CN110157446A - 一种用于改良黏土的分散剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及地下工程施工材料技术领域,具体地,涉及一种用于改良黏土的分散剂及其制备方法。该分散剂由有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水组成,其中,以重量百分比计,所述有机分散剂的重量百分比含量为1%~3%,所述无机分散剂的重量百分比含量为4%~10%,所述分散助剂的重量百分比含量为2%~6%,所述表面活性剂的重量百分比含量为1%~5%,所述水的重量百分比含量为76%~92%。该分散剂能够降低黏土的粘性、提高黏土的流塑性和分散性,从而保证盾构施工在黏土地层下掘进时避免结泥饼的现象,有利于保证盾构施工的顺利进行。
Description
技术领域
本申请涉及地下工程施工材料技术领域,具体地,涉及一种用于改良黏土的分散剂及其制备方法。
背景技术
在盾构掘进施工过程中,经常遇到粉质黏土、粘质黏土等黏土或粘性很大的土层,粘性较大的泥土在刀盘的挤压作用下容易堆积附着在刀盘上,不断碾压形成泥饼,使盾构机经常出现“结泥饼”的问题,轻则造成刀盘扭矩急剧下降、刀具磨损,重则造成掘进困难和盾构机严重损坏,导致影响盾构施工的正常进行。鉴于此,在掘进施工过程中需要对黏土进行渣土改良,降低其粘性,提高其流塑性,从而满足土压平衡盾构正常掘进的要求。
发明内容
本申请实施例中提供了一种用于改良黏土的分散剂及其制备方法,该分散剂能够降低黏土的粘性、提高黏土的流塑性和分散性,从而保证盾构施工在黏土地层下掘进时避免结泥饼的现象,有利于保证盾构施工的顺利进行。
根据本申请实施例的第一个方面,提供了一种用于改良黏土的分散剂,该分散剂由有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水组成,其中,以重量百分比计,所述有机分散剂的重量百分比含量为1%~3%,所述无机分散剂的重量百分比含量为4%~10%,所述分散助剂的重量百分比含量为2%~6%,所述表面活性剂的重量百分比含量为1%~5%,所述水的重量百分比含量为76%~92%。
优选地,所述有机分散剂为聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸中的至少一种。
优选地,所述无机分散剂为六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠中的至少一种。
优选地,所述分散助剂为聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA(Hydrolyzed PolymaleicAnhydride,水解聚马来酸酐)中的至少一种。
优选地,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。
优选地,所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate(SDS),K12)、α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐中的至少一种。
优选地,所述有机分散剂的重量百分比含量为2%,所述无机分散剂的重量百分比含量为7%,所述分散助剂的重量百分比含量为4%,所述表面活性剂的重量百分比含量为3%,所述水的重量百分比含量为84%。
优选地,所述有机分散剂的重量百分比含量为1%,所述无机分散剂的重量百分比含量为8%,所述分散助剂的重量百分比含量为3%,所述表面活性剂的重量百分比含量为2%,所述水的重量百分比含量为86%。
根据本申请实施例的第二个方面,提供了一种如上述技术方案提供的任意一种分散剂的制备方法,该制备方法包括:
将第一反应釜加热并保持预设温度;
向所述第一反应釜中加入预定量的水;
向所述第一反应釜中加入有机分散剂,边加边搅拌,直至搅拌均匀,形成混合溶液;
将在所述第一反应釜中形成的所述混合溶液转移到第二反应釜中;
在室温下,向所述第二反应釜中依次加入无机分散剂、分散助剂、表面活性剂和剩余的水,搅拌至淡黄色透明液体,形成所述分散剂。
优选地,所述第一反应釜和所述第二反应釜均为不锈钢搅拌罐。
优选地,所述预设温度为55℃~65℃。
优选地,所述预设温度为60℃。
优选地,所述预定量的水占所有水的20%~40%。
优选地,所述预定量的水占所有水的30%。
优选地,所述混合溶液通过泵送转移到所述第二反应釜中
本申请实施例中提供了一种用于改良黏土的分散剂及其制备方法,该分散剂包括有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水,该分散剂的配方组分无毒、不会腐蚀盾构机、可降解、绿色环保、不会污染土质和地下水,能够降低黏土的粘性、提高黏土的流塑性和分散性,从而保证盾构施工在黏土地层下掘进时避免结泥饼的现象,有利于保证盾构施工的顺利进行,对保障地铁等隧道的盾构施工项目如期完工有重要意义。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本申请实施例提供的一种分散剂的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明,显然,所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例,而不是所有实施例的穷举。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本申请实施例提供了一种用于改良黏土的分散剂,该分散剂由有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水组成,其中,以重量百分比计,有机分散剂的重量百分比含量为1%~3%,无机分散剂的重量百分比含量为4%~10%,分散助剂的重量百分比含量为2%~6%,表面活性剂的重量百分比含量为1%~5%,水的重量百分比含量为76%~92%。
在上述分散剂中,有机分散剂可以为聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸中的至少一种,如:有机分散剂可以采用聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸中的任意一种材料,有机分散剂也可以采用聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸中的任意两种材料,有机分散剂还可以采用聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸中的任意三种材料,有机分散剂还可以同时采用聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸这四种材料,即,有机分散剂可以采用聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸的任意组合来制备分散剂;有机分散剂的重量百分比含量可以为:1%、1.5%、2%、2.5%或3%,在有机分散剂采用两种或多种材料时,每种材料的重量百分比含量可以为任意值,但是构成有机分散剂的总量需要满足上述重量百分比的要求。
在上述分散剂中,无机分散剂可以为六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠中的至少一种,如:无机分散剂可以采用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠中的任意一种材料,无机分散剂还可以采用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠中的任意两种材料,无机分散剂也可以采用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠中的任意三种材料,无机分散剂也可以同时采用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠这四种材料,也就是说,无机分散剂可以采用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠的任意组合来制备分散剂;无机分散剂的重量百分比含量可以为4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%或10%,在无机分散剂采用两种或多种材料时,每种材料的重量百分比含量可以为任意值,但是构成无机分散剂的总量需要满足上述重量百分比的要求。
在上述分散剂中,分散助剂可以为聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA中的至少一种,如:分散助剂可以采用聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA中任意一种材料,分散助剂也可以采用聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA中的任意两种材料,分散助剂还可以采用聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA中的任意三种材料,分散助剂也可以同时采用聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA这四种材料,也就是说,在制备上述分散剂的过程中,分散助剂可以采用聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA的任意组合进行;分散助剂的重量百分比含量可以为2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%或6%,在分散助剂采用两种或多种材料时,每种材料的重量百分比含量可以为任意值,但是构成分散助剂的总量需要满足上述重量百分比的要求。
在上述分散剂中,表面活性剂可以为阴离子表面活性剂,并且表面活性剂可以为十二烷基硫酸钠(K12)、α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐中的至少一种,如:表面活性剂可以仅采用一种材料,即,十二烷基硫酸钠(K12)或α-烯烃磺酸盐脂肪醇或聚氧乙烯醚硫酸酯盐;表面活性剂也可以采用两种材料,即,十二烷基硫酸钠(K12)和α-烯烃磺酸盐脂肪醇、十二烷基硫酸钠(K12)和聚氧乙烯醚硫酸酯盐、或者α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐;表面活性剂还可以同时采用十二烷基硫酸钠(K12)、α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐这三种材料;也就是说,表面活性剂可以采用十二烷基硫酸钠(K12)、α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐的任意组合。表面活性剂的重量百分比含量可以为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%或5%,在表面活性剂采用两种或三种材料时,每种材料的重量百分比含量可以为任意值,但是构成表面活性剂的总量需要满足上述重量百分比的要求。
在上述分散剂中,有机分散剂、无机分散剂、分散助剂以及表面活性剂的重量百分比含量确定以后,水的重量百分比含量即为确定值,具体的重量百分比含量在76%~92%之间。
上述分散剂包括有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水,该分散剂的配方组分无毒、不会腐蚀盾构机、可降解、绿色环保、不会污染土质和地下水;采用上述组分的分散剂能够降低黏土的粘性、提高黏土的流塑性和分散性,在盾构施工过程中,使盾构机掘进的黏土能够发散、避免粘结,从而保证盾构施工在黏土地层下掘进时避免结泥饼的现象,有利于保证盾构施工的顺利进行,对保障地铁等隧道的盾构施工项目如期完工有重要意义。
请参考图1,上述分散剂的制备方法包括以下步骤:
步骤S10,将第一反应釜加热并保持预设温度;第一反应釜可以为不锈钢搅拌罐,也可以为玻璃等其它材料制成的容器,可以通过自带的加热装置或外接的加热装置进行加热,也可以通过自带的或外接的控制装置控制加热时的温度;预设温度可以为55℃~65℃,如:55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃;
步骤S20,向第一反应釜中加入预定量的水;加入第一反应釜中的预定量的水可以占所有水的20%~40%,在本步骤中加入的这部分水可以占水的总量的20%、25%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、35%、40%;
步骤S30,向第一反应釜中加入有机分散剂,边加边搅拌,直至搅拌均匀,形成混合溶液;将重量百分比含量为1%~3%的有机分散剂加入第一反应釜的水中,在搅拌的同时将有机分散剂添加到水中,边加边搅拌,直到搅拌均匀,形成混合溶液;
步骤S40,将在第一反应釜中形成的混合溶液转移到第二反应釜中;第二反应釜可以为不锈钢搅拌罐,也可以为玻璃等其它材料制成的容器;在将第一反应釜中形成的混合溶液转移到第二反应釜中的过程中,可以通过泵送进行转移;
步骤S50,在室温下,向第二反应釜中依次加入无机分散剂、分散助剂、表面活性剂和剩余的水,搅拌至淡黄色透明液体,形成分散剂;在盛有由水和有机分散剂形成的混合溶液的第二反应釜中,依次加入无机分散剂、分散助剂、表面活性剂和剩余的水,继续搅拌,直至溶液呈淡黄色透明液体,即可形成分散剂。
上述制备方法只需加热和搅拌即可完成分散剂的制备过程,因此,上述分散剂的制备方法具有制备简单、容易、方便、快速的特点。并且,采用上述制备方法制备的分散剂,配方组分无毒、不会腐蚀盾构机、可降解、绿色环保、不会污染土质和地下水,能够降低黏土的粘性、提高黏土的流塑性和分散性,从而保证盾构施工在黏土地层下掘进时避免结泥饼的现象,有利于保证盾构施工的顺利进行,对保障地铁等隧道的盾构施工项目如期完工有重要意义。
在盾构施工过程中,可以单独使用上述分散剂对各类粉质黏土、粘质黏土和黏土等地层的渣土进行改良,该分散剂透明性好且无沉降,用于解决现有盾构机刀盘结泥饼的难题;上述分散剂也可以与盾构用的发泡剂以任意比例进行混合使用,与盾构用发泡剂一起协同改良掌子面处的黏性渣土。
另外,上述用于改良黏土的分散剂还可以直接配制成2%~5%的水溶液,直接注入到盾构施工时的掌子面中,用以降低黏土粘度,提高分散性,从而避免出现盾构机刀盘结泥饼的现象,从而保证了盾构施工的顺利进行。
实施例二
本申请实施例提供了一种用于改良黏土的分散剂,该分散剂包括有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水,其中,以重量百分比计,有机分散剂的重量百分比含量为2%,无机分散剂的重量百分比含量为7%,分散助剂的重量百分比含量为4%,表面活性剂的重量百分比含量为3%,水的重量百分比含量为84%。
在上述分散剂中,有机分散剂可以采用聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸的任意组合;无机分散剂可以采用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠的任意组合;分散助剂可以采用聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA的任意组合;表面活性剂可以为阴离子表面活性剂,并且表面活性剂可以采用十二烷基硫酸钠(K12)、α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐的的任意组合。
采用上述配方的分散剂的性能参数如下表1所示。
指标名称 | 检测数值 | 测试方法(或标准) |
外观 | 淡黄色透明液体 | 目测 |
密度(25℃),g/cm<sup>3</sup> | 1.05±0.003 | ASTM D1475 |
运动粘度(40℃)mm<sup>2</sup>/s | 25 | GB/T265-88 |
酸碱pH值 | 6.80 | GB/T 11165-2005 |
表1
实施例三
本申请实施例提供了一种用于改良黏土的分散剂,该分散剂包括有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水,其中,以重量百分比计,有机分散剂的重量百分比含量为1%,无机分散剂的重量百分比含量为8%,分散助剂的重量百分比含量为3%,表面活性剂的重量百分比含量为2%,水的重量百分比含量为86%。
在上述分散剂中,有机分散剂可以采用聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸的任意组合;无机分散剂可以采用六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠的任意组合;分散助剂可以采用聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA的任意组合;表面活性剂可以为阴离子表面活性剂,并且表面活性剂可以采用十二烷基硫酸钠(K12)、α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐的的任意组合。
采用上述配方的分散剂的性能参数如下表2所示。
指标名称 | 检测数值 | 测试方法(或标准) |
外观 | 淡黄色透明液体 | 目测 |
密度(25℃),g/cm3 | 1.08±0.003 | ASTM D1475 |
运动粘度(40℃)mm2/s | 24.1 | GB/T265-88 |
酸碱pH值 | 6.70 | GB/T 11165-2005 |
表2
需要说明的是,上述各种实施例提供的分散剂可以用于粉质黏土、粘质黏土等黏土或粘性很大的土层,也不限于上述黏土或粘性很大的土层,也可以用于其它的土层,甚至还可以用于其它类似土壤性质的材料。
尽管已描述了本申请的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种用于改良黏土的分散剂,其特征在于,由有机分散剂、无机分散剂、分散助剂、表面活性剂以及水组成,其中,以重量百分比计,所述有机分散剂的重量百分比含量为1%~3%,所述无机分散剂的重量百分比含量为4%~10%,所述分散助剂的重量百分比含量为2%~6%,所述表面活性剂的重量百分比含量为1%~5%,所述水的重量百分比含量为76%~92%。
2.根据权利要求1所述的分散剂,其特征在于,所述有机分散剂为聚丙烯酰胺、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素和三乙基己基磷酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的分散剂,其特征在于,所述无机分散剂为六偏磷酸钠、水玻璃、焦磷酸钠和三聚磷酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的分散剂,其特征在于,所述分散助剂为聚乙二醇、丙二醇、甘油和HPMA中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的分散剂,其特征在于,所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。
6.根据权利要求5所述的分散剂,其特征在于,所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠(K12)、α-烯烃磺酸盐脂肪醇和聚氧乙烯醚硫酸酯盐中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的分散剂,其特征在于,所述有机分散剂的重量百分比含量为2%,所述无机分散剂的重量百分比含量为7%,所述分散助剂的重量百分比含量为4%,所述表面活性剂的重量百分比含量为3%,所述水的重量百分比含量为84%。
8.根据权利要求1-6任一项所述的分散剂,其特征在于,所述有机分散剂的重量百分比含量为1%,所述无机分散剂的重量百分比含量为8%,所述分散助剂的重量百分比含量为3%,所述表面活性剂的重量百分比含量为2%,所述水的重量百分比含量为86%。
9.一种如权利要求1-8中任意一项所述的分散剂的制备方法,其特征在于,包括:
将第一反应釜加热并保持预设温度;
向所述第一反应釜中加入预定量的水;
向所述第一反应釜中加入有机分散剂,边加边搅拌,直至搅拌均匀,形成混合溶液;
将在所述第一反应釜中形成的所述混合溶液转移到第二反应釜中;
在室温下,向所述第二反应釜中依次加入无机分散剂、分散助剂、表面活性剂和剩余的水,搅拌至淡黄色透明液体,形成所述分散剂。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述第一反应釜和所述第二反应釜均为不锈钢搅拌罐。
11.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述预设温度为55℃~65℃。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述预设温度为60℃。
13.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述预定量的水占所有水的20%~40%。
14.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述预定量的水占所有水的30%。
15.根据权利要求9-14任一项所述的制备方法,其特征在于,所述混合溶液通过泵送转移到所述第二反应釜中。
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