CN114436563A

CN114436563A - 一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂及制备方法与应用

Info

Publication number: CN114436563A
Application number: CN202111581508.1A
Authority: CN
Inventors: 纪小平; 路洪雷; 陈云; 王朝辉; 戴志钢
Original assignee: Xi'an Changda Lvjie Transportation Technology Co ltd; Changan University
Current assignee: Xi'an Changda Lvjie Transportation Technology Co ltd; Changan University
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: CN114436563B

Abstract

本发明属于本发明属于公路工程技术领域，具体涉及一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂及制备方法与应用。所述用于固化磷石膏路基填料的固化剂，包括以下原料：硅酸钠、有机硅防水材料、辅助补强剂、SDS乳化剂、酸催化剂和去离子水。本发明公开的用于固化磷石膏路基填料的固化剂的制备方法制得的固化剂能够有效的将磷石膏固化稳定，且固化剂稳定磷石膏(CASP)具有一定强度和水稳定性，在合适重量配比的情况下，固化后的磷石膏可用于路基填料，完全可以满足用于填筑公路路基的技术要求。

Description

一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂及制备方法与应用

技术领域

本发明属于公路工程技术领域，具体涉及一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂及制备方法与应用。

背景技术

磷石膏是在湿法制造磷酸时，硫酸作用于粉状磷矿石时产生的，每生产1吨磷酸会伴随产生4-5吨的磷石膏，其主要成分是生石膏(CaSO₄.2H₂O)，目前被当作一种工业固体废渣而堆放。我国是全球第一磷肥生产国，2019年全国磷石膏累计堆存已达5亿吨，并且每年新产生近8000万吨，综合利用率不足40％。为积极推进固体废弃物污染整治和循环再利用，各地通过多种方式推动磷石膏的资源化利用，一是用于生产建材，如水泥、保温板、纸面石膏板、石膏免烧砖等；二是用于生产磷肥，如磷生物肥、磷镁肥等。但由于历史积存量大，加上上述方式综合利用率并不高，因此并不能完全消耗现有积存的磷石膏。大规模的磷石膏堆积会占用大量土地，造成严重的环境污染，甚至会产生地质灾害严重威胁人民生产生活的安全，最为严重的是磷石膏中含有的重金属元素会随着雨水渗进农田和土地，污染河流和地下水，威胁生态安全。因此，如何提高综合利用磷石膏是我国乃至世界亟待解决的问题。

另外，公路建设对砂石材料的需求巨大，近几年消耗天然砂石材料约10亿吨，很多地方出现了天然砂石材料短缺、价格畸高的局面，无材可用、长距离运购已成为常态，使得建设成本激增，公路交通行业可持续发展与材料短缺的矛盾日益凸显。若将磷石膏用于公路建设，不仅能大规模消纳磷石膏，而且能缓解日益突出的砂石材料供需矛盾，进而达到环境保护、资源节约、绿色发展与减少投资等多重效益。

然而，磷石膏是一种粉状材料，几乎没有可塑性、遇水流动，且含有的可溶性氟化物和少量重金属会污染地下水。综合国内外资料，磷石膏在道路工程中没有得到广泛的应用，主要是因为磷石膏直接用于路基填料存在以下问题，一是磷石膏填料的长期耐久问题，目前尚无资料报道，无法判断填料的长期稳定性问题；二是磷石膏受水的影响大，当含水量较高时，磷石膏会变软而强度降低，造成路基下沉而导致路面的破坏。当含水量较低时，会出现收缩开裂，同样会导致路面的破坏；三是磷石膏的水污染问题。磷石膏中所含的重金属元素相对来说其量甚微，但对环境污染极其严重，会直接影响磷石膏的循环再利用。因此需要对磷石膏进行固化后才能在道路工程中运用，基于此，本发明提出一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂及其制备方法与应用。

经固化剂稳定后的磷石膏路基材料的力学强度、水稳定性和水污染程度满足路基填筑技术要求，因此能够大规模的在公路建设中高效利用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了用于固化磷石膏路基填料的固化剂及制备方法与应用，制得的固化剂能够有效的将磷石膏固化稳定，且固化剂稳定磷石膏(CASP)具有一定强度和水稳定性，在合适重量配比的情况下，固化后的磷石膏可用于路基填料，完全可以满足用于填筑公路路基的技术要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

(一)一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂，包括以下原料：硅酸钠、有机硅防水材料、辅助补强剂、SDS乳化剂、酸催化剂和去离子水。

优选的，所述硅酸钠为碱性液态硅酸钠。

优选的，所述有机硅防水材料包含阻聚剂盐酸溶液、一甲基三氯硅烷和氢氧化钠溶液；所述阻聚剂盐酸溶液、所述一甲基三氯硅烷和所述氢氧化钠溶液的体积比为(0.7～1.3)：(6.2～6.8)：(0.3～0.9)。

优选的，所述辅助补强剂为硅烷偶联剂。

优选的，所述SDS乳化剂为十二烷基硫酸钠。

优选的，所述酸催化剂为ZSM-5型分子筛。

优选的，所述原料的用量为：硅酸钠10～20份、所述有机硅防水材料70～88份、所述辅助补强剂8～15份、所述SDS乳化剂1～4份、所述酸催化剂0～1份和去离子水15～40份。

(二)一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将硅酸钠、有机硅防水材料和SDS乳化剂加入非金属容器中，并加入去离子水，加热、一次剪切得第一混合溶液；

步骤2，向所述第一混合溶液中加入辅助补强剂，再二次剪切，升温至80℃，得第二混合溶液；

步骤3，向所述第二混合溶液中加入酸催化剂，调节pH至10，得用于固化磷石膏路基填料的固化剂。

优选的，步骤1中所述加热的温度为50～60℃，所述一次剪切的转速为3000r/min，所述一次剪切的时间为30～40min；步骤2中所述二次剪切的转速为3000r/min，所述二次剪切的时间为10～15min。

优选的，所述有机硅防水材料的制备过程具体如下：

子步骤1.1，在阻聚剂盐酸溶液中加入一甲基三氯硅烷，并依次搅拌、过滤，得固体沉淀物；

子步骤1.2，利用纯水洗涤所述固体沉淀物，直至所述固体沉淀物表面呈中性；

子步骤1.3，向洗涤后的所述固体沉淀物中加入体积比为1:6.5:0.6的一甲基三氯硅烷、阻聚剂盐酸溶液和氢氧化钠溶液，再搅拌，得有机硅防水材料。

优选的，子步骤1.1中，所述阻聚剂盐酸溶液的质量浓度为20％，所述一甲基三氯硅烷的质量浓度＞98％，所述搅拌的速度为400～600r/min，所述搅拌的温度为25～35℃，所述搅拌的时间为1.0～2.0h。

优选的，子步骤1.3中，所述搅拌的速度为300～500r/min，所述搅拌的温度为80～90℃，所述搅拌的时间为0.5～1.5h。

(三)一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂在填筑公路路基中的应用。

本发明能产生的有益效果包括：

1)本发明制得的固化剂大幅提高了磷石膏的力学性能，固化后的磷石膏的CBR、回弹模量、无侧限抗压强度和抗剪强度得到大幅度的提高，将制得的固化剂用于路基填料，完全可以满足用于填筑公路路基的技术要求。

(2)本发明制得的固化剂显著提升了磷石膏的水稳定性。当固化剂掺量为1.0％时，浸水11天的固化磷石膏可以满足高速公路路床的技术要求；当固化剂掺量为0.5％时，浸水11天的固化磷石膏的回弹模量可以满足高速公路重交通的技术要求。

(3)本发明制得的固化剂能降低磷石膏填料的有害元素和离子的溶出量，保证了磷石膏填料用于路基填筑的环保要求。

(4)本发明解决了磷石膏堆放环境问题，同时也能大大减轻工程对砂石材料的需求量，降低了路基建设的成本，具有十分重要的环保意义和社会经济效益。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为原状磷石膏的形貌图；

图2为原状磷石膏的SEM图；

图3为0.5％、1.0％和2.0％固化剂下CASP的SEM图(1000×)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

本发明提供的一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂，包括以下原料：硅酸钠、有机硅防水材料、辅助补强剂、SDS乳化剂、酸催化剂和去离子水。

进一步的，上述原料的用量为：硅酸钠10～20份、有机硅防水材料70～88份、辅助补强剂8～15份、SDS乳化剂1～4份、酸催化剂0～1份和去离子水15～40份。

其中，硅酸钠为碱性液态硅酸钠，化学式为Na₂O·nSiO₂，其水溶液俗称水玻璃，外观呈现粘稠液体。硅酸钠的作用是固化促进剂中的水玻璃并提供碱性溶液环境，促进磷石膏的活化以及有利于后续可溶性F和可溶性P反应生成难溶的盐类，削弱可溶性F(如NaF)和可溶性P(如P₂O₅)的缓凝作用。

其中，有机硅防水材料包含阻聚剂溶液、一甲基三氯硅烷和氢氧化钠溶液；阻聚剂溶液溶液、一甲基三氯硅烷和氢氧化钠溶液的体积比为(0.7～1.3)：(6.2～6.8)：(0.3～0.9)。

进一步的，有机硅防水材料具有卓越的防水，防风化、防剥落和耐化学腐蚀等性能，而有机硅防水材料的防水机理则是通过与结构材料起化学反应，在基材表面生成一层几个分子厚的不溶性防水树脂簿膜。CASP中的有机硅防水材料易被弱酸分解，当遇到空气中的水和CO₂时便分解成甲基硅酸，并很快聚合生成具有防水性能的聚甲基硅醚，因而可在CASP表面形成一层极簿的可以透气的聚硅氧烷膜而具有防水性，生成的碳酸钠则被水冲掉。

其中，辅助补强剂为硅烷偶联剂，分子结构式一般为:Y-R-Si(OR)₃(式中Y为有机官能基，SiOR为硅烷氧基)。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此，当硅烷偶联剂介于磷石膏和固化剂界面之间可形成键合，促进界面融合，大幅度地提高了固化剂稳定磷石膏材料的力学强度和水稳性能。

其中，SDS乳化剂为十二烷基硫酸钠，是一种有机化合物，化学式为C₁₂H₂₅SO₄Na，白色或浅黄色结晶或粉末，易溶于热水，属阴离子表面活性剂，具有优异的渗透、洗涤、润湿、去污和乳化作用。乳化剂分子内具有亲水和亲油两种基团，能显著降低不同液体之间的表面张力，同时在水和油的界面形成界面层或吸附层，将一方很好地分散于另一方，使制备固化剂中加入的互不相溶的液体形成稳定的乳浊液。

其中，酸催化剂为ZSM-5型分子筛，本质是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐，本身具有酸性，并能起调节pH值和酸催化作用的物质。酸催化作用能够加速制备固化剂过程中反应物分子之间反应速率，同时酸催化剂本身所具有酸性能够与碱性硅酸钠发生酸碱中和反应，能调节溶液的pH值。

其中，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水，主要采用RO反渗透的方法制取。去离子水的优点在于没有细菌、病毒，干净、卫生，而且是小分子团水。相较于普通的自来水，去离子水有利于提供无菌环境制备固化剂。

本发明中CASP的强度形成机理：在CASP反应过程中，原状磷石膏和CASP试样的扫描电镜结果分别如图2和图3所示。图2是原状磷石膏在1000倍镜下的扫描照片，其颗粒多为片状，颗粒间互相交叠，空隙较多，颗粒间粘结弱，且片状结构使得磷石膏不易压实且具有剪切滑移的特性。图3(a)是0.5％固化剂的CASP试样在1000倍镜下的扫描照片。固化剂中的硅酸钠与磷石膏生成了硅酸钙凝胶与硫酸钠晶体，如公式(1)所示。磷石膏颗粒被硅酸钙凝胶包裹，使得颗粒互相粘结、距离靠近，密实度得到提高；硫酸钠晶体和甲基硅酸钠的微膨胀作用使得空隙进一步被填充；在以上作用下，固化剂固化磷石膏开始形成较为稳定的团粒结构，改变了原有松散的片状结构。

其中，图3(b)、图3(c)分别是1.0％和2.0％固化剂的CASP试样在1000倍镜下的扫描照片。随着固化剂掺量的增加，磷石膏颗粒由硅酸钙凝胶胶结，形成更细的颗粒，且粒度分布均匀，局部呈网状结构；同时，空隙得到进一步被填充，使改良后的磷石膏颗粒结构更加密实，由此强度得到进一步提高。

Na₂O·nSiO₂+CaSO₄·2H₂O＝Na₂SO₄(晶体)+CaO·nSiO₂(凝胶)+2H₂O (1)

本固化剂可以固化稳定磷石膏，提高其工程特性以满足路基填筑的基本要求。磷石膏应用于路基填料，不仅可以大规模消减磷石膏的存量和解决堆放带来的污染环境的问题，同时也能缓解日益突出的砂石材料供需矛盾，进而达到环境保护、资源节约、绿色发展与减少投资等多重效益。

本发明通过对实施例1-4制得的用于固化磷石膏路基填料的固化剂的性能参数进行测试，具体如下：

实施例1

一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂的制备方法具体如下：

硅酸钠、有机硅防水材料和SDS乳化剂三者重量份配比分别为13份、85份和2份，将上述原料置入非金属容器内，并加入32份的去离子水加热至60℃，采用高速剪切机以3000r/min转速剪切40min，直至得到均匀的乳液固化剂，而后再加入12份的辅助补强剂，继续以3000r/min的转速剪切15min，直至再次得到均匀稳定的乳液；升温至80℃挥发多余水分，保证瓶中溶液浓度为80％左右；在最终的所得乳液中加入0.7份酸催化剂，将其pH调整至10左右，即得成品。

对上述实施例1制得的固化剂进行了各项路用性能指标的实验，试验按固化剂与磷石膏重量比为0％、0.5％、1.0％、1.5％和2.0％五种配合比分别做了具体实验，实验结果具体如下：

1、CBR与回弹模量

表1为磷石膏和CASP的CBR和回弹模量结果，具体如下：

表1 CASP的CBR和回弹模量实验结果

由表1可知，CASP的CBR和回弹模量随着固化剂掺量的增加而增加，当固化剂掺量为2.0％时，CASP的CBR和回弹模量比磷石膏分别增加了188.4％与111.4％，由此可见固化剂的固化效果十分显著。究其原因有如下几点：

1)固化剂中的硅酸钠与磷石膏可生成硅酸钙凝胶与硫酸钠晶体，硅酸钙凝胶可胶结磷石膏固体颗粒，提高磷石膏强度；

2)硫酸钠容易在孔隙中结晶，磷石膏密实度增加，且SO₄ ^2-环境会促进钙矾石晶体的生成，磷石膏强度得到进一步增强；

3)有机硅防水材料是一种优良的防水材料，具有渗透结晶性、微膨胀以及增加密实度功能，进一步提高强度。

2、无侧限抗压强度

在最佳含水量和96％压实度下成型试件，不同养护龄期(1d、2d、3d、5d和7d)的磷石膏和CASP的无侧限抗压强度结果如表2所示：

表2 CASP无侧限抗压强度实验结果

由表2可知，未掺固化剂时，在整个养护周期内磷石膏和CASP的无侧限抗压强度不变且低于0.5MPa；当掺入固化剂时，CASP的无侧限抗压强度随着养护龄期的增大先急剧增大，在3d后趋于稳定，且随着固化剂掺量的增加而逐渐增大。

3、剪切强度

磷石膏和CASP的剪切强度结果如表3所示：

表3 CASP抗剪强度试验结果

由表3可知，随着固化剂掺量的增加，CASP的剪切强度稳定提高，当固化剂掺量为2.0％时，四种法向应力下的剪切强度比磷石膏分别提高了140.7％、98.4％、65.6％与63.1.0％。

4、水稳定性

不同浸水时间下CASP的CBR和回弹模量稳定值如表4所示：

表4 CASP的CBR和回弹模量稳定值

由表4可知，在充分考虑CASP水稳定性差的情况下，固化剂掺量为1.0％时，CASP可满足高速公路路床填料CBR不小于8％的技术要求；CA掺量为0.5％时，CASP可满足高速公路重交通路基回弹模量不低于40MPa的技术要求。

5、CASP有害物质溶出量

将磷石膏用于路基，除保证力学强度和水稳定性之外，还要防范有毒有害物质的污染风险。磷石膏和CASP试件浸出液中的有害元素检测结果如表5所示：

表5磷石膏和CASP浸出液中的有害物质

由表5可知，一方面，磷石膏浸出液中的砷、铬和铅含量分别为4.72μg/L、9.5μg/L和138.3μg/L，满足《危险废物鉴别标准－浸出毒性鉴别》(GB 5085.3－2007)的要求，砷和铬含量分别满足《地下水质量标准》(GB/T 14848－2017)地下水Ⅲ级和Ⅱ级质量标准、铅含量满足地下水V级质量标准。固化剂加入后，重金属含量显著降低，固化剂掺量达到0.5％时，砷、铬和铅含量分别满足地下水I级、Ⅱ级和IV级标准；另一方面，浸出液中的氟离子和磷酸根分别为6.4和29.4μg/L，满足GB 5085.3－2007的要求，固化剂掺量达到2.0％已检测不到氟离子和磷酸根。

实施例2

硅酸钠、有机硅防水材料和SDS乳化剂三者重量份配比分别为10份、70份和1.5份，将其置入非金属容器内，并加入30份的去离子水加热至50～60℃，采用高速剪切机以3000r/min转速剪切30-40min，直至得到均匀的乳液固化剂，而后再加入8份的辅助补强剂，继续以3000r/min的转速剪切10～15min，直至再次得到均匀稳定的乳液；升温至80℃挥发多余水分，保证瓶中溶液浓度为80％左右；在最终的所得乳液中加入0.6份酸催化剂，将其pH调整至10左右，即得成品。

对实施例2同样进行了各项路用性能指标的实验，试验按固化剂与磷石膏重量比为0％、0.5％、1.0％、1.5％和2.0％五种配合比分别做了具体实验。

1、CBR与回弹模量

表6为本实施例的CBR和回弹模量结果，具体如下：

表6 CASP的CBR和回弹模量实验结果

由表6可知，CASP的CBR和回弹模量随着固化剂掺量的增加而增加，当固化剂掺量为2.0％时，CASP的CBR和回弹模量比磷石膏分别增加了169.5％与107.8％，说明本实施例固化剂的固化效果也十分显著。

2、无侧限抗压强度

采用与实施例1相同的成型方法和养护龄期，本实施例的无侧限抗压强度结果如表7所示：

表7 CASP无侧限抗压强度实验结果

由表7可知，未掺固化剂时，在整个养护周期内磷石膏和CASP的无侧限抗压强度依然低于0.5MPa；当掺入固化剂时，CASP的无侧限抗压强度同样随着养护龄期的增大先急剧增大，在3d后趋于稳定，且随着固化剂掺量的增加而逐渐增大。

3、剪切强度

本实施例的磷石膏和CASP的剪切强度结果如表8所示：

表8 CASP抗剪强度试验结果

由表8可知，随着固化剂掺量的增加，CASP的剪切强度稳定提高，当固化剂掺量为2.0％时，四种法向应力下的剪切强度比磷石膏分别提高了124.7％、93.3％、47.7％与54.2％。

4、水稳定性

表9为本实施例的不同浸水时间下CASP的CBR和回弹模量稳定值，具体如下：

表9 CASP的CBR和回弹模量稳定值

由表9可知，在充分考虑CASP水稳定性差的情况下，固化剂掺量为1.0％时，CASP的CBR为8.9％，满足高速公路路床填料CBR不小于8％的技术要求；固化剂掺量为0.5％时，CASP的回弹模量为112MPa，满足高速公路重交通路基回弹模量不低于40MPa的技术要求。

5、CASP有害物质溶出量

本实施例中原状磷石膏浸出液中的砷、铬和铅含量与实施例1中的结果一致，都是未掺加固化剂的有害物质检测，且满足实施例1中对应的质量标准。本实施例的固化剂加入后，重金属含量也显著降低，固化剂掺量达到0.5％时，砷、铬和铅含量同样分别满足地下水I级、Ⅱ级和IV级标准；固化剂掺量达到2.0％已检测不到氟离子和磷酸根。

表10磷石膏和CASP浸出液中的有害物质

实施例3

硅酸钠、有机硅防水材料和SDS乳化剂三者重量份配比分别为20份、88份和4份，将上述原料置入非金属容器内，并加入40份的去离子水加热至50～60℃，采用高速剪切机以3000r/min转速剪切30-40min，直至得到均匀的乳液固化剂，而后再加入15份的辅助补强剂，继续以3000r/min的转速剪切10～15min，直至再次得到均匀稳定的乳液；升温至80℃挥发多余水分，保证瓶中溶液浓度为80％左右；在最终的所得乳液中加入1份酸催化剂，将其pH调整至10左右，即得成品。

对上述实施例3制的得固化剂进行了各项路用性能指标的实验，试验按固化剂与磷石膏重量比为0％、0.5％、1.0％、1.5％和2.0％五种配合比分别做了具体实验，实验结果具体如下所示：

1、CBR与回弹模量

表11为本实施例的CBR和回弹模量结果，具体如下：

表11 CASP的CBR和回弹模量实验结果

由表11可知，CASP的CBR和回弹模量随着固化剂掺量的增加而增加，当固化剂掺量为2.0％时，CASP的CBR和回弹模量比磷石膏分别增加了165.2％与111.2％，说明本案例固化剂的固化效果也十分显著。

2、无侧限抗压强度

采用与实施例1相同的成型方法和养护龄期，本实施例的无侧限抗压强度结果如表12所示：

表12 CASP无侧限抗压强度实验结果

由表12可知，未掺固化剂时，在整个养护周期内磷石膏和CASP的无侧限抗压强度依然低于0.5MPa；当掺入固化剂时，CASP的无侧限抗压强度同样随着养护龄期的增大先急剧增大，在3d后趋于稳定，且随着固化剂掺量的增加而逐渐增大。

3、剪切强度

本实施例的磷石膏和CASP的剪切强度结果如表13所示，具体如下：

表13 CASP抗剪强度试验结果

由表13可知，随着固化剂掺量的增加，CASP的剪切强度稳定提高，当固化剂掺量为2.0％时，四种法向应力下的剪切强度比磷石膏分别提高了116.5％、80.7％、54.4％与58.6％。

4、水稳定性

表14为本实施例的不同浸水时间下CASP的CBR和回弹模量稳定值，具体如下：

表14 CASP的CBR和回弹模量稳定值

由表14可知，在充分考虑CASP水稳定性差的情况下，固化剂掺量为1.0％时，CASP的CBR为8.5％，满足高速公路路床填料CBR不小于8％的技术要求；固化剂掺量为0.5％时，CASP的回弹模量为111MPa，满足高速公路重交通路基回弹模量不低于40MPa的技术要求。

5、CASP有害物质溶出量

本实施例中原状磷石膏浸出液中的砷、铬和铅含量与实施例1中的结果一致，都是未掺加固化剂的有害物质检测，且满足实施例1中对应的质量标准。本实施例的固化剂加入后，重金属含量也显著降低，固化剂掺量达到0.5％时，砷、铬和铅含量同样分别满足地下水I级、Ⅱ级和IV级标准；固化剂掺量达到2.0％也已检测不到氟离子和磷酸根。

表15磷石膏和CASP浸出液中的有害物质

实施例4

硅酸钠、有机硅防水材料和SDS乳化剂三者重量份配比分别为15份、80份和2份，将上述原料置入非金属容器内，并加入30份的去离子水加热至50～60℃，采用高速剪切机以3000r/min转速剪切30-40min，直至得到均匀的乳液固化剂，而后再加入11份的辅助补强剂，继续以3000r/min的转速剪切10～15min，直至再次得到均匀稳定的乳液；升温至80℃挥发多余水分，保证瓶中溶液浓度为80％左右；在最终的所得乳液中加入0.7份酸催化剂，将其pH调整至10左右，即得成品。

对上述实施例4制得的固化剂进行了各项路用性能指标的实验，试验按固化剂与磷石膏重量比为0％、0.5％、1.0％、1.5％和2.0％五种配合比分别做了具体实验，实验结果具体如下：

1、CBR与回弹模量

表16为本实施例的CBR和回弹模量结果，具体如下：

表16 CASP的CBR和回弹模量实验结果

由表16可知，CASP的CBR和回弹模量随着固化剂掺量的增加而增加，当固化剂掺量为2.0％时，CASP的CBR和回弹模量比磷石膏分别增加了177.9％与114.3％，说明本案例固化剂的固化效果也十分显著。

2、无侧限抗压强度

采用与实施例1相同的成型方法和养护龄期，本实施例的无侧限抗压强度结果如表17所示：

表17 CASP无侧限抗压强度实验结果

由表17可知，未掺固化剂时，在整个养护周期内磷石膏和CASP的无侧限抗压强度依然低于0.5MPa；当掺入固化剂时，CASP的无侧限抗压强度同样随着养护龄期的增大先急剧增大，在3d后趋于稳定，且随着固化剂掺量的增加而逐渐增大。

3、剪切强度

本实施例的磷石膏和CASP的剪切强度结果如表18所示：

表18 CASP抗剪强度试验结果

由表18可知，随着固化剂掺量的增加，CASP的剪切强度稳定提高，当固化剂掺量为2.0％时，四种法向应力下的剪切强度比磷石膏分别提高了129.8％、90.4％、55.7％与61.4％。

4、水稳定性

表4为本实施例的不同浸水时间下CASP的CBR和回弹模量稳定值：

表19 CASP的CBR和回弹模量稳定值

由表19可知，在充分考虑CASP水稳定性差的情况下，固化剂掺量为1.0％时，CASP的CBR为8.8％，满足高速公路路床填料CBR不小于8％的技术要求；固化剂掺量为0.5％时，CASP的回弹模量为105MPa，满足高速公路重交通路基回弹模量不低于40MPa的技术要求。

5、CASP有害物质溶出量

表20磷石膏和CASP浸出液中的有害物质

由上述实施例可以得出以下结论：

1)在合适的固化剂配合比情况下，CASP的各项路用性能都能够满足不同等级公路对路基填料的技术要求，完全可以用作公路路基填料。因此，从技术要求层面来看，实施例1～4的固化剂和磷石膏在合适的配比下都能用于填筑公路路基。

2)固化剂稳定磷石膏显著降低了其重金属元素和有害离子的浸出，CASP的水溶液中存在的重金属元素、氟离子和硫酸根离子，符合相应规范要求的最低限值，从而保证了CASP用于路基填筑的环保性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂，其特征在于，包括以下原料：硅酸钠、有机硅防水材料、辅助补强剂、SDS乳化剂、酸催化剂和去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂，其特征在于，所述有机硅防水材料包含阻聚剂盐酸溶液、一甲基三氯硅烷和氢氧化钠溶液；

所述阻聚剂盐酸溶液、所述一甲基三氯硅烷和所述氢氧化钠溶液的体积比为(0.7～1.3)：(6.2～6.8)：(0.3～0.9)。

3.根据权利要求1所述的一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂，其特征在于，所述辅助补强剂为硅烷偶联剂。

4.根据权利要求1所述的一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂，其特征在于，所述SDS乳化剂为十二烷基硫酸钠。

5.根据权利要求1所述的用于固化磷石膏路基填料的固化剂，其特征在于，所述酸催化剂为ZSM-5型分子筛。

6.根据权利要求1所述的用于固化磷石膏路基填料的固化剂，其特征在于，所述原料的用量为：硅酸钠10～20份、所述有机硅防水材料70～88份、所述辅助补强剂8～15份、所述SDS乳化剂1～4份、所述酸催化剂0～1份和去离子水15～40份。

7.一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的用于固化磷石膏路基填料的固化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述加热的温度为50～60℃，所述一次剪切的转速为3000r/min，所述一次剪切的时间为30～40min；

步骤2中所述二次剪切的转速为3000r/min，所述二次剪切的时间为10～15min。

9.根据权利要求7所述的用于固化磷石膏路基填料的固化剂的制备方法，其特征在于，所述有机硅防水材料的制备过程具体如下：

子步骤1.3，向洗涤后的所述固体沉淀物中加入体积比为1:6.5:0.6的一甲基三氯硅烷、阻聚剂盐酸溶液和氢氧化钠溶液，再依次搅拌、加热，得有机硅防水材料。

10.一种用于固化磷石膏路基填料的固化剂在填筑公路路基中的应用。