CN102690098A - 一种道路路基填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种道路路基填料及其制备方法。一种道路路基填料，其特征在于它由石灰、粉煤灰、磷石膏和稳定剂原料制备而成；石灰、粉煤灰和磷石膏中各原料所占重量百分数为：石灰4～15%，粉煤灰30～50%，磷石膏35～60%，各原料所占重量百分数之和为100%；稳定剂为水玻璃或NaAlO₂，水玻璃的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的2～6%，NaAlO₂的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的0.5～2%。该方法制备的道路路基填料不仅可提高早期强度，还可解决水稳性的问题。

Description

一种道路路基填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种道路路基填料及其制备方法。

背景技术

磷石膏是湿法生产磷酸过程中产生的一种工业副产物，据报道，每生产1吨磷酸要排出4～5吨的磷石膏，而目前世界上磷石膏年排量约为11000～13000万吨，其中只有少量得到了利用，日本、澳大利亚等一些国家由于土地资源紧张、缺乏天然石膏等，发展了很多磷石膏循环再利用的技术，磷石膏的利用率很高。在我国，随着化学工业的发展，磷石膏的排放量在不断地增加，但是回收利用率偏低，不足20%，导致磷化工厂周围的磷石膏堆积如山，不仅占用了大量的土地资源，而且对生态环境也造成严重影响。如果将磷石膏就近用于当地公路建设，不仅可以解决磷化工企业废料的再利用问题，还可解决当地公路建设中的筑路材料需求，对企业发展、社会发展、生态环境保护都有着重要的意义。

利用磷石膏用作路基填料，国内外均做过一些尝试，如美国佛罗里达大学和迈阿密大学在研究中发现，含粘土砂和磷石膏的混合物是良好的筑路材料。在国内，唐庆黔等就磷石膏应用于路基路面工程的可行性、力学性能进行了研究，在试验路堤施工中发现磷石膏对水敏感，未碾压的磷石膏遇雨水饱和后性质类似弹簧土无法压实，因此施工中必须严格控制含水率；沈卫国等研制出一种粉煤灰磷石膏路面基层材料，该材料较普通二灰（石灰－粉煤灰）类材料的早期强度有大幅度提高，但水稳性能却达不到所需要求，因而无法推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种道路路基填料及其制备方法，该方法制备的道路路基填料可解决水稳性的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种道路路基填料，其特征在于它由石灰、粉煤灰、磷石膏和稳定剂原料制备而成；石灰、粉煤灰和磷石膏中各原料所占重量百分数为：石灰4～15%，粉煤灰30～50%，磷石膏35～60%，各原料所占重量百分数之和为100%；稳定剂为水玻璃或NaAlO₂，水玻璃的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的2～6%，NaAlO₂的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的0.5～2%。

石灰至少应达到《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034-2000)规定的Ⅲ级消石灰或Ⅲ级生石灰的技术指标。

粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的总质量含量应大于70%、烧失量≤20%（质量）、比表面积≥2500cm²/g。

磷石膏为湿法生产磷酸过程中产生的一种工业副产物。

水玻璃的模数2.2～3.0

上述一种道路路基填料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）按各原料所占重量百分数为：石灰4～15%，粉煤灰30～50%，磷石膏35～60%，各原料所占重量百分数之和为100%，选取石灰、粉煤灰、磷石膏和稳定剂原料；按水玻璃的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的2～6%，NaAlO₂的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的0.5～2%，选取水玻璃或NaAlO₂；

2）将上述原料倒入搅拌机中混合搅拌均匀，得到道路路基填料。

本发明的有益效果是：通过添加磷石膏，激活石灰与粉煤灰的火山灰反应，从而提高了混合料（道路路基填料）的早期强度；同时在混合料中加入水玻璃或者NaAlO₂作为稳定剂来提高混合料的水稳性能。其机理在于水玻璃(主要成分为Na₂SiO₃·nH₂O)是一种很好的粘合剂，可以迅速与钙离子形成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使基层的强度和承载能力提高，而NaAlO₂不仅可以加快SiO₂和A1₂O₃的表面化学键的断裂，有利于火山灰反应的进行，另一方面会与石灰生成Ca(AlO₂)₂、进而与CaSO₄·2H₂O，反应生成高硫型钙矾石(AFt)，AFt是一种细针状晶体，穿插于水化硅酸钙以及未水化的物相之间，增强了颗粒之间的连接力，因此提高了胶凝作用，它在形成过程中吸收大量水(结构水占的空间达钙矾石体积的81.2%)，而硬化内部孔隙率低，孔径尺寸小，有利于阻止外界水的渗入，从而有更好的水稳性。添加了稳定剂的混合料在强度和水稳性指标按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)和《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)进行测试，其结果达到了《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）中关于石灰工业废渣稳定土的抗压强度标准中关于路基填料的要求，使磷石膏-粉煤灰体系用作公路路基及路面基层填料能够得以推广应用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

为了表征稳定剂对石灰、粉煤灰与磷石膏混合料（以下简称磷石膏-二灰混合料）的抗压强度及水稳性的影响，本发明以磷石膏-二灰混合料未添加稳定剂时的击实性、无侧限抗压强度及水稳性和添加稳定剂后的无侧限抗压强度及水稳性作为评价指标，试验按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)和《公路土工试验规程》(JTG E40-2007)进行，具体如下：

1）按照石灰4～15%、粉煤灰30～50%、磷石膏35～60%(各原料所占重量百分数)的比例混合搅拌成混合料，暂不添加稳定剂；

2）根据击实试验确定的最佳含水量，往上述混合料中加入相应数量的水，搅拌均匀后，按规范压制成直径为5cm、高5cm的圆柱形样品，并按规范养护7天和28天后，分别测试7天无侧限抗压强度和28天无侧限抗压强度；

3）水稳性测试：将养护28天的样品浸泡于水中24小时，取出自然晾干，然后再次浸泡，再次晾干，对其进行抗压强度测试，按照以下公式计算强度损失率：

                                                 

4）重复1）至3）的步骤制备并测试添加有稳定剂的新样品，新样品除了添加有稳定剂外，其余原料所用配比及测试条件均与未添加稳定剂的样品一致。所有测试的测试结果均为5个以上试样测试值的平均值，并按规范要求计算了变异系数。

下面将采用表格的形式来说明稳定剂对磷石膏-二灰混合料的抗压强度及水稳性的影响。

表1、表2、表3分别为未添加稳定剂时不同配比的样品的击实测试、7天和28天无侧限抗压强度测试以及水稳性测试结果。

表1：不同配比的样品击实测试结果

表2：不同配比的样品强度测试结果

表3：不同配比的样品水稳性测试结果

从表3中可以看出，经过二次干湿循环(风干条件下)后，磷石膏-二灰混合料的强度损失明显，各种配比的损失量基本都在30%左右，因此，磷石膏-二灰混合料作为基层材料在外界环境的影响下，其水稳性是很不稳定的，必须通过采取一些措施进行改善，否则，将不能直接作为路面基层的主要材料来使用。

下述实施例是添加稳定剂后的测试结果，同时为了更好地进行对照，是在固定配比的磷石膏-二灰混合料中添加稳定剂，来说明两种稳定剂（水玻璃和NaAlO₂）的效果。

实施例1～3：

实施例1～3中石灰：粉煤灰：磷石膏所占重量百分数为6%：47%：47%，添加的稳定剂为水玻璃，添加量、样品的7天和28天无侧限抗压强度以及水稳性测试分别列于下表4和表5：

表4：水玻璃作为稳定剂的强度测试结果

表5：水玻璃作为稳定剂的两次干湿循环测试结果

实施例4～6：

实施例4～6中石灰：粉煤灰：磷石膏所占重量百分数为6%：47%：47%，添加的稳定剂为NaAlO₂，添加量、样品的7天和28天无侧限抗压强度以及水稳性测试分别列于下表6和表7：

表6：NaAlO₂作为稳定剂的强度测试结果

表7：NaAlO₂作为稳定剂的两次干湿循环测试结果

从表4至表7中数据可以看出，添加了稳定剂的磷石膏-二灰混合料，其水稳性能有了比较明显的提高，完全达到了《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）中关于石灰工业废渣稳定土的抗压强度标准中关于路基填料的要求，可以用做道路路基填料。

实施例7～9：

实施例7～9中石灰：粉煤灰：磷石膏所占重量百分数见表8，添加的稳定剂为NaAlO₂，添加量、样品的7天和28天无侧限抗压强度以及水稳性测试分别列于下表8和表9：

表8：NaAlO₂作为稳定剂的强度测试结果

表9：NaAlO₂作为稳定剂的两次干湿循环测试结果

从表8至表9中数据可以看出，添加了稳定剂的磷石膏-二灰混合料，其水稳性能有了比较明显的提高，完全达到了《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）中关于石灰工业废渣稳定土的抗压强度标准中关于路基填料的要求，可以用做道路路基填料。

本发明中各原料组分的上下限取值以及区间取值，都有能实现本发明，在此不一一列举实施例。 

Claims (5)

1.一种道路路基填料，其特征在于它由包含有石灰、粉煤灰、磷石膏和稳定剂原料制备而成；石灰、粉煤灰和磷石膏中各原料所占重量百分数为：石灰4～15%，粉煤灰30～50%，磷石膏35～60%，各原料所占重量百分数之和为100%；稳定剂为水玻璃或NaAlO₂，水玻璃的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的2～6%，NaAlO₂的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的0.5～2%。

2.根据权利要求1所述一种道路路基填料，其特征在于：石灰至少应达到《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034-2000)规定的Ⅲ级消石灰或Ⅲ级生石灰的技术指标。

3.根据权利要求1所述一种道路路基填料，其特征在于：粉煤灰中SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃的总质量含量应大于70%、烧失量≤20%、比表面积≥2500cm²/g。

4.根据权利要求1所述一种道路路基填料，其特征在于：磷石膏为湿法生产磷酸过程中产生的一种工业副产物。

5.一种制备权利要求1所述道路路基填料的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）按各原料所占重量百分数为：石灰4～15%，粉煤灰30～50%，磷石膏35～60%，各原料所占重量百分数之和为100%，选取石灰、粉煤灰、磷石膏和稳定剂原料；按水玻璃的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的2～6%，NaAlO₂的添加量为石灰、粉煤灰和磷石膏总质量的0.5～2%，选取水玻璃或NaAlO₂；

2）将上述原料倒入搅拌机中混合搅拌均匀，得到道路路基填料。