CN105198269B - 一种耐低温土压平衡盾构用发泡剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐低温土压平衡盾构用发泡剂及其制备方法与应用，配方组分及其重量百分比为：α‑烯烃磺酸盐2～4％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐4～10％，椰油酸二乙醇酰胺1～2％，椰油酰胺丙基甜菜碱0.5‑1％，聚乙二醇0.5～2％，丙三醇0.1‑0.5％，十二醇0.05～0.3％，氯化钠0.1～0.5％，卡松0.05～0.15％，柠檬酸0.05～0.2％，余量水79.35～91.65％。用于低温‑20℃下施工，尤其用于冬季施工，用于施工土层为细砂、中粗砂和/或砂卵石的土体改良，能保证盾构施工在冬季低温条件下所用发泡剂的透明性，从而确保其发泡率高，稳泡性好，减少因为发泡剂随温度的变化对施工带来的不利影响。

Description

一种耐低温土压平衡盾构用发泡剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种发泡剂，尤其涉及一种耐低温土压平衡盾构用发泡剂及其制备方法与应用。

背景技术

土压平衡盾构法作为城市地下隧道施工的主流方法，具有对周围环境影响小、自动化程度高、施工快速、优质高效、安全环保等优点，在地下施工中显示出强大的优势，近年来，土压平衡盾构施工的占有率已达到90％以上。目前新型土压平衡盾构适用的地质条件由初期的软弱粘土层到细砂、中粗砂和砂砾层，主要原因是施工中，在细砂、中粗砂和砂砾层中注入泡沫进行了流塑性和止水性的改良，稳定的微米气泡填充在砂粒之间，提高其流塑性，同时形成稳定的止水层，使得渗透系数从10～1.0×10^-5m/s降低至1.0×10^-5m/s以下，从而满足了土压平衡盾构的要求。

土压平衡盾构用发泡剂的研发始于上世纪80年代，目前国内外无相关行业标准，尤其是发泡率和稳泡性没有统一的表征仪器、表征方法和评价标准。市场上，土压平衡盾构用发泡剂鱼龙混杂。在冬天低温环境下，发泡剂出现变白、分层、浑浊或有絮状沉淀的情况，大大降低了发泡剂的发泡率，从而影响了土压平衡盾构机的正常施工。

发明内容

本发明的目的是提供一种发泡率高、稳泡性好的耐低温土压平衡盾构用发泡剂及其制备方法与应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的耐低温土压平衡盾构用发泡剂，配方组分及其重量百分比为：α-烯烃磺酸盐2～4％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐4～10％，椰油酸二乙醇酰胺1～2％，椰油酰胺丙基甜菜碱0.5-1％，聚乙二醇0.5～2％，丙三醇0.1-0.5％，十二醇0.05～0.3％，氯化钠0.1～0.5％，卡松0.05～0.15％，柠檬酸0.05～0.2％，余量水79.35～91.65％。

本发明的上述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂的制备方法，包括步骤：

设定不锈钢第一搅拌罐温度40℃，向第一搅拌罐中加入30％的水，边搅拌边加入α-烯烃磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐、椰油酸二乙醇酰胺和十二醇，搅拌至均匀，再将其泵入不锈钢第二搅拌罐中，室温下，向第二搅拌罐中顺序加入椰油酰胺丙基甜菜碱、聚乙二醇、丙三醇，氯化钠、卡松、柠檬酸和剩余水，再继续搅拌至淡黄色透明液体，得到耐低温土压平衡盾构用发泡剂。

本发明的上述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂的应用，用于低温-20℃下施工，尤其用于冬季施工，用于施工土层为细砂、中粗砂和/或砂卵石的土体改良。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的耐低温土压平衡盾构用发泡剂及其制备方法与应用，能保证盾构施工在冬季低温条件下所用发泡剂的透明性，从而确保其发泡率高，稳泡性好，减少因为发泡剂随温度的变化对施工带来的不利影响，对地铁盾构施工项目如期完工有重要意义。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的耐低温土压平衡盾构用发泡剂，其较佳的具体实施方式是：

配方组分及其重量百分比为：α-烯烃磺酸盐2～4％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐4～10％，椰油酸二乙醇酰胺1～2％，椰油酰胺丙基甜菜碱0.5-1％，聚乙二醇0.5～2％，丙三醇0.1-0.5％，十二醇0.05～0.3％，氯化钠0.1～0.5％，卡松0.05～0.15％，柠檬酸0.05～0.2％，余量水79.35～91.65％。

所述的十二醇与α-烯烃磺酸盐、脂肪脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐起协同作用，增强稳泡效果。

本发明的上述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂的制备方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

设定不锈钢第一搅拌罐温度40℃，向第一搅拌罐中加入30％的水，边搅拌边加入α-烯烃磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐、椰油酸二乙醇酰胺和十二醇，搅拌至均匀，再将其泵入不锈钢第二搅拌罐中，室温下，向第二搅拌罐中顺序加入椰油酰胺丙基甜菜碱、聚乙二醇、丙三醇，氯化钠、卡松、柠檬酸和剩余水，再继续搅拌至淡黄色透明液体，得到耐低温土压平衡盾构用发泡剂。

本发明的上述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂的应用，其较佳的具体实施方式是：

用于低温-20℃下施工。

用于冬季施工，用于施工土层为细砂、中粗砂和/或砂卵石的土体改良。

将发泡剂进行稀释获得阴离子表面活性剂浓度为1.5％的发泡溶液，在常温常压下进行发泡，发泡条件为：压缩空气压力为0.4MPa，气体流量为10L/min，发泡溶液的泵送压力为0.4MPa，溶液流量为12L/h。

所述的α-烯烃磺酸盐，简称AOS，是一种起泡能力强的阴离子表面活性剂，毒性低，对皮肤刺激性小，性能温和，尤其是在硬水中和有肥皂存在时具有很好的起泡力，同时低温水溶性好，不变白，不析出，尤其适用于耐低温土压平衡盾构用发泡剂。

所述的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐，简称AES，是非离子—阴离子型两性混合表面活性剂，发泡能力强、抗硬水性能强、毒性小，低温水溶性好，不变白，不析出，尤其适用于耐低温土压平衡盾构用发泡剂。

所述的椰油酸二乙醇酰胺，简称6501，是一种高品质的非离子表面活性剂，具有显著的增稠、增泡、稳泡性能，同其它表面活性剂有良好的复配性和协同效应，具有抗静电、防锈、防腐蚀等性能，特别适于配制透明产品，是性能价格比很高的品种之一。

所述的椰油酰胺丙基甜菜碱，简称CAB-35，是一种高品质的两性离子表面活性剂，具有优良的发泡性和显著的增稠、稳泡性，水溶性好，刺激性低，生物可降解，具有杀菌能力，与阴离子表面活性剂配伍性好，并具有低温稳定性。

所述的聚乙二醇(PEG-200)，熔点为-50℃，无毒、无刺激性，具有良好的低温水溶性，与大部分有机物组份有良好的相容性。具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接剂、抗静电剂及柔软剂等。

所述的丙三醇，是表面活性剂水溶液的稳定剂，具有吸湿、防冻作用，无毒，生物可降解。

所述的十二醇，与α-烯烃磺酸盐、脂肪脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐起协同作用，稳泡效果优异。

所述的发泡剂在低温-20℃下，溶液透明性好、无絮状沉淀。发泡率高达60，泡沫均匀细腻，强度高、弹性好和润滑性优异；泡沫半衰期达到120min，泡沫稳定性好，尤其适用于冬季施工，且施工土层为细砂、中粗砂和砂卵石等的土体改良。

本发明的耐低温土压平衡盾构用发泡剂，能保证盾构施工在冬季低温条件下所用发泡剂的透明性，从而确保其发泡率高，稳泡性好，减少因为发泡剂随温度的变化对施工带来的不利影响，对地铁盾构施工项目如期完工有重要意义。

具体实施例：

实施例一：

本实施例中耐低温盾构用发泡剂，配方组成及其重量百分比为：α-烯烃磺酸盐3％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐5.5％，椰油酸二乙醇酰胺1.2％，椰油酰胺丙基甜菜碱0.9％，聚乙二醇1.5％，丙三醇0.3％，十二醇0.25％，氯化钠0.3％，卡松0.1％，柠檬酸0.1％，余量水86.85％。

根据本发明所述的发泡剂制备过程获得发泡剂样品，用水稀释该发泡剂至发泡溶液中阴离子表面活性剂的重量百分比为1.5％，在常温常压下进行发泡。发泡条件为：压缩空气压力为0.4MPa，气体流量为10L/min,发泡溶液的泵送压力为0.4MPa，溶液流量为12L/h。该发泡剂的理化指标如表1所示。

表1.耐低温盾构用发泡剂性能参数表

实施例二：

本实施例中耐低温盾构用发泡剂，配方组成及其重量百分比为：α-烯烃磺酸盐4％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐8％，椰油酸二乙醇酰胺1.5％，椰油酰胺丙基甜菜碱1.0％，聚乙二醇1.5％，丙三醇0.3％，十二醇0.05％，氯化钠0.3％，卡松0.1％，柠檬酸0.1％，余量水83.15％。

根据本发明所述的发泡剂制备过程获得发泡剂样品，用水稀释该发泡剂至发泡溶液中阴离子表面活性剂的重量百分比为1.5％，在常温常压下进行发泡。发泡条件为：压缩空气压力为0.4MPa，气体流量为10L/min,发泡溶液的泵送压力为0.4MPa，溶液流量为12L/h。该发泡剂的理化指标与实施例一相同。

与市场上发泡剂相比，本发明发泡剂具有以下优点：

1.本发明耐低温土压平衡盾构用发泡剂在低温-20℃下，溶液透明性好、无絮状沉淀。

2.将发泡剂进行稀释获得阴离子表面活性剂浓度为1.5％的发泡溶液，在常温常压下进行发泡，发泡条件为：压缩空气压力为0.4MPa，气体流量为10L/min,发泡溶液的泵送压力为0.4MPa，溶液流量为12L/h。发泡率高达60，泡沫均匀细腻，强度高、弹性好和润滑性优异；泡沫半衰期达到120min，泡沫稳定性好，尤其适用于冬季施工，且施工土层为细砂、中粗砂和砂卵石等的土体改良。

3.配方组分无毒，生物可降解，绿色环保，对土质、地下水无污染，对盾构机相关金属部件无腐蚀。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都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。

Claims (4)

1.一种耐低温土压平衡盾构用发泡剂，其特征在于，配方组分及其重量百分比为：α-烯烃磺酸盐2～4％，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐4～10％，椰油酸二乙醇酰胺1～2％，椰油酰胺丙基甜菜碱0.5-1％，聚乙二醇0.5～2％，丙三醇0.1-0.5％，十二醇0.05～0.3％，氯化钠0.1～0.5％，卡松0.05～0.15％，柠檬酸0.05～0.2％，余量水79.35～91.65％；

所述的十二醇与α-烯烃磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐起协同作用，增强稳泡效果；

所述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂用于低温-20℃下施工。

2.根据权利要求1所述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂的应用，其特征在于，用于施工土层为细砂、中粗砂和/或砂卵石的土体改良。

3.根据权利要求2所述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂的应用，其特征在于，将发泡剂进行稀释获得阴离子表面活性剂浓度为1.5％的发泡溶液，在常温常压下进行发泡，发泡条件为：压缩空气压力为0.4MPa，气体流量为10L/min，发泡溶液的泵送压力为0.4MPa，溶液流量为12L/h。

4.一种权利要求1所述的耐低温土压平衡盾构用发泡剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

设定不锈钢第一搅拌罐温度40℃，向第一搅拌罐中加入30％的水，边搅拌边加入α-烯烃磺酸盐、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐、椰油酸二乙醇酰胺和十二醇，搅拌至均匀，再将其泵入不锈钢第二搅拌罐中，室温下，向第二搅拌罐中顺序加入椰油酰胺丙基甜菜碱、聚乙二醇、丙三醇，氯化钠、卡松、柠檬酸和剩余水，再继续搅拌至淡黄色透明液体，得到耐低温土压平衡盾构用发泡剂。