CN114230224B - 一种低碳抗渗型全固废注浆材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于城市地铁盾构/TBM壁后同步注浆材料技术领域，涉及一种低碳抗渗型全固废注浆材料及其制备方法与应用。全固废注浆材料，按重量份计，包括以下组分：基体材料160‑270份；复合外加剂0‑12份，不包括0；水40‑70份。基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏2‑7份，炉渣20‑40份，膨润土5‑13份，粉煤灰30‑60份，矿粉7‑17份，细骨料60‑180份。复合外加剂，包括以下组分：聚羧酸减水剂、高聚物和激发剂。本发明通过碱激发技术，实现了对大宗固体废弃物的高附加值利用，制备获得了低碳抗渗型全固废注浆材料。材料用于城市地铁盾构/TBM壁后同步注浆，可实现隧道壁后的绿色充填，同时缓解因固体废弃物大量堆放而造成的环境污染问题。
Description
技术领域
本发明属于城市地铁盾构/TBM壁后同步注浆材料技术领域，主要涉及一种低碳抗渗型全固废注浆材料及其制备方法，该材料用于同步注浆。
背景技术
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。
在地铁隧道的修建方面，盾构/TBM法隧道开挖具有对地面交通影响小、自动化程度高、显著缩短工期及地层适用性高等优点，因此被广泛应用于隧道建设中。然而，城市地铁在开挖建设过程中面临着高发的灾害风险，其中管片衬砌发生开裂和渗漏水为地铁建设与运营期最普遍的灾害类型。在盾构/TBM逐环施工过程中，盾尾脱离管片衬砌会造成管片与地层之间产生间隙，此时若不对盾尾间隙进行充填，伴随着盾构/TBM掘进对周围地层的扰动作用，势必会造成周围地层向管片发生位移，进而导致地层变形与管片衬砌结构受力的双重问题。
同步注浆是通过同步注浆***及位于盾尾、管片上的注浆孔，在刀盘向前推进及盾尾间隙形成的同时对间隙进行充填的技术。同步注浆技术最大限度地解决了盾尾间隙的产生与注浆充填之间的时滞性问题，因此能够有效缓解地层变形并固定管片衬砌所在位置，在确保管片衬砌受力均匀的同时也避免了管片因受力不均而发生开裂。此外，盾构/TBM同步注浆加固圈作为隧道渗漏水的第一层防护圈，大大提高了盾构隧道的抗渗性。
常用的注浆加固材料为普通硅酸盐水泥单液浆，水泥具有结石率低、水化热高，易产生裂缝的缺点，导致结构强度及抗渗性大幅降低，严重影响渗漏水工程治理的效果。同时，水泥的生产将产生大量的碳排放，据报道2020年因生产水泥而产生的碳排放约为33.4亿吨，这与全球气候治理的迫切形势及减少碳排放的目标相违背。
发明内容
针对上述所存在的问题，本发明的主要目的是进一步提高同步注浆材料的抗渗效果并降低注浆材料的碳排放。本发明提出了一种低碳抗渗型全固废同步灌浆料及其制备方法。该全固废注浆材料具有强抗渗、高韧性、长期水化等性能，有利于实现大宗固体废弃物的高附加值利用。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种低碳抗渗型全固废注浆材料用复合外加剂，包括：复合碱性激发剂，高效减水剂和纤维。
本发明研究了一种新型绿色材料，应用于此类工程实现了隧道安全开挖及绿色、低碳、可持续发展。
本发明的第二个方面，提供了一种低碳抗渗型全固废注浆材料用复合外加剂的制备方法，包括：
将复合碱性激发剂、高效减水剂、纤维混合均匀，即得。
本发明的第三个方面，提供了一种低碳抗渗型全固废注浆材料用基体材料，由如下重量份的原料组成：脱硫石膏2-7份，炉渣20-40份，膨润土5-13份，粉煤灰30-60份，矿粉7-17份，细骨料60-180份。
本发明的第四个方面，提供了一种低碳抗渗型全固废注浆材料，由如下重量份的原料组成：上述基体材料160-270份；上述复合外加剂0-12份，不包括0；水40-70份。
本发明的第五个方面，提供了一种低碳抗渗型全固废注浆材料的制备方法，包括：
按重量比称取各种原料；
将脱硫石膏、炉渣、膨润土、粉煤灰、矿粉和细骨料按比例混合均匀，制得基体材料；
将基体材料、复合外加剂和水按比例混合均匀，制得低碳抗渗型全固废注浆材料。
本发明的第六个方面，提供了上述全固废注浆材料在抗渗充填中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明拟对大宗固体废弃物进行高附加值利用，将其制备成盾构同步灌浆材料，用于城市地铁盾构/TBM同步抗渗注浆，同时缓解由于固体废弃物大量堆放造成的环境污染问题。
(2)本发明针对全固废胶凝材料体系潜在活性强、水化能力弱的问题，提供了一种复合外加剂。通过复合外加剂的激发增韧效果激发基体材料的潜在胶凝活性，重组胶凝体的胶凝结构，提高胶凝体的胶结互联程度，从而增强注浆材料的抗渗性与韧性，赋予基体材料工程应用的条件。
(3)本申请的操作方法简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是盾构/TBM同步防渗同步注浆示意图。从最外圈开始数，图1中第一个圆圈代表盾构外壳，简称盾壳，第一个圆环代表填充在盾尾间隙的灌浆料，即本发明要进行同步注浆的范围，第二个圆环代表隧道管片，最内部圆形则表示隧道。
图2是本发明实施例的低碳抗渗型全固废材料的微观电镜扫描图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
第一方面，本发明提供一种复合外加剂，包括以下组分：复合碱性激发剂，高效减水剂和纤维。
炉渣、矿粉和粉煤灰是高温工业过程中产生的固体排放物，在高温反应及冷却过程中形成了具有潜在胶凝活性的非晶质玻璃体，玻璃体几乎不与水反应，但在复合碱性激发剂提供的碱性环境下会发生解聚并再聚合成硬化胶体，宏观表现为强度不断增长。高效减水剂在溶液中会离解为大分子阴离子，其主链吸附于固废颗粒与水化产物表面，使颗粒间的静电斥力与空间位阻斥力增大，体系中的游离水增多，体系流动性能提高。本发明所用纤维为聚丙烯腈纤维，能够提高胶凝体系的宏观力学性能，维持体积稳定，缓解应力集中并抑制微裂纹的扩展。综上所述，该无机-有机-纤维复合外加剂能很好地改善绿色材料的宏观力学性能、流动性、体积稳定性与抗渗耐久性能。
在一些实施例中，复合碱性激发剂，高效减水剂和纤维的质量比为：0-8:0-3:0-1。
进一步的，复合碱性激发剂、高效减水剂和纤维的质量比为：2-8:0-2:0-0.75。
进一步的，复合碱性激发剂、高效减水剂和纤维的质量比为：2-6:0-1.5:0-0.5。
进一步的，复合碱性激发剂、高效减水剂和纤维的质量比为：2-4:0-1.5:0-0.5。
在一些实施例中，所述复合碱性激发剂由氢氧化钠、碳酸钠和硫酸钠组成。
进一步的，所述激发剂中，氢氧化钠、碳酸钠和硫酸钠的质量比为3:2:1。
在一些实施例中，所述纤维为聚丙烯腈纤维。
第二方面，本发明提供所述复合外加剂的制备方法，包括如下步骤：
将复合碱性激发剂，高效减水剂和纤维按照一定比例混合，并搅拌均匀，即得。
第三方面，本发明提供一种基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏2-7份，炉渣20-40份，膨润土5-13份，粉煤灰30-60份，矿粉7-17份，细骨料60-180份。
其中脱硫石膏、炉渣、粉煤灰、矿粉组成复合胶凝体系，膨润土起到改善体系稳定性的作用，细骨料起到骨架支撑作用。
膨润土和细骨料的添加比例应该根据复合胶凝体系来确定。仅仅使用复合胶凝体系配置基体材料，不能够很好的满足城市地铁盾构/TBM同步抗渗注浆的需求。该全固废体系基体材料的兼容性良好，具有水化协同作用，在复合碱性激发剂的作用下可以满足同步注浆的强度要求。膨润土在水中高度分散并搭接为网状，束缚住体系中的自由水，因而赋予了基体材料更优的稳定性；膨润土遇水后，其矿物晶层间距会被水分子填充，因此宏观表现出一定的膨胀特性，可以有效缓解浆液结石体的后期体积回缩问题并大幅提高材料抗渗性。同时，固废材料作为工业副产品，其生产所致的碳排放量较水泥材料相比大幅降低。全固废基体材料碳排放量相比水泥平均降低78％，而细骨料的添加进一步降低了全固废体系的碳排放量，最终全固废灌浆料的碳排放量仅为水泥材料的12.5％，符合低碳、绿色、可持续的发展理念及减少碳排放的目标。
选择这四种固废的原因：
利用炉渣来进行盾构同步注浆，不仅可以高效解决废渣的堆放问题和对环境的污染问题，更能带来巨大的经济效益。
矿粉是一种具有潜在水硬性的矿物。其化学成分中含有大量的CaO(35-50％)，并含有活性SiO2和Al2O3。活性SiO2和Al2O3在CaO的激发作用下具有水硬性，配合碱性激发剂会产生强烈的水化作用，大大提高体系的强度。
粉煤灰是火力发电厂煤粉燃烧后的残余产物，属于工业废渣。其主要化学成分为硅铝化合物，活性非晶态玻璃体含量高达52％-89％，因此在碱性激发下可以发生火山灰反应，生成具有胶凝性能的水化硅酸钙和水化铝酸钙。此外，粉煤灰中的玻璃微珠可以填充混合浆液颗粒间的空隙，改善浆液的流变特性并起到减水的效果，从而提高材料的各项性能。
脱硫石膏是火力发电烟气脱硫的副产品。通过其自身反应可以增加浆液结石体的致密度，因而具有提升基体材料早期强度的特性，并能很好的改善浆液结石体的耐侵蚀和抗渗性，具有综合利用的价值。
第四方面，本发明提供一种低碳抗渗型全固废注浆材料，按重量份计，包括以下组分：所述基体材料160-270份；所述复合外加剂0-12份，不包括0；水40-70份。
在一些实施例中，复合外加剂中的复合碱性激发剂在固废注浆材料中的质量百分数为0-1.4％。
炉渣、粉煤灰、矿粉等高温工业固废具有潜在的胶凝活性，其含有的非晶质玻璃体在碱性环境下会发生解聚并再聚合成硬化胶体。这一反应会造成结石体的体积微膨胀。此外，过高或过低含量的碱激发剂都不利于材料的充分胶凝，因此可以通过调整激发剂的用量来调整体系的强度。当碱激发剂的含量高于1.4％时，结石体强度有所下降且28d膨胀率较大。因此材料体系中复合碱性激发剂的质量分数在0％-1.4％较为合理。
在一些实施例中，复合外加剂中的高效减水剂在固废注浆材料中的质量百分数为0-0.7％。
进一步的，性能优化剂中的高效减水剂在固废注浆材料中的质量百分数为0-0.7％。
高效减水剂具有静电斥力作用、空间位阻作用和润滑作用，能够从以上三个角度增加水泥浆液的流动性。实验结果表明，千分之一掺量的高效减水剂即对体系的流动度产生很大影响。当高效减水剂的含量大于0.7％时，会造成体系的凝结时间过长，导致浆液的工程需求无法满足。因此低碳抗渗型全固废同步灌浆料的高效减水剂含量应低于或等于0.7％。
在一些实施例中，复合外加剂中的纤维在固废注浆材料中的质量百分数为0-0.2％。
聚丙烯腈纤维已经被报道对材料的力学强度有明显的改善作用，这种效应的原因为纤维均匀的分散在材料体系中可以减少材料内部的裂缝和尺度，进而提高材料体系的抗压强度与抗折强度，并显著提高材料的韧性。当纤维的掺量大于0.2％时，纤维含量的继续增加对体系力学性能的改善作用已不明显。因此，考虑到材料的经济性，低碳抗渗型全固废同步灌浆料的纤维含量应低于或等于0.2％。
在一些实施例中，所述低碳抗渗型全固废同步灌浆料，按重量份计，包括以下组分：基体材料160份，复合碱性激发剂2份，高效减水剂0份，纤维0.25份，水40份。
在一些实施例中，所述低碳抗渗型全固废同步灌浆料，按重量份计，包括以下组分：基体材料160份，复合碱性激发剂0份，高效减水剂3份，纤维1份，水70份。
在一些实施例中，所述低碳抗渗型全固废同步灌浆料，按重量份计，包括以下组分：基体材料215份，复合碱性激发剂4份，高效减水剂1份，纤维0.25份，水55份。
在一些实施例中，所述低碳抗渗型全固废同步灌浆料，按重量份计，包括以下组分：基体材料215份，复合碱性激发剂8份，高效减水剂2份，纤维0.75份，水55份。
在一些实施例中，所述低碳抗渗型全固废同步灌浆料，按重量份计，包括以下组分：基体材料270份，复合碱性激发剂6份，高效减水剂1份，纤维0份，水70份。
在一些实施例中，所述低碳抗渗型全固废同步灌浆料，按重量份计，包括以下组分：基体材料270份，复合碱性激发剂2份，高效减水剂1.5份，纤维0.5份，水40份。
第五方面，本发明提供所述全固废注浆材料的制备方法，包括如下步骤：
按重量比称取各种原料；
将脱硫石膏、炉渣、膨润土、粉煤灰、矿粉和细骨料按比例混合均匀，制得注浆基体材料；
将基体材料、复合外加剂和水按比例混合均匀，制得低碳抗渗型全固废同步灌浆材料。
在一些实施例中，基体材料的细度大于425目，细骨料为中细砂，平均粒径为0.25mm-0.5mm。
第六方面，本发明提供所述全固废注浆材料在同步防渗中的应用。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，复合碱性激发剂由氢氧化钠、碳酸钠和硫酸钠组成，质量比为3:2:1。
高效减水剂为金耐特牌聚羧酸减水剂，购买自济南鑫亿佳化工有限公司。
纤维为聚丙烯腈纤维。
实施例1
一种低碳抗渗型全固废同步灌浆料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料中除细骨料外的固体成分使用行星式球磨机研磨至细度大于425目，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料160份，复合碱性激发剂2份，高效减水剂0份，纤维0.25份，水40份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏2份，炉渣30份，膨润土5份，粉煤灰30份，矿粉7份，细骨料60份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中充分搅拌。
步骤四：将搅拌之后的材料置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的低碳抗渗型全固废同步灌浆料进行浆液流动性、结石体体积收缩率、结石体渗透系数、结石体抗压抗折强度测试，测试结果如表1-1、1-2、1-3和1-4所示：
表1-1低碳抗渗型全固废同步灌浆料的浆液流动性
浆液流动度的大小可以直观的反映浆液的流动能力。流动度越大，说明浆液的流动能力就越强，相应的扩散范围就越远。对于同步注浆来说，合适的浆液流动度是保障材料可以充分发挥其充填作用的前提。
表1-2低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d收缩率
结石体28d收缩率可以直观的反映结石体的体积变化。当数值为正时，说明结石体体积发生收缩；当数值为负时，说明结石体体积发生膨胀。实验结果表明，结石体在该配比下体积发生轻微收缩。
表1-3低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d渗透系数
渗透系数可以直观的反映结石体的透水能力。渗透系数越大，说明材料透水性越强，抗渗性越差；渗透系数越小，说明材料透水性越弱，抗渗性越好。实验结果表明，结石体在该配比下的28d抗渗能力较强。
表1-4低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d抗压抗折强度
抗压抗折强度可以直观的反映结石体抵抗外力破坏的能力。抗压强度越大，结石体抵抗水压和围岩压力的能力就越强；抗折强度越大，结石体的韧性越好，在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力就越强。试验结果表明，结石体在该配比下的28d抗压抗折强度较强，折压比为0.22。相比传统水泥基材料，该灌浆料具有更高的折压比。
实施例2
一种低碳抗渗型全固废同步灌浆料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料中除细骨料外的固体成分使用行星式球磨机研磨至细度大于425目，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料160份，复合碱性激发剂0份，高效减水剂3份，纤维1份，水70份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏7份，炉渣20份，膨润土3份，粉煤灰50份，矿粉17份，细骨料120份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中充分搅拌。
步骤四：将搅拌之后的材料置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的低碳抗渗型全固废同步灌浆料进行浆液流动性、结石体体积收缩率、结石体渗透系数、结石体抗压抗折强度测试，测试结果如表2-1、2-2、2-3和2-4所示：
表2-1低碳抗渗型全固废同步灌浆料的浆液流动性
实验结果表明，同时提高材料的水胶比并添加较多减水剂会极大提高浆液的流动性，应该减少体系中水和减水剂的添加量。
表2-2低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d收缩率
实验结果表明，由于没有添加复合碱性激发剂，且基体材料与水的添加比例较小，导致结石体体积出现较大的收缩。
表2-3低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d渗透系数
实验结果表明，由于没有添加复合碱性激发剂，导致体系的水化程度较低，结石体的孔隙较多，因此28d结石体渗透系数较大。
表2-4低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d抗压抗折强度
实验结果表明，由于没有添加复合碱性激发剂，导致体系的水化程度较低，结石体的孔隙较多，抵抗外力破坏的能力很弱，因此28d抗压抗折强度较小。此外，由于添加了较高含量的纤维，结石体在该配比下的折压比较大，为0.255。
实施例3
一种低碳抗渗型全固废同步灌浆料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料中除细骨料外的固体成分使用行星式球磨机研磨至细度大于425目，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料215份，复合碱性激发剂4份，高效减水剂1份，纤维0.25份，水55份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏4份，炉渣30份，膨润土9份，粉煤灰40份，矿粉12份，细骨料120份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中充分搅拌。
步骤四：将搅拌之后的材料置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的低碳抗渗型全固废同步灌浆料进行浆液流动性、结石体体积收缩率、结石体渗透系数、结石体抗压抗折强度测试，测试结果如表3-1、3-2、3-3和3-4所示：
表3-1低碳抗渗型全固废同步灌浆料的浆液流动性
实验结果表明，在该配比下的浆液流动性较好，可以满足同步注浆工程的流动性要求。
表3-2低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d收缩率
实验结果表明，合适的复合碱性激发剂添量与合适的基体材料和水的添加比例，可以使结石体体积发生微膨胀。
表3-3低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d渗透系数
实验结果表明，合适的复合碱性激发剂添量与合适的基体材料和水的添加比例，可以极大提高结石体的抗渗性。
表3-4低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d抗压抗折强度
实验结果表明，合适的复合碱性激发剂添量与合适的基体材料和水的添加比例，可以极大提高结石体的抗压抗折强度。此外，由于添加了少量的纤维，结石体在该配比下的折压比较大，为0.223。
实施例4
一种低碳抗渗型全固废同步灌浆料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料中除细骨料外的固体成分使用行星式球磨机研磨至细度大于425目，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料215份，复合碱性激发剂8份，高效减水剂2份，纤维0.75份，水55份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏2份，炉渣40份，膨润土6份，粉煤灰60份，矿粉17份，细骨料180份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中充分搅拌。
步骤四：将搅拌之后的材料置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的低碳抗渗型全固废同步灌浆料进行浆液流动性、结石体体积收缩率、结石体渗透系数、结石体抗压抗折强度测试，测试结果如表4-1、4-2、4-3和4-4所示：
表4-1低碳抗渗型全固废同步灌浆料的浆液流动性
实验结果表明，在该配比下的浆液流动性较好，可以满足同步注浆工程的流动性要求。
表4-2低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d收缩率
实验结果表明，由于复合碱性激发剂的过量添加，28d的结石体发生较大的体积膨胀，因此在配比设计时应控制激发剂的添量。
表4-3低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d渗透系数
实验结果表明，较多的复合碱性激发剂添量，使28d结石体抗渗性有所降低。
表4-4低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d抗压抗折强度
实验结果表明，较多的复合碱性激发剂添量，使28d结石体抗压抗折强度有所降低。此外，由于添加了较高含量的纤维，结石体在该配比下的折压比较大，为0.258。
实施例5
一种低碳抗渗型全固废同步灌浆料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料中除细骨料外的固体成分使用行星式球磨机研磨至细度大于425目，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料270份，复合碱性激发剂6份，高效减水剂1份，纤维0份，水70份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏4份，炉渣20份，膨润土8份，粉煤灰40份，矿粉7份，细骨料60份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中充分搅拌。
步骤四：将搅拌之后的材料置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的低碳抗渗型全固废同步灌浆料进行浆液流动性、结石体体积收缩率、结石体渗透系数、结石体抗压抗折强度测试，测试结果如表5-1、5-2、5-3和5-4所示：
表5-1低碳抗渗型全固废同步灌浆料的浆液流动性
实验结果表明，在该配比下的浆液流动性较好，可以满足同步注浆工程的流动性要求。
表5-2低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d收缩率
实验结果表明，由于复合碱性激发剂的过量添加，28d的结石体发生较大的体积膨胀，因此在配比设计时应控制激发剂的添量。
表5-3低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d渗透系数
/>
实验结果表明，较多的复合碱性激发剂添量，使28d结石体抗渗性有所降低。
表5-4低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d抗压抗折强度
实验结果表明，较多的复合碱性激发剂添量，使28d结石体抗压抗折强度有所降低。此外，由于没有添加纤维，结石体在该配比下的折压比较小，为0.197。
实施例6
一种低碳抗渗型全固废同步灌浆料及制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将基体材料中除细骨料外的固体成分使用行星式球磨机研磨至细度大于425目，再用筛分机筛分后实验备用；
步骤二：按质量分数计称取原材料，包括基体材料270份，复合碱性激发剂2份，高效减水剂1.5份，纤维0.5份，水40份。
基体材料，按重量份计，包括以下组分：脱硫石膏7份，炉渣40份，膨润土9份，粉煤灰50份，矿粉12份，细骨料180份。
步骤三：将上述称取的原材料置于搅拌机中充分搅拌。
步骤四：将搅拌之后的材料置于90％湿度、25℃环境下养护28d。
对本实施例制备的低碳抗渗型全固废同步灌浆料进行浆液流动性、结石体体积收缩率、结石体渗透系数、结石体抗压抗折强度测试，测试结果如表6-1、6-2、6-3和6-4所示：
表6-1低碳抗渗型全固废同步灌浆料的浆液流动性
实验结果表明，在基体材料与水的添加比例较大时，即使添加了高效减水剂，浆液的流动性仍较小。应该适当增大水的添量以满足同步注浆工程的流动性要求。
表6-2低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d收缩率
实验结果表明，少量添加复合碱性激发剂，并增大基体材料与水的添加比例，会使结石体体积发生微膨胀。
表6-3低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d渗透系数
实验结果表明，少量添加复合碱性激发剂，并增大基体材料与水的添加比例，会使28d结石体抗渗性显著增强。
表6-4低碳抗渗型全固废同步灌浆料的结石体28d抗压抗折强度
实验结果表明，少量添加复合碱性激发剂，并增大基体材料与水的添加比例，会使28d结石体抗压抗折强度显著增强。此外，由于添加了少量的纤维，结石体在该配比下的折压比较大，为0.237。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，由如下重量份的原料组成：基体材料160-270份；复合外加剂0-12份，不包括0；水40-70份；
所述基体材料由如下重量份的原料组成：脱硫石膏2-7份，炉渣20-40份，膨润土5-13份，粉煤灰30-60份，矿粉7-17份，细骨料60-180份；
所述复合外加剂包括：复合碱性激发剂，高效减水剂和纤维；
所述复合外加剂的制备方法包括：将复合碱性激发剂、高效减水剂、纤维混合均匀，即得；
所述复合碱性激发剂由氢氧化钠、碳酸钠和硫酸钠组成；
所述复合碱性激发剂中，氢氧化钠、碳酸钠和硫酸钠的质量比为3：1.6-2.4:0.8-1.2。
2.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，复合碱性激发剂，高效减水剂和纤维的质量比为：0-8:0-3:0-1。
3.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，复合碱性激发剂、高效减水剂和纤维的质量比为：2-8:0-2:0-0.75。
4.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，复合碱性激发剂、高效减水剂和纤维的质量比为：2-6:0-1.5:0-0.5。
5.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，复合碱性激发剂、高效减水剂和纤维的质量比为：2-4:0-1.5:0-0.5。
6.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，所述纤维为聚丙烯腈纤维。
7.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，复合碱性激发剂在注浆材料中的质量百分数为0-1.4%。
8.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，高效减水剂在注浆材料中的质量百分数为0-0.7%。
9.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，纤维在注浆材料中的质量百分数为0-0.2%。
10.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，高效减水剂在固废注浆材料中的质量百分数为0-0.35%。
11.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，所述低碳抗渗型全固废注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料160份，复合碱性激发剂2份，高效减水剂 0份，纤维0.25份，水40份。
12.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，所述低碳抗渗型全固废注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料160份，复合碱性激发剂0份，高效减水剂 3份，纤维1份，水70份。
13.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，所述低碳抗渗型全固废注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料215份，复合碱性激发剂4份，高效减水剂 1份，纤维0.25份，水55份。
14.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，所述低碳抗渗型全固废注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料215份，复合碱性激发剂8份，高效减水剂 2份，纤维0.75份，水55份。
15.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，所述低碳抗渗型全固废注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料270份，复合碱性激发剂6份，高效减水剂 1份，纤维0份，水70份。
16.如权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料，其特征在于，所述低碳抗渗型全固废注浆材料，由如下重量份的原料组成：基体材料270份，复合碱性激发剂2份，高效减水剂 1.5份，纤维0.5份，水40份。
17.一种权利要求1所述的低碳抗渗型全固废注浆材料的制备方法，其特征在于，包括：
按重量比称取各种原料；
将脱硫石膏、炉渣、膨润土、粉煤灰、矿粉和细骨料按比例混合均匀，制得基体材料；
将基体材料、复合外加剂和水按比例混合均匀，制得低碳抗渗型全固废注浆材料。
18.如权利要求17所述的低碳抗渗型全固废注浆材料的制备方法，其特征在于，原料的细度大于425目。
19.权利要求1-16任一项所述全固废注浆材料在抗渗充填中的应用。
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