一种地铁盾构泡沫剂及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:28:50
技术领域
本发明涉及盾构施工领域，更具体的涉及一种地铁盾构泡沫剂及其制备方法。
背景技术
随着我国科学技术的发展，越来越多的城市在规划和建设地铁，土压平衡盾构施工法是现在施工的主流方式。土压平衡盾构施工法由于不受地形、地貌、工程质量、施工进度、安全、环境等方面的影响而得以迅速发展，特别是在地层条件差、地质情况复杂、地下水位高等情况下，盾构法更具有明显的技术、经济优越性。然而针对复杂的地形、地貌特性，也存在喷泥、涌砂、结饼、闭塞等一系列困难，现有技术通常利用泡沫剂来进行土体改良，使盾构机在不同地质层中施工，能降低刀具磨损和阻塞，提高掘进速度，节约成本。泡沫剂通常是利用表面活性剂的复配、并配以一定的稳泡剂、增粘剂等分散在水。
专利CN 108070383 A公开了一种稳泡持久型土压平衡盾构泡沫剂，由以下重量百分配比的原料制备而成的：十二烷基硫酸钠12％～15％；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠3％～6％；十二醇0.1％～0.3％；己烯乙二醇2％～4％；椰油酰胺丙基甜菜碱3％～5％；NH
我国盾构施工也是近年来广泛应用，大都采用进口材料，成本高昂。
发明内容
基于现有技术缺陷和需求，本发明目的是提供一种地铁盾构泡沫剂及其制备方法，本发明提供的泡沫剂具有稳定、泡沫半衰期长及高渗透性的性能，并且能够显著降低刀盘的扭矩，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。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
进一步地，所述地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
进一步地，所述地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
进一步地，所述地铁盾构泡沫剂的pH为7.5～8.0、25℃下密度为1.02～1.05g·cm
一种地铁盾构泡沫剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照原料配比称取上述原料；
(2)将水放入容器内、在搅拌的情况下依次将α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵、肉豆蔻酰肌氨酸钠、月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂、聚丙烯酰胺加入到水中搅拌均匀即可。
进一步地，搅拌速率为20～30r/min、搅拌时间为10～20min。
本发明通过对表面活性剂的复配，采用α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵三者作为主发泡组分，确保基本的发泡性能；配合氨基酸型表面活性肉豆蔻酰肌氨酸钠与其配伍，使得产生的泡沫丰富细腻；月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂具有更小的表面张力，可以降低泡沫剂表面张力的倾向远大于聚合形成胶束的倾向，其临界胶束浓度比一般表面活性剂低几个数量级，进而控制泡沫剂的表面张力在20～30mN·m
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明制备得到的地铁盾构泡沫剂25℃下粘度为0.6～1.4Pa·s、半衰期为35～45min、发泡倍率为24～28倍，具有优异的发泡能力和发泡稳定性。
(2)能够有效的改良土体的流动性和止水性，对刀盘具有良好的润滑性，可以显著降低刀盘扭矩，大大的提高了掘进速度并且提高刀盘的使用寿命。
(3)泡沫剂产生的泡沫渗透性高，能够使其快速渗透到土体，有效防止发生堵塞现象，使掘进顺利进行。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
所述地铁盾构泡沫剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照原料配比称取上述原料；
(2)将水放入容器内、在搅拌的情况下依次将α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵、肉豆蔻酰肌氨酸钠、月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂、聚丙烯酰胺加入到水中搅拌均匀即可。其中，搅拌速率为20r/min、搅拌时间为10min。
实施例2
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
所述地铁盾构泡沫剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照原料配比称取上述原料；
(2)将水放入容器内、在搅拌的情况下依次将α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵、肉豆蔻酰肌氨酸钠、月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂、聚丙烯酰胺加入到水中搅拌均匀即可。其中，搅拌速率为30r/min、搅拌时间为20min。
实施例3
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
所述地铁盾构泡沫剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照原料配比称取上述原料；
(2)将水放入容器内、在搅拌的情况下依次将α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵、肉豆蔻酰肌氨酸钠、月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂、聚丙烯酰胺加入到水中搅拌均匀即可。其中，搅拌速率为25r/min、搅拌时间为15min。
实施例4
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
所述地铁盾构泡沫剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照原料配比称取上述原料；
(2)将水放入容器内、在搅拌的情况下依次将α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵、肉豆蔻酰肌氨酸钠、月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂、聚丙烯酰胺加入到水中搅拌均匀即可。其中，搅拌速率为20r/min、搅拌时间为20min。
实施例5
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
所述地铁盾构泡沫剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照原料配比称取上述原料；
(2)将水放入容器内、在搅拌的情况下依次将α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵、肉豆蔻酰肌氨酸钠、月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂、聚丙烯酰胺加入到水中搅拌均匀即可。其中，搅拌速率为20r/min、搅拌时间为10min。
1、为了更好的体现本申请泡沫剂各原料的作用，我们以发明实施例1-5制备的地铁盾构泡沫剂对比进口泡沫剂巴斯夫MEYCO SLF 33型号。对于基本的性能测试结果记录于表1。
表1
相比之下，本发明制备的地铁盾构泡沫剂与巴斯夫MEYCO SLF 33型号相比具有更优异的发泡倍率以及稳定性，能够达到进口水平。在施工过程中可以作为进口泡沫剂的替换产品，能够有效降低施工成本。
2、我们以实施例5作为参考，还制备了对照试验组，其中：
对比例1
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
对比例2
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
对比例3
一种地铁盾构泡沫剂，按照质量百分比计，由以下原料制成：
对于基本的性能测试结果记录于表2。
表2
根据表2数据可知，仅含有α-烯烃磺酸盐表面活性剂、椰油酰胺丙基甜菜碱、十六烷基三甲基氯化铵构成的泡沫剂也具有一定的发泡性能，但是在添加肉豆蔻酰肌氨酸钠后各方面性能也有所提升，特别是在泡沫细腻程度上明显变化；这说明肉豆蔻酰肌氨酸钠在上述复配体系内是有利于泡沫形成细腻泡沫。月桂酸咪唑啉季铵盐两性表面活性剂将体系的表面张力从41.1mN·m
综上，本发明制备的地铁盾构泡沫剂在改良土体，防止喷涌、堵塞等方面，表具有出优异的性能，能效提高掘进速度及降低施工成本。
应当理解本文所述的实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。