专利名称：一种导热止水浆液材料及其制备与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有高导热性的止水浆液材料及其制备与应用。
背景技术：
盾构进出洞施工技术，是盾构施工的关键环节。当盾构进出洞时，需要凿除洞口的 井壁，若处理不当，井外的土体将向工作井内坍陷，导致地表沉降并危及地下管线及临近的 建筑物，泥水盾构还会出现地面跑浆等问题。在地下水丰富的软土地区，施工风险则更高。 目前常采用土体加固与止水技术相结合的方法。 由于土体的加固和改良意味着造价的增加及工期的延长，且扩大了施工用地，可 能导致地下管线搬迁。为此，上海建工最新研究提出了一种盾构进出洞套箱冻结止水工法。 具体做法为在进洞或出洞工序中，在工作井壁设置一环形钢套箱，盾构机穿越套箱进出 洞。套箱内充填导热止水浆液，同时在套箱壁上附设液氮冷却管，管内输送深冷液氮。在该 工法中，冷量由液氮冷源通过套箱内的止水浆液(导热工质)传递至止水浆液与盾构机外 壳界面处，冻结界面渗漏水以达到止水的效果，盾构在推进时，冻结体与盾构机之间产生裂 隙，但从裂隙渗入的地下水在冻结套箱形成的深冷环境中又被冻结，如此反复，实现了盾构 进出工作井的动态止水。由于该系统具有可靠的止水功能，可以取消土体的加固，因此，具 有很好的经济效益及环境效益。 采用此套箱冻结止水工法，盾构进出洞技术的关键在于冻结套箱的止水效果。因 此，对于充填于该冻结套箱中的浆液提出了较高的要求，首先该浆液应具有止水功能，是一 种优良的止水浆液；其次为实现盾构进出洞过程中渗漏水的动态冻结，该浆液必须具备优 异的导热性能，是一种优良的导热工质，具体的，该浆液应该满足以下四点要求
1)止水性 在冻结之前或解冻之后浆液需维持系统的正常止水功能，因此浆液应具备良好的 塑性状态，同时具备一定抗水冲散能力，以发挥稳定的止水堵漏功能。
2)高导热性 浆液的高导热性是保证系统以最快的速度将冷量传递到动态止水工作面的重要 条件。因此浆液应具有良好的传热功能，以提高止水的可靠性。
3)稳定性 浆液导热工质在冻结管的作用下得以冻结，形成冻结体，进而实现渗漏水的动态 冻结，起到止水的作用。浆液体系不稳定或发生离析，则易出现导热性能不均，导致传热薄 弱区域裂隙水无法正常冻结，因此浆液必须具有一定的稳定性。
4)流动性 由于浆液从顶部注浆口注入止水套箱，因此还必须保证浆液具有一定的流动性。
发明内容
本发明针对盾构进出洞套箱冻结止水工法，开发一种高导热性高稳定性止水惰性
3浆液材料，作为导热工质，实现渗漏水的动态冻结。
上述导热止水浆液材料，其制备原料按重量百分比计包括 体系稳定剂0. 5% 20% ; 导热剂5% 40%; 填充材料5% 50% 流态剂O. 5% 5%; 水35% 65%。 体系稳定剂采用层状硅铝酸盐矿物基增稠剂或高分子聚合物。可采用市售产品， 例如浙江丰虹牌号为FHDF 15的产品、CMC(羧甲基纤维素钠)等。 导热剂采用铁粉或铜粉、石墨、石墨短纤维及其晶须，硼纤维及其晶须、碳纤维等， 性能最优为纤维类导热材料，性价比最优为石墨。 填充材料主要为黄砂、石粉等，其中石粉包括碳酸钙、滑石粉、白云石等，石粉中优 选重质碳酸钙； 流态剂为磺酸盐类或羧酸类聚合物，例如萘磺酸盐甲醛縮合物，可采用市售产品，
如格雷斯(中国)有限公司牌号为S20的产品、聚羧酸系减水剂(Sika Viscocrete 33010)等。 该导热止水材料为惰性浆液，密度范围为1. 2 1. 8g/cm3，该惰性浆液不与水发生 化学反应。 该导热止水浆液材料的制备方法如下将导热剂、填充材料、体系稳定剂等各干物 料预先混合均匀，另将流态剂均匀溶解于水中，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中， 持续搅拌，直至浆液材料均匀。 本发明的导热止水浆液可作为导热工质用于盾构进出洞套箱冻结止水工法。
本发明的导热止水桨液材料具有以下特点 1.本发明的浆液材料导热性能良好，是应用于盾构进出洞套箱冻结止水工法中的 一种高效的导热工质，能够有效的传递热量，使冷量快速到达止水工作面，保证了冻结止水 机制有效运行，大大降低了系统的冷量消耗。 2.该浆液材料自身具备优良的止水性能，且稳定性高，能在长时间内不离析不泌 水，保证了冻结未完成时及解冻后止水箱体的端面堵漏功能。 3.本发明的浆液材料原料来源广泛，制备工艺简单，对环境无污染，流动性能良 好，易于灌入止水箱体中。
图1是本发明导热止水浆液(与基准浆液对比)的降温曲线；
图2是本发明导热止水浆液(与基准浆液对比)的降温速率曲线。
具体实施方式
实施例1 导热止水浆液按如下原料配方配制 体系稳定剂层状硅铝酸盐矿物基增稠剂(浙江丰虹FHDF 15)6. 7wt% ;
导热剂石墨粉20wt% ; 填充材料黄砂12. 5wt% 流态剂萘磺酸盐甲醛縮合物(格雷斯S20)0. 8wt% ; 水60wt^。 原材料性能如表1所示。 表l原材料性能
材料名称要求
体系稳定剂细粉料，95%通过200目
导热剂细粉料，导热系数为192W/m K
填充材料细度模数为2. 3
流态剂减水率20%
水生活用水 注减水率采用GB 8076-2008的方法进行检测。
导热止水浆液制备方法如下 将导热剂、填充材料、体系稳定剂等各干物料预先混合均匀，另将流态剂均匀溶解 于水中制成水溶液，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中，持续搅拌，直至浆液材料均 匀。导热浆液性能指标如表2所示
表2导热止水浆液性能
项目密度坍落度体积稳定性
性能1. 33g/cm318cm不离析、不泌水 注流动性采用坍落度法进行检测，参照GB/T 500802002 ; 表中体积稳定性采用泌水试验进行检测，参照GB/T 50080-2002。 图1为上述导热止水浆液与基准浆液在低温下测定的内部降温曲线，其中，基准
桨的配比中导热剂掺量为0%，填充材料为32. 5%，其余配比与导热桨一致；降温同时进
行；测试温度为浆液内部温度；浆液起始温度范围为33°C 37°C ;低温环境为14。C水浴。
图2为该降温过程中，导热止水浆液与基准浆液的降温速率随时间变化曲线。可以看出，导
热浆液的导热性能明显高于基准浆液，其最大降温速率为基准浆液的两倍。 在上海某取排水隧道工程中，采用了冻结套箱止水工法，上述配方的导热止水浆
液得以应用，有效保障了盾构进出工作井的施工安全。施工过程中浆液的止水性能良好，工
5作井内渗漏水较少。
实施例2 导热止水浆液按如下原料配方配制
体系稳定剂CMC (羧甲基纤维素钠)0. 5w%
导热剂石墨粉40w%
填充材料重质碳酸钙石粉23. 5w%流态剂聚羧酸系减水剂(Sika Viscocrete 33010) 1.0wt% ;
水35% 将导热剂、填充材料、体系稳定剂等各干物料预先混合均匀，另将流态剂均匀溶解 于水中制成水溶液，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中，持续搅拌，直至浆液材料均 匀后即可注入冻结套箱中使用。
实施例3 导热止水浆液按如下原料配方配制 体系稳定剂层状硅铝酸盐矿物基增稠剂20w% 导热剂石墨粉5w% 填充材料黄砂9. 5w%流态剂聚羧酸系减水剂(Sika Viscocrete 33010)0. 5wt% ;
水65w% 将导热剂、填充材料、体系稳定剂等各干物料预先混合均匀，另将流态剂均匀溶解 于水中制成水溶液，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中，持续搅拌，直至浆液材料均 匀后即可注入冻结套箱中使用。该浆液用于浆液本身温度较低，环境温度较低，液氮流速较 大等对浆液导热性能要求不高的情况。
实施例4 导热止水浆液按如下原料配方配制 体系稳定剂层状硅铝酸盐矿物基增稠剂6w% 导热剂石墨粉5w% 填充材料重质碳酸钙石粉50w% 流态剂萘磺酸盐甲醛縮合物1 Wt % ; 水38w% 将导热剂、填充材料、体系稳定剂等各干物料预先混合均匀，另将流态剂均匀溶解 于水中制成水溶液，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中，持续搅拌，直至浆液材料均 匀后即可注入冻结套箱中使用。该浆液用于浆液本身温度较低，环境温度较低，液氮流速较 大等对浆液导热性能要求不高的情况。
实施例5 导热止水浆液按如下原料配方配制 体系稳定剂层状硅铝酸盐矿物基增稠剂15. 6w% 导热剂石墨粉29w% 填充材料黄砂5w^ 流态剂萘磺酸盐甲醛縮合物5wt % ;
水45.4w^ 将导热剂、填充材料、体系稳定剂等各干物料预先混合均匀，另将流态剂均匀溶解 于水中制成水溶液，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中，持续搅拌，直至浆液材料均 匀后即可注入冻结套箱中使用。
权利要求
一种导热止水浆液，其制备原料按重量百分比计包括体系稳定剂0.5％～20％；导热剂5％～40％；填充材料5％～50％；流态剂0.5％～5％；水35％～65％。
2. 根据权利要求1所述的导热止水浆液，其特征在于，所述体系稳定剂为层状硅铝酸盐矿物基增稠剂或高分子聚合物。
3. 根据权利要求1所述的导热止水浆液，其特征在于，所述导热剂选自铁粉、铜粉、石墨、石墨短纤维及其晶须，硼纤维及其晶须或碳纤维中的一种或任意组合。
4. 根据权利要求1所述的导热止水浆液，其特征在于，所述填充材料为固态颗粒材料。
5. 根据权利要求4所述的导热止水浆液，其特征在于，所述固态颗粒材料选自黄砂和 石粉。
6. 根据权利要求1所述的导热止水浆液，其特征在于，所述流态剂为磺酸盐类聚合物或羧酸类聚合物。
7. 根据权利要求1所述的导热止水浆液，其特征在于，所述浆液的密度范围为1. 2 1. 8g/cm 且不与水发生化学反应。
8. 根据权利要求1-7中任一权利要求所述的导热止水浆液作为导热工质应用于盾构进出洞套箱冻结止水工法中。
9. 根据权利要求1-7中任一权利要求所述的导热止水浆液的制备方法，包括下列步骤将干物料预先混合均匀，另将流态剂均匀溶解于水中，进一步，将水溶液加入混合后的干物料中，持续搅拌，直至浆液材料均匀。
10. 如权利要求9所述的导热止水浆液的制备方法，其特征在于，所述干物料为导热剂、填充材料和体系稳定剂。
全文摘要
本发明公开了一种导热止水浆液及其制备与应用。本发明的导热止水浆液包括下列重量百分比的原料组成体系稳定剂0.5％～20％；导热剂5％～40％；填充材料5％～50％；流态剂0.5％～5％；水35％～65％。本发明导热止水浆液导热性能良好，止水性能优良且稳定性高，能在长时间内不离析不泌水，可在盾构进出洞套箱冻结止水工法中作为导热工质使用。
文档编号C09K5/08GK101792658SQ201010022979
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者周云, 廖晓敏, 许永和, 鲁文嘉 申请人:上海建工(集团)总公司