低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料及制备方法与流程
本发明涉及注浆胶凝材料，特别是涉及一种低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料及制备方法。
背景技术：
1、现有固体钾盐矿注浆材料难以兼顾使用性能、工程成本与矿山固废资源化利用，单一材料各自存在明显缺陷，难以适配钾盐高盐卤地层长期防渗堵水需求。单独选用玻璃纤维增水泥（grpc）作为注浆材料，虽整体强度高、抗渗耐久、地层封堵效果优异，且具备施工便捷、结构整体性好的优势，但商用高纯grpc原材料造价高昂，钾盐矿井下大面积、大体积注浆施工会大幅提升矿山治理工程造价，工程经济性较差；同时，传统grpc水泥原料体系适配性单一，无法消纳固体钾盐开采过程中大量伴生的氯化镁副产固废及矿区老卤，矿山镁盐固废仅能堆存处置，不仅占用土地资源，还易引发盐渍污染、地下水卤水渗漏、土壤盐碱化等环境问题，造成矿产伴生资源严重浪费。
2、单独采用传统氯氧镁水泥注浆材料，虽可就地消纳固体钾盐开采产出的氯化镁固废、矿区老卤，固废资源化利用优势突出、原料取材便捷、成本低廉，但该材料存在固有技术缺陷，抗水、抗盐卤侵蚀性能极差，长期浸泡于矿区高浓度盐卤水中易发生软化、溶蚀、结构疏松，结石体强度持续大幅衰减，材料与地层界面易产生细微渗漏通道，服役稳定性差，无法满足钾盐矿洞库水封、深部涌水长期封堵、地层加固的严苛工况要求。
3、当前行业缺乏将grpc与氯氧镁水泥优势复配协同的复合胶凝体系，单一grpc水泥成本过高、无法资源化处理镁盐固废，单一氯氧镁水泥耐水稳定性、耐久性能不足，两类主流注浆材料的技术优势无法互补，适配固体钾盐复杂高盐地层的高性能、低成本、固废资源化一体化注浆材料品类极度稀缺，矿山工程施工可选技术方案有限。
4、为此，本发明旨在针对性解决单一grpc造价高、无法消纳钾盐矿氯化镁固废，以及纯氯氧镁水泥抗水性差、长期防渗稳定性不足的多重技术短板，开发一种镁基grpc复合胶凝注浆材料。通过科学复配融合grpc高强耐久、抗渗抗裂、施工可控、低成本改性的技术优势与氯氧镁水泥就地消纳钾盐副产氯化镁固废、矿区老卤的资源化特性，从微观结构上改良氯氧镁水泥水化产物疏松、耐水性差的缺陷，在保障钾盐洞库长效防渗控水、地层加固效果、提升材料服役寿命的前提下，大幅降低矿山注浆综合施工成本，实现矿山镁盐固废就地高效资源化利用，丰富固体钾盐开采配套注浆材料品类，为矿区涌水治理、储库水封工程、盐渍地层加固提供性能均衡、经济环保、低碳节能的新型注浆胶凝材料。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料及制备方法。
2、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
3、一种低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤s1，原料预处理；
5、步骤s2，精准称量各组分原料：
6、以质量份数计，称量硅酸盐水泥基体粉料10~60份、钾盐矿副产氯化镁固废15～25份、铝硅质填料10～45份、强碱0.3～1份、钾盐矿地层卤水20～38份、活性氧化镁3～30份、增强纤维0.5～5份；其中，硅酸盐水泥基体粉料为形成grpc的基本原料，钾盐矿副产氯化镁固废和活性氧化镁是形成氯氧镁镁基体系的基本原料；
7、步骤s3，粉体干料均质混合：
8、取硅酸盐水泥基体粉料、部分铝硅质填料、钾盐矿副产氯化镁固废进行搅拌至均质混合；
9、步骤s4，配制镁/碱性复合激发剂：
10、将强碱、剩余铝硅质填料、活性氧化镁和钾盐矿地层卤水持续搅拌均匀，其中步骤s4中铝硅质填料与步骤s3中铝硅质填料的质量比为（2.5~3.5）:4；常温密封熟化；强碱有效断裂铝硅质填料中部分si-o键和al-o键，使其重新具有化学反应性，卤水与活性氧化镁可生成氯氧镁体系，部分活性氧化镁可生成氢氧化镁具有弱碱性，弱碱性是对强碱的补充，激发持续性强。重新化学反应+硅酸盐水泥胶凝+氯氧镁体系胶凝性共同组成该发明材料的性能指标。
11、步骤s5，采用分段变速搅拌工艺制备复合浆液：
12、将步骤s3得到的均质混合的粉体干料，置于搅拌设备，低速搅拌状态下匀速注入步骤s4的镁/碱性复合激发剂，分段变速搅拌得到镁基grpc复合浆液；
13、步骤s6，增强纤维复合增韧：
14、将增强纤维均匀分散掺入步骤s5得到的镁基grpc复合浆液，得到低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料。
15、在上述技术方案中，所述步骤s1中，预处理包括以下步骤：
16、对硅酸盐水泥基体粉料、铝硅质填料筛分除杂、研磨细化，烘干至含水率≤0.5%；
17、对纤维进行短切和/或表面改性处理，得到增强纤维，增强纤维的长度为3mm～50mm，表面改性处理包括化学侵蚀改性、纳米颗粒涂层改性或等离子体蚀刻改性，使耐碱玻璃纤维表面变得粗糙，增加其表面积和物理锚定点，以强化与水泥基体的机械咬合。
18、在上述技术方案中，所述步骤s2中，所述增强纤维为改性短切耐碱玻璃纤维、玄武岩短切纤维、聚丙烯耐蚀纤维。
19、在上述技术方案中，所述步骤s2中，强碱为naoh、koh或na2sio3。
20、在上述技术方案中，所述步骤s2和s3中还包括功能助剂1～3份。
21、在上述技术方案中，所述功能助剂为磷酸镁、硫氧镁或硅灰。
22、在上述技术方案中，所述步骤s4中，熟化时间为12～24h。
23、在上述技术方案中，所述步骤s5中，分段变速搅拌为：先以60-120rpm低速搅拌3～5min后，再以140-300rpm高速搅拌4～6min。
24、本发明的另一方面，还包括利用所述制备方法得到的低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料。
25、本发明的另一方面，还包括所述低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料在钾盐矿裂隙、渗漏通道、松散地层进行原位填充中的应用。
26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27、1、核心复配体系保护：独创grpc+氯氧镁镁基复合胶凝体系，突破单一材料技术瓶颈，实现高强耐久与固废资源化双向兼顾。
28、2、固废适配配方保护：限定适配钾盐矿氯化镁固废、矿区老卤的梯度配比范围，实现矿山镁盐固废高效、稳定资源化利用。
29、3、双重反应固化机制保护：采用硅酸盐水泥水化+镁基水化双重协同固化技术，从微观结构改良镁基材料耐水性差、易开裂的缺陷。
30、4、分段搅拌制备工艺保护：干粉预混+激发液熟化+低高速分段搅拌+纤维低速分散的成套制备工艺，保障浆液稳定性与施工适配性。
31、5、三维纤维增韧结构保护：玻璃纤维均匀分散构建网状增韧体系，提升复合材料抗裂、抗渗、耐久性能，适配矿山复杂工况。
1.一种低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，预处理包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述增强纤维为改性短切耐碱玻璃纤维、玄武岩短切纤维、聚丙烯耐蚀纤维。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，强碱为naoh、koh或na2sio3。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2和s3中还包括功能助剂1～3份。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述功能助剂为磷酸镁、硫氧镁或硅灰。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，熟化时间为12～24h。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，分段变速搅拌为：先以60-120rpm低速搅拌3～5min后，再以140-300rpm高速搅拌4～6min。
9.利用如权利要求1-8中任一项所述制备方法得到的低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料。
10.如权利要求9所述低成本耐卤水镁基玻璃纤维增强硅酸盐水泥注浆胶凝材料在钾盐矿裂隙、渗漏通道、松散地层进行原位填充中的应用。