用于盾构的泡沫剂、制备方法及应用与流程

本发明涉及土压平衡盾构领域，具体涉及用于土压平衡盾构的泡沫剂、制备方法及应用。

背景技术：

1、近年来，随着城市交通地上资源可利用空间越来越少，地下空间的开发建设重要性日益突出，轨道交通建设已成为城市发展的重点。土压平衡盾构施工法由于不受地形、地貌、土层等的影响，具有显著的技术和经济性优点而得到了广泛的运用。在土压平衡盾构施工过程中，需要通过盾构机向泥土开挖面注入泡沫剂，使切削下来的泥土具有良好的流塑性，避免泥土在盾构机内造成堵塞，保证盾构掘进的顺利进行。

2、目前，市面上的泡沫剂除了含有用于产泡的发泡剂以外，还需要添加稳泡剂和增稠剂，以提升泡沫的稳定性和发泡倍率，但这种添加了稳泡剂和增稠剂的泡沫剂往往对环境不友好。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有泡沫剂由于添加了稳泡剂和增稠剂，而对环境不友好的技术问题，提供了一种仅由发泡剂制成的泡沫剂。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种用于盾构的泡沫剂，该泡沫剂由发泡剂和水组成。所述发泡剂包括：三臂阴离子磺酸盐表面活性剂，所述三臂阴离子磺酸盐表面活性剂的结构式如式i所示：

3、

4、可选的，按重量百分比计，所述三臂阴离子磺酸盐表面活性剂占所述泡沫剂的2％-6％，余量为水。

5、可选的，按重量百分比计，所述三臂阴离子磺酸盐表面活性剂占所述泡沫剂的3％-5％，余量为水。

6、本发明还提供了上述用于盾构的泡沫剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

7、步骤s1，按质量份数计，将138-140份的三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)溶液、160-175份2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液、及0.2-1份光引发剂混合均匀；紫外光照射后得到三臂阴离子磺酸；

8、步骤s2，将所述三臂阴离子磺酸缓慢加入碱性溶液中，得到三臂阴离子磺酸盐表面活性剂；

9、步骤s3，将所述三臂阴离子磺酸盐表面活性剂溶于水中，得到所述用于盾构的泡沫剂。

10、可选的，步骤s1中，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1:3。

11、可选的，步骤s1中，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)溶液中，溶质是三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)，溶剂是呋喃类溶剂；所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液中，溶质是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，溶剂是酰胺类溶剂。

12、上述呋喃类溶剂为四氢呋喃，酰胺类溶剂为二甲基酰胺。

13、可选的，步骤s1中，所述光引发剂为安息香双甲醚。

14、可选的，步骤s2中，碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾，碳酸钠，碳酸钾溶液中的至少一种。

15、本发明还提供了上述泡沫剂在盾构施工过程中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明提供的泡沫剂仅由发泡剂和水制成，无需添加稳泡剂和增稠剂，即具有优异的发泡力(发泡倍率大于40)和发泡稳定性(半衰期大于60min)。

18、本发明提供的泡沫剂具有优异发泡力和发泡稳定性的原理如下：

19、本发明提供的泡沫剂中，以三臂阴离子磺酸盐表面活性剂作为发泡剂，该三臂阴离子磺酸盐表面活性剂的结构如式i所示。

20、

21、从式i中可以看出，本发明的三臂阴离子磺酸盐表面活性剂带有三个磺酸盐基团，由于磺酸盐基团能够提高泡沫剂的发泡力和发泡稳定性(原理参见下述)，而本发明提供的三臂阴离子磺酸盐表面活性剂带有三个磺酸盐基团，更是能够大幅降低水的表面张力、增强泡沫的稳定性，使本发明的泡沫剂具有优异的发泡力和发泡稳定性。

22、磺酸盐基团能够提高泡沫剂发泡力的原理如下：

23、由于磺酸盐基团本身是一种表面活性剂基团，其能够降低水的表面张力，使空气易于进入水中形成泡沫，提高泡沫剂的发泡力。

24、磺酸盐基团能够提高泡沫剂发泡稳定性的原理如下：

25、在泡沫形成时(气泡漂浮在液面上之前)，大量气体进入水中，在水里形成气泡，此时由于气泡的外部均为水相，而磺酸盐基团具有疏水性碳链，因而磺酸盐基团会排列吸附在气泡的内部形成内分子层，亲水性磺酸根离子朝向气泡膜表面，疏水性碳链朝向气泡内部的气相，在气泡膜内表面排列形成一层内分子层。

26、随后，气泡受到浮力浮出液面，位于液面表面的磺酸盐基团吸附在气泡膜的外部形成外分子层，亲水性磺酸根离子朝向气泡膜表面，疏水性碳链朝向气泡外部的气相，在气泡膜的外表面排列形成一层外分子层。

27、此时气泡膜内部的内分子层和气泡膜外部的外分子层形成双分子层，来保护气泡的气泡膜，增强了气泡的稳定性。

技术特征：

1.一种用于盾构的泡沫剂，其特征在于，由发泡剂和水组成；所述发泡剂包括：三臂阴离子磺酸盐表面活性剂，所述三臂阴离子磺酸盐表面活性剂的结构式如式i所示：

2.根据权利要求1所述的用于盾构的泡沫剂，其特征在于，按重量百分比计，所述三臂阴离子磺酸盐表面活性剂占所述泡沫剂的2％-6％，余量为水。

3.根据权利要求2所述的用于盾构的泡沫剂，其特征在于，按重量百分比计，所述三臂阴离子磺酸盐表面活性剂占所述泡沫剂的3％-5％，余量为水。

4.权利要求1-3中任一项所述的泡沫剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的泡沫剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1:3。

6.根据权利要求4所述的泡沫剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)溶液中，溶质是三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)，溶剂是呋喃类溶剂；所述2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸溶液中，溶质是2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，溶剂是酰胺类溶剂。

7.根据权利要求6所述的泡沫剂的制备方法，其特征在于，所述呋喃类溶剂为四氢呋喃，所述酰胺类溶剂为二甲基酰胺。

8.根据权利要求4所述的泡沫剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述光引发剂为安息香双甲醚。

9.根据权利要求4所述的泡沫剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中，碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾，碳酸钠，碳酸钾溶液中的至少一种。

10.一种如权利要求1-3中任一项所述的泡沫剂在盾构施工过程中的应用。

技术总结本发明公开了一种用于盾构的泡沫剂，该泡沫剂仅由发泡剂和水制成，其中发泡剂中含有三臂阴离子磺酸盐表面活性剂，该三臂阴离子磺酸盐表面活性剂结构式如式I所示：本发明提供的三臂阴离子磺酸盐表面活性剂能够显著降低水的表面张力，提高泡沫剂的发泡力和发泡稳定性，使得制成的泡沫剂无需再添加稳泡剂和增稠剂，即具有优异的发泡力和发泡稳定性。技术研发人员：梅晓君,陈钱宝,朱成桂,苏炜斌,赵保玉,田嘉星,胡洋受保护的技术使用者：中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17