一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种实验室检测系统，特别涉及一种针对盾构泡沫剂性能的实验室检测系统。

背景技术：

盾构技术是现代掘进工程中的核心技术。近几年来，我国各大城市大规模地发展城市轨道交通，需要用到越来越多的盾构掘进机。目前，在地铁建设中所使用的盾构机多为土压平衡式，泡沫系统是土压平衡式盾构的“关键要素”。盾构用发泡剂的使用至今已有20多年的历史，特别是近十年来使用气泡来改良土质的做法日益得到工程界的重视，我国使用发泡剂的数量也越来越大。

但是，目前盾构泡沫剂产品尚无标准的检测设施和装置，也没有规范的检测标准，生产和使用单位对盾构用发泡剂的工作参数仍然依赖于工程经验，停留在施工经验的基础上。对盾构用发泡剂性能评价方面缺乏理论的指导，给盾构用发泡剂的研发和使用带来了各种问题：①由于缺乏理论依据，造成盾构施工中气泡使用的盲目性，遇到地质条件不良时，无针对性的加大气泡注入量，造成发泡剂的浪费，或为了降低成本，不恰当的降低发泡剂的使用量，容易出现安全事故。②由于发泡剂产品种类繁多，施工单位无法区分性能，只能在采购后实际施工中采集数据，即影响施工进度又浪费资源和资金。③给发泡剂的研发带来盲目性，产品的性能只能通过现场实际操作来验证，耗费大量的人力和财力，研发周期长。

由于现有技术不能客观、准确的分析掌握泡沫的核心性能指标及其对渣土改良的影响，无法对泡沫性能做出客观评价及准确地指导应用，只能根据现场实际应用效果对泡沫剂的性能做出模糊判断，耗时耗力，且对施工安全存在隐患，影响综合效率。所以急需针对盾构用发泡剂性能检测的实验室检测手段。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统。为盾构用发泡剂性能评价提供理论指导。

本实用新型采用的技术方案是：一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，由泡沫剂发泡装置、半衰期测试装置和扭矩测试装置构成。

所述的泡沫剂发泡装置：在泡沫发生器的进样端，泡沫发生器和泡沫剂混合液箱之间依次设有单向阀Ⅰ、可调式转子流量计Ⅰ和供液系统；泡沫发生器和空气压缩机之间依次设有单向阀Ⅱ、可调式转子流量计Ⅱ和气路控制组件。

泡沫发生器的出样端与软管连接。

所述的半衰期测试装置：支架上放置漏斗，漏斗的入口与软管出口对应，漏斗的出口与放置在天平上的量器对应。

所述的扭矩测试装置：泡沫计量器与软管出口对应，搅拌罐分别与泡沫计量器和土体计量器连接，电机带动安装在搅拌罐内的主轴转动，扭矩传感器通过联轴器与电机连接，扭矩传感器与计算机连接。

上述的一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，所述的泡沫发生器由管体、填充颗粒、格栅和法兰组成，管体的两端分别安装法兰，法兰伸入管体内部分设有两道密封槽，密封槽内放置密封胶圈，法兰上设有若干固定孔，若干螺杆的两端分别贯穿固定孔，通过螺母将管体固定；在管体进样端的法兰上设有液体快接头和气体快接头，管体的出样端设有泡沫出口快接头；管体内设有填充颗粒，在管体的进样端和出样端分别安装一个格栅。

上述的一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，格栅安装在填充颗粒与法兰之间，格栅上均匀分布直径为2mm的孔隙。

上述的一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，所述的格栅为锥形，放置时，其尖端分别朝向管体的进样端和出样端。

上述的一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，所述的填充颗粒为直径为3mm和直径为2mm的玻璃珠、陶瓷颗粒或塑料颗粒的混合体。

上述的一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，所述的漏斗下端设有活塞。

上述的一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，搅拌罐内主轴上设有螺旋搅拌桨。优选的，所述的螺旋状搅拌桨为双螺旋搅拌桨。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型，改良了泡沫发生器的结构，并配有可调式转子流量计，可根据实验需要精准控制泡沫发泡参数，通过实验找出最佳配比。通过在气路/液路上分别安装单向阀，防止工作时气路/液路压力不均衡，导致液体进入气路或气体进入液路，对流量计、供液系统和气路控制组件等起到保护作用。所配流量计均为玻璃转子流量计，性能可靠，安装使用方便，可通过调节流量计控制气体/液体的流量，达到精准控制发泡参数的目的。法兰与管体之间放置密封胶圈，起到密封作用。管体内填充颗粒与法兰之间配有格栅，一方面固定管体内填充颗粒。另一方面格栅为锥形，放置时尖端朝向法兰的进/出样端，这样在发生器进端可对气体及液体起到一定的分散作用，有利于气液的充分混合。而出口端通过格栅尖端放出的泡沫更加细腻均匀。填充颗粒为两种粒径的混合体，分别为直径3mm及2mm的珠子的混合体，珠子材质为玻璃、陶瓷或耐磨塑料。两种粒径颗粒混合使用，工作时气体、液体同时进入发生器，在颗粒填充空隙中经过，气体液体发生碰撞产生细腻均匀的气泡。

2.本实用新型，配置半衰期测定装置，可测试泡沫的核心性能指标—半衰期，为泡沫剂的工作参数提供了理论依据。

3.本实用新型，设置了扭矩测试装置，通过动态扭矩传感器，并配有电脑终端，收集改良参数，通过实验测得泡沫的加入对渣土改良装置扭矩、转速以及功率的影响。经泡沫发生器发出的泡沫与待改良的土体按一定的比例混合放入搅拌罐中，工作时扭矩传感器采集主轴工作扭矩、转速及功率，传输到终端计算机，给研发人员提供理论依据。

总之，本实用新型，通过实验室分析数据，可客观、准确的分析掌握泡沫的核心性能指标及其对渣土改良的影响，可通过实验室数据对泡沫性能做出客观评价及准确地指导应用，提高综合效率，维护施工安全。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是泡沫发生器的结构示意图。

图3是搅拌罐的结构示意图。

图4是半衰期测试装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示，一种实验室盾构泡沫剂性能检测系统，由泡沫剂发泡装置、半衰期测试装置9和扭矩测试装置8构成。

所述的泡沫剂发泡装置：在泡沫发生器7的进样端，泡沫发生器7和泡沫剂混合液箱1之间依次设有单向阀Ⅰ11、可调式转子流量计Ⅰ5和供液系统3；泡沫发生器7和空气压缩机2之间依次设有单向阀Ⅱ10、可调式转子流量计Ⅱ6和气路控制组件4。

如图2所示，所述的泡沫发生器7由管体71、填充颗粒72、格栅73和法兰74组成，管体71的两端分别安装法兰74，法兰74伸入管体71内部分设有两道密封槽78，密封槽78内放置密封胶圈75，法兰74上设有若干固定孔，若干螺杆77的两端分别贯穿固定孔，通过螺母76将管体71固定；在管体71进样端的法兰74上设有液体快接头和气体快接头，管体71的出样端设有泡沫出口快接头；管体71内设有填充颗粒72，在管体71的进样端和出样端分别安装一个格栅73。

所述的格栅73安装在填充颗粒72与法兰74之间，格栅73上均匀分布直径为2mm的孔隙。所述的格栅73为锥形，放置时，其尖端分别朝向管体71的进样端和出样端。

所述的填充颗粒72为直径为3mm和直径为2mm的混合颗粒，所述的混合颗粒可以采用玻璃珠、陶瓷颗粒或塑料颗粒。

泡沫发生器7的出样端与软管14连接。

所述的半衰期测试装置：支架93上放置漏斗91，漏斗91的入口与软管14出口对应，漏斗91的出口与放置在天平94上的量器92对应。所述的漏斗91下端设有活塞95。

所述的扭矩测试装置8：泡沫计量器15与软管14出口对应，搅拌罐81分别与泡沫计量器15和土体计量器12连接，电机84带动安装在搅拌罐81内的主轴85转动，扭矩传感器通过联轴器83与电机连接，扭矩传感器82与计算机13连接。

搅拌罐81内主轴85上设有螺旋搅拌桨86。优选的，所述的螺旋状搅拌桨86为双螺旋搅拌桨。

本实用新型的工作过程为：

1、发泡测试

配置一定浓度的混合液(一般为2-5％)，调整合适的气液比(一般为(10-20)：1)，利用泡沫剂发泡装置可做以下几种测试：

(1)不同品牌泡沫剂，在混合液浓度相同的情况下，可通过观察所发泡沫的完整性与细腻均匀程度，以及泡沫的稳定性，寻找最佳的气液比例，即发泡倍率。

(2)同一品牌泡沫剂，在相同气液比例下，观察不同浓度的混合液所发泡沫的完整性与细腻均匀程度，以及泡沫的稳定性，寻找最佳的混合液浓度，即原液掺比。

可根据测试数据确定泡沫剂的最佳掺量及发泡倍率，指导实际应用。

2、半衰期测试

泡沫体积减少到原来体积50％时所用时间称为气泡的半衰期。是渣土保持流塑性的核心指标。

测试方法：将通过泡沫剂发泡装置发出的泡沫注入衰落漏斗，并称量泡沫的质量，把衰落漏斗放到支架上，打开活塞，并开始计时，在衰落漏斗下方放置一个量器(如空烧杯)，并配置电子天平可持续称量泡沫液化后流出液体的质量，记录烧杯内液体质量为到泡沫质量50％时所用的时间，即泡沫的半衰期t1/2；至少进行三次平行试验。

衰落漏斗的容积与所注入泡沫的质量比约为实际的发泡倍率。向衰落漏斗注入泡沫时要求泡沫填充密实，尽量避免产生较大空隙，以免影响实际发泡倍率的计算的准确性。

3、渣土改良测试

将一定质量的土样装入搅拌罐中，记录初始的扭矩、转速及功率，向土样中分次加入泡沫剂，并观察主轴的扭矩、转速及功率的变化情况，当扭矩、转速及功率不再变化或变化较小的时候停止加入泡沫，并合计泡沫的加入量，计算泡沫与土样的体积比即为泡沫的注入量。不同土样可配合其他改良材料使用。

本实用新型可通过实验数据测得泡沫注入量及改良渣土的状态，间接反应了泡沫的强度及动态稳定性。