一种增强型盾构泡沫剂的制作方法

1.本发明属于材料技术领域，涉及一种增强型盾构施工用泡沫剂。


背景技术：

2.近年来，各大城市为了缓解和改善交通紧张状况，积极发展地下轨道交通。地铁隧道施工经常用到土压平衡盾构技术。盾构法属于暗挖法施工，是一种全机械化的施工方法，与传统开挖爆破的施工方法相比，具有快速、优质、经济、安全等方面的优点。盾构机是由刀盘来切削土体来实现向前掘进这一过程的，会产生大量渣土；随着渣土进入盾构机内部，会产生土仓压力失衡、泥浆结饼等诸多问题，解决这些问题的关键在于要土体保持塑性流动状态。在施工中泡沫剂通常是在与水混合后，与压缩空气在泡沫发生器中进行混合，这个过程中会产生无数直径为30微米至300微米的气泡；同时泡沫剂还会被压入到刀盘处与渣土混合，对其进行改良，使渣土呈“塑性流动状态”。为保证盾构施工的顺利进行，需要产生的泡沫有较高的效率和很强的韧性，让土体保持塑性流动状态，避免出现盾构机“闭塞”、泥沙“喷涌”和土体“结饼”等技术难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种增强型的盾构机专用泡沫剂，产品能很好地满足土压平衡盾构机掘进过程中改良渣土的要求，所产生的泡沫有良好的发泡率和半衰期。
4.本发明的盾构机专用泡沫剂其按重量百分比计算，含有发泡剂9.0～15.0%，水质稳定剂0.1～0.3%，稳泡剂1.2～3.0%，增韧剂0.5～1.0%，水80.7～89.2%。
5.在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为淡黄色透明的水溶性液体。
6.在上述的土压平衡式盾构用泡沫剂中：发泡剂：选用阴离子表面活性剂，如k1、aos和aes等，阴离子表面活性剂是目前国内外最为普遍常用的泡沫剂原料,阴离子表面活性剂发泡率高、泡沫丰富细腻、生物降解性好；
7.水质稳定剂：选用edta-2na即乙二胺四乙酸二钠，是化学中一种良好的配合剂，用于络合金属离子、改善水的硬度和减少钙镁离子形成的微沉淀对泡沫结构的破坏；
8.稳泡剂：选用聚乙二醇，具有显著的增稠、增大泡沫壁厚度，在起到稳泡作用的同时还能有效地延长泡沫的稳定时间；增韧剂：选用丙烯酸和油酸共聚物的钠盐，其分子量范围是200万～500万，共聚物中油酸占比为1%～2%。丙烯酸的低碳链提供了良好的溶解性，同时与其他表面活性剂相配，可显著提高整个体系的稳定性；油酸中低表面张力的长碳链，易于形成微小细密的泡沫和较为坚韧的网状结构，有良好的保水作用，使得泡沫液膜具有较强的韧性力进而保证泡沫的丰富性和稳定性。
9.与现有技术相比，本发明泡沫剂具有以下特点：本发明的增强型土压平衡式盾构用泡沫剂发泡率高，泡沫丰富细腻、分布均匀，所
产生的气泡孔隙小，具有优良的润滑性和稳定性；其各项指标均能很好地满足土压平衡式盾构过程中改良渣土的要求，能够降低渣土的透水性，同时可以降低土体的摩擦性，减小刀具的磨损，调整土仓内土体塑性流动性，土压平衡盾构法掘进过程中，切削后的渣土具有良好的塑性流动性，本发明产品的各项指标都能轻松满足盾构施工的所有要求，技术已达国际先进水平，可以满足我国土压平衡式盾构施工对土体改良的需求。
实施方式
10.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。
11.实施例1配制增强型土压平衡式盾构用泡沫剂100g，各个组分含量为：aes： 7.0g，k12： 6.0g，edta-2na： 0.1g，聚乙二醇：2.3g，丙烯酸和油酸共聚物的钠盐： 0.8g，水：83.8g。
12.其中丙烯酸和油酸共聚物的钠盐，分子量为300万，共聚物中油酸占比为1.8%；在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为淡黄色透明的水溶性液体即可。
13.实施例2配制增强型土压平衡式盾构用泡沫剂100g，各个组分含量为：aos： 6.0g，k12： 4.0g，edta-2na： 0.1g，聚乙二醇： 2.5g，丙烯酸和油酸共聚物的钠盐：0.6g，水：86.8g。
14.其中丙烯酸和油酸共聚物的钠盐，分子量为400万，共聚物中油酸占比为1.2%；在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为淡黄色透明的水溶性液体即可。
15.实施例3配制增强型土压平衡式盾构用泡沫剂100g，各个组分含量为：aes： 9.0g，aos： 6.0g，edta-2na： 0.3g，聚乙二醇：3.0g，丙烯酸和油酸共聚物的钠盐：1.0g，水： 80.7g。
16.其中丙烯酸和油酸共聚物的钠盐，分子量为200万，共聚物中油酸占比为2%；在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为淡黄色透明的水溶性液体即可。
17.实施例4配制增强型土压平衡式盾构用泡沫剂100g，各个组分含量为：aes： 8.0g，k12： 4.0g，edta-2na： 0.2g，聚乙二醇： 2.8g，丙烯酸和油酸共聚物的钠盐： 0.5g，水： 84.5g。
18.其中丙烯酸和油酸共聚物的钠盐，分子量为500万，共聚物中油酸占比为1%；在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为淡黄色透明的水溶性液体即可。
实施例
19.配制增强型土压平衡式盾构用泡沫剂100g，各个组分含量为：aes： 8.0g，k12： 4.0g，edta-2na： 0.2g，聚乙二醇： 2.8g，聚丙烯酸钠： 0.5g，水：84.5g。
20.其中聚丙烯酸钠，分子量为500万；在常温下将各组分混合搅拌均匀制成外观为淡黄色透明的水溶性液体即可。
21.此例为对比例，此例中增韧剂用分子量为500万的聚丙烯酸钠替代，其它组份含量与实施例4一致。
22.下面通过指标测试对本发明涉及的增强型土压平衡式盾构用泡沫剂来进行详细说明，具体如下：将配置好的泡沫剂分成5组，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组为实施例5、即对比例，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进行发泡；通过在测试过程中调节发泡装置，得到所要求的泡沫，并使这一状态保持稳定。
23.1、发泡率实验发泡率是指一定体积的泡沫剂溶液所发出的泡沫体积与泡沫剂溶液的比值，即每体积泡沫剂溶液所发出的泡沫的体积。
24.当发泡装置保持稳定发泡状态后，记录泡沫剂溶液的初始体积，用带刻度的量杯接受发出的泡沫，带泡沫装满量杯后记录泡沫剂溶液的终止体积。每组实验重复测定三次，整理实验结果数据，取平均值。
25.2、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。每组实验重复测定三次，整理实验结果数据，取平均值。
26.实验结果如表一所示：
27.表一泡沫剂测试比较从表一中可以看出，本发明实施例1~4的泡沫剂发泡率相差不大，均高于对比例的发泡率，说明在同等发泡条件下，本发明的泡沫剂发泡性能高于对比样品。
28.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半衰期，说明本发明的泡沫剂生成泡沫稳定性优于对比样品。
29.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，上述内容均应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：
1.一种增强型盾构泡沫剂，其特征在于：按重量百分比计算，含有发泡剂9.0～15.0%，水质稳定剂0.1～0.3%，稳泡剂1.2～3.0%，增韧剂0.5～1.0%，水80.7～89.2%。2.根据权利要求1所述的一种增强型盾构泡沫剂，其特征在于：所述增韧剂为丙烯酸和油酸共聚物的钠盐，其分子量范围是200万～500万，共聚物中油酸占比为1%～2%。

技术总结
本发明公开了一种盾构机用增强型泡沫剂及其制备方法。该泡沫剂按重量百分比计算，含有发泡剂9.0～15.0%，水质稳定剂0.1～0.3%，稳泡剂1.2～3.0%，增韧剂0.5～1.0%，水80.7～89.2%。本发明的盾构机用泡沫剂，产生的泡沫能保持长时间的稳定，有效地满足了土压平衡盾构机在掘进过程中改良渣土的需求。这种泡沫剂能够很好地适应各种地层条件，提高施工效率，并降低对环境的影响。降低对环境的影响。


技术研发人员：赵汝鸣 韩建国 丛志栋 闻和咏
受保护的技术使用者：沈阳鑫山盟建材有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/5