CN107033916A - 一种土压平衡盾构泡沫剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种土压平衡盾构泡沫剂及其制备方法，该土压平衡盾构泡沫剂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α‑烯基磺酸钠，1‑10份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1‑10份椰油基葡糖苷，0‑2份增稠剂。该土压平衡盾构泡沫剂发泡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。

Description

一种土压平衡盾构泡沫剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及土压平衡盾构技术领域，具体涉及一种土压平衡盾构泡沫剂及其制备方法。

背景技术

我国各大城市近年来都在大力发展地下隧道交通，土压平衡盾构施工法因其对周围环境影响小成为目前应用最广泛的城市隧道施工方法。土压平衡盾构施工法使用的是土压平衡盾构机，土压平衡盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。在土压平衡盾构的施工中，开挖的渣土不仅需要支撑开挖面的稳定，同时要便于传送，这就要求渣土必须具有一般土壤不具备的特性：良好的塑性变形及软稠度，内摩擦角及渗透率小。渣土要达到开挖要求就必须对土体进行改良。目前土体改良剂主要有粘土、膨润土、泡沫剂等，由于泡沫剂具有更好的使用效果，成为用量最大的土体改良剂。泡沫剂主要作用可归纳为：(1)润滑：泡沫将土体颗粒包裹后，起到介质作用，润滑性加大，能有效地降低刀盘和螺旋机的转矩，减少刀具的磨损。(2)稳定土舱内的压力：泡沫中的气泡具有较强的压缩性，能减少土舱压力的波动，较好地建立土压平衡，维持开挖面的稳定。(3)改善土体的塑流性：降低土层黏性，使其不黏附在刀盘和土舱壁上，产生堵舱现象；增加砂土塑性流动度。(4)阻水：气泡填充了土体颗粒间的孔隙，使得渗透系数减小，止水性能提高。(5)环保：泡沫经过一定时间会自行消融，土体恢复原状。通过泡沫剂的使用，大大降低了刀盘扭矩，达到稳定开挖面土体、改良土体塑流性能、降低刀盘扭矩、提高掘进和出土效率的目的。

目前国内地铁盾构施工中所用的泡沫剂多为从国外进口或国外配方国内生产的，其运输费用或生产成本大，提高了盾构施工的造价，难以在盾构施工中大量使用；而国内自主开发的泡沫剂技术仍尚未成熟，国产泡沫剂的发泡能力、泡沫均匀性和稳定性等与进口产品相比还有一定的距离，且适应性较差。

发明内容

本申请实施例提供了一种土压平衡盾构泡沫剂及其制备方法，该土压平衡盾构泡沫剂发泡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。

为达到上述目的，本申请主要提供如下技术方案：

一方面，本申请提供了一种土压平衡盾构泡沫剂，其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α-烯基磺酸钠，1-10份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-10份椰油基葡糖苷，0-2份增稠剂。

作为优选，所述土压平衡盾构泡沫剂包括以下重量份的组分：10-15份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，10-20份十二烷基硫酸钠，10-15份α-烯基磺酸钠，1-8份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-8份椰油基葡糖苷，0-2份增稠剂。

作为优选，所述土压平衡盾构泡沫剂包括以下重量份的组分：10-12份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，10-15份十二烷基硫酸钠，10-12份α-烯基磺酸钠，1-5份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-5份椰油基葡糖苷，0-1份增稠剂。

作为优选，所述增稠剂为聚乙二醇或聚丙酰胺。

另一方面，本申请提供了上述土压平衡盾构泡沫剂的制备方法，包括：将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱和椰油基葡糖苷加入到温水中，搅拌均匀，制得所述土压平衡盾构泡沫剂；或将增稠剂加入到温水中，搅拌直至充分溶解，然后加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱和椰油基葡糖苷，搅拌均匀，制得所述土压平衡盾构泡沫剂。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请提供的土压平衡盾构泡沫剂采用市场价格低廉的无毒无害原料，通过对原料配比进行优化，具有优良的发泡能力和发泡稳定性，使泡沫剂的性价比提高，进而降低了盾构施工的造价，同时绿色环保，不会对环境造成污染。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例

本申请实施例1-3按照以下制备方法制备土压平衡盾构泡沫剂：按表1中的含量称取各组分，再将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱和椰油基葡糖苷加入到0.5L40℃-70℃的温水中，搅拌均匀后制成外观为透明的水溶性液体，即为土压平衡盾构泡沫剂成品。

本申请实施例4-14按照以下制备方法制备土压平衡盾构泡沫剂：按表1中的含量称取各组分，先将增稠剂并加入到0.5L40℃-70℃的温水中，搅拌直至充分溶解，然后按表1中的用量加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱和椰油基葡糖苷，搅拌均匀后制成外观为透明的水溶性液体，即为土压平衡盾构泡沫剂成品。

本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂成品可根据实际现场情况进行稀释后再使用。为了测试上述本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂成品的性能，在此各取上述本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂成品5g，分别加入到1L水中，搅拌均匀后得到泡沫材料样品，再采用以下测试方法测试这些泡沫材料样品的发泡能力和泡沫稳定性：在搅拌杯中加入初始体积为100ml的泡沫材料样品，采用电动搅拌机(＞1000r/min)以固定转速在泡沫材料样品中高速旋转，使空气进入泡沫材料样品形成泡沫；搅拌60s后停止搅拌，记录产生的泡沫体积，即为发泡体积，发泡体积与泡沫材料样品体积之比即为泡沫材料样品的发泡倍数，表征其发泡能力；从停止搅拌时立即开始计时，记录从泡沫中析出50ml液体的时间作为泡沫材料样品的半衰期，用于衡量泡沫材料样品的泡沫稳定性。

通过对本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂成品进行发泡体积和泡沫稳定性的测试，得到如表1中所示的测试结果。其中表1中的市售样品1为国产品牌科隆AOS盾构泡沫剂，市售样品2为进口品牌TG盾构泡沫剂，称取该国产品牌科隆AOS盾构泡沫剂和进口品牌TG盾构泡沫剂各5g，分别加入到1L水中，搅拌均匀后得到泡沫材料样品，再分别按照上述测试方法对其进行性能测试，得到如表1所示的测试结果。

表1.土压平衡盾构泡沫剂的各组分含量及其性能测试结果

从表1的测试结果可以看出，本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂的发泡倍数均在9倍以上，且气泡的半衰期均在11min以上，目前一般用于盾构中的泡沫剂发泡率要求为5-20倍，气泡的半衰期大于5min，说明本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂均满足盾构施工要求。本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂同市售的国产品牌科隆AOS盾构泡沫剂和进口品牌TG盾构泡沫剂相比，具有更高的发泡倍数和更长的半衰期，即具有更好的发泡能力和泡沫稳定性。而在实际使用过程中，结合工程的具体地质情况，对于具有更高发泡倍数和更长半衰期的盾构泡沫剂，每m³掘进土体使用的泡沫剂数量将减少，能提高土仓内渣土的流动性，利于螺旋输送机顺利排土。因此，本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂同市售的盾构泡沫剂相比，对土壤改良的性能更优良。同时，本申请实施例提供的盾构泡沫剂的原料主要为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱和椰油基葡糖苷，这些原料的价格低廉，盾构泡沫剂的制备方法简便，盾构泡沫剂本身的生产成本小，且在盾构施工中为达到相同的发泡效果，本申请实施例提供的盾构泡沫剂的使用量更少，使得盾构施工的造价成本降低。本申请实施例提供的盾构泡沫剂是一种泡沫性能优良且生产成本和使用成本均较低的泡沫剂。

本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂组分中，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，十二烷基硫酸钠和α-烯基磺酸钠为阴离子型表面活性剂，椰油酰胺基丙基甜菜碱为两性型表面活性剂，椰油基葡糖苷为非离子型表面活性剂，本申请实施例通过采用以上三种阴离子型表面活性剂作为主发泡剂，与两性型表面活性剂和非离子型表面活性剂进行复配，一方面可以提高泡沫剂的起泡能力，使泡沫剂的发泡体积显著增加，另一方面可以形成稳定细腻的气泡，显著延长泡沫的半衰期。

本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂的各组分为以下重量份时：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α-烯基磺酸钠，1-10份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-10份椰油基葡糖苷，0-2份增稠剂，土压平衡盾构泡沫剂的性价比较高，具有比市售盾构泡沫剂更优良的发泡性能。

作为优选，土压平衡盾构泡沫剂的各组分为以下重量份时：10-15份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，10-20份十二烷基硫酸钠，10-15份α-烯基磺酸钠，1-8份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-8份椰油基葡糖苷，0-2份增稠剂，盾构泡沫剂的性价比更优。从本申请实施例10-12可以看出，土压平衡盾构泡沫剂的组分含量采用上述配比时，所制备的盾构泡沫剂成品中实际有效成分含量更少，但发泡体积和半衰期并未明显下降，即发泡性能仍保持稳定，说明实施例10-12中的盾构泡沫剂成品性价比更优。

作为优选，土压平衡盾构泡沫剂的各组分为以下重量份时：10-12份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，10-15份十二烷基硫酸钠，10-12份α-烯基磺酸钠，1-5份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-5份椰油基葡糖苷，0-1份增稠剂，盾构泡沫剂的性价比最优。从本申请实施例3、13和14可以看出，土压平衡盾构泡沫剂的组分含量采用上述配比时，所制备的盾构泡沫剂成品中实际有效成分含量比实施例10-12的更少，但发泡体积和半衰期并未明显下降，即发泡性能仍保持稳定，说明实施例3、13和14中的盾构泡沫剂成品性价比更优。

本申请实施例通过在土压平衡盾构泡沫剂的组分中加入增稠剂进行复配，提高液相的粘度，降低液膜流动度，减缓泡沫排液速度，使发出的泡沫具有粘性，一是有助于泡沫的稳定，泡沫在土中发挥作用的时间更长，二是泡沫粘性的提高和携土能力的增强更利于盾构中螺旋排土器中砂土的排出。但随着加入增稠剂的用量提高，盾构泡沫剂半衰期会延长，泡沫高度会下降，因此，土压平衡盾构泡沫剂中增稠剂的重量份含量控制在0-2份时，土压平衡盾构泡沫剂总体发泡性能较好。考虑到实际复配时增稠剂的溶解度和黏度，优先土压平衡盾构泡沫剂中增稠剂的重量份含量为0-1份。本申请实施例制备的土压平衡盾构泡沫剂组分中增稠剂为聚乙二醇或聚丙酰胺，这两种增稠剂性价比高，能提高土压平衡盾构泡沫剂的性价比。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种土压平衡盾构泡沫剂，其特征在于，所述土压平衡盾构泡沫剂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α-烯基磺酸钠，1-10份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-10份椰油基葡糖苷，0-2份增稠剂。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构泡沫剂，其特征在于，所述土压平衡盾构泡沫剂包括以下重量份的组分：10-15份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，10-20份十二烷基硫酸钠，10-15份α-烯基磺酸钠，1-8份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-8份椰油基葡糖苷，0-2份增稠剂。

3.根据权利要求1所述的土压平衡盾构泡沫剂，其特征在于，所述土压平衡盾构泡沫剂包括以下重量份的组分：10-12份脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，10-15份十二烷基硫酸钠，10-12份α-烯基磺酸钠，1-5份椰油酰胺基丙基甜菜碱，1-5份椰油基葡糖苷，0-1份增稠剂。

4.根据权利要求1所述的土压平衡盾构泡沫剂，其特征在于，所述增稠剂为聚乙二醇或聚丙酰胺。

5.权利要求1-4任一项所述的土压平衡盾构泡沫剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱和椰油基葡糖苷加入到温水中，搅拌均匀，制得所述土压平衡盾构泡沫剂；或将增稠剂加入到温水中，搅拌直至充分溶解，然后加入脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、α-烯基磺酸钠、椰油酰胺基丙基甜菜碱和椰油基葡糖苷，搅拌均匀，制得所述土压平衡盾构泡沫剂。