本发明涉及建筑材料，具体涉及注浆材料，特别涉及一种发泡膨胀型地聚物注浆材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、岩溶地质广泛发育于我国南方地区，当发生管道渗漏或地表雨水渗入时，水在孔隙中运动，对土颗粒施加一种垂向的渗透压力，使土颗粒随水流产生移动，破坏土体结构，进形成土体空腔，引发岩溶塌陷。岩溶塌陷严重威胁着土体上附建筑的安全运营和和人民的生命财产安全，故亟须对土体进行加固和修复处理。采用注浆技术对土体地质进行非开挖快修复是一种行之有效的方法。注浆是指将注浆材料通过压送设备将其灌入到待修复土体的裂缝、孔隙或空腔中，使其扩散、胶凝或固化，提高承载能力。注浆加固技术因其操作方便，技术成熟而在地面塌陷加固和修复领域具有广泛应用前景。
2、碱激发地聚物是一种利用矿渣、粉煤灰和钢渣等具有潜在活性的工业固体废弃物在碱性激发作用下，生成具有胶凝性能的水化产物，并产生力学性能的一种材料。碱激发地聚物因其独特的反应机制和优异的性能在注浆材料方面展现出了巨大的应用潜力。
3、专利公开号cn108409214a公布了一种用于路基加固、防渗的地聚合物注浆材料，由粉煤灰、沸石粉、粘土、碱性激发剂、速凝剂、外掺剂和水搅拌混合而成，其具有低粘度和可选微膨胀性的优点。
4、专利公开号cn110092618a公布了一种膨胀型地质聚合物注浆材料及其制备方法，其利用异氰酸酯遇水产生二氧化碳和聚脲，使得聚脲发生体积膨胀，与地聚物浆液形成有机-无机共混物，从而得到膨胀型地聚物注浆材料，其具有膨胀性好，强度高的优点。
5、然而，经过研究和实际应用可以发现，现有的地聚物注浆材料都是利用无机膨胀硬化剂自身的发泡作用或水反应发泡，虽然同样是发泡膨胀的结果，但现有地聚物注浆材料发泡膨胀主要发生在注浆前（混料制备过程中），而大量泡沫的存在不仅会导致注浆材料的流动性变差，不利于注浆材料进入细小的裂缝中，存在无法有效填充空洞的问题；而且，已经完成发泡膨胀的注浆材料进入裂缝后，体积不会随着注浆材料的固化而膨胀（现有注浆材料会随着固化而收缩开裂），也就无法产生能托举重物的强度和作用力，达到修复地面塌陷的目的。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有膨胀型地聚物注浆材料存在的上述缺陷，提出了一种发泡膨胀型地聚物注浆材料及其制备方法和应用。
2、为了实现上述发明目的，本发明提供了一种发泡膨胀型地聚物注浆材料，包括以下重量份的原料制备而成：50-60份的固废硅铝材料，5-15份的固体激发材料，0.1-1份的无机膨胀硬化剂，0.1-1份的稳泡剂、0.1-3份的减水剂和40-80份的水；
3、其中，所述固废硅铝材料由以下质量百分比的材料组成：50-80%的粒化高炉矿渣，1-30%的钢渣粉，0-20%的粉煤灰，0-20%的煤矸石粉，总计100%；
4、所述固体激发材料包括质量比为1-20:1的碱性激发剂和硫酸盐激发剂；所述无机膨胀硬化剂为双氧水溶液。
5、本发明一种发泡膨胀型地聚物注浆材料，不仅利用固体激发材料对固废硅铝材料的激发作用，进行了地聚合反应和水化作用，生成了结石体和膨胀性钙矾石，从而保证了注浆材料的硬化强度，显著改善了注浆材料的收缩开裂问题；同时，还通过添加能够与碱激发剂成分之间产生化学作用，在碱激发地聚合反应的伴随下实现注浆材料的发泡膨胀的双氧水作为无机膨胀硬化剂，从而避免了注浆材料在初凝前的塑性阶段就开始发生的大量膨胀，即提高了注浆材料的流动性，又避免了在没有强度的情况下因气泡数量和大小的持续增加而导致发生塌模、影响反应与强度发展等问题；该注浆材料流动性好，对空腔的填充率高；膨胀性好，且膨胀是随着水化和地聚合反应逐渐进行，从而能够产生填充挤密作用，形成结构支撑效果，提高地面承载力，更有利于地面塌陷的加固和修复工程，适合大规模推广应用。
6、其中，所述固废硅铝材料中，粒化高炉矿渣和粉煤灰中的玻璃结构在碱性激发剂的作用下被破坏，发生解聚再缩聚的地聚合反应，产生坚硬的结石体；溶解的粉煤灰和煤矸石粉可提高体系中铝相的含量，与硫酸盐激发剂结合生成膨胀性钙矾石；钢渣粉中的活性硅酸盐矿物如c2s可在后期持续水化，生成ch以维持体系的碱度，促进未水化的矿渣、粉煤灰发生水化，保证后期强度的发展。
7、优选的，所述固废硅铝材料的细度（目数）不小于800目；优选的细度，比表面积更大，反应更彻底，流动性更好，注浆材料固化后强度更高。
8、优选的，所述粒化高炉矿渣的28天活性系数不低于95%；优选的粒化高炉矿渣活性系数，注浆材料膨胀性更好，固化后强度更高，更好的加快早期反应进程和抑制收缩开裂。
9、优选的，所述钢渣粉的28天活性指数不低于65%；优选的钢渣粉活性指数，注浆材料膨胀性更好，固化后强度更高。
10、优选的，所述粉煤灰为ⅰ级和/或ⅱ级粉煤灰；更优选的，所述粉煤灰为ⅰ级f类粉煤灰；优选的粉煤灰类型，注浆材料流动性更好，固化后强度更高，更好的加快早期反应进程和抑制收缩开裂。
11、优选的，所述煤矸石粉中的铝硅比（al2o3/sio2）大于0.3；优选的煤矸石粉中的铝硅比，可以提高注浆材料早期反应进程和抑制收缩开裂，注浆材料膨胀性更好，固化后强度更高，且保水性更好，提高了注浆材料的稳定性，更有利于发泡。
12、其中，优选的，所述固体激发材料的细度（目数）不小于100目；溶解性更好，激发效果更好。
13、优选的，所述碱激发剂为泡花碱（na2o·nsio2，模数n为1.0-2.0）；激发效果更好。
14、其中，优选的，所述硫酸盐激发剂为硫酸钠；激发效果更好。
15、其中，双氧水可与碱激发剂成分之间产生化学作用（na2sio3+2h2o2=h2sio3+ 2naoh+ o2↑；2h2o2 = 2h2o + o2↑(naoh催化)；随着naoh在激发固废硅铝材料时被持续消耗，前一反应倾向于向产物方向移动，生成大量氧气，从而使注浆材料发泡膨胀），能在碱激发地聚合反应的伴随下，实现注浆材料的发泡膨胀；优选的，所述双氧水溶液的质量百分数为7.5-30%。
16、其中，优选的，所述稳泡剂为非离子型表面活性剂；更优选的，所述稳泡剂包括十二烷基二甲基氧化胺；可以在不增加液体粘度和导致颗粒絮凝的情况下，通过在气液界面上形成分子薄膜，降低水的表面张力，同时保护气泡表面免受外界物质的侵蚀，从而防止气泡破裂和消失；在保留良好流动性能的同时发挥稳泡的作用。
17、其中，优选的，所述减水剂的减水率不小于15%；更优选的，所述减水剂为β-萘磺酸盐甲醛缩合物；优选的减水剂在高碱性环境下仍具有一定分散性能，并通过吸附-静电排斥作用下分散粉末颗粒，防止絮凝以在长时间内保持注浆材料良好的流动性能。
18、为了实现上述发明目的，进一步的，本发明还提供了一种发泡膨胀型地聚物注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
19、（1）按配方称取原材料后，将固废硅铝材料和固体激发材料混合均匀，得到第一混合原料；将无机膨胀硬化剂、稳泡剂，减水剂和水混合均匀，得到第二混合原料；
20、（2）将第一混合原料和第二混合原料进行混合搅拌2-4min，得到发泡膨胀型地聚物注浆材料。
21、为了实现上述发明目的，更进一步的，本发明还提供了一种发泡膨胀型地聚物注浆材料的应用，作为注浆材料用于地面塌陷的加固和修复工程。
22、与现有技术相比，本发明的有益效果：
23、1、本发明发泡膨胀型地聚物注浆材料利用固体激发材料对固废硅铝材料的激发作用，进行了地聚合反应和水化作用，生成了结石体和膨胀性钙矾石，从而保证了注浆材料的硬化强度，显著改善了注浆材料的收缩开裂问题。
24、2、本发明发泡膨胀型地聚物注浆材料通过添加能够与碱激发剂成分之间产生化学作用，在碱激发地聚合反应的伴随下实现注浆材料的发泡膨胀的双氧水作为无机膨胀硬化剂，从而避免了注浆材料在初凝前的塑性阶段就开始发生的大量膨胀，即提高了注浆材料的流动性，又避免了在没有强度的情况下因气泡数量和大小的持续增加而导致发生塌模、影响反应与强度发展等问题。
25、3、本发明发泡膨胀型地聚物注浆材料的体积和发泡量随着无机膨胀硬化剂的掺量和反应进程而变化，通过调整碱当量和无机膨胀硬化剂掺量可实现发泡时间、膨胀率和强度的调控，从而适用性更广。
26、4、本发明发泡膨胀型地聚物注浆材料流动性好，对空腔的填充率高；膨胀性好，且膨胀是随着水化和地聚合反应逐渐进行，从而能够产生填充挤密作用，形成结构支撑效果，提高地面承载力。
27、5、本发明发泡膨胀型地聚物注浆材料的制备工艺简单，使用方便，原材料成本低廉，适合大规模生产和推广应用。
28、6、本发明发泡膨胀型地聚物注浆材料因其具有的优异流动性和膨胀性，且发泡膨胀是随着水化和地聚合反应逐渐进行的，更适合用于地面塌陷的加固和修复工程。
1.一种发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，包括以下重量份的原料制备而成：50-60份的固废硅铝材料，5-15份的固体激发材料，0.1-1份的无机膨胀硬化剂，0.1-1份的稳泡剂、0.1-3份的减水剂和40-80份的水；
2.根据权利要求1所述发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，所述固废硅铝材料的细度不小于800目。
3.根据权利要求1所述发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，所述粒化高炉矿渣的28天活性系数不低于95%；和/或所述钢渣粉的28天活性指数不低于65%；和/或所述粉煤灰为ⅰ级和/或ⅱ级粉煤灰；和/或所述煤矸石粉中的铝硅比大于0.3。
4.根据权利要求1所述发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，所述固体激发材料的细度不小于100目。
5.根据权利要求1所述发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，所述碱激发剂为泡花碱；所述硫酸盐激发剂为硫酸钠。
6.根据权利要求1所述发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，所述双氧水溶液的质量百分数为7.5-30%。
7.根据权利要求1所述发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，所述稳泡剂为非离子型表面活性剂。
8.根据权利要求1所述发泡膨胀型地聚物注浆材料，其特征在于，所述减水剂的减水率不小于15%。
9.一种权利要求1-8任一项所述发泡膨胀型地聚物注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种权利要求1-8任一项所述发泡膨胀型地聚物注浆材料的应用，其特征在于，作为注浆材料用于地面塌陷的加固和修复工程。
