一种固废基磷酸盐注浆加固材料及其制备方法与应用

本发明属于隧道与地下工程灾害防治领域，涉及隧道与地下注浆加固材料，具体涉及一种固废基磷酸盐注浆加固材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、随着交通路网向遍布崇山峻岭的地区纵深拓展，出现了数百条“埋深千米，长度超数十公里”的隧道工程，并具有“大埋深、高地温、高应力、高水压、构造复杂、灾害频发”等显著特点。某些隧洞全长约1000km，最大埋深超过2000m，建设过程中遭遇的深大断裂构造、富水软弱地层、高地温(40～80℃)、等极端恶劣的地质条件，极易诱发突水、突泥、塌方等重大地质灾害，严重威胁隧道安全建设及周边生态环境，传统防控方法和治理技术难以有效应对。

3、目前常用的注浆加固材料主要应用材料为水泥、水泥-水玻璃双液材等，但是，发明人研究发现，现有注浆材料高温环境下易开裂、封堵效率低、流变特性差、强度劣化快，如：高地温环境下水泥-水玻璃双浆液其凝胶时间短，易造成堵孔，并且浆液胶结后呈果冻或豆腐渣状；普通水泥净浆在较高温度下的力学性能表现较好，但浆液析水率较大且凝结时间过长，封堵效率低。此外，随着社会环保意识的增强，制备水泥原料不可再生、高能耗、高碳排放、高成本等问题逐渐凸显，不符合绿色可持续发展。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种固废基磷酸盐注浆加固材料及其制备方法与应用，本发明提供的固废基磷酸盐注浆加固材料不仅具有耐高温、快凝结、高强度等性能，而且实现了固废大宗量高附加利用，且不使用传统水泥，减少了水泥用量，绿色环保，制备工艺简单，成本低廉适宜向社会推广应用。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一方面，一种固废基磷酸盐注浆加固材料，包括组分a、组分b和组分c；

4、组分a中，由如下重量份的原料组成：赤泥20～50份，镁化物10～40份，矿物掺合料10～30份，耐高温剂0.5～1.5份，缓凝剂0.5～3份，减水剂0.2～0.5份，酸碱缓冲剂0.2～1.2份，稳定剂1～6份，表面活性剂0.5～1份；

5、组分b中，由如下重量份的原料组成：磷酸盐30～60份，消泡剂0.3～1.5份；

6、组分c中，包括60～80重量份的水；

7、组分a、组分b和组分c的质量比为1:0.9～1.1:0.9～1.1；

8、所述耐高温剂为氢氧化铝微粉、聚乙烯亚胺、木质素磺酸盐中的一种或任几种；

9、所述矿物掺合料为氧化铝、硅灰、偏高岭土、粉煤灰、矿渣、钢渣中的一种或任几种。

10、另一方面，一种上述固废基磷酸盐注浆加固材料的制备方法，包括如下步骤：

11、将赤泥、镁化物、矿物掺合料、耐高温剂、缓凝剂、减水剂、酸碱缓冲剂、稳定剂、表面活性剂按配比混合均匀，获得组分a；

12、将磷酸盐、消泡剂按比例混合搅拌均匀得组分b；

13、将组分a、组分b和组分c进行混合搅拌，即得。

14、第三方面，一种上述固废基磷酸盐注浆加固材料在高温高压地层灌浆堵水中的应用。

15、本发明的有益效果为：

16、(1)本发明提供的固废基磷酸盐注浆加固材料，采用富含金属氧化物的赤泥部分取代重烧氧化物形成固废基磷酸盐注浆加固材料，实现了固废大宗量高附加利用。同时，本发明提供的固废基磷酸盐注浆加固材料是一种磷酸盐胶凝材料，与水泥基浆材相比，磷酸盐胶凝材料本身就适用于高温环境，但是普通磷酸盐胶凝材料在动水环境下耐水性较差以及凝结时间过快，不易于泵送，尤其是本发明将赤泥部分取代重烧氧化物的磷酸盐胶凝材料，泵送性能更差，而且降低了其耐高温性。因此，本发明采用固废基矿物掺合料和耐高温剂协同复配添加至本发明的固废基磷酸盐注浆加固材料体系中，改善磷酸盐胶凝材料的高温凝结时间和高温耐水性，大大加强了材料在高温高压地层动水封堵的适用性。

17、(2)本发明制备的固废基磷酸盐注浆加固材料原材料来源广、造价低、耐高温，凝结时间可控，操作简便，适合推广。

18、(3)本发明制备方法简单、实用性强，具有广泛的实用性，可应用于高温严苛水环境下的灌浆工程，解决了传统注浆材料的耐高温性、耐久性差等问题。

技术特征：

1.一种固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，包括组分a、组分b和组分c；

2.如权利要求1所述的固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，组分a中，赤泥20～40份，镁化物20～40份，矿物掺合料15～25份，耐高温剂1.0～1.5份，缓凝剂0.5～1份，减水剂0.4～0.5份，酸碱缓冲剂0.2～0.7份，稳定剂2～4份，表面活性剂0.5～0.7份；

3.如权利要求1所述的固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，组分b中，磷酸盐30～50份，消泡剂0.3～1.0份；

4.如权利要求1所述的固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，所述镁化物为重烧氧化镁、磷酸镁、硫酸镁、氢氧化镁、碳酸镁中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，所述矿物掺合料为偏高岭土；

6.如权利要求1所述的固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，缓凝剂为焦磷酸钠、硼砂、硼酸、氟硅酸钠、多聚磷酸钠、尿素、十六胺、三乙醇胺、二乙醇胺、硼酸酯中的一种或几种；

7.如权利要求1所述的固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，组分c中的水为废水。

8.如权利要求1所述的固废基磷酸盐注浆加固材料，其特征是，组分a、组分b和组分c按照水灰比0.6～0.8复配。

9.一种权利要求1～8任一所述的固废基磷酸盐注浆加固材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

10.一种权利要求1～8任一所述的固废基磷酸盐注浆加固材料在高温高压地层灌浆堵水中的应用。

技术总结
本发明属于隧道与地下工程灾害防治领域，涉及隧道与地下注浆加固材料，具体涉及一种固废基磷酸盐注浆加固材料及其制备方法与应用。组分A中，赤泥20～50份，镁化物10～40份，矿物掺合料10～30份，耐高温剂0.5～1.5份，缓凝剂0.5～3份，减水剂0.2～0.5份，酸碱缓冲剂0.2～1.2份，稳定剂1～6份，表面活性剂0.5～1份；组分B中，磷酸盐30～60份，消泡剂0.3～1.5份；本发明提供的固废基磷酸盐注浆加固材料制备的固废基磷酸盐注浆加固材料与水拌合后浆体自身流动性好，耐高温性能好，浆液留存率高，结石率高，从而解决高温高压地层严苛水环境下灌浆问题。

技术研发人员：李召峰,高益凡,张健,童彧斐
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15