本發(fā)明涉及一種盾構機的盾尾密封油脂，尤其涉及環(huán)保再生原料的盾構機盾尾密封油脂及其制備方法與應用。
技術背景
目前隨著國內基礎建設的發(fā)展，地鐵建設如火如荼，隧道盾構掘進施工在國內中大城市方興未艾。經(jīng)過前幾年的隧道建設，施工技術得到了較大的提高，在項目規(guī)劃選址方面，由于城市發(fā)展的需要，越來越多的隧道在埋深方面比前期的隧道加深了，也有越來越多的隧道將穿越富水地層，從而需要大量的盾尾密封油脂來做盾構掘進機的防水潤滑處理。
盾尾密封油脂是一種在地下工程盾構施工中隧道盾構掘進機的鋼絲刷型盾尾中注入的密封材料，主要起到潤滑、密封、防水作用。盾構掘進機工作時，壓力將盾尾密封油脂注滿鋼絲刷間的空隙，從而增強了鋼絲刷的密封性能，防止土砂和泥水的滲入。
目前國內的油脂生產(chǎn)廠家很多，但普遍存在著在沙性土或穿越江河湖泊等較差的土質條件下容易出現(xiàn)漏漿及油脂用量很大的問題，如在一般土層中油脂的用量通常為25kg/m(盾構機直徑為6.4m左右)，但在沙性土中或許會用到70～80kg/m。
而國外進口的產(chǎn)品如法國或日本進口的產(chǎn)品雖然質量過關，不會存在污染問題，但存在成本較高的問題：其價格通常比國產(chǎn)盾尾密封油脂貴一倍，如法國進口油脂為25元/kg，日本進口油脂為34元/kg，而且其用量也不比國產(chǎn)盾尾密封油脂用量少。
油脂是盾尾密封油脂中的主要組成部分，油脂首先要起出現(xiàn)到潤滑作用，使盾尾密封油脂具有較好的可泵性，還要具有較好的抗水性，以及同金屬的附著力，使盾尾密封油脂具有較好的耐水沖性，即使在高水壓下仍能保持良好的密封性能。而油脂種類的不同，直接影響產(chǎn)品的可泵性和抗水沖性。油脂一般為α-烯烴、工業(yè)玉米油、亞麻油、大豆油、菜籽油、蓖麻油或菜油，由于對油脂的質量要求較高，所以油脂的成本較高。
此外，高粘度油是傳統(tǒng)的盾尾密封油脂的組分之一，高粘度油使產(chǎn)品中的纖維和油脂較好的混合，提高整體性。通過加入高粘度油來提高產(chǎn)品的粘性和附著力，保證盾尾密封油脂的密封性能和抗水沖性，使產(chǎn)品具有較好的下垂值。常用的高粘度油為松香及其衍生物、石油樹脂、T603、T613等物質。
所以，油脂和高粘度油是傳統(tǒng)的盾尾密封油脂中比較重要的組分，這兩種物質影響盾尾密封油脂的性能和成本。
綜上所述，現(xiàn)有技術中對于盾構密封油脂的密封性能差、用量大以及成本高的問題，尚缺乏有效的解決方法。
技術實現(xiàn)要素：
地溝油是各類劣質油的統(tǒng)稱，一般包括潲水油、煎炸廢油、食品及相關企業(yè)產(chǎn)生的廢棄油脂等，其最早是用來生產(chǎn)肥皂或皂液的，后來又成了生產(chǎn)生物柴油的廉價原料。地溝油中含有大量的油脂，由于地溝油中的酸價、過氧化值、浸出油溶劑殘留、水分以及固體雜質等都超標，而盾構密封油脂對油脂的質量要求很高，使地溝油一直沒有作為油脂應用在制備盾尾密封油脂中。
而發(fā)明人首先提出了一種假設，地溝油的來源廣泛，價格便宜，而且地溝油中含有大量的油脂，如果將其應用在盾尾密封油脂中，則可以大大降低盾尾密封油脂的成本。
為了解決上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種盾尾密封油脂，由以下重量份的組分組成：深加工地溝油14-25份，填充粉料40-60份，增稠劑5-10份，纖維3-8份，防霉劑1-1.5份，潤滑劑0.5-1.5份。
其中的深加工地溝油是對地溝油中的固體廢渣，可揮發(fā)性有機酸、膠溶性雜質(磷脂，蛋白質)、脂溶性雜質(蛋白質)以及水進行了去除，使其滿足使用條件。
本文中采用深加工后的地溝油作為盾尾密封油脂的基礎油，并與填充粉料、增稠劑、纖維、防霉劑和潤滑劑配合使用，在配方中沒有加入高粘度油，而制備了性能良好的盾尾密封油脂產(chǎn)品：其密度為1.300g/cm3，25℃時錐入度(0.1mm)為240～265，揮發(fā)度(80℃±1℃，5h)小于等于1.5％，25℃、10bar條件下泵送性良好，在50℃、24h條件下的不流淌，在0.02MPa的水流沖擊20min下，沒有流失，在3.5MPa水壓下不漏水。
本發(fā)明的盾尾密封油脂即使在沙性土中，用量也不超過27kg/m(盾構機直徑為6.4m)，大大降低了盾尾密封油脂的使用量。
而且地溝油的來源廣泛、成本很低，大大降低了盾尾密封油脂的生產(chǎn)成本。此外，地溝油都是可以通過生物降解的，不會對土壤和地下水造成污染，有利于可持續(xù)發(fā)展。
進一步的，所述盾尾密封油脂，由以下重量份的組分組成：深加工地溝油16-20份，填充粉料45-50份，增稠劑5-10份，纖維3-8份，防霉劑1-1.5份，潤滑劑1-1.5份。
當采用該配比時，制備的盾尾密封油脂的性能更好。
進一步的，所述深加工地溝油的深加工方法，包括如下步驟：
1)將收集的地溝油進行過濾，得到待提煉的粗油；
2)對粗油進行提煉和破乳，提煉的溫度為40～50℃；
3)對提煉后的粗油進行分離，先將粗油通過破碎機，破碎粗油中殘余的雜質及軟性固體物料，再通過離心分離設備，分離為油、水和固態(tài)廢渣；
4)繼續(xù)將離心分離后的粗油進行精制，精制的步驟包括水化脫膠去除膠溶性雜質(磷脂，蛋白質)、固脂融化使得部分動物油脂析出、酯化分離去除脂溶性雜質(蛋白質)，得到成品油。
破乳指的是乳狀液的分散相小液珠聚集成團，形成大液滴，最終使油水兩相分層析出的過程。含水量較多的地溝油在40～50℃，采用加熱冷凝破乳，經(jīng)過破乳過程，使得油水分離，從而得到粗油。
提煉的具體步驟是：采用盤管式加熱，使得粗油得到充分接觸，提煉后的粗油依靠自身重力在提煉罐下部的出口中流出，提煉至粗油流出量明顯減少即完成提煉。
步驟3)中，分離得到的固態(tài)廢渣可制備生物質煤。
進一步的，所述填充粉料為輕質碳酸鈣、云母粉、滑石粉中的一種或多種的混合物。
進一步的，所述增稠劑為瓊脂、卡拉膠、阿拉伯膠、海藻酸中的一種或多種的混合物。
進一步的，所述纖維為植物纖維，優(yōu)選為竹纖維、棉纖維或麻纖維。
植物纖維與深加工地溝油、填充粉料和增稠劑具有良好的相容性，尤其是與深加工地溝油具有良好的相容性，可以與深加工地溝油較好的混合，即使在沒有高粘度油的調節(jié)作用下，依然可以保證盾尾密封油脂的整體性，保證了盾尾密封油脂的密封性能和抗水沖性，使產(chǎn)品具有較好的下垂值。
進一步的，所述潤滑劑為高級脂肪酸乙氧基化合物。
進一步的，所述防霉劑為二硫代氨基甲酸鹽類。
為了解決上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了上述盾尾密封油脂的制備方法，包括如下步驟：將深加工地溝油和纖維混合后，攪拌20-30min，然后向其中加入增稠劑、防霉劑和潤滑油，攪拌10-20min后，在攪拌過程中分批加入填充粉料，攪拌至得到均勻的黃色粘稠混合物結束。
本文中改進了盾尾密封油脂的制備方法，首先將深加工地溝油與纖維混合攪拌，可以使纖維和油脂更好的結合，再與增稠劑、防霉劑和潤滑油混合均勻后，有利于提高產(chǎn)品的整體性，保證盾尾密封油脂的密封性能和抗水沖性。這也是在沒有高粘度油的前提下，制備的盾尾密封油脂依然可以具有良好的性能的原因之一。
為了解決上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了上述盾尾密封油脂在富水地層盾構施工中的應用。
本發(fā)明的有益效果為：
1、本文中采用深加工后的地溝油作為盾尾密封油脂的基礎油，并與填充粉料、增稠劑、纖維、防霉劑和潤滑劑配合使用，在配方中沒有加入高粘度油，而制備了性能良好的盾尾密封油脂產(chǎn)品：其25℃時密度為1.300g/cm^3，25℃時錐入度(0.1mm)為240～265，揮發(fā)度(80℃±1℃，5h)小于等于1.5％，25℃、1Mpa條件下泵送性良好，在50℃、24h條件下不流淌，在0.02MPa的水流沖擊20min沒有流失，在3.5MPa水壓下不漏水。
2、本發(fā)明的盾尾密封油脂即使在沙性土中，用量也不超過27kg/m(盾構機直徑為6.4m)，大大降低了盾尾密封油脂的使用量。
3、地溝油的來源廣泛、成本很低，大大降低了盾尾密封油脂的生產(chǎn)成本。此外，地溝油都是可以通過生物降解的，不會對土壤和地下水造成污染，有利于可持續(xù)發(fā)展。
4、植物纖維與深加工地溝油、填充粉料和增稠劑具有良好的相容性，尤其是與深加工地溝油具有良好的相容性，可以與深加工地溝油較好的混合，即使在沒有高粘度油的調節(jié)作用下，依然可以保證盾尾密封油脂的整體性，保證了盾尾密封油脂的密封性能和抗水沖性，使產(chǎn)品具有較好的下垂值。
附圖說明
圖1為地溝油深加工的工藝流程圖。
具體實施方式
應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
術語解釋部分：
錐入度：是指在規(guī)定的負荷、時間和溫度條件下錐體落入試樣的深度，其單位以0.1mm表示。是橫梁潤滑稠度及軟硬程度的指標，錐入值越大，表示潤滑脂越軟，反之就越硬。
一般情況下，是指在25℃下，將一定質量的錐體從錐入度儀上釋放，錐體在5s內下落后刺入待測樣品的深度。
下垂值，是表征密封膏耐熱性和流變性的指標，試驗方法是在兩端開口的金屬槽內嵌填密封膏，在規(guī)定溫度下垂直、水平放置一段時間，測量其下垂距離，以mm計。一般要求密封膏下垂值不大于3或4mm。
高級脂肪酸乙氧基化合物：C18H36CHSO3Na(OCH2CH2)7。
在此提供了一種深加工地溝油的深加工方法(如圖1所示)，具體包括如下步驟：深加工地溝油的深加工方法，包括如下步驟：
1)將收集的地溝油進行過濾，得到粗油，篩網(wǎng)的目數(shù)為100～200目，過濾得到的固體廢物運往垃圾處理廠處理；
2)對粗油進行提煉和破乳，提煉的溫度為40～50℃，采用盤管式加熱，使得粗油得到充分接觸，提煉后的粗油依靠自身重力在提煉罐下部的出口中流出，提煉至粗油流出量明顯減少即完成提煉；提煉過程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過冷凝，氣水分離后，不凝廢氣進行廢氣處理，冷凝后的液體進行廢水處理；
破乳指的是乳狀液的分散相小液珠聚集成團，形成大液滴，最終使油水兩相分層析出的過程。含水量較多的地溝油在40～50℃，采用加熱冷凝破乳，經(jīng)過破乳過程，使得油水分離，從而得到粗油。
3)對提煉后的粗油進行分離：先將粗油通過破碎機，破碎粗油中殘余的雜質及軟性固體物料，再通過離心分離設備，分離為油、水和固態(tài)廢渣，固態(tài)廢渣可制備生物質煤；
4)將分離除去生物質煤的粗油進行精制，精制的步驟主要包括水化脫膠去除膠溶性雜質(磷脂，蛋白質)、固脂融化使得部分動物油脂析出、酯化分離去除脂溶性雜質(蛋白質)，得到成品油；
精制過程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)過廢水處理達標排放。
實施例1
盾尾密封油脂的各個組分為：深加工地溝油150kg，瓊脂10kg、阿拉伯膠40kg，防霉劑8kg，潤滑劑5kg，輕質碳酸鈣粉400kg，竹纖維38kg。
制備方法：將深加工地溝油和竹纖維混合后，攪拌20min，然后向其中加入瓊脂10kg、阿拉伯膠40kg、防霉劑和潤滑油，攪拌20min后，在攪拌過程中分批加入輕質碳酸鈣粉(加入時需少量持續(xù)添加)，攪拌不少于76分鐘，至得到均勻的黃色粘稠混合物結束。
實施例2
盾尾密封油脂的各個組分為：深加工地溝油130kg，卡拉膠15kg、瓊脂45kg，防霉劑12kg，潤滑劑6kg，云母粉330kg，竹纖維42kg。
制備方法：將深加工地溝油和竹纖維混合后，攪拌20min，然后向其中加入卡拉膠、瓊脂、防霉劑和潤滑油，攪拌20min后，在攪拌過程中分批加入云母粉(加入時需少量持續(xù)添加)，攪拌不少于70分鐘，至得到均勻的黃色粘稠混合物結束。
實施例3
盾尾密封油脂的各個組分為：深加工地溝油130kg，海藻酸15kg、瓊脂45kg，防霉劑12kg，潤滑劑6kg，云母粉130kg，輕質碳酸鈣粉200kg，竹纖維42kg。
制備方法：將深加工地溝油和竹纖維混合后，攪拌15min，然后向其中加入海藻酸、瓊脂、防霉劑和潤滑油，攪拌20min后，在攪拌過程中分批加入云母粉和輕質碳酸鈣粉(加入時需少量持續(xù)添加)，攪拌不少于70分鐘，至得到均勻的黃色粘稠混合物結束。
實施例4
盾尾密封油脂的各個組分為：深加工地溝油140kg，阿拉伯膠15kg、瓊脂45kg，防霉劑12kg，潤滑劑8.5kg，輕質碳酸鈣粉330kg，竹纖維42kg。
制備方法：將深加工地溝油和竹纖維混合后，攪拌15min，然后向其中加入阿拉伯膠、瓊脂、防霉劑和潤滑油，攪拌25min后，在攪拌過程中分批加入輕質碳酸鈣粉(加入時需少量持續(xù)添加)，攪拌不少于60分鐘，至得到均勻的黃色粘稠混合物結束。
實施例5
盾尾密封油脂的各個組分為：深加工地溝油140kg，海藻酸15kg、卡拉膠45kg，防霉劑12kg，潤滑劑6kg，輕質碳酸鈣粉200kg、滑石粉130kg，竹纖維42kg。
制備方法：將深加工地溝油和竹纖維混合后，攪拌15min，然后向其中加入海藻酸、卡拉膠、防霉劑和潤滑油，攪拌30min后，在攪拌過程中分批加入輕質碳酸鈣粉和滑石粉(加入時需少量持續(xù)添加)，攪拌不少于60分鐘，至得到均勻的黃色粘稠混合物結束。
實施例6
盾尾密封油脂的各個組分為：深加工地溝油140kg，海藻酸15kg、阿拉伯膠30kg、卡拉膠15kg，防霉劑12kg，潤滑劑6kg，輕質碳酸鈣粉200kg、滑石粉130kg，棉纖維42kg。
制備方法：將深加工地溝油和棉纖維混合后，攪拌15min，然后向其中加入海藻酸、阿拉伯膠、卡拉膠、防霉劑和潤滑油，攪拌30min后，在攪拌過程中分批加入輕質碳酸鈣粉和滑石粉(加入時需少量持續(xù)添加)，攪拌不少于60分鐘，至得到均勻的黃色粘稠混合物結束。
對比例1
與實施例6的區(qū)別是，將深加工地溝油替換為亞麻油，其他參數(shù)不變。同時也試驗了其他的基礎油，如聚α-烯烴、工業(yè)玉米油、大豆油、菜籽油、蓖麻油等，結果與亞麻油相似。
對比例2
與實施例6的區(qū)別是，制備方法為：將深加工地溝油、海藻酸、阿拉伯膠、卡拉膠、防霉劑和潤滑劑攪拌至均勻，加入輕質碳酸鈣粉和滑石粉，加入時需少量持續(xù)添加，攪拌至填充粉料分散，攪拌至均勻后加入竹纖維，攪拌不少于60分鐘制的成品。
各個實施例和對比例制得的盾尾密封油脂的性能如表1所示：
表1
由表1的結果可知，實施例1-實施例6中的盾尾密封油脂的密封性較好，在50℃24h下沒有下垂，0.02MPa，20min條件下無流失，泵送性較好，用量少，能滿足盾尾施工要求。而對比文件1和對比文件2中相應的參數(shù)則有所降低，無法滿足實際的盾構施工要求。
這是因為本發(fā)明中的深加工地溝油、植物纖維以及其他組分的配比與制備方法的協(xié)同作用實現(xiàn)的。如對比例1中將深加工地溝油替換為一種常見的基礎油-亞麻油，而不再加入高粘性油時，盾尾密封油的密封性能以及與金屬之間的附著性能大大降低；如對比例2中，即使采用本發(fā)明的配方，采用原有的制備方法，制備得到的盾尾密封油脂的性能也不如采用本發(fā)明的方法制備的盾尾密封油脂的性能好。
以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。