【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋土木工程注浆材料领域，具体涉及一种高强固废基磷酸镁注浆浆液及制备方法，属于海洋土木工程注浆。
技术介绍
1、我国的南海区域布有众多岛屿，其中大多数岛屿特别是海岸线岛屿及其海底空间都是极其重要的战略要地。因此在此类区域建设居住建筑或边防设施及交通要道、改善海岸或海底地基，具有重要意义。海洋周边海岸、岛礁及海底空间多为富水的地质条件，此类海洋、水利工程的水文地质环境极其复杂，因此，不良地质灾害控制是一个亟待解决的问题。
2、海岸、岛礁及水利工程灾害控制时，常采用注浆方法进行加固治理。该方法由于施工简便、成本低、效率高等优点，在海岸、岛礁及水利灾害已得到广泛应用。在海岸、岛礁及水利建设工程的注浆过程中，仍然存在许多问题。
3、(1)目前市场上存在磷酸镁水泥存在凝结时间过快、耐久性差、易堵管、充填效果不佳、强度与韧性差、抗渗性差等缺陷。
4、(2)大宗工业固废、危废处置成为全球低碳新材料行业的新兴趋势，目前水泥产品相关减碳技术成熟度较低、成本高，减排量有限等难题。
5、(3)现有的所用的磷酸镁水泥未综合利用固废基中矿渣、钢渣，且未考虑固废基球磨粒径对注浆材料性能的影响。
6、(4)现有的所用的磷酸镁水泥主要由重烧氧化镁、磷酸盐和缓凝物质组成，相对硅酸盐水泥来说，其各个组分的成本是高昂的，这是制约此类注浆材料可持续发展的主要因素。
7、(5)现有磷酸镁注浆材料没有系统地结合工业固废、浅海废材、海水、复合外加剂及浆液制备参数，未形成从工业固废-浅海废材
8、基于目前海岸、岛礁及水利工程建设不良地质灾害控制存在的问题，研究一种具有高强、早强、抗分散、速凝的注浆浆液十分必要，在保持原有强度的基础上，将大批工业固废、浅海废材、海水进行回收再利用，不仅解决工业固废、浅海或岛礁废材难处理等问题，还能够低碳保护的效果。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种高强固废基磷酸镁注浆浆液及制备方法，该注浆浆液实现工业固废、浅海或岛礁废材、海水的资源化利用。具有优异的水化硬化性能、耐水性能、水下抗分散性、提高工程的抗压强度和快速凝固等特点。用于海岸、岛礁及水利建设中的各类工程，符合海洋土木工程绿色化、经济化的要求，有利于岛礁军事防御设施建设以及海洋资源的进一步开发利用。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，由固废基材料、磷酸镁胶凝材料、复合外加剂组成，所述固废基材料由以下重量份的原料制成：赤泥8-13份；贝壳粉8-14份；珊瑚砂8-14份，粉煤灰9-10份，电石渣6-8份，矿渣5-6份，钢渣4-5份，氧化硼03份，硼砂23份，壳聚糖膜1.52份；所述的磷酸镁胶凝材料由以下重量份的原料制成：c4af固溶体8-13份，氧化镁13-16份，磷酸盐5-6份；复合外加剂由外加剂i和外加剂ⅱ组成，外加剂ⅰ由以下重量份的原料制成：减水剂0.3-2份；抗分散剂黄原胶5-10份；外加剂ⅱ由以下重量份的原料制成：短切纤维0.2-3.8份；焙烧水滑石1-2份；海水用量满足水胶比为0.8:1-1.5:1，部分组分粒径区间为赤泥<75μm、贝壳粉120-150μm、粉煤灰<45μm、电石渣10-50μm、矿渣0-60μm、钢渣0-50μm。
4、进一步的，所述壳聚糖浓度为0.01-0.04g/ml，壳聚糖膜厚度0.2-0.5mm，柔软多孔，吸水率达到自重的40倍以上。
5、进一步的，所述黄原胶的分子量为200×104-2000×104。
6、进一步的，在本专利技术中，利用了赤泥中含有大量的碱金属钾和钠对c4af固溶体的矿化作用，显著降低c4af固溶体的形成温度，进一步促使硫铁铝酸钙能够在10001300℃范围内大量形成。可见c4af固溶体的形成温度是相对较低的，具有明显的低碳优势。
7、进一步的，c4af固溶体和氧化镁的混合物，然后按照一定比例范围配制磷酸镁胶凝材料。前者则首先通过高温化学反应，将钙质组分、铝质组分按照一定的化学比例配料煅烧后得到c4af固溶体；后者则将贝壳粉或珊瑚砂、粉煤灰按照一定的化学计量配料煅烧后得到c4af固溶体氧化镁的混合物。
8、进一步的，所述珊瑚砂为天然珊瑚礁粉碎后产物，其中caco3含量大于97％。所述贝壳粉为天然贻贝壳所研磨成粉，粒径大小为120-150μm；所述粉煤灰为二级灰，其经45μm筛的筛余为12-20％，需水量比为95-100％，含水量≤1％。
9、进一步的，c4af固溶体的引入可以与磷酸盐、氧化镁形成新型水化产物，赋予磷酸镁胶凝材料强度提升和耐水性能改善，甚至是长期水中氧化强度有所增长，一定程度上解决磷酸镁胶凝材料高能耗和耐水性差的问题。
10、进一步的，所述钢渣微粉为符合yb/t 022-2008规定的钢渣制备，其cao含量不低于50％，所得钢渣是炼钢过程中的副产品，钢渣的加入可以提高水泥的抗弯强度和耐水腐蚀性。本专利技术采用钢渣微粉，减小了钢渣的粒度，增大了比表面积，进一步提升了胶结性。
11、进一步的，所述电石渣中有效成分ca(oh)2的含量为65-75％，电石渣为化工使用电石生产乙炔气产生的废渣。
12、进一步的，所述磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸一氢钾和磷酸一氢铵中的至少一种或以上组合。
13、进一步的，所述氧化镁为重烧氧化镁的平均粒径为36.61μm，其中氧化镁含量≥92％。若在氧化镁的制备过程中引入氧化硼和硼砂，可在低温下降低氧化镁的活性，使氧化镁结晶粗大的同时，使得氧化镁的低温制备成为可能，满足现有磷酸镁水泥对重烧氧化镁的需求。
14、进一步的，所述的短切纤维为短切玄武岩纤维和短切聚丙烯纤维质量比为2-3:1的混合物；短切玄武岩纤维的直径为5-20μm，单丝长度为3-20mm，密度为1-3g/cm3，短切聚丙烯纤维的直径9-30μm，单丝长度为3-8mm，密度为1-2g/cm3。
15、进一步的，所属的焙烧水滑石的质量百分含量为0.11.5％，焙烧水滑石吸附在短切纤维表面，减少了短切纤维混合时相互缠绕的情况，提高了短切纤维的分散性，同时，焙烧水滑石可以吸附海水中的硫酸根离子，因此，降低了硫酸根离子对硬化的水泥浆体的破坏程度，获得了提高海洋工程的抗压强度的效果。
16、进一步的，海水用量满足水胶比为0.8:1-1.5:1，所述的胶是固废基材料和磷酸镁胶凝材料的总质量，水胶比为水和胶的质量比，所加水为海水，所述海水来自于渤海、黄海、东海、南海的至少一种海域。
17、进一步的，减水剂为减水率为20％的聚羧酸系高性能减水剂。
18、本专利技术制备方法包括如下步骤：
19、(1)将贝壳粉、珊瑚砂和粉煤灰，在350-450r/min搅拌速率下搅拌60-80s，得到混合物i；
20、(2)将混合物i、赤泥、硼本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，由固废基材料、磷酸镁胶凝材料、复合外加剂、海水组成，所述固废基材料由以下重量份的原料制成：赤泥8-13份；贝壳粉8-14份；珊瑚砂8-14份，粉煤灰9-10份，电石渣6-8份，矿渣5-6份，钢渣4-5份，氧化硼03份，硼砂23份，壳聚糖膜1.52份；所述的磷酸镁胶凝材料由以下重量份的原料制成：C4AF固溶体8-13份，氧化镁13-16份，磷酸盐5-6份；复合外加剂由外加剂I和外加剂Ⅱ组成，外加剂Ⅰ由以下重量份的原料制成：减水剂0.3-2份；抗分散剂黄原胶5-10份；外加剂Ⅱ由以下重量份的原料制成：短切纤维0.2-3.8份；焙烧水滑石1-2份；海水用量满足水胶比为0.8:1-1.5:1，部分组分粒径区间为：赤泥<75μm、贝壳粉120-150μm、粉煤灰<45μm、电石渣10-50μm、矿渣0-60μm、钢渣0-50μm。
2.根据权利要求1中所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征是：所述的赤泥为高铁富铝赤泥；所述的粉煤
4.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征是：所述的C4AF固溶体为C2F、C6AF2、C4AF、C6A2F中的至少两种的固溶体，其平均化学计量为C4AF；所述的磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸一氢钾和磷酸一氢铵中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征在于：所述氧化镁为重烧氧化镁，平均粒径为36.61μm，其中氧化镁含量≥92％。
6.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征在于：所述减水剂为减水率为20％的聚羧酸系高性能减水剂；所述的短切纤维为短切玄武岩纤维和短切聚丙烯纤维质量比为2：1-3：1的混合物。
7.根据权利要求6所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征是：所述短切玄武岩纤维的直径为5-20μm，单丝长度为3-20mm，密度为1-3g/cm3，短切聚丙烯纤维的直径9-30μm，单丝长度为3-8mm，密度为1-2g/cm3。
8.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征在于：所述壳聚糖浓度为0.01-0.04g/mL，壳聚糖膜厚度0.2-0.5mm，柔软多孔，吸水率达到自重40倍以上。所述黄原胶分子量为200×104-2000×104。所述煅烧水滑石的质量百分含量为0.11.5％；海水用量满足水胶比为0.8:1-1.5:1；所述海水来自于渤海、黄海、东海、南海的至少一种海域。
9.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征在于：固废基磷酸镁胶凝材料生料主要化学成分为CaO占46-51重量份、SiO2占4-11重量份、Al2O3占26-37重量份、Fe2O3占3-5重量份、SO3占6-10重量份。主要矿物成分为C2S、C4AF等。
10.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征在于：钢渣试件前期进行碳化处理，需将其放在温度(20±1)℃，相对湿度60％-80％的环境下养护60min后，放入碳化反应釜中，通入99.9％的CO2气体进行碳化养护。试件养护期间保持系统的CO2分压恒为0.35MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，由固废基材料、磷酸镁胶凝材料、复合外加剂、海水组成，所述固废基材料由以下重量份的原料制成：赤泥8-13份；贝壳粉8-14份；珊瑚砂8-14份，粉煤灰9-10份，电石渣6-8份，矿渣5-6份，钢渣4-5份，氧化硼03份，硼砂23份，壳聚糖膜1.52份；所述的磷酸镁胶凝材料由以下重量份的原料制成：c4af固溶体8-13份，氧化镁13-16份，磷酸盐5-6份；复合外加剂由外加剂i和外加剂ⅱ组成，外加剂ⅰ由以下重量份的原料制成：减水剂0.3-2份；抗分散剂黄原胶5-10份；外加剂ⅱ由以下重量份的原料制成：短切纤维0.2-3.8份；焙烧水滑石1-2份；海水用量满足水胶比为0.8:1-1.5:1，部分组分粒径区间为：赤泥<75μm、贝壳粉120-150μm、粉煤灰<45μm、电石渣10-50μm、矿渣0-60μm、钢渣0-50μm。
2.根据权利要求1中所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征是：所述的赤泥为高铁富铝赤泥；所述的粉煤灰为超细粉煤灰，需水量比为95-100％，含水量≤1％；所述的所述电石渣中有效成分cao的含量为65-75％；所述钢渣微粉比表面积≥350m2/kg，游离氧化钙的含量≤3％；所述珊瑚砂为天然珊瑚礁粉碎后产物，其中caco3含量大于97％。所述贝壳粉为天然贻贝壳所研磨成粉，粒径大小为120-150μm。
4.根据权利要求1所述的一种高强固废基磷酸镁注浆浆液，其特征是：所述的c4af固溶体为c2f、c6af2、c4af、c6a2f中的至少两种的固溶体，其平均化学计量为c4af；所述的磷酸盐为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸一氢钾和磷酸一氢铵中的至少一种。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：沙飞，孔昊，朱毅，张兰盈，张明龙，王全峰，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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