CN113683377A - 高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法，该高磷石膏含量的泡沫轻质土中大量掺入了磷复肥企业萃取磷酸产生的工业废渣磷石膏和水泥作为原料，同时配合自制的增强型高分子表面活性剂类发泡剂进行使用，可大大降低水泥的使用量，降低材料生产成本，实现了工业废渣进的资源化处理，缓解了环境污染压力，通过变废为宝获得了显著的经济效益。

Description

高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业固废回收利用技术，具体涉及一种高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术
泡沫混凝土是由发泡机将发泡剂以机械方式充分搅拌发泡，将制成的泡沫加入由硅钙质等材料、外加剂以及水制备的料浆中，再经混合搅拌均匀后进行现场浇筑施工或者磨具成型。再采用相应的养护措施制备而成。是一种大量密闭气孔的新型轻质保温材料。其具有质量轻、抗压强度高、强度可调节、整体性好、高流动性、耐久性好、凝结自立性、保温隔热以及良好的施工性等特点，可用于桥台台背回填、道路加宽、桥梁减跨、陡坡路堤、滑坡路基、软土路基减荷、地下结构物减荷、隧道空洞注浆、旧桥加固和冻土路基保温隔热等工程。
磷石膏是硫酸法萃取磷酸产生过程的副产品，也是以二水硫酸钙为主要成分的一种工业废渣。每生产1t磷酸将产生4.5～5.5t的磷石膏，其主要成分硫、钙等资源，具有多种潜在用途，又含有磷、氟、碱金属元素、硅、铝、铁、镁等对环境和综合利用有害的杂质。
随着磷肥业的快速发展，磷石膏的排放量呈逐年大幅递增趋势，根据工业和信息化部统计，2019年我国磷石膏的年产生量达7500万吨，综合利用率约40%。全国磷石膏累积堆存量已达4亿吨，全球累积堆存量已达60亿吨。由于磷石膏成分复杂，含磷灰石、共晶磷、氟化物、铝及镁的磷酸盐和硫酸盐、有机质等多种杂质，导致其利用难度大，综合利用率低。磷石膏属于酸性物质，pH1.5-4.5，具有一定的腐蚀性，因此磷石膏的不科学排放堆存不仅增加了占地面积，而且也容易对环境造成污染。如何很好的将磷石膏资源化已成为我国磷肥行业能否实现可持续发展的关键，因此应加快磷石膏的资源化合理利用步伐，实现环境保护和经济效益的双赢，以实现磷肥工业的可持续发展。
现阶段，磷石膏的主要利用途径集中在矿井填充、生产建筑石膏粉料、水泥及混凝剂以及用作为土壤改良剂等。将磷石膏进行矿井的填充时，由于磷石膏中存在磷、氟等杂质，导致其填充适应性不强，一般需要与水泥，粉煤灰、生石灰、芒硝、氢氧化钠等物质按比例混合，最后才形成磷石膏胶凝材料或复合填充材料，投入成本较大。磷石膏作水泥缓凝剂主要是利用其中的SO4 2-与水泥水化产生的水化铝酸钙反应生成钙矾石，钙矾石附着在水泥颗粒表面，阻滞水泥的水化反应，起到缓凝作用；但是磷石膏中的有机质会吸附在石膏晶体表面，过高的有机质含量会使凝结后的水泥结构疏松，强度降低，因此磷石膏用于生产水泥缓凝剂前一般需要先进行改性处理以除去其有机质或使得有机质惰化为惰性物质。磷石膏还可替代天然石膏与钙、铝质原料混合烧制硫铝酸盐水泥熟料，但是存在工艺流程长、投资大，能耗高，且水泥早期强度较差等不足。用磷石膏生产石膏建材，一般需要与其他辅料先配比混合，然后经破碎、粉磨、调配混合、挤压定坯、干燥、烧制等工序，同样存在工序流程长，能耗高等问题。虽然磷石膏的应用涉及矿井填充、建材、农业等多个领域，但是我国石膏累积量仍在逐年增加，生态环境压力依然严峻，由于其成分复杂，在很多应用领域无法完全代替天然石膏。因此，优化提升现有应用的基础的同时，开辟磷石膏的资源化、大量化利用的新途径和新方法具有重要意义。
现有技术的轻质土组合物在施工应用时仍然存在诸多问题；一方面，轻质土组合物的固化时间无法满足施工现场的需要，另一方面，所形成的固化轻质土结构体在密度、强度和尺寸稳定性上仍然不令人满意。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高磷石膏含量的泡沫轻质土及其制备方法，以磷复肥企业萃取磷酸产生的工业废渣磷石膏作为原料制备获得质轻高强度的泡沫轻质土，变废为宝，实现磷肥工业的可持续发展，可有效节约原材料成本和自然资源，缓解了对环境的污染。
在本申请中，泡沫剂与发泡剂具有相同的意义。“任选”表示有或没有(0)。
本申请的发明人通过大量的实验发现，由水泥、磷石膏、矿粉和粉煤灰组成的特定的四元固化剂与表面活性剂型发泡剂相结合使用，能够在施工过程中以合理的固化时间中获得质量轻（密度低）、强度高和尺寸稳定(结构耐久)的轻质土结构体。
在本申请中，“X主要包括多种组分或主要由多种组分组成”之类的表述是指所述多种组分占X的比例为80-100wt%，优选90-100wt%，例如95wt%或98wt%。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：
根据本发明的第一种实施方案，提供一种高磷石膏含量的泡沫轻质土。
一种高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物，该高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物的成分配比如下，即，所述轻质土组合物(主要)包括以下组分或(主要)由以下组分组成：
A)水泥：5-30重量份，优选7-28，优选9-26，优选10-25，更优选12-23，更优选14-21，例如15、17、18重量份。
B)磷石膏： 6-50重量份，优选为8-48，优选10-46，优选12-44，优选15-41，优选18-38，优选20-36重量份，例如23、26、30、32重量份。
C)矿粉：30-60重量份，优选32-58，优选35-55，优选38-52，优选40-50重量份，例如43、45、47重量份。
D)粉煤灰：0-30重量份，优选2-28，优选为4-26，优选6-24，优选8-22，优选10-20重量份，例如12、15、18重量份。
E)水。和
F)泡沫。
其中水与固体材料(水泥+磷石膏+矿粉+粉煤灰)的重量比（即水固比）是0.53-0.65 : 1，优选0.54-0.65 : 1，优选0.55-0.64 : 1，优选0.56-0.63 : 1，优选0.57-0.62:1，优选0.58-0.61 : 1；例如0.60 : 1。
其中泡沫是由高分子表面活性剂型发泡剂用（另外用量的或额外用量的）水稀释60-120倍(优选70-110倍，更优选80-100倍，更优选85-95倍，如90倍)形成泡沫液，然后通过向泡沫液中通入空气(如压缩空气)所形成的。
这里，在F)泡沫中所含的水量不包括在E)水的量中或不计算在E)水的量中。
一般，高分子表面活性剂型发泡剂的用量是基于固体材料(水泥+磷石膏+矿粉+粉煤灰)的总重量而言的0.09-1.0 wt%，优选0.1-0.9wt%，优选0.11-0.8wt%，优选0.12-0.7wt%，，优选0.125-0.6wt%，例如0.13wt%、0.15wt%、0.18wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%或0.5wt%。
或者说，泡沫的用量足以使得气泡(或泡沫)的体积占了由所有的物料混合之后所获得的湿的泡沫聚合土组合物的总体积的比例(或，气泡率)为：30%～66%，优选32%～64%，优选34%～62%，优选36%～60%，优选38%～58%，优选40%～56%，例如42、45、47、50或52%。或者说，泡沫的用量足以使得由所有的物料混合之后所获得的湿的泡沫聚合土组合物中的气泡率为30%～66%，优选32%～64%，优选34%～62%，优选36%～60%，优选38%～58%，优选40%～56%，例如42、45、47、50或52%。
在本申请中，“X主要包括多种组分或主要由多种组分组成”之类的表述是指所述多种组分占X的比例为80-100wt%，优选90-100wt%，例如95wt%或98wt%。一般，固体材料、水和泡沫的总重量或重量之和是基于泡沫聚合土组合物的重量的85-100wt%，优选87-100wt%，优选90-100wt%，优选92-100wt%，优选95-100wt%，优选97-100wt%，优选98-99wt%。
一般，所述水泥为硅酸盐水泥；优选为普通硅酸盐水泥；更优选，所述水泥为符合《通用硅酸盐水泥》GB175的普通硅酸盐水泥P·O42.5或P·O42.5R。
一般，磷石膏与矿粉的质量比是6-50（优选8-48，优选10-46，优选12-44，优选15-41，优选18-38，优选20-36重量份） : 30-60（优选32-58，优选35-55，优选38-52，优选40-50重量份）。
当使用粉煤灰时，磷石膏、矿粉和粉煤灰的质量比是6-50（优选8-48，优选10-46，优选12-44，优选15-41，优选18-38，优选20-36） : 30-60（优选32-58，优选35-55，优选38-52，优选40-50） : 2-28（优选4-26，优选6-24，优选8-22，优选10-20）。
一般，所述磷石膏为含二水硫酸钙的工业废渣。优选，所述磷石膏为湿法生产磷肥、磷酸时产生的含二水硫酸钙的废渣。
一般，所述矿粉为高炉矿渣粉。优选，所述矿粉选自S75矿粉、S95矿粉、S105矿粉中的一种或多种。
一般，所述粉煤灰为煤炭燃烧后产生的粉煤灰。优选，所述粉煤灰为火电厂粉煤灰和/或市政锅炉粉煤灰。
优选，高分子表面活性剂型发泡剂是由聚醚型表面活性剂和小分子有机表面活性剂组成的复合表面活性剂。
更优选，所述高分子表面活性剂型发泡剂选自下列SRS1发泡剂、SRN2发泡剂和SRL0发泡剂中的一种或多种：
其中，所述SRS1发泡剂包括：63-76wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、10-15wt%的三乙醇胺、9-15wt%的十二烷基硫酸钠、4-7wt%的二乙醇单异丙醇胺以及4-7wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱；所述wt%基于SRS1发泡剂的质量。所有组分的量相加等于100wt%。
所述SRN2发泡剂包括：33-55wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、5-10wt%的三乙醇胺、3-6wt%的十二烷基硫酸钠、2-5wt%的二乙醇单异丙醇胺、20-35wt%的α-烯基磺酸钠、15-25wt%的乙二醇丁醚以及2-5wt%的12-14混合醇；所述wt%基于SRN2发泡剂的质量。所有组分的量相加等于100wt%。
所述SRL0发泡剂包括：40-55wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、3-6wt%的十二烷基硫酸钠、20-35wt%的α-烯基磺酸钠、2-5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱以及15-20wt%的水（优选蒸馏水或软化水）。所述wt%基于SRL0发泡剂的质量。所有组分的量相加等于100wt%。
一般，所述12-14混合醇中碳十二醇和碳十四醇的重量比为3-9:1-5，优选为4-8:2-4，例如质量比为7:3或6:4。
在本申请中α-烯基磺酸钠，如现有技术中所定义，一般是指R1-CH=CH-(CH2)n-SO3Na, R1=C9-C13，n=1、2或3。
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠RO(CH2CH2O)n-SO3Na(n=2或3，R为12~15烷基(如13或14烷基))是通常用于洗涤剂中的表面活性剂。
一般，泡沫的标准密度(或表观密度)为45-55 kg/m3，优选为48-52 kg/m3。
一般，泡沫的用量是：为了形成每kg的湿的组合物，泡沫的用量 = 泡沫的标准密度(kg/m3) × 泡沫轻质土组合物中的气泡率（%）。其中气泡率(%)是指在由所有物料混合形成的组合物(即湿料)中气泡所占的体积比。
优选，所述泡沫聚合土组合物的湿密度为750-1050 kg/m3，优选800-1000 kg/m3，优选810-950 kg/m3，优选820-900 kg/m3，优选830-880 kg/m3。
本发明还提供制备如上所述的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物的方法，该方法包括如下步骤：
1）按比例称取水泥、磷石膏、矿粉、粉煤灰、发泡剂和水备用；
2）将发泡剂加水稀释获得泡沫液，然后通过向泡沫液中通入空气(如压缩空气)，获得泡沫；
3）先将水泥、磷石膏、矿粉、任选的粉煤灰以及水搅拌混合均匀；然后加入泡沫继续搅拌混合均匀，获得湿的泡沫轻质土组合物。
优选，该方法进一步包括：
4) 将湿的泡沫轻质土组合物在基底的表面上铺展并固化(例如1-3小时，如1.30、2或2.5小时)，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土。
优选，将发泡剂加水稀释为发泡剂溶液，其稀释倍数为60～120倍，将配制好的发泡剂溶液注入发泡装置，控制好输入发泡装置中的压缩空气的压力（例如为1.5-2 标准大气压），向发泡剂溶液中通入压缩空气，制备出泡沫。制备出的泡沫单独存放时间不大于10min，应该尽快使用。其中压缩空气是从压缩空气源（例如空气压缩机或压缩空气贮罐）输出的。
尤其，在步骤2）中，为了实现充分起泡以及让所获得泡沫的体积能够保持稳定达6-15分钟，控制好输入发泡装置中的压缩空气的压力(1.5-2个标准大气压)是比较重要的。如果输入发泡装置中的压缩空气的压力偏低（低于1.5 atm），则不能让泡沫液充分起泡，而如果压力偏高(高于2 atm)，则让所获得的泡沫的体积不稳定（在使用之前单独存放时大量的泡发生破裂而导致泡沫的体积缩小）。
优选，在步骤3）中，第一次搅拌速率为30-100r/min，搅拌时间为1-30min (优选5-20min，如15min)；第二次搅拌速率为40-120r/min，搅拌时间为1-10min (优选4-7min)。
优选，在步骤3）中所制备的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物的湿密度为500～1000kg/m3，优选550～950kg/m3，优选600～900kg/m3，优选620～870kg/m3，优选640～860kg/m3，优选640-810 kg/m3，优选650～800kg/m3，例如，700、750、760或800 kg/m3。
一般，固化后的轻质土的干密度大约等于或稍低于湿密度。例如，干密度是550～950kg/m3，优选600～900kg/m3，优选620～870kg/m3，优选640～860kg/m3，优选640-810 kg/m3，优选650～800kg/m3，例如，700、750、760或800 kg/m3。
一般，制备出的泡沫应当立即使用，优选，它的单独存放时间不大于10min，更优选不大于8 min。
优选，在步骤2）中，为了实现充分起泡以及让所获得泡沫的体积能够保持稳定达6-15分钟，控制好输入发泡装置中的压缩空气的压力为1.5-2 标准大气压。
本发明还提供由如上所述的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物的方法获得的高磷石膏含量的固化后的泡沫轻质土，所述固化后的泡沫轻质土的28天无侧限抗压强度为1～3MPa，优选1.5～2.8 MPa，更优选1.8～2.7 MPa，更优选2～2.6 MPa。泡沫轻质土的湿密度和干密度如上所述。
本发明的轻质土组合物的初步固化时间(初凝时间)能够被控制在适合于施工的合理范围内，例如1-3小时，如1.30、2或2.5小时。另外，完全固化时间（终凝时间）一般为6-20小时、优选8-18小时、更优选10-16小时。夏天环境温度较高，完全固化时间为6-12小时。
在本申请中，所述的磷石膏为硫酸法萃取磷酸生产过程的副产品，也是以二水硫酸钙为主要成分的一种工业废渣。所述的磷石膏中主要化学成分为CaSO4·2H2O，为原状磷石膏，其放射性和重金属杂质含量均符合国家标准，呈灰黑色或灰白色。
一般，所述的水泥为符合《通用硅酸盐水泥》GB175的普通硅酸盐水泥P·O42.5或P·O42.5R。
一般，所述的矿粉主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3，含有少量的SO3、Fe2O、MgO、K2O、TiO2、Na2O、MnO。例如，符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T 18046中的S95级矿粉。
一般，所述的粉煤灰的主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，含有少量的K2O、MgO、TiO2、SO3、Na2O、P2O5。例如，符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596中F类Ⅱ级灰。
在现有技术中，泡沫水泥轻质土一般是通过将水泥、掺杂料以及水混合制备获得水泥浆料，然后加入泡沫后搅拌混合并经养护后获得。一般地，掺杂料主要为粉煤灰、矿渣、砂石等，同时还会含有少量的磷石膏、粘结剂、催化剂、高分子纤维、缓凝剂、减水剂等等。制备泡沫的发泡剂通常为市售的常规复合发泡剂。现有技术的泡沫水泥轻质土的制备工艺中，虽然使用了磷石膏，但是消纳量均较低，这是由于随着磷石膏掺杂量的增加，制备容易出现沉陷、塌边等情况。
在本发明中，采用硫酸法萃取磷酸产生过程的副产品磷石膏（即二水硫酸钙）和水泥作为主要原料，同时掺杂粉煤灰和矿粉，然后再采用增强型发泡剂(即，本发明中所述的高分子表面活性剂型发泡剂)进行增强和起泡，制备获得了高磷石膏含量的泡沫轻质土，该高磷石膏含量的泡沫轻质土具有轻质、高强、环保、工作性能良好等特性。本发明制备高磷石膏含量的泡沫轻质土的方法不仅仅能够消纳大量的磷石膏，同时还能够消纳较多的煤炭燃烧产生的废粉煤灰和高炉矿渣粉，大大的提高的固废的资源化利用率，特别是对磷石膏的资源化回收利用，降低了水泥的使用量，节约了成本，同时还极大地缓解了环境压力，显著的提升了经济效益。并且制备获得的高磷石膏含量的泡沫轻质土密度为500～1000kg/m3，28天抗压强度为1～3MPa，符合国家标准。
在本发明中，所述矿粉为高炉矿渣粉，一般地，矿粉的主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3等，同时还会含有少量的SO3、Fe2O、MgO、K2O、TiO2、Na2O、MnO等杂质。矿粉的加入一方面可以提高矿废渣的资源化回收效率，另一方面，矿粉能够大大提高泡沫轻质土的耐久性和增强效果，同时还能在一定程度上减少坍落度损失，提高泡沫轻质土的产品性能以及进一步减少水泥的使用量，节约成本。
在本发明中，所述粉煤灰一般指的是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质的混合材料，一般地，粉煤灰的主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，同时还会含有少量的K2O、MgO、TiO2、SO3、Na2O、P2O5等。粉煤灰的加入可节约水泥的用量和起到细骨料的作用，减少用水量，改善了拌和物的和易性，可减少泡沫轻质土的水化热、热能膨胀性，提高抗渗能力等，同时可减少泡沫轻质土的泌水，从而改善其流动性，这是由于粉煤灰含有较多的微细颗粒，有利于截断泡沫轻质土内泌水通道，并且粉煤灰的吸水性比水泥更好。
在本发明中，所述发泡剂选自SRS1发泡剂、SRN2发泡剂、SRL0发泡剂均为自行研制的发泡剂，该发泡剂为增强型发泡剂，在为水泥浆料提供泡沫的同时，还能够对水泥浆料起到增强的作用，在提高产品的强度的同时，以尽可能多的提高对磷石膏的消纳量。进而实现磷石膏的高资源化回收利用效率，缓解环境压力，变废为宝。
在本发明中，所述SRS1发泡剂是将各组分按照如下质量百分比进行混合制备获得的：63-76wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、10-15wt%的三乙醇胺（含量99%）、9-15wt%的十二烷基硫酸钠、4-7wt%的二乙醇单异丙醇胺（含量85%）以及4-7wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱。
在本发明中，所述SRN2发泡剂是将各组分按照如下质量百分比进行混合制备获得的：33-55wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、5-10wt%的三乙醇胺（含量99%）、3-6wt%的十二烷基硫酸钠、2-5wt%的二乙醇单异丙醇胺（含量85%）、20-35wt%的α-烯基磺酸钠、15-25wt%的乙二醇丁醚以及2-5wt%的12-14混合醇（碳十二醇和碳十四醇的重量比为3-9:1-5，优选为4-8:2-4，例如7:3）。
在本发明中，所述SRL0发泡剂是将各组分按照如下质量百分比进行混合制备获得的：40-55wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、3-6wt%的十二烷基硫酸钠、20-35wt%的α-烯基磺酸钠、2-5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱以及15-20wt%的水（蒸馏水或软化水）。
与现有技术相比较，本发明的有益技术效果如下：
1：本发明采用工业废渣磷石膏取代部分水泥，同时配伍粉煤灰和矿粉制备获得高品质泡沫轻质土，固体废弃物利用率高，经济效益显著，不仅大大缓解了建筑材料资源紧缺的问题。而且所利用的磷石膏为磷复肥企业硫酸法萃取磷酸生产过程的副产品，可减少磷石膏的排放，有利于土地和环境保护，同时降低了水泥的使用量，降低了生产成本。
2：本发明采用自制的增强型发泡剂，使得制备的高磷石膏泡沫轻质土既能够消纳大量的磷石膏，同时还能够保证制备获得的泡沫轻质土还具有轻质、高强、环保、工作性能好等特点，能满足工程需求及规范要求，同时本发明所述方法还具有工艺流程短，生产效率高，能耗低的优点。
3：本发明的轻质土组合物具有适合于施工的初步固化时间（初凝时间）（例如1-3小时，如1.30、2或2.5小时），以及6-20小时、优选8-18小时、更优选10-16小时的终凝时间，尤其适合于路面或运动场地的机械化铺设。
4、本发明的固化轻质土的干密度（与湿密度大约相等或稍低于湿密度）是，例如，550～950kg/m3，优选600～900kg/m3，优选620～870kg/m3，优选640～860kg/m3，优选640-810 kg/m3，优选650～800kg/m3，例如，700、750、760或800 kg/m3。一般，为640-760 kg/m3，优选，650-750 kg/m3，660-730 kg/m3，例如，670、680、690、700、710或720 kg/m3。另外，它的28天无侧限抗压强度(MPa)是在1-2.8MPa范围，优选1.1-2.7MPa，优选1.2-2.7MPa，优选1.3-2.7MPa，优选1.4-2.7MPa，优选1.5-2.7MPa，更优选1.6-2.7MPa，例如1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5或2.6 MPa。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
图2是实施例1中获得的泡沫照片。
图3是实施例1中的固化后的轻质土试块照片。
图4是实施例1中的固化后的轻质土的剖面的微观结构照片。
图5是对比例4的固化后的轻质土的剖面的微观结构照片。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
泡沫轻质土的制备过程如图1中所示。
实施例中所使用的发泡剂的各种组分是可以商购的产品。例如，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠是购自湖北鑫润德化工有限公司的十二烷醇聚氧乙烯醚硫酸钠(n=3)。α-烯基磺酸钠是从中轻化工股份有限公司购买的α-烯基磺酸钠产品。
实施例中磷石膏泡沫轻质土的各种指标是按《现浇泡沫轻质土技术规程》CECS249:2008和《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》CJJ/T177-2012进行测试的。
实施例中使用的矿粉是符合《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046中的S95级矿粉。磷石膏为硫酸法萃取磷酸生产过程的副产品，其放射性和重金属杂质含量均符合国家标准，呈灰黑色或灰白色。水泥为符合《通用硅酸盐水泥》GB175的普通硅酸盐水泥P·O42.5。粉煤灰为符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596中的F类Ⅱ级灰。
实施例1
SRS1发泡剂组成为：69wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、11wt%的三乙醇胺、9wt%的十二烷基硫酸钠、6wt%的二乙醇单异丙醇胺以及5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱。
先称取119kg水泥、159kg磷石膏、119kg矿粉和222 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得了作为一混料的混合料（水固比为：222/(119+159+119) = 0.559 : 1）。然后称取0.51kg SRS1发泡剂，并加入40kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，将输出压力为1.8 atm的压缩空气通入到泡沫液中让泡沫液充分起泡，得泡沫(取样50ml放入量筒中，观察量筒内泡沫的高度的变化。约17min之后泡沫的高度逐渐降低，这表明，泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约17 min)。白色泡沫的外观如图2中所示。然后，在获得泡沫之后立即(在10 min之内)将泡沫加入到上述混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）而获得湿的泡沫轻质土组合物（即，搅拌均匀的物料），测得该组合物的流值（即，流动度）为155 mm，并且测得该组合物的湿密度为648 kg/m3。将所得的湿的组合物铺展在地面上，经过1.5小时的固化，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土I。另外，从所得的湿的组合物制备试块，如图3中所示。从固化后的泡沫轻质土I中取样，切开，观察泡孔的结构，如图4中所示，泡孔非常细腻。泡孔呈现圆形，且具有良好的孔壁结构，泡孔之间互不贯通。
经过28天之后，测量泡沫轻质土I的28d无侧限强度（MPa）为1.02 。
实施例2
操作过程与实施例1中类似。
先称取119kg水泥、119kg磷石膏、119kg矿粉、40kg粉煤灰和222 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料（水固比为：222/(119+119+119+40) = 0.559 : 1）。然后称取0.51kg SRS1发泡剂，并加入40kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫（所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约16 min）。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min），获得高磷石膏含量的泡沫轻质土II。
SRS1发泡剂组成为：71wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、10wt%的三乙醇胺、8wt%的十二烷基硫酸钠、6wt%的二乙醇单异丙醇胺以及5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱。
实施例3
操作过程与实施例1中类似。
先称取119kg水泥、79kg磷石膏、119kg矿粉、79kg粉煤灰和222 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.51kg SRS1发泡剂，并加入40kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并获得泡沫（所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约17 min）。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土III。
SRS1发泡剂组成为：66wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、12wt%的三乙醇胺、10wt%的十二烷基硫酸钠、7wt%的二乙醇单异丙醇胺以及5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱。
实施例4
操作过程与实施例1中类似。
先称取119kg水泥、40kg磷石膏、119kg矿粉、119kg粉煤灰和222 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.51kg SRS1发泡剂，并加入40kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约18 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土IV。
SRS1发泡剂组成为：73wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、10wt%的三乙醇胺、9wt%的十二烷基硫酸钠、4wt%的二乙醇单异丙醇胺以及4wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱。
实施例5
操作过程与实施例1中类似。
先称取100kg水泥、185kg磷石膏、140kg矿粉、38kg粉煤灰和259 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.46kg SRN2发泡剂，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫（所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约16 min）。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土V。
SRN2发泡剂组成为：39wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、9wt%的三乙醇胺、5.5wt%的十二烷基硫酸钠、3wt%的二乙醇单异丙醇胺、24wt%的α-烯基磺酸钠、17wt%的乙二醇丁醚以及2.5wt%的12-14混合醇（碳十二醇和碳十四醇的重量比为7:3）。
实施例6
操作过程与实施例1中类似。
先称取90kg水泥、139kg磷石膏、150kg矿粉、85kg粉煤灰和260 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.44kg SRS1发泡剂，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约17 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土VI。
SRS1发泡剂组成为：69wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、11wt%的三乙醇胺、9wt%的十二烷基硫酸钠、6wt%的二乙醇单异丙醇胺以及5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱。
实施例7
操作过程与实施例1中类似。
先称取119kg水泥、93kg磷石膏、159kg矿粉、92kg粉煤灰和260 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.44kg SRN2发泡剂，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫（所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约16 min）。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土VII。
SRN2发泡剂组成为：42wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、8wt%的三乙醇胺、5.5wt%的十二烷基硫酸钠、3wt%的二乙醇单异丙醇胺、22wt%的α-烯基磺酸钠、17wt%的乙二醇丁醚以及2.5wt%的12-14混合醇（碳十二醇和碳十四醇的重量比为7:3）。
实施例8
操作过程与实施例1中类似。
先称取119kg水泥、84kg磷石膏、169kg矿粉、100kg粉煤灰和259 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料(水固比为0.549 : 1)。然后称取0.45kg SRN2发泡剂，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约17 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土VIII。
SRN2发泡剂组成为：45wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、10wt%的三乙醇胺、5wt%的十二烷基硫酸钠、3wt%的二乙醇单异丙醇胺、20wt%的α-烯基磺酸钠、15wt%的乙二醇丁醚以及2wt%的12-14混合醇（碳十二醇和碳十四醇的重量比为7:3）。
实施例9
操作过程与实施例1中类似。
先称取119kg水泥、37kg磷石膏、207kg矿粉、100kg粉煤灰和259 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料（水固比0.559 : 1）。然后称取0.45kg SRN2发泡剂，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约16 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土IX。
SRN2发泡剂组成为：39wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、9wt%的三乙醇胺、5.5wt%的十二烷基硫酸钠、3wt%的二乙醇单异丙醇胺、24wt%的α-烯基磺酸钠、17wt%的乙二醇丁醚以及2.5wt%的12-14混合醇（碳十二醇和碳十四醇的重量比为7:3）。
实施例10
操作过程与实施例1中类似。
先称取120kg水泥、86kg磷石膏、139kg矿粉、120kg粉煤灰和259 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.45kg SRL0发泡剂，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(所得泡沫在单独存放时的体积能够保持稳定达到约15 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土X。
SRL0发泡剂组成为：48wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、6wt%的十二烷基硫酸钠、22wt%的α-烯基磺酸钠、5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱以及19wt%的蒸馏水。
对比例1
操作过程与实施例1中类似。
现有复合发泡剂a组成为：50wt%茶皂素、20wt%十二烷基硫酸钠、10wt%聚乙二醇、10wt%明胶以及10wt%羧甲基纤维素。
先称取119 kg水泥、79 kg磷石膏、119 kg矿粉、79 kg粉煤灰和222 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得作为一混料的混合料（水固比为0.56 : 1）。然后称取0.51kg现有复合发泡剂a，并加入40kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，将输出压力为1.8 atm的压缩空气通入到泡沫液中让泡沫液充分起泡，得泡沫(取样50ml放入量筒中，观察量筒内泡沫的高度的变化。约2 min之后泡沫的高度逐渐降低，这表明，泡沫在单独存放时的体积仅仅能够保持稳定达到约2 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的湿的泡沫轻质土XI。将所得的湿的组合物铺展在地面上，经过1.5小时的固化，获得固化后的泡沫轻质土XI。
对比例2
操作过程与实施例1中类似。
现有复合发泡剂b组成为：15wt%十二烷基硫酸钠、15.8wt%十六烷基磺酸钠、9.2wt%茶皂素、4wt%十二醇、1wt%纤维素醚、2wt%三乙醇胺、8wt%硫酸钠以及45wt%水。
先称取120kg水泥、139kg磷石膏、120kg矿粉、85kg粉煤灰和260 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.44kg 现有复合发泡剂b，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(泡沫在单独存放时的体积仅仅能够保持稳定达到约3 min) 。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土XII。
对比例3
操作过程与实施例1中类似。
现有复合发泡剂c组成为：72wt%双氧水（含量30%）和28wt%硬脂酸钙。
先称取119kg水泥、93kg磷石膏、119kg矿粉、132kg粉煤灰和260 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.44kg 现有复合发泡剂c，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(泡沫在单独存放时的体积仅仅能够保持稳定达到约1 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土XIII。
对比例4
操作过程与实施例1中类似。
现有复合发泡剂d组成为：12wt%十二烷基硫酸钠、12wt%十二烷基苯磺酸钠、1.5wt%硅树脂聚醚乳液、1.5wt%烷基醇醚多羟基聚合物、9wt%三乙醇胺、15wt%有机硅憎水剂、15wt%十二醇以及34wt%水。
先称取120kg水泥、139kg磷石膏、120kg矿粉、85kg粉煤灰和260 kg水搅拌混合20min（45r/min）后获得混合料。然后称取0.44kg 复合发泡剂d，并加入45kg水稀释后获得泡沫液，将配制好的泡沫液注入到发泡装置中，并制备获得泡沫(泡沫在单独存放时的体积仅仅能够保持稳定达到约4 min)。最后将泡沫加入到混合料中继续搅拌混合10min（50r/min）后，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土XIV。将所得的湿的组合物铺展在地面上，经过1.5小时的固化，获得固化后的泡沫轻质土XIV。从固化后的泡沫轻质土XIV中取样，切开，观察泡孔的结构，发现出现空心如图5中所示。泡孔的尺寸不均匀，泡孔之间有贯通。
表1-泡沫轻质土的性能检测结果
Figure 426098DEST_PATH_IMAGE002
经过28天之后，对比例1-4制备获得的高磷石膏含量的泡沫轻质土XI-XIV均出现不同程度的沉陷和塌边。

Claims (10)

1.一种高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物，其特征在于：该高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物包括以下组分或由以下组分所组成：
A) 水泥：5-30重量份，优选7-28，优选9-26，优选10-25，更优选12-23，更优选14-21，例如15、17、18重量份；
B) 磷石膏： 6-50重量份，优选为8-48，优选10-46，优选12-44，优选15-41，优选18-38，优选20-36重量份，例如23、26、30、32重量份；
C) 矿粉：30-60重量份，优选32-58，优选35-55，优选38-52，优选40-50重量份，例如43、45、47重量份；
D) 粉煤灰：0-30重量份，优选2-28，优选为4-26，优选6-24，优选8-22，优选10-20重量份，例如12、15、18重量份；
E) 水；和
F) 泡沫；
其中E)水与固体材料(水泥+磷石膏+矿粉+粉煤灰)的重量比（即水固比）是0.53-0.65:1，优选0.54-0.65 : 1，优选0.55-0.64 : 1，优选0.56-0.63 : 1，优选0.57-0.62 : 1，优选0.58-0.61 : 1；
其中，泡沫是由高分子表面活性剂型发泡剂用另外的水稀释60-120倍(优选70-110倍，更优选80-100倍，更优选85-95倍，如90倍)形成泡沫液，然后通过向泡沫液中通入空气(如压缩空气)所形成的；
其中，在F)泡沫中所含的水量不包括在或不计算在E)水的量中；和
其中，高分子表面活性剂型发泡剂的用量是基于固体材料(水泥+磷石膏+矿粉+粉煤灰)的总重量而言的0.09-1.0 wt%，优选0.1-0.9wt%，优选0.11-0.8wt%，优选0.12-0.7wt%，，优选0.125-0.6wt%，例如0.13wt%、0.15wt%、0.18wt%、0.2wt%、0.3wt%、0.4wt%或0.5wt%；或
泡沫的用量足以使得气泡的体积占了由所有的物料混合之后所获得的湿的泡沫聚合土组合物的总体积的比例为：30%～66%，优选32%～64%，优选34%～62%，优选36%～60%，优选38%～58%，优选40%～56%。
2.根据权利要求1所述的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥，优选为普通硅酸盐水泥；和/或
磷石膏与矿粉的质量比是6-50（优选8-48，优选10-46，优选12-44，优选15-41，优选18-38，优选20-36重量份） : 30-60（优选32-58，优选35-55，优选38-52，优选40-50重量份）；和/或
当使用粉煤灰时，磷石膏、矿粉和粉煤灰的质量比是6-50（优选8-48，优选10-46，优选12-44，优选15-41，优选18-38，优选20-36） : 30-60（优选32-58，优选35-55，优选38-52，优选40-50） : 2-28（优选4-26，优选6-24，优选8-22，优选10-20）。
3.根据权利要求1或2所述的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物，其特征在于：所述磷石膏为含二水硫酸钙的工业废渣；优选，所述磷石膏为湿法生产磷肥、磷酸时产生的含二水硫酸钙的废渣；和/或
所述矿粉为高炉矿渣粉；优选，所述矿粉选自S75矿粉、S95矿粉、S105矿粉中的一种或多种，更优选为S95矿粉。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物，其特征在于：所述粉煤灰为煤炭燃烧后产生的粉煤灰；优选，所述粉煤灰为火电厂粉煤灰和/或市政锅炉粉煤灰；和/或
高分子表面活性剂型发泡剂是由聚醚型表面活性剂和小分子有机表面活性剂组成的复合表面活性剂。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物，其特征在于：所述高分子表面活性剂型发泡剂选自SRS1发泡剂、SRN2发泡剂和SRL0发泡剂中的一种或多种；
其中，所述SRS1发泡剂包括：63-76wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、10-15wt%的三乙醇胺、9-15wt%的十二烷基硫酸钠、4-7wt%的二乙醇单异丙醇胺以及4-7wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱；
所述SRN2发泡剂包括：33-55wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、5-10wt%的三乙醇胺、3-6wt%的十二烷基硫酸钠、2-5wt%的二乙醇单异丙醇胺、20-35wt%的α-烯基磺酸钠、15-25wt%的乙二醇丁醚以及2-5wt%的12-14混合醇；
所述SRL0发泡剂包括：40-55wt%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、3-6wt%的十二烷基硫酸钠、20-35wt%的α-烯基磺酸钠、2-5wt%的月桂酰胺丙基甜菜碱以及15-20wt%的水（优选蒸馏水或软化水）。
6.根据权利要求5所述的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物，其特征在于：所述12-14混合醇中碳十二醇和碳十四醇的重量比为3-9:1-5，优选为4-8:2-4。
7.制备如权利要求1-6中任一项所述高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
1）按比例称取水泥、磷石膏、矿粉、粉煤灰、发泡剂和水备用；
2）将发泡剂加水稀释获得泡沫液，然后通过向泡沫液中通入空气(如压缩空气)，获得泡沫；
3）先将水泥、磷石膏、矿粉、任选的粉煤灰以及水搅拌混合均匀；然后加入泡沫继续搅拌混合均匀，获得湿的泡沫轻质土组合物。
8.根据权利要求7所述的方法，该方法进一步包括：
将湿的泡沫轻质土组合物在基底的表面上铺展并固化，获得高磷石膏含量的泡沫轻质土。
9.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：在步骤3）中，第一次搅拌速率为30-100r/min，搅拌时间为1-30min；第二次搅拌速率为40-120r/min，搅拌时间为1-10min；和/或
在步骤3）中所制备的高磷石膏含量的泡沫轻质土组合物的湿密度为500～1000kg/m3，另外，由该组合物固化后所得的泡沫轻质土的28天无侧限抗压强度为1～3 MPa；和/或
在步骤2）中，为了实现充分起泡以及让所获得泡沫的体积能够保持稳定达6-15分钟，控制好输入发泡装置中的压缩空气的压力为1.5-2个标准大气压。
10.由权利要求8或9中任何一项所述的方法制备的高磷石膏含量的泡沫轻质土；优选的是，固化后的轻质土的干密度是640-760 kg/m3，优选650-750 kg/m3，并且，它的28天无侧限抗压强度(MPa)是在1-2.8MPa范围，优选1.1-2.7MPa，优选1.2-2.7MPa，优选1.3-2.7MPa，优选1.4-2.7MPa，优选1.5-2.7MPa，更优选1.6-2.7MPa。
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