具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种用于双液注浆的液态磷镁材料，由A液和B液按照设定体积比混合而成，通过双液注浆的方式对软弱地层进行注浆加固；A液由重烧氧化镁、固废粉体、减水剂、增稠剂和水按照设定配比混合称量后，搅拌均匀而成；B液由磷酸盐、缓凝剂和水按照设定配比称量搅拌均匀而成。

本实施例通过在A液中掺加粉体及增稠剂来提高体系的整体稳定度，使颗粒保持悬浮状态；而在B液中，通过将磷酸盐及缓凝剂的颗粒磨细，加大颗粒在溶液中的溶解速率，使溶液易于保持稳定状态。液态材料可以长期储存在双液注浆装置中，可以提高在工程中的施工效率。

进一步的，所述A液和B液的体积比为A：B＝(1～5)：1，该体积配比经试验证明是同时具有工作强度与施工和易性的优选配比范围。如果B液掺量过多会使得形成的体系后期耐水性降低不利于后期材料稳定性；如果A液掺量过多会使得体系凝结时间缩短不利于现场施工，且A液成本较高不利于大规模应用。此配合比下的磷酸镁水泥材料在一定的成本范围内能使得组分之间发生较为充分反应并保证施工和易性，且有效避免料浪费和成本过高的问题，满足绝大多数的工程需求。

在本实施例中，A液中重烧氧化镁的掺量40～75份；液体减水剂掺量为重烧氧化镁质量的0～1％，本实施例理论上减水剂掺量可以为0，但为了保证本实施例材料的完全水化并保持一定的流动性宜控制水的用量，故减水剂的掺量下限应大于0。减水剂的作用是减少水掺量的同时保证浆液具有良好的流动性；当减水剂的掺量过大时会对体系产生不利影响，经实验证明减水剂的掺量上限定为1％。

超细固废粉体掺量占重烧氧化镁质量的0～25％，固废粉体的掺入对浆液维持稳定状态及强度发展有一定的积极作用，当掺量过大时反而会产生不利影响。本实施例材料掺加固废粉体的目的是在保证材料性能不受影响甚至得到强化的前提下，利用固体废弃物实现环境友好、使得体系形成稳定悬浮状态并起到降低成本的作用，故固废粉体掺量应大于0。

水的掺量占重烧氧化镁质量的10％～30％，MPC体系对水灰比要求较为严格，水灰比过大会导致工作性能急剧下降。增稠剂的掺量占重烧氧化镁质量的0.01％～2.5％，掺加增稠剂的目的是使得体系维持稳定状态，同样当掺量过大时会使得浆液失去流动性，难以进行注浆。采用上述配比的目的是为了让液体保持较长时间的稳定悬浮状态，有利于在原料储存罐中进行储存。

进一步的，B液的水固比为0.2～0.5，缓凝剂的掺量占比重烧氧化镁质量的0～10％(下限应大于0)，本实施例缓凝剂掺量以占比氧化镁的质量分数为准，原因是磷酸镁水泥体系以重烧氧化镁为主要的反应物，其掺量严重影响着凝结时间和反应物的生成，故缓凝剂应随着最终体系内氧化镁的质量加以改变。此配比范围经实验验证为流动性好且能长时间保持稳定状态。

优选地，A液中的重烧氧化镁为粉末状固体，粒径小于100m，，比表面积在200㎡/kg～300㎡/kg，最小粒径不宜小于30m。所述超细固废粉体为超细粉煤灰、超细硅灰、磨细煅烧偏高岭土等中的至少一种。在本实施例中，超细粉煤灰的细度为300-1600目；磨细煅烧偏高岭土为800℃以上煅烧过的高岭土，细度在800-1600目。

优选地，A液中的液体减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂中的至少一种；增稠剂粉体为羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的至少一种。

优选地，B浆液中的磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾中的至少一种或两种混合，但磷酸二氢铵制备出来的磷镁材料具备性能可控、早期和后期强度高、水化产物相对稳定且价格便宜，具有更广阔的应用前景。B浆液中的缓凝剂为硼砂、硼酸中的一种，常用为十水硼砂，为白色晶体，工业纯硼砂含量大于99％，实验中多研磨成粉使用。

本实施例的液态磷镁材料制备方法为：

(1)A液的制备：首先将称量好的符合要求的重烧氧化镁、超细固废粉体、液体减水剂和水进行高速搅拌，使其分散均匀并使得颗粒保持稳定状态，后加入增稠剂低速搅拌，将溶液制成悬浮液后封存备用。

(2)B液的制备：首先将称量好的磷酸二氢铵、缓凝剂硼砂与水在≥10℃的环境中混合均匀并进行高速搅拌，静置一小时左右在进行低速搅拌，制成悬浮液封存备用。

(3)将制备好的A液、B液分别注入双液注浆装置的原料储存罐中，在工程现场按照双液注浆的施工标准，将浆液注入待加固地层中，实现注浆加固。

本实施例的A液与B液间的体积比，浆液之中各组分的质量比都可以在有效范围内进行调节，以满足不同环境条件、不同加固地层对注浆材料的不同现场实际需求。

本实施例制备的注浆材料3天强度可到达35MPa；抗分散能力强，在水的冲刷下留存率高，体积稳定性好，收缩小；有效解决了传统水泥基注浆材料早期强度发展缓慢、后期强度增长少，抗渗性差及抗分散能力差的缺点，实现了早期强度与后期稳定性的兼顾，极大地提高了工程材料的现场适用性。

注浆材料因其液态磷酸镁稳定性好，使得材料在常温下较长时间放置，改进了粉体状材料极易受潮结块导致性能下降甚至失效的不良后果，避免了材料浪费。磷酸镁水泥原材料以双液态的形式进行储存，且颗粒在体系中呈稳定悬浮状态，可以实现长时间的储存，也便于体系中各有效组分之间的均匀混合。

本实施例在考虑液态成分储存稳定性的基础上充分考虑浆液的可注性及流动性，使得磷酸镁材料用于注浆加固成为可能。磷酸镁材料以液态双组分的形式不仅给施工现场带来了便捷，给原料的储存带来了方便，液态混合的方式也加快了磷酸镁的反应速度，缩短了凝结时间的同时液态混合的搅拌时间也只需1分钟左右，种种优势使其更有利于注浆工程的应用。

实施例2：

本实施例提供了一种用于双液注浆的装置，用于实施例1所述的液态磷镁材料中A液和B液的混合；如图1所示，包括A液泵送装置、B液泵送装置和混合搅拌装置，A液泵送装置、B液泵送装置连接至混合搅拌装置的输入端；A液泵送装置用于泵送粘度大的胶状浆液，B液泵送装置用于泵送流动性较大的浆液。

进一步的，所述A液泵送装置包括第一储存罐1、第一单液注浆管5、第一单液螺旋泵3，第一储存罐1安装第一单液螺旋泵3，第一单液螺旋泵3连接第一单液注浆管5；且第一单液注浆管5上依次安装阀门7、单向阀8和流量计10。

所述B液泵送装置包括第二储存罐2、第二单液注浆管6、第二单液螺旋泵4，第二储存罐2安装第二单液螺旋泵4，第二单液螺旋泵4连接第二单液注浆管6；且第二单液注浆管6上依次安装阀门7、单向阀8和流量计10。通过流量计10监测注浆管流量，以通过调节阀门7改变单液的流量。

其中，为了避免装置内部压力过大，第一单液注浆管5或第二单液注浆管6安装泄压阀9。

进一步的，第一单液注浆管5和第二单液注浆管6通过三通接头11连接混合管12的一端，混合管12的另一端连接混合搅拌装置。所述混合管12上安装有双液螺旋泵13和单向阀8。

本实施例的单液螺旋泵为用于为单液提供动力的螺旋泵，双液螺旋泵为用于为混合后的双液提供动力的螺旋泵；单液螺旋泵、双液螺旋泵仅通过功能进行命名，对螺旋泵的结构并不作限定。

进一步的，如图2所示，混合搅拌装置包括搅拌罐14、搅拌叶片15、搅拌杆16、电机17，搅拌叶片15设置于搅拌罐14内部，搅拌杆16一端与搅拌叶片15相连，另一端通过联轴器22连接电机17，电机17通过机架23安装于搅拌罐14底部。搅拌罐14顶部安装第一端盖20，底部安装第二端盖21。

在本实施例中，搅拌杆16的轴线方向与搅拌罐14轴线重合；搅拌叶片15的安装位置低于混合管12与搅拌罐14的连接位置，以保证对输送至搅拌罐14内的浆液进行充分搅拌。

传统的混合器24如图3所示，混合器24内部安装固定叶片25；相比于传统通过安装固定叶片25并依靠固定叶片25的阻挡冲刷作用进行混合的方式，本实施例通过电机驱动搅拌叶片旋转，能够使双液充分混合。进一步的，搅拌叶片具有多个叶片，且叶片具有呈锐角的倾斜面。

在本实施例中，设置6个叶片，叶片倾斜角度为45°，能够匹配实际磷酸镁水泥注浆过程中的搅拌混合要求，匹配搅拌罐14的设计形状，使得搅拌更加均匀，充分展现其性能优势。可以理解的，在其他实施例中，叶片也可以设置其他个数，倾斜角度也可调整，具体根据实际搅拌要求而定。

进一步的，搅拌叶片16周向间隔设置若干挡板19，挡板19平行于搅拌杆16；通过设置挡板19使搅拌更加均匀。

所述搅拌罐14靠近底部位置连接输出管路18，且输出管路18安装单向阀8；在搅拌设定时间后，打开输出管路18上的单向阀8，使双液注入待加固地层，实现注浆。

本实施例还装置的使用方法为：

(1)清洗装置各部件。

(2)按照工程需求配制相应配比的A、B浆液，配制完成后将A浆液注入第一储存罐1中，B浆液注入第二储存罐2中。

(3)调节阀门7，使得注浆回路畅通；打开第一单液螺旋泵3、第二单液螺旋泵4，调节转速从而控制对应螺旋泵的排量至预期配比；打开混合搅拌装置的电机17、打开双液注浆螺旋泵13。

(4)电机17带动搅拌杆16、搅拌叶片15旋转，从而使得搅拌叶片15对浆液进行搅拌；搅拌1-3分钟后，打开输出管路18上的单向阀8，使混合浆液注入待加固地层。

(5)注浆结束后，关闭各螺旋泵和电机17；对注浆装置各部件进行清洗。

由于磷酸镁水泥体系对用水量要求极为严苛，所以A、B液在极少水的拌合下浆液粘度较大，但双液混合进行搅拌的过程中流动度会逐渐增大，这一特性有利于后续注入地层中。在混合搅拌装置中安装了传统装置不具备的电机，使其具备搅拌胶浆混合浆液的能力，进而解决了磷酸镁水泥的混合后难以进行充分搅拌的问题。

实施例3：

本实施例所述液态磷镁材料，各组分浆液包括以下重量份的组份：

A浆液的制备：称取6kg的重烧氧化镁粉末、0.3kg超细粉煤灰粉末、1.5kg的水及30g的聚羧酸减水剂混合并进行高速搅拌，搅拌3min后，加入3.0g羟丙基甲基纤维素进行低速搅拌2min、静置稳定后将A浆液注入A液原料储存罐14中。

B浆液的制备：称取6kg的磷酸二氢铵、1.08kg的硼砂和3.0kg的水在室温条件下混合，高速搅拌均匀后再进行低速搅拌后注入B液原料储存罐14中。

制备用于双液注浆的液态磷镁材料：将A、B液分别密封保存3h、1d、3d、7d后，控制注浆装置泵送的注浆总量，按照A:B＝3：1的比例进行混合搅拌30s成型。

实施例4：

本实施例所述液态磷镁材料，各组分浆液包括以下重量份的组份：

A浆液的制备：称取6kg重烧氧化镁粉末、0.3kg超细粉煤灰、1.0kg的水和100g聚羧酸减水剂混合并进行高速搅拌，搅拌3min后，继续加入2g羟丙基甲基纤维素及进行低速搅拌2min，混合均匀、静置后注入A液原料储存罐14。

B浆液的制备：称取6kg的磷酸二氢铵、1.08kg的硼砂和2.1kg的水在室温下混合，先高速搅拌再低速搅拌均匀后注入B液原料储存罐14。

制备用于双液注浆的液态磷镁材料：将A、B液密封保存7d后，控制注浆装置泵送的注浆总量，按照A:B＝3：1的比例进行混合搅拌30s成型。

实施例5：

本实施例所述液态磷镁材料，各组分浆液包括以下重量份的组份：

A浆液的制备：称取6kg重烧氧化镁粉末、1.5kg超细粉煤灰、1.0kg的水和50g聚羧酸减水剂混合并进行高速搅拌，搅拌3min后，继续加入2g羟丙基甲基纤维素进行低速搅拌2min，混合均匀、静置后注入A液原料储存罐14。

B浆液的制备：称取6kg的磷酸二氢铵、1.08kg的硼砂和2.1Kg的水在室温下混合，高速搅拌后再低速搅拌均匀后注入B液原料储存罐14。

制备用于双液注浆的液态磷镁材料：将A、B液密封保存7d后，控制注浆装置泵送的注浆总量，按照A:B＝2.5：1的比例进行混合搅拌30s成型。

实施例6：

本实施例所述液态磷镁材料，各组分浆液包括以下重量份的组份：

A浆液的制备：称取6kg重烧氧化镁粉末、1.0kg超细硅灰、1.0kg的水和40g聚羧酸减水剂混合并进行高速搅拌，搅拌3min后，继续加入2g羟丙基甲基纤维素进行低速搅拌2min，混合均匀、静置后注入A液原料储存罐14。

B浆液的制备：称取6kg的磷酸二氢钾、2.1kg的水及1.8kg的硼砂在室温下混合，高速搅拌后再低速搅拌均匀后注入B液原料储存罐14。

制备用于双液注浆的液态磷镁材料：将A、B液密封保存1h后，控制注浆装置泵送的注浆总量，按照A:B＝3：1的比例进行混合搅拌30s成型。

实施例7：

本实施例所述液态磷镁材料，各组分浆液包括以下重量份的组份：

A浆液的制备：称取6kg重烧氧化镁粉末、1kg超细粉煤灰、0.1kg纳米二氧化硅、1.5kg的水和40g聚羧酸减水剂混合并进行高速搅拌，搅拌3min后，继续加入1g羟丙基甲基纤维素低速搅拌2min，混合均匀、静置后注入A液原料储存罐14。

B浆液的制备：称取6kg的磷酸二氢铵、1.44kg的硼砂和2.1kg的水在室温下混合，高速搅拌后再低速搅拌均匀后注入B液原料储存罐14。

制备用于双液注浆的液态磷镁材料：将A、B液密封保存3h后，控制注浆装置泵送的注浆总量，按照A:B＝3：1的比例进行混合搅拌30s成型。

实施例:8：

本实施例所述液态磷镁材料，各组分浆液包括以下重量份的组份：

A浆液的制备：称取6kg的重烧氧化镁粉末、0.8kg超细粉煤灰粉末、0.2kg超细硅灰、0.1kg纳米二氧化硅、1.3kg的水及40g的聚羧酸减水剂混合后高速搅拌，搅拌3min后，加入1.0g羟丙基甲基纤维素低速搅拌2min、静置得到稳定溶液后将A浆液注入A液原料储存罐14中。

B浆液的制备：称取6kg的磷酸二氢铵、0.18kg的硼砂和0.18kg的水在室温下混合，先高速搅拌再低速搅拌均匀后注入B液原料储存罐14。

制备用于双液注浆的液态磷镁材料：将A、B液密封保存1h后，控制注浆装置泵送的注浆总量，按照A:B＝3：1的比例进行混合搅拌30s成型。

对比例1：

将5kg重烧氧化镁粉末、2.5kg磷酸二氢铵、0.36kg硼砂粉料搅拌2min混合均匀，加入1.83kg水搅拌5min，测试凝结时间及抗压强度。

对比例2：

将6kg重烧氧化镁粉末、2kg磷酸二氢铵、0.36kg硼砂粉料搅拌2min混合均匀，加入1.40kg水混合并搅拌2min后，再测试凝结时间及抗压强度。

将实施例3-实施例8及对比例1、对比例2中制得的磷酸镁水泥材料测试凝结时间和不同龄期的强度，如表1所示。

表1样品性能测试结果

由实验数据及实验现象可知：

实施例4与实施例3相比，A、B液中都大幅减少了水的掺量，使得混合后的水灰比由0.28减少到了0.19，更接近于反应理论用水量，从而提高了水化程度，使得强度大幅度提升并改善了分层离析现象。

实施例5与实施例4相比，大幅度提高了粉煤灰的掺量(由5％MgO提升到25％MgO)，有效地提高了A液的流动性，并解决了氧化镁混合反应时的分层现象，强度也没有较大损失。

实施例6与实施例5相比，用超细硅灰替代粉煤灰，流动度有所减小，强度也损失较大，但同样解决了离析分层现象，相比之下粉煤灰效果更好。

实施例7与实施例5相比较，掺加少量纳米二氧化硅，通过其吸水作用形成稳定体系，减少增稠剂的掺加，损失了部分流动性及强度表现，但使得A浆液更加稳定。

实施例8与实施例6相比，用部分硅灰替代粉煤灰的同时减少了水的掺量，实验无分层现象，强度增加显著，流动性几无变化。

通过表1的数据可以看出，本发明与传统的注浆料相比，该材料凝结时间可调控，早期强度发展迅速，后期强度增长稳定；与传统磷酸镁水泥料相比，采用双液组份使得材料可以更好储存，混合后的磷镁材料也具有优异的工作性能；通过对浆液的储存后进行测试得知，A、B浆液均具备较好的流动性及稳定性；可以一定程度上解决传统磷镁单液注浆现场施工难题，并且力学性能也更加优异，充分发挥磷酸镁水泥的性能优势。

通过实验研究及分析表明，(1)当粉煤灰占比氧化镁20％～25％区间时，混合反应后才会使得体系内的离析现象得到解决；(2)经实验验证纳米二氧化硅可以少量掺入起到增稠稳定作用，掺加量占比氧化镁不宜超过5％，较大掺量会使得浆液丧失流动性，强度也会锐减；(3)超细硅灰可用来部分替代粉煤灰，不宜过多的掺入体系内，过大的掺量反而对体系产生负面作用；(4)磷酸镁体系对水的要求极其严格，水灰比不宜过大，当水的掺量远大于理论用水量时，对体系强度发展极其不利，所以本发明上述实施例在保证浆液可注性的前提下，减少水的掺量以保证体系的强度发展，最终得出上述实施例并加以说明。

本发明在原有技术的基础上，将固废粉体中的一种或者多种成分进行复掺，根据工程需要选用Ⅱ级粉煤灰、纳米二氧化硅、超细硅灰等粉体加以实验，同时根据浆液的流动性及混合后成型的试件强度及均匀性进行配比调整，同时改变掺加量，测试不同效果并加以说明。

本发明着眼于浆液的流动性能与浆液的均匀性，采取以下几种方式在保证均匀性的同时提高浆液的可注性：

(1)通过实施例3与实施例4配比的改变，通过减少水的掺量并同时提高减水剂的掺量，目的是保持流动性的同时减少过多的水对于磷酸镁体系强度及均匀性的影响。

(2)实施例3与实施例5相比，通过大幅度提高粉煤灰占比，目的是提高浆液流动性及提高均匀性改善体系离析现象，并观察对强度的影响。

(3)实施例5与实施例6相比，用超细硅灰代替粉煤灰观察相应工作性能的变化。

(4)实施例5与实施例7相比，通过减少粉煤灰掺量同时加入少量纳米二氧化硅进而提高体系均匀性，减少甚至避免沉降现象。

(5)实施例7与实施例8相比，通过用硅灰部分取代粉煤灰来测试体系的工作性能的改变。

综上所述，本发明不同于现有技术的原因是，在考虑液态成分储存稳定性的基础上充分考虑浆液的可注性及流动性，使得磷酸镁材料用于注浆加固成为可能；在此基础上发明材料配套装置，改进了混合装置，可以使得磷酸镁水泥搅拌充分并发挥性能优势，避免材料浪费。

磷酸镁材料以液态双组分的形式不仅给施工现场带来了便捷，给原料的储存带来了方便，液态混合的方式也加快了磷酸镁的反应速度，缩短了凝结时间的同时液态混合的搅拌时间也只需1分钟左右，种种优势使其更有利于注浆工程的应用

表1的数据充分说明该发明的优势，与传统的注浆料相比，该材料凝结时间可调控，早期强度发展迅速，后期强度增长稳定；与传统磷酸镁水泥料相比，采用双液组份使得材料可以更好储存，混合后的磷镁材料也具有优异的工作性能；通过对浆液的储存后进行测试得知，A、B浆液均具备较好的流动性及稳定性；可以一定程度上解决传统磷镁单液注浆现场施工难题，并且力学性能也更加优异，充分发挥磷酸镁水泥的性能优势。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。