CN114702293A - 一种稳定磷石膏路面底基层材料及其制备方法与施工方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及路面基层、底基层材料技术领域，尤其涉及一种稳定磷石膏路面底基层材料及其制备方法与施工方法和应用。该稳定磷石膏路面底基层材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：磷石膏87～93份、煅烧磷石膏7～9份、石灰1～4份、水14～20份。对煅烧磷石膏与磷石膏废料的配合比，水的添加量等工艺参数进行了研究和设计，获得高强度、高水稳定性和耐久性的适用于路面底基层的稳定磷石膏材料，本发明制得的稳定磷石膏路面底基层材料的7天无侧限抗压强度为3.75MPa，干湿循环4次后无侧限抗压强度损失率为12.3～14.7％。
Description
技术领域
本发明涉及路面基层底基层材料技术领域，尤其涉及一种稳定磷石膏路面底基层材料及其制备方法与施工方法和应用。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸生产的固体滤渣副产物，每生产1t磷酸随之排放约4.5t～5.5t的磷石膏，磷石膏的主要成分是二水硫酸钙。目前，不经任何处理的磷石膏在自然状态下堆放，占用大量的土地资源。而且由于磷石膏含有可溶性磷、氟等侵蚀性杂质，长时间的堆积会对水、大气、土壤产生严重的污染，造成临近地区的水和大气污染。更严重的磷石膏是一种水溶性浆料，在自然力作用下其中的某些有害元素可能溶解或浸出，这些元素可能沉积在附近的土壤中或转移到地表水中，对环境造成威胁，而目前磷石膏的综合利用率不超过25％。
目前大多数磷石膏的处理以场堆和填埋为主，不仅占用大量土地，还具有很大的环境风险隐患。对磷石膏应用技术研究是一个迫在眉睫的问题，同时也是响应国家构建经济政策的环保、资源循环利用的项目。如申请公布号CN108996937A，申请公布日2018年12月14日的专利文献公开了磷石膏添加到水泥中主要用作生产水泥的缓凝剂、硅酸盐水泥改良剂，但掺加比例较低约20％左右。如申请公布号CN1086365578A，申请公布日2017年2月1日的专利文献公开了利用磷石膏与铝硅酸盐类工业废渣、钙质胶凝材料和集料混合制备高强建筑砖，但磷石膏添加比例仅有10％～60％。如申请公布号CN113355099A，申请公布日2021年9月7日的专利文献公开了一种磷石膏土壤改良剂用于改良重金属土壤，磷石膏约占改良剂总质量的50％，可提高土壤的微生物活性从而改善土壤的自修复能力。如申请公布号CN104909698A，申请公布日2015年9月16日的专利文献公开了一种改性磷石膏公路路基填料，利用煅烧磷石膏的化学特性，将原状磷石膏在一定温度和时间下煅烧处理作为改性剂，提高磷石膏废料的胶结能力，增加其整体的稳定性，获得满足道路工程标准的路基填料。然而作为路面基层底基层填料，其无侧限抗压强度性能偏低。申请公布号CN102515915A，申请公布日2012年12月12日的专利文献公开了一种改性磷石膏公路用稳定层材料，该材料的主要成分为30％～50％的磷石膏、10％～30％的改性剂和30％～60％的砂石，得到的改性磷石膏材料具有良好的路用性能。
然而，上述磷石膏的回收再利用存在以下问题：一方面，磷石膏的回收再利用，其利用比例非常有限，通常低于混合料的50％；另一方面，磷石膏作为混合物中的添加剂，必须与其他类型的稳定剂(如水泥或粉煤灰)结合，以稳定土壤或碎石，由于不同地区的土壤或碎石具有不同的性质，因此必须针对每种特定类型的当地资源设计和优化配合比，这涉及大量的实验室测试工作，从而限制了磷石膏大范围和大量的推广应用。再一方面，使用磷石膏作为路基填料其无侧限抗压强度性能偏低，不能满足特定情况的路基填料的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定磷石膏路面底基层材料及其制备方法与施工方法和应用，以解决上述技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种稳定磷石膏路面底基层材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：磷石膏87～93份、煅烧磷石膏7～9份、石灰1～4份、水14～20份。
优选的，所述石灰为有效钙含量为75～90％的生石灰。
优选的，所述磷石膏含水率≤20％。
本发明还提供了上述稳定磷石膏路面底基层材料的制备方法，包括以下步骤：
将磷石膏、煅烧磷石膏、石灰、水混合后得到稳定磷石膏路面底基层材料。
优选的，先将磷石膏、煅烧磷石膏、石灰混合后得到混合物，再向混合物中加入水，搅拌20～60s。
本发明还提供了上述稳定磷石膏路面底基层材料的施工方法，包括以下步骤：
(1)将稳定磷石膏路面底基层材料摊铺至路床上压实，得到压实度≥95％的底基层；
(2)将压实后的底基层顺次进行养生、铺塑料薄膜、养护，获得稳定磷石膏路面底基层。
优选的，所述步骤(1)压实步骤为采用履带式压路机进行初压，再用钢轮压路机复压，最后采用轮胎压路机终压。
本发明还提供了上述稳定磷石膏路面底基层材料的应用，所述稳定磷石膏路面底基层材料用于修筑公路底基层。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下的有益效果：
本发明有效的解决了磷石膏废料回收再利用过程中存在的消耗量低，以及利用过程中胶结料和填充料种类多，可施工性低和成本高的问题。
本发明有效解决了现有技术煅烧磷石膏用量较高导致修筑公路底基层成本较高的缺陷，对煅烧磷石膏与磷石膏废料的配合比，水的添加量等工艺参数进行了研究和设计，可获得高强度、高水稳定性和耐久性的适用于路面底基层的稳定磷石膏材料，本发明制得的稳定磷石膏路面底基层材料的7天无侧限抗压强度最高可达到3.75MPa，干湿循环4次后无侧限抗压强度损失率为12.3～14.7％。
附图说明
图1为实施例1得到的稳定磷石膏路面底基层材料的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种稳定磷石膏路面底基层材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：磷石膏87～93份、煅烧磷石膏7～9份、石灰1～4份、水14～20份，优选为磷石膏87～89份、煅烧磷石膏8～9份、石灰1～4份、水17～20份。
在本发明中，所述石灰优选为有效钙含量为75～90％的生石灰，进一步优选为有效钙含量为80～85％的生石灰。
在本发明中，所述磷石膏含水率≤20％，优选为磷石膏含水率≤15％。
在本发明中，所述煅烧磷石膏的制备方法参照申请人申请的专利号为CN104909698A的专利技术。
本发明还提供了上述稳定磷石膏路面底基层材料的制备方法，包括以下步骤：
将磷石膏、煅烧磷石膏、石灰、水混合后得到稳定磷石膏路面底基层材料。
在本发明中，先将磷石膏、煅烧磷石膏、石灰混合后得到混合物，再向混合物中加入水，搅拌1～2min，优选为搅拌1.5～1.8min。
本发明还提供了上述稳定磷石膏路面底基层材料的施工方法，包括以下步骤：
(1)将稳定磷石膏路面底基层材料摊铺至路床上压实，得到压实度≥95％的底基层，优选为压实度≥97％；
(2)将压实后的底基层顺次进行养生、铺塑料薄膜、养护，获得稳定磷石膏路面底基层。
在本发明中，所述步骤(1)压实步骤为采用履带式压路机进行初压，再用钢轮压路机复压，最后采用轮胎压路机终压。
在本发明中，所述养生为自然养生0.5～1.5天，优选为1天；所述养护为自然养护≥7天，优选为≥8天；铺塑料薄膜之前优选用水润湿底基层。
本发明还提供了上述稳定磷石膏路面底基层材料的应用，所述稳定磷石膏路面底基层材料用于修筑公路底基层。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。需要说明的是，在本发明实施例中所述的“份”为“重量份”；所使用的煅烧磷石膏为含水量15％的磷石膏，在180℃条件下煅烧1.9h得到的。
实施例1
将含水率15％的92份磷石膏、煅烧磷石膏7份、有效钙含量为78％的生石灰1份混合后，加入15份水搅拌50s，得稳定磷石膏路面底基层材料。按照交通运输部规范T0805-94《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》，经试验，本发明制得的稳定磷石膏路面底基层材料的7天无侧限抗压强度为2.95MPa。
实施例2
将含水率18％的91份磷石膏、煅烧磷石膏7份、有效钙含量为80％的生石灰2份混合后，加入16份水搅拌30s，得稳定磷石膏路面底基层材料。按照交通运输部规范T0805-94《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》，经试验，本发明制得的稳定磷石膏路面底基层材料的7天无侧限抗压强度为3.36MPa。
实施例3
将含水率16％的89份磷石膏、煅烧磷石膏8份、有效钙含量为88％的生石灰3份混合后，加入18份水搅拌40s，得稳定磷石膏路面底基层材料。按照交通运输部部规范T0805-94《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》，经试验，本发明制得的稳定磷石膏路面底基层材料的7天无侧限抗压强度为3.72MPa。
实施例4
将含水率17％的份磷石膏、煅烧磷石膏8份、有效钙含量为86％的生石灰1份混合后，加入16份水搅拌30s，得稳定磷石膏路面底基层材料。按照交通运输部规范T0805-94《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》，经试验，本发明制得的稳定磷石膏路面底基层材料的7天无侧限抗压强度为3.08MPa。
实施例5
将含水率16％的87份磷石膏、煅烧磷石膏9份、有效钙含量为90％的生石灰4份混合后，加入19份水搅拌45s，得稳定磷石膏路面底基层材料。按照交通运输部规范T0805-94《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》，经试验，本发明制得的稳定磷石膏路面底基层材料的7天无侧限抗压强度为3.75MPa。
将实施例1～5制备的稳定磷石膏路面底基层材料进行干湿循环试验
鉴于底基层材料经常暴露在水中，含水量的变化可能导致磷石膏颗粒膨胀或收缩，从而进一步使得底基层材料发生疲劳损伤。因此，有必要研究底基层材料抗水含量变化引起疲劳损伤的能力，根据ASTM D 559进行循环干湿试验。稳定磷石膏试样先进行无侧限抗压强度标准养护，然后将稳定磷石膏试样在水中浸泡1天，而后在40℃烘箱中干燥1天，1天浸水和1天干燥的过程视为1个完整的干湿循环。试验目标干湿循环4次后，测试稳定磷石膏的无侧限抗压强度损失率，并用于表征抵抗由含水量变化引起的疲劳损伤的能力，具体测试结果见表1。
表1实施例1～5制备的稳定磷石膏路面底基层材料进行干湿循环试验测试结果
实施例6
将实施例5制备的稳定磷石膏路面底基层材料，摊铺至验收质量合格的路床上，铺筑厚度为30cm，稳定磷石膏的初始强度不足以抵抗压实过程中钢轮压路机施加的力，采用履带式压路机进行初压，再用钢轮压路机静压2遍，振动碾压4遍，最后采用轮胎压路机终压，至压实度为96％；自然养生1天，洒水润湿后铺塑料薄膜，再自然养护7天，得到满足公路路面基层施工技术要求的路面基层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种稳定磷石膏路面底基层材料，其特征在于，由包括以下重量份数的原料制备得到：磷石膏87～93份、煅烧磷石膏7～9份、石灰1～4份、水14～20份。
2.根据权利要求1所述的一种稳定磷石膏路面底基层材料，其特征在于，所述石灰为有效钙含量为75～90％的生石灰。
3.根据权利要求1或2所述的一种稳定磷石膏路面底基层材料，其特征在于，所述磷石膏含水率≤20％。
4.权利要求1～3任一项所述的一种稳定磷石膏路面底基层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将磷石膏、煅烧磷石膏、石灰、水混合后得到稳定磷石膏路面底基层材料。
5.根据权利要求4所述的一种稳定磷石膏路面底基层材料的制备方法，其特征在于，先将磷石膏、煅烧磷石膏、石灰混合后得到混合物，再向混合物中加入水，搅拌1～2min。
6.权利要求1～3任一项所述的一种稳定磷石膏路面底基层材料的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将稳定磷石膏路面底基层材料摊铺至路床上压实，得到压实度≥95％的底基层；
(2)将压实后的底基层顺次进行养生、铺塑料薄膜、养护，获得稳定磷石膏路面底基层。
7.根据权利要求6所述的一种稳定磷石膏路面底基层材料的施工方法，其特征在于，所述步骤(1)压实步骤为采用履带式压路机进行初压，再用钢轮压路机复压，最后采用轮胎压路机终压。
8.权利要求1～3任一项所述的一种稳定磷石膏路面底基层材料的应用，其特征在于，所述稳定磷石膏路面底基层材料用于修筑公路底基层。
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