CN107312545A - 一种产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土压平衡式盾构用泡沫剂。该泡沫剂按重量百分比计算，含有脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO‑9）4.0%～8.0%，α‑烯烃磺酸钠3.0%～6.0%，N‑十二烷基‑β‑氨基二丙酸钠1.5%～8.5%，增粘剂0.2%～1.5%，甘油2.0%～3.5%，水72.5%～89.3%。本发明土压平衡式盾构用泡沫剂所产生的泡沫丰富细腻，分布均匀，泡沫粘性强，液膜厚，泡沫稳定时间长，产品能很好地满足土压平衡盾构机掘进过程中改良砂土的要求，是盾构机在砂土层施工的专用泡沫剂。

Description

一种产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂

技术领域

本发明属于材料技术领域，本发明涉及一种土压平衡式盾构施工用泡沫剂。

背景技术

目前中国地铁工程建设迅猛发展，地铁隧道施工经常用到土压平衡盾构技术，这一技术的关键是要土体保持塑性流动状态，在施工中通常是向盾构机内注入一定的泡沫对土体进行改良。地下土层的结构千差万别，在以砂土为主的地层施工时，由于地层渗透系数大，地下水易从开挖面渗入，导致开挖面失稳和螺旋输送机口喷涌发生，从而影响盾构机的掘进；砂土之间结合力不强，容易分散，在渣土的传输过程中，发生散落、塌陷，从而减缓渣土的排放，影响掘进工作效率。现国内外所研究和生产的泡沫剂均为通用型泡沫剂，并没有专门针对砂土的专用型泡沫剂，也没有相关文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供了一种土压平衡盾构机专用泡沫剂，产品能很好地满足土压平衡盾构机掘进过程中改良砂土的要求。主要是添加了增粘剂，利用自身的增粘、增稠性质，改变所产生泡沫的性能，使所发泡沫液膜的粘性和粘度变大，泡沫的粘性增强，能够使改良后的砂土具有更高的可塑性；液体粘度大，不易流动，阻碍了液膜排液，其厚度变小的速率减慢，延缓了液膜破裂，从而使泡沫的稳定性提高。

本发明所述的产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂其按重量百分比计算，由以下组份组成：

脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO-9）4.0%～8.0%，

α-烯烃磺酸钠3.0%～6.0%，

N-十二烷基-β-氨基二丙酸钠1.5%～8. 5%，

增粘剂0.2%～1.5%，

甘油2.0%～3.5%，

水72.5%～89.3%。

本发明所述的产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂，其中增粘剂选用聚乙烯醇，其聚合度为1650~1850，醇解度为76％~89％。

本发明所述产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂的制备方法是：在反应釜内加入约50%的水和全部的甘油，升温到85℃，然后在搅拌条件下加入增粘剂，待增粘剂完全溶解，降温到35℃，依次加入泡沫剂的剩余组分，充分搅拌均匀后，制成外观为无色或淡黄色透明的水溶性液体。

在上述的产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂中：

脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO-9）是天然脂肪醇与环氧乙烷加成物，是一种可生物降解性，环境友好，对皮肤的低刺激性，对酸、碱溶液和硬水都较稳定的非离子表面活性剂，具有均匀的起泡性能，能与各种阴离子、阳离子、非离子表面活性剂以及其他助剂组合使用，从而获得协同效应和高性能产品。

α-烯烃磺酸钠是一种阴离子型表面活性剂，有较好的发泡力，在硬水和软水两种条件下发泡力变化不大。

N-十二烷基-β-氨基二丙酸钠是一种两性表面活性剂,具有良好的耐强酸、强碱和电解质性能,具有优异的泡沫力及泡沫稳定性，能与各种类型表面活性剂配伍，生成的泡沫丰富、细腻、非常稳定。

聚乙烯醇是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，其物理性质受聚合度、醇解度的影响，本发明选用聚合度为1650~1850，醇解度为76％~89％的聚乙烯醇，可以用于制造水溶性胶粘剂，具有显著的增粘、增稠性能，能够增加泡沫粘性、延长泡沫的稳定时间，属于一种生物可降解高分子材料。

甘油又名丙三醇，是无色透明黏稠液体，无臭，有暖甜味，对聚乙烯醇有增溶作用。

与现有技术相比，本发明泡沫剂具有以下特点：

本发明产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂所产生的泡沫丰富细腻，分布均匀，泡沫粘性强，液膜厚，泡沫稳定时间长，其各项指标均能很好地满足土压平衡式盾构掘进过程中改良砂土的要求，土压平衡盾构法掘进过程中，能够降低砂土的透水性，防止开挖面失稳和螺旋输送机口喷涌发生；改善砂土的聚合性，调整土仓内砂土塑性和流动性，提高渣土传输效率。本发明土压平街式盾构用发泡剂各项指标均能符合盾构施工要求，是盾构机在砂土层施工的专用泡沫剂。

具体实施方式

为详细说明本发明的各种有效成分组成，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

配制产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂100g，各个组分含量为：

脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO-9）7g，

α-烯烃磺酸钠3.5g，

N-十二烷基-β-氨基二丙酸钠2g，

增粘剂0.5g，

甘油2g，

水85g。

配制方法为：在反应釜内加入42.5g水和2g甘油，升温到85℃，然后在搅拌条件下加入0.5g聚合度为1650~1850，醇解度为76％~80％的聚乙烯醇，待聚乙烯醇完全溶解，降温到35℃，依次加入泡沫剂的剩余组分，充分搅拌均匀后，制成外观为无色的水溶性液体。

实施例2

配制产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂100g，各个组分含量为：

脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO-9）5g，

α-烯烃磺酸钠6g，

N-十二烷基-β-氨基二丙酸钠4g，

增粘剂0.8g，

甘油2g，

水82.2。

配制方法为：在反应釜内加入41.1g水和2g甘油，升温到85℃，然后在搅拌条件下加入0.8g聚合度为1650~1850，醇解度为86％~89％的聚乙烯醇，待聚乙烯醇完全溶解，降温到35℃，依次加入泡沫剂的剩余组分，充分搅拌均匀后，制成外观为淡黄色透明的水溶性液体。

实施例3

配制产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂100g，各个组分含量为：

脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO-9）7g，

α-烯烃磺酸钠4g，

N-十二烷基-β-氨基二丙酸钠3g，

增粘剂1.2g，

甘油2.5g，

水82.3g。

配制方法为：在反应釜内加入约41.1g水和2.5g甘油，升温到85℃，然后在搅拌条件下加入0.6g聚合度为1650~1850，醇解度为76％~80％的聚乙烯醇和0.6g聚合度为1650~1850，醇解度为86％~89％的聚乙烯醇，待聚乙烯醇完全溶解，降温到35℃，依次加入泡沫剂的剩余组分，充分搅拌均匀后，制成外观为无色透明的水溶性液体。

实施例4

配制产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂100g，各个组分含量为：

脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO-9）8g，

α-烯烃磺酸钠5g，

N-十二烷基-β-氨基二丙酸钠3g，

增粘剂0.4g，

甘油2g，

水81.6g。

配制方法为：在反应釜内加入约40.8g水和2g甘油，升温到85℃，然后在搅拌条件下加入0.4g聚合度为1650~1850，醇解度为76％~80％的聚乙烯醇，待聚乙烯醇完全溶解，降温到35℃，依次加入泡沫剂的剩余组分，充分搅拌均匀后，制成外观为无色透明的水溶性液体。

实施例5

产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂的性能指标测试如下：

将配置好的泡沫剂分成5组，每组三份，第1组到第4组分别对应本发明实施例1到实施例4，第5组为对比例（国产泡沫剂购自厦门诺恩斯贸易有限公司），并分别标号。

将各组样品用自来水按4%的比例稀释，分别用室内发泡装置发泡，调节发泡装置，得到所要求的泡沫，并使这一状态保持稳定。

1、泡沫粘附性实验

泡沫粘附性是指一定质量的泡沫放置到与水平面成60度的光滑塑料板上的泡沫主体停留时间。

取一块长宽均为10cm光滑塑料板，将其与水平面成60度固定，当发泡装置保持稳定发泡状态后，取5g新发生的泡沫，均匀置于前文所述的塑料板上，并启动秒表计时，直至泡沫主体从塑料板上滑落，所记录时间为该泡沫剂的泡沫粘附性。整理实验结果数据，取平均值。

实验结果如表一所示：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例
						泡沫粘附性	13秒	15秒	18秒	12秒	7秒

表一泡沫粘附性比较

从表一中可以看出，本发明实施例1~4的泡沫剂粘附性均高于对比例的国产泡沫剂，说明在同等条件下，本发明的泡沫剂所发泡沫的粘附性能优于对比样品。

2、稳定性实验

泡沫的稳定性可以用泡沫的半衰期来衡量，泡沫半衰期是指：由泡沫中排出的液体体积为泡沫未排液时全部液体体积的一半所需的时间。

经测定，泡沫的半衰期如表二所示

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例
						半衰期	11分32秒	12分28秒	11分44秒	11分12秒	8分21秒

表二泡沫剂半衰期比较

从表二中可以看出，本发明实施例1~4的泡沫剂生成泡沫的半衰期均长于对比例的国产泡沫剂的，说明在同等条件下，本发明的泡沫剂生成泡沫稳定性优于对比样品。

本发明的保护范围并不局限于以上的实施例，任何熟悉本领域的技术人员在本发明公开后，都能够轻易进行组分变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围内，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂，其特征在于，按重量百分比由以下组份组成：

脂肪醇聚环氧乙稀醚（AEO-9）4.0%～8.0%，

α-烯烃磺酸钠3.0%～6.0%，

N-十二烷基-β-氨基二丙酸钠1.5%～8. 5%，

增粘剂0.2%～1.5%，

甘油2.0%～3.5%，

水72.5%～89.3%。

2.根据权利要求1所述的产生高粘性泡沫的盾构泡沫剂，其特征在于：所述增粘剂选用聚乙烯醇，其聚合度为1650~1850，醇解度为76％~89％。