本發(fā)明屬于建筑施工，具體涉及一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法及消泡劑制備方法。

背景技術(shù)：

1、土壓平衡盾構(gòu)隧道施工中，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中會產(chǎn)生大量含水量高、力學(xué)性能差、含有殘余泡沫劑的渣土。傳統(tǒng)堆填或者棄置處置方式不僅造成環(huán)境污染、資源浪費、安全隱患，而且隨著城郊渣土場的飽和或者超荷，渣土處置費用越來越高，難度越來越大。如何對這些盾構(gòu)渣土進(jìn)行無害化處理、資源化利用仍是積蓄解決的難題。

2、原位資源化利用是廢棄渣土有效處置手段，可帶來顯著社會經(jīng)濟(jì)效益。但殘余泡沫劑產(chǎn)生大量泡沫表面易吸附黏土顆粒，造成溢罐難題，同時降低絮凝與壓濾效率。消泡劑被廣泛應(yīng)用于建筑施工、污水處理、化工生產(chǎn)、食品飲料等諸多領(lǐng)域，可快速有效的消除泡沫并抑制泡沫的再生，可顯著提高工藝效率、降低能耗和成本。原位化盾構(gòu)渣土資源化利用過程包括：(1)振動篩分系統(tǒng)：施工后產(chǎn)生的渣土經(jīng)過高壓噴淋和振動分離進(jìn)行初步分離，得到礫石顆粒和泥漿的流體混合物；(2)洗砂系統(tǒng)：上一階段分離出的砂石顆粒依次經(jīng)過洗砂機(jī)和旋流器分離出成品砂和泥漿；(3)絮凝系統(tǒng)：廢棄泥漿通過渣漿泵進(jìn)入絮凝罐，最后在壓濾機(jī)的壓濾作用下分離為泥餅和水。土壓平衡盾構(gòu)渣土處理過程中消泡劑的具體使用方式為：在階段(2)中的泥漿池里加入預(yù)先稀釋并攪拌均勻的消泡劑，消泡劑在泵的作用下流入泥漿池與泡沫混合，進(jìn)行消泡。經(jīng)過消泡處理后，分離出來的泥漿就可以順利地進(jìn)行后續(xù)的抽泥和壓濾等工序，實現(xiàn)對盾構(gòu)渣土的資源化利用。

3、目前對消泡劑的配方研究大多是基于單因素試驗或正交試驗尋求最優(yōu)配比，但是涉及到多因素時，因素之間的交互作用使得實驗工作量大，對于消泡劑中各個組分對其消泡、抑泡性能的影響研究相對薄弱。

4、現(xiàn)有的消泡劑消泡速度慢、抑泡性能差，且盾構(gòu)泡沫劑為多種表面活性劑、穩(wěn)泡劑以及分散劑復(fù)配，市面上常用消泡劑成本高，且用于盾構(gòu)渣土處理中消泡難度大，效率低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決市面現(xiàn)有消泡劑用于渣土處理消泡、抑泡率低，用量大，成本高的問題，提供一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法及消泡劑制備方法，提供消泡劑配合比確定方法及其制備方法，能夠獲得消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比，滿足盾構(gòu)渣土處理中對消泡、抑泡性能的需求，適用范圍廣泛，減少了實驗組數(shù)，為盾構(gòu)渣土再利用消泡劑的制備提供了簡便的方法，有助于減少施工成本和提高工程效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，通過響應(yīng)面法確定消泡劑的配比，能夠獲得消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比，滿足盾構(gòu)渣土處理中對消泡、抑泡性能的需求。

3、在本發(fā)明一實施例中，所述方法，包括如下步驟：

4、基于改進(jìn)絮凝罐縮尺模型的動態(tài)消泡過程，進(jìn)行消泡劑的消泡、抑泡率測試試驗，獲得消泡劑各組分的最優(yōu)摻量范圍；

5、在最優(yōu)摻量范圍內(nèi)，以消泡劑各組分的摻量作為主變量，以5min消泡率dfr和25min抑泡率afr作為響應(yīng)量，進(jìn)行響應(yīng)面試驗，獲得不同配合比下的響應(yīng)值試驗結(jié)果；

6、對響應(yīng)值試驗結(jié)果進(jìn)行非線性擬合，建立響應(yīng)面模型；

7、基于響應(yīng)面模型，結(jié)合消泡、抑泡性能需求，獲得各個響應(yīng)量的期望值；

8、基于各個響應(yīng)量的期望值，獲得盾構(gòu)消泡劑的最優(yōu)配合比。

9、在本發(fā)明一實施例中，消泡劑各組分包括羥基硅油、疏水納米二氧化硅、甘油聚氧丙烯醚、復(fù)合乳化劑、增稠劑以及去離子水。

10、在本發(fā)明一實施例中，羥基硅油的最優(yōu)摻量范圍為4.7％～23.5％，疏水納米二氧化硅的最優(yōu)摻量范圍為0.3～1.5％，甘油聚氧丙烯醚的最優(yōu)摻量范圍為4.7％～23.5％，復(fù)合乳化劑的最優(yōu)摻量范圍為1.5～7.5％，增稠劑摻量范圍為0.7％，其余為去離子水。

11、在本發(fā)明一實施例中，復(fù)合乳化劑包括司班80、吐溫80。

12、在本發(fā)明一實施例中，獲得不同配合比下的響應(yīng)值實驗結(jié)果的過程包括：將1l的泡沫劑溶液倒入到含有10％的干土的改進(jìn)絮凝罐縮尺模型中，在1000rpm條件下轉(zhuǎn)動5min后，靜置兩分鐘記錄初始泡沫高度h0，隨后往改進(jìn)絮凝罐縮尺模型中滴加0.1％含量的消泡劑，500rpm條件下轉(zhuǎn)動5min后，靜置兩分鐘記錄泡沫高度hd；土-泡沫劑-消泡劑混合液靜置23min后，在1000rpm條件下轉(zhuǎn)動5min后，靜置兩分鐘記錄泡沫高度ha；計算不同配合比下消泡劑的消泡率dfr、抑泡率afr。

13、在本發(fā)明一實施例中，不同配合比下消泡劑的消泡率dfr、抑泡率afr由下式計算：

14、

15、

16、在本發(fā)明一實施例中，建立響應(yīng)量模型的過程包括：基于二次多項式方程建立響應(yīng)面模型，將響應(yīng)值試驗結(jié)果代入二次多項式方程中，獲得模型回歸方程系數(shù)，然后采用方差對響應(yīng)面模型的有效性進(jìn)行評估。

17、本發(fā)明還提供了一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑制備方法，包括如下步驟：

18、步驟s1、將疏水納米二氧化硅、羥基硅油加入到反應(yīng)釜中，180℃條件下磁力攪拌6h，冷卻后出料，得到硅膏；

19、步驟s2、將甘油聚氧丙烯醚、復(fù)合乳化劑倒入到步驟s1反應(yīng)中得到的硅膏中，于100℃條件下，1000rpm轉(zhuǎn)速下機(jī)械攪拌30min；

20、步驟s3、將增稠劑、去離子水加入到步驟s2中得到的初級乳液中，于100℃條件下，1000rpm轉(zhuǎn)速下機(jī)械攪拌1h得到消泡劑初乳液；

21、步驟s4、將消泡劑初乳液置于乳化機(jī)當(dāng)中，于10000rpm轉(zhuǎn)速下乳化20min即可得到消泡劑。

22、在本發(fā)明一實施例中，所述制備方法，采用如上述任一所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法確定的消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比來制備消泡劑。

23、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明方法，提供了消泡劑配合比確定方法以及相應(yīng)的消泡劑制備方法，能夠獲得消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比，滿足盾構(gòu)渣土處理中對消泡、抑泡性能的需求，適用范圍廣泛，減少了實驗組數(shù)，為盾構(gòu)渣土再利用消泡劑的制備提供了簡便的方法，有助于減少施工成本和提高工程效率。

技術(shù)特征：

1.一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，通過響應(yīng)面法確定消泡劑的配比，能夠獲得消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比，滿足盾構(gòu)渣土處理中對消泡、抑泡性能的需求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，所述方法，包括如下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，消泡劑各組分包括羥基硅油、疏水納米二氧化硅、甘油聚氧丙烯醚、復(fù)合乳化劑、增稠劑以及去離子水。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，羥基硅油的最優(yōu)摻量范圍為4.7％～23.5％，疏水納米二氧化硅的最優(yōu)摻量范圍為0.3～1.5％，甘油聚氧丙烯醚的最優(yōu)摻量范圍為4.7％～23.5％，復(fù)合乳化劑的最優(yōu)摻量范圍為1.5～7.5％，增稠劑摻量范圍為0.7％，其余為去離子水。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，復(fù)合乳化劑包括司班80、吐溫80。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，獲得不同配合比下的響應(yīng)值實驗結(jié)果的過程包括：將1l的泡沫劑溶液倒入到含有10％的干土的改進(jìn)絮凝罐縮尺模型中，在1000rpm條件下轉(zhuǎn)動5min后，靜置兩分鐘記錄初始泡沫高度h0，隨后往改進(jìn)絮凝罐縮尺模型中滴加0.1％含量的消泡劑，500rpm條件下轉(zhuǎn)動5min后，靜置兩分鐘記錄泡沫高度hd；土-泡沫劑-消泡劑混合液靜置23min后，在1000rpm條件下轉(zhuǎn)動5min后，靜置兩分鐘記錄泡沫高度ha；計算不同配合比下消泡劑的消泡率dfr、抑泡率afr。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，不同配合比下消泡劑的消泡率dfr、抑泡率afr由下式計算：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法，其特征在于，建立響應(yīng)量模型的過程包括：基于二次多項式方程建立響應(yīng)面模型，將響應(yīng)值試驗結(jié)果代入二次多項式方程中，獲得模型回歸方程系數(shù)，然后采用方差對響應(yīng)面模型的有效性進(jìn)行評估。

9.一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑制備方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-8任一所述的一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法確定的消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比來制備消泡劑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種土壓平衡盾構(gòu)渣土資源化利用的消泡劑配比確定方法及消泡劑制備方法，屬于建筑施工技術(shù)領(lǐng)域。所述消泡劑配比確定方法，通過響應(yīng)面法確定消泡劑的配比，能夠獲得消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比，滿足盾構(gòu)渣土處理中對消泡、抑泡性能的需求。本發(fā)明方法，能夠獲得消泡劑中各組分的最優(yōu)配合比，滿足盾構(gòu)渣土處理中對消泡、抑泡性能的需求，適用范圍廣泛，減少了實驗組數(shù)，為盾構(gòu)渣土再利用消泡劑的制備提供了簡便的方法，有助于減少施工成本和提高工程效率。

技術(shù)研發(fā)人員：黃明,王炳楠,路遙,彭立乾,連輝,胡艷峰,關(guān)振長
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15