本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料及使用方法。
背景技术：
随着我国城市化建设的蓬勃发展，各地市政工程、公路工程、地下轨道交通以及供电、给排水等工程的完善和实施，对回填材料的需求也越来越大。采用水泥浆或水泥土等传统回填材料，对水泥消耗量巨大，成本高，而且存在自密实填充性不足、收缩大、耐久性差等问题，且不利于低碳循环经济的发展。
采用传统回填材料的回填施工性差，如采用碎石土或石渣土等传统回填材料进行施工时，每填筑一定量的土需进行碾压、夯实，密实度达到设计要求后，才能再进行下一层填筑、碾压、夯实，需经过较长时间的工后沉降期才能进行路面结构层铺设；再如一些回填施工需要在建筑物下面进行，由于场地狭小，低矮，普通施工机械根本无法进入施工现场，回填材料无法得到充分压实，这将导致建筑物基础可能发生不均匀沉降，从而带来较大的安全隐患。
因此，开发一种成本低、性能好、回填施工性好的回填材料是亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
发明要解决的技术问题是提供一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料及使用方法，本发明的注浆材料在施工现场可加水搅拌后直接使用，具有流动性好、保水性能好，与基体粘结强度良好，耐水性好，收缩率小等优点，本发明不仅降低了回填材料的生产成本，而且能够解决磷石膏等固体废弃物堆积对环境和土地的污染问题，提高环境效益。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料，由以下重量份的原料制成：
磷石膏100份、粉煤灰20～100份、磷渣粉30～80份、赤泥4～12份、硅酸盐水泥10～25份、硫铝酸盐水泥2～10份、磷尾矿1000～1800份、岩石粉200～600份、纤维素醚0.2～1.2份、膨润土15～30份、聚羧酸系减水剂1.4～2.8份。
优选的，上述用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料，由以下重量份的原料制成：
磷石膏100份、粉煤灰30～90份、磷渣粉35～75份、赤泥4～10份、硅酸盐水泥12～20份、硫铝酸盐水泥5～10份、磷尾矿1200～1600份、岩石粉300～500份、纤维素醚0.4～1.0份、膨润土15～25份、聚羧酸系减水剂1.5～2.5份。
优选的，所述磷石膏为非煅烧磷石膏，40℃～60℃烘干，粒径范围为40~200μm，平均粒径为65μm。
优选的，所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%。
优选的，所述磷渣粉为用电炉法制黄磷时所得到的以硅酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后磨细所得的粉体，磷渣粉平均粒径为30～40μm，活性为p85。
优选的，所述赤泥为拜耳法电解铝生产线排放的赤泥经烘干而得的粉体。
优选的，所述普通硅酸盐水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
优选的，所述硫铝酸盐水泥为52.5级快硬硫铝酸盐水泥。
优选的，所述磷尾矿经自然风干，粒度范围0.075mm以下大于70%。
优选的，所述的岩石粉为石灰石粉，生产机制砂石的废弃物，粒径范围5～120μm，平均粒径为28.4μm。
优选的，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，粘度为10000pa.s。
优选的，所述膨润土为钠基膨润土，膨胀容为20.7ml/g。
优选的，所述聚羧酸系减水剂为聚羧酸系高效减水剂，粉剂，减水率不低于25%。
上述用于回填工程的磷石膏基注浆材料的制备方法，具体为按上述重量比例称量磷石膏、粉煤灰、磷渣粉、赤泥、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷尾矿、岩石粉、纤维素醚、膨润土、聚羧酸系减水剂，投入混料机，通过机械混合均匀后，得到所需产品用于回填工程的磷石膏基注浆材料。
上述用于回填工程的磷石膏基注浆材料的的使用方法，具体步骤如下：
（1）准确称取磷石膏基注浆材料粉料和水，加水量为磷石膏基注浆材料粉料质量的35%～60%；
（2）先将水加入搅拌机内，随着叶片转动，再将磷石膏基注浆材料粉料均匀投入搅拌机，搅拌2.5min，停止4min，再搅拌1min后，即可泵送施工。
本发明以磷石膏为主、辅以粉煤灰、磷渣粉、赤泥、硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥组成硬化胶凝体系，磷尾矿和岩石粉用为微集料填充，以纤维素醚和聚羧酸系减水剂为功能型外加剂，即可得到用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料。
磷石膏、粉煤灰、磷渣粉、赤泥、普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥为参与水化反应的可硬性胶凝组分，水化初期，普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥遇水后相继解离，发生水化反应，其中铝质组分的水化产物与磷石膏溶解出的ca2+和so42-，生成水化硫铝酸钙（aft），逐步形成初始浆体结构；接着，在硅酸盐水泥和赤泥中碱ca(oh)2的溶出，促使粉煤灰和磷渣粉中的玻璃体结构逐渐解离，其中的活性铝质组分、so42-以及ca(oh)2反应生成水化硫铝酸钙，而活性硅质组分与ca(oh)2反应生成水化硅酸钙，随着水化反应的不断进行，水化产物的生长，水化产物层不断增加，与磷尾矿、岩石粉颗粒的搭接，最终形成的三维浆体结构。其中，硅铝质胶凝材料的二次水化，保证了回填材料后期强度的稳定增长。
相对于传统的回填材料，本发明中注浆材料浆体的水化产物中多为水化硫铝酸钙（aft），对浆体结构具有一定补偿收缩作用，从而使注浆材料的具有一定微膨胀特性。本发明中，粉煤灰中含有活性玻璃态物质，以及惰性的晶态物质，其粒形完整，表面光滑，质地致密，能起到减水作用、填充作用和匀质作用，从而提高注浆材料的均匀性。本发明中，磷尾矿粒径为0.04-0.6mm之间，可起到微集料作用，具有良好的填充性，与岩石粉匹配，使注浆材料的流动性好，料浆更为均匀。本发明中，羟丙基甲基纤维素醚和膨润土主要起到保水增稠作用，使回填注浆材料具备良好的工作性和保水性。本发明中，聚羧酸系减水剂可使浆体具有较高的流动性及稳定性；同时使注浆材料强度提高，收缩减少，耐久性增强。
这种注浆材料的应用领域有市政工程和公路工程中回填工程，以及隧道工程中隧底岩溶回填施工等，经推广应用，还提高了磷石膏等固固体废弃物的经济附加值，为回填工程的节能减排和低碳化创造了良好的基础条件。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：
1.本发明用于回填工程的磷石膏基注浆材料具有流动性好、抗压强度稳定、粘结强度良好、优良的稳定性等优势。
2.本发明用于回填工程的磷石膏基注浆材料大量使用磷石膏等固固体废弃物，节约了普通水泥的使用，能够大幅度降低回填成本。
3.本发明用于回填工程的磷石膏基注浆材料可解决磷石膏等工业废弃物的严重堆积问题，从而降低环境危害，实现工业废弃物的资源化利用。
4.本发明用于回填工程的磷石膏基注浆材料制备方法简单，施工性好，适合推广使用。
5.本发明用于回填工程的磷石膏基注浆材料适用范围广，应用领域有市政工程和公路工程中回填工程，以及隧道工程中隧底岩溶回填施工等。
具体实施方式
下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。以下实施例中所涉及工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。
实施例1
一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料，由如下重量份的原料制成：磷石膏100份，粉煤灰20份，磷渣粉60份，赤泥8份，42.5级普通硅酸盐水泥10份，52.5级快硬硫铝酸盐水泥2份，磷尾矿1000份，岩石粉500份，羟丙基甲基纤维素醚0.2份，钠基膨润土25份，聚羧酸系减水剂2.0份。
实施例2
一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料，由如下重量份的原料制成：磷石膏100份，粉煤灰80份，磷渣粉30份，赤泥4份，42.5级普通硅酸盐水泥25份，52.5级快硬硫铝酸盐水泥6份，磷尾矿1800份，岩石粉200份，羟丙基甲基纤维素醚1.2份，钠基膨润土15份，聚羧酸系减水剂1.6份。
实施例3
一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料，由如下重量份的原料制成：磷石膏100份，粉煤灰80份，磷渣粉70份，赤泥12份，42.5级普通硅酸盐水泥12份，52.5级快硬硫铝酸盐水泥10份，磷尾矿1200份，岩石粉600份，羟丙基甲基纤维素醚0.8份，钠基膨润土30份，聚羧酸系减水剂1.4份。
实施例4
一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料，由如下重量份的原料制成：磷石膏100份，粉煤灰100份，磷渣粉80份，赤泥10份，42.5级普通硅酸盐水泥20份，52.5级快硬硫铝酸盐水泥6份，磷尾矿1600份，岩石粉400份，羟丙基甲基纤维素醚0.8份，钠基膨润土20份，聚羧酸系减水剂2.8份。
上述实施例1～4用于回填工程的磷石膏基注浆材料中，所述磷石膏为非煅烧磷石膏，40℃～60℃烘干，粒径范围为40～200μm，平均粒径为65μm；所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰，其游离氧化钙含量≤3.0%，烧失量≤5.0%；所述磷渣粉为用电炉法制黄磷时所得到的以硅酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后磨细所得的粉体，磷渣粉平均粒径为30～40μm，活性为p85；所述赤泥为拜耳法电解铝生产线排放的赤泥经烘干而得的粉体；所述的磷尾矿经自然风干，粒度范围为0.075mm以下大于70%；所述的岩石粉为石灰石粉，生产机制砂石的废弃物，粒径范围5～120μm，平均粒径为28.4μm；所述羟丙基甲基纤维素醚粘度为10000pa.s；所述钠基膨润土膨胀容为20.7ml/g；所述聚羧酸系减水剂为聚羧酸系高效减水剂，粉剂，减水率不低于25%。
上述实施例1～4用于回填工程的磷石膏基注浆材料的制备方法，具体为按上述重量比例称量磷石膏、粉煤灰、磷渣粉、赤泥、42.5级普通硅酸盐水泥、52.5级快硬硫铝酸盐水泥、磷尾矿、岩石粉、羟丙基甲基纤维素醚、钠基膨润土、聚羧酸系减水剂，投入混料机，通过机械混合均匀后，得到所需产品。
上述实施例1～4用于回填工程的磷石膏基注浆材料的的使用方法，具体步骤如下：
（1）按照上述比例准确称取磷石膏基注浆材料粉料和水，加水量为磷石膏基注浆材料粉料质量的35%~60%；
（2）先将水加入搅拌机内，随着叶片转动，再将磷石膏基注浆材料粉料均匀投入搅拌机，搅拌2.5min，停止4min,，再搅拌1min后，即可泵送施工。
上述实施例1～4用于回填工程的磷石膏基注浆材料性能测试结果如表1所示：
表1不同实施例制备的用于回填工程的磷石膏基注浆材料的
性能对比
由表1可知，本发明制备得到的用于回填工程的磷石膏基注浆材料具有流动性好，保水性好、自密实填充性好、抗压强度稳定、微膨胀、具有一定粘结强度等特点。本发明产品生产中大量使用磷石膏、磷渣粉、赤泥、磷尾矿以及岩石粉等固体废弃物，可实现其资源化利用，可解决磷石膏等工业废弃物的严重堆积问题，从而降低环境危害，实现工业废弃物的资源化利用，同时可降低工程回填成本，相对于传统回填材料性能得到优化，具有良好的环境效益和经济效益。本发明用于回填工程的磷石膏基注浆材料制备方法简单，施工性好，适合推广使用，适用范围广，应用领域有市政工程和公路工程中回填工程，以及隧道工程中隧底岩溶回填施工等。
上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更以及材料的等同替代，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。