重量份为6.5的丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以2：1的质量配比制备而成的HZ-BS，重量份为0.2防腐剂甲基氯异咪唑啉酮依次匀速缓慢加入重量份为800的去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
实施例3
一种用于盾构机的泡沫剂：
在环境温度为23-27℃下，将重量份为0.3的乙二胺四乙酸二钠水质稳定剂，重量份为4.0聚乙烯醇、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺和α-磺化棕榈酸甲酯1.2：1.1：1：1的混合稳泡剂，重量份为8.0十二烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)和椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)1：1：1.2的混合发泡剂，重量份为8.0的丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以4：1的质量配比制备而成的HZ-BS、重量份为0.1异噻唑啉酮、苯甲酸和山梨酸1.3：1.1：1的混合防腐剂依次匀速缓慢加入重量份为840的去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
实施例4
一种用于盾构机的泡沫剂：
在环境温度为23-27℃下，将重量份为0.3的乙二胺四乙酸二钠水质稳定剂，重量份为3.4聚丙烯酰胺和十二烷基二甲基氧化胺1.4：1的混合稳泡剂，重量份为7.2十二烷基硫酸钠(K12)、十二烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)和椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)1.2：1：1.1：0.8的混合发泡剂，重量份为7.4丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以2.8：1的质量配比制备而成的HZ-BS、重量份为0.05防腐剂甲基氯异咪唑啉酮依次匀速缓慢加入重量份为816的去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
实施例5
一种用于盾构机的泡沫剂：
在环境温度为23-27℃下，将重量份为0.24的乙二胺四乙酸二钠水质稳定剂，重量份为3.8十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺和α-磺化棕榈酸甲酯1：1.3：1.2的混合稳泡剂，重量份为7.4十二烷基硫酸钠(K12)和椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)1：1.3的混合发泡剂，重量份为7.6的丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以3.4：1的质量配比制备而成的HZ-BS依次匀速缓慢加入重量份为834的去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
实施例6
一种用于盾构机的泡沫剂：
在环境温度为23-27℃下，将重量份为0.26的乙二胺四乙酸二钠水质稳定剂，重量份为3.2聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺和α-磺化棕榈酸甲酯1.1：1：1：1.2：1的混合稳泡剂，重量份为6.9十二烷基硫酸钠(K12)、十二烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)1：1.2：1.1：1的混合发泡剂，重量份为7.7丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以3.6：1的质量配比制备而成的HZ-BS、重量份为0.12甲基氯异咪唑啉酮、异噻唑啉酮、苯甲酸钠1.3：1：1的混合防腐剂依次匀速缓慢加入重量份为818的去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
实施例7
一种用于盾构机的泡沫剂：
在环境温度为23-27℃下，将重量份为0.28的乙二胺四乙酸二钠水质稳定剂，重量份为3.9:聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺和α-磺化棕榈酸甲酯1.3：1.1：1：1：1.2的混合稳泡剂，重量份为6.8十二烷基硫酸钠(K12)、十二烷基苯磺酸钠(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)0.9：1.3：1：1.1的混合发泡剂，重量份为7.2丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)以3：1的质量配比制备而成的HZ-BS、重量份为0.1异噻唑啉酮和山梨酸钠1.2：1的混合防腐剂依次匀速缓慢加入重量份为820的去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
本发明用于盾构机的泡沫剂的指数指标如下表：
项目 质量指标
外观 透明液体
密度(g/cm3)25℃ 1.01～1.03
运动粘度(mpa.s)25℃ 1～3
水溶性 完全溶解
PH值 7～7.5

Claims (6)

1.一种用于盾构机的泡沫剂，其特征在于，由以下组分以重量份计组成：
HZ-BS 6.5-8.0，
发泡剂 6.0-8.0，
稳泡剂 3.0-4.0，
水质稳定剂 0.2-0.3，
防腐剂 0-0.2，
去离子水 800-840，
所述HZ-BS主要为丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸以2-4：1的质量配比配制而成。
2.根据权利要求1所述的一种用于盾构机的泡沫剂，其特征在于：所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、椰油酰胺基丙基甜菜碱中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种用于盾构机的泡沫剂，其特征在于：所述稳泡剂聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、α-磺化棕榈酸甲酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种用于盾构机的泡沫剂，其特征在于：所述水质稳定剂为乙二胺四乙酸二钠。
5.根据权利要求1所述的一种用于盾构机的泡沫剂，其特征在于：所述防腐剂为甲基氯异咪唑啉酮、异噻唑啉酮、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类中的一种或多种。
6.一种制备权利要求1所述的用于盾构机的泡沫剂的方法，其特征在于，由以下步骤制备而成：在环境温度为23-27℃下，将水质稳定剂、稳泡剂、发泡剂、HZ-BS、防腐剂依次匀速缓慢加入去离子水中，加入过程中混合搅拌，两个相邻助剂加入时间间隔15min，搅拌混合均匀后制得用于盾构机的泡沫剂。
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