CN114751708A - 一种磷石膏路堤填料及其应用、公路路面基层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及路堤填料技术领域，尤其涉及一种磷石膏路堤填料及其应用、公路路面基层的制备方法。本发明提供了一种磷石膏路堤填料，按质量百分比计，包括磷石膏88～95％、矿物掺合料3～6％和碱性激发剂2～6％。所述磷石膏路堤材料可以同时具备高强度、不易裂开和水稳定强的优点。

Description

一种磷石膏路堤填料及其应用、公路路面基层的制备方法

技术领域

本发明涉及路堤填料技术领域，尤其涉及一种磷石膏路堤填料及其应用、公路路面基层的制备方法。

背景技术

磷石膏是用硫酸分解磷矿萃取磷酸过程中的副产物，磷石膏主要成分包括硫酸钙、磷化合物、可溶性氟化物和有机物等，目前主要采取堆存的方式处理。但由于市场认可度不高，磷石膏的实际利用率严重偏低。导致磷石膏的主要问题是库存量大且每年都在不断的新增。因此，磷石膏的资源化利用成为国内外研究重点。目前国内外处理和处置磷石膏的方法主要包括用于水泥工业，如制硫酸联产水泥、水泥缓凝剂或生产石膏建材制品等。尽管磷石膏的利用途径很多，但受多方面因素的影响，以上利用方法均未得到大幅度推广和应用。例如，中国专利CN202011612325.7公布了一种磷石膏生产水泥联产硫酸的生产方法，其制备的硫酸联产水泥技术虽然成熟，但投资大，磷石膏利用量掺量少，早已没有经济性；中国专利CN201310649891.9公布了一种利用磷石膏制备石膏砌块的方法，其制备的石膏建材制品强度不高、并且处理成本过高且质量品质不稳定等因素造成市场推广艰难。

JTG/T 3610-2019《公路路基施工技术规范》规定车行道、人行道及非机动车道路基填料及压实度的最小强度应符合下列规定：压实度满足重型击实试验标准，填料最小强度满足路基填料强度指标。填方或挖方的填料最小强度为6％，压实度按重型击实试验标准应大于94％。机动车道土基回弹模量大于30MPa，人行道土基回弹模量大于30MPa。JTG D30-2015《公路路基设计规范》明确指出要保证工业废渣路堤具有足够的强度和稳定性，防止工业废渣对环境造成污染。按照GB/T 15555《固体废物浸出毒性测定方法》测得磷石膏路堤填料浸出液中的总磷、氟化物及总金属的含量，需满足GB3838-2002《地表水环境质量标准》、满足GB/T14848-2017《地下水质量》标准、满足GB/T14848-2017《农田灌溉水质标准》。施工工艺满足《普通填料路基填筑施工工艺标准》。也就是说，作为路堤填料需要同时满足高强度、不易开裂以及水稳定性强的特点。

但是，现有的磷石膏应用到路面基层当中存在易开裂、易水蚀和强度衰减快的问题，难以做到同时具备高强度、不易开裂、水稳定性强的路堤填料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷石膏路堤填料及其应用、公路路面基层的制备方法，所述磷石膏路堤材料可以同时具备高强度、不易裂开和水稳定强的优点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种磷石膏路堤填料，按质量百分比计，包括磷石膏88～95％、矿物掺合料3～6％和碱性激发剂2～6％。

优选的，所述矿物掺合料包括矿粉、煤矸石和粉煤灰中的一种或几种。

优选的，所述矿粉包括S95级粒化高炉矿渣粉。

优选的，所述碱性激发剂包括普通硅酸盐水泥、电石渣和生石灰中的一种或几种。

优选的，所述普通硅酸盐水泥包括PO 42.5普通硅酸盐水泥。

优选的，所述磷石膏为堆积1年以上的原状磷石膏。

优选的，所述磷石膏路堤填料的pH≥12.5，含水率为18～30wt％。

本发明还提供了上述技术方案所述的磷石膏路堤填料在公路路面基层中的应用。

本发明还提供了一种公路路面基层的制备方法，包括以下步骤：

按照上述技术方案所述的配比，将所述磷石膏、矿物掺合料、碱性激发剂和水混合，得到磷石膏路堤填料；

采用分层填筑法，将所述磷石膏路堤填料依次进行摊铺、压实和养护成型，得到所述公路路面基层。

本发明提供了一种磷石膏路堤填料，按质量百分比计，包括磷石膏88～95％、矿物掺合料3～6％和碱性激发剂2～6％。本发明采用矿物掺合料和碱性激发剂与磷石膏复合，所形成的大掺量磷石膏路堤填料的7d和28d的无侧限抗压强度较高，水稳定系数较好，具有一定的微膨胀性能，不易开裂，压实度满足重型击实试验标准，填料最小强度满足路基填料强度指标，且浸出液中总磷、氟化物含量可达到地表水五类水平。重金属有害物质满足GB3838-2002《地表水环境质量标准》。含量都在标准范围内，不会对环境造成污染，所制备的路堤填料具备功能性、经济性、环保性，从而实现磷石膏大掺量应用于路堤填料；

同时，发明所用磷石膏95％以上为工业固废物，可将大掺量磷石膏应用于路堤填料，是一种大规模利用磷石膏的新路径，能有效地解决磷石膏堆积问题；

本发明可大规模消纳固废产品，在保证甚至提高产品性能的同时降低成本，且不会污染环境；

本发明可大规模、低成本、高附加值地进行固废资源化利用，具有强大的经济效益和环保效益。

本发明还提供了一种公路路面基层的制备方法，包括以下步骤：按照上述技术方案所述的配比，将所述磷石膏、矿物掺合料、碱性激发剂和水混合，得到磷石膏路堤填料；采用分层填筑法，将所述磷石膏路堤填料依次进行摊铺、压实和养护成型，得到所述公路路面基层。本发明所提供的方法可以大幅提高磷石膏路堤填料的抗压强度和水稳定性，且不易开裂、制备方法简单、易于操作。

附图说明

图1为公路路面基层的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种磷石膏路堤填料，按质量百分比计，包括磷石膏88～95％、矿物掺合料3～6％和碱性激发剂2～6％。

在本发明中，所述磷石膏路堤填料的pH优选≥12.5，更优选为12.5～13.0，最优选为12.5；含水率优选为18～30wt％，更优选为18～20％；所述磷石膏路堤填料的含水率优选通过添加水实现。

按质量百分比计，本发明所述磷石膏路堤填料包括88～95％的磷石膏，优选为90～93％。在本发明中，所述磷石膏的细度优选为80μm筛余量为5％～30％，更优选为80μm筛余量为5％～20％，最优选为80μm筛余量为≤10％。在本发明中，所述磷石膏优选为堆积1年以上的原状磷石膏。在本发明中，堆积1年以上的原状磷石膏的pH值≥3.5，水溶性磷≤0.05％，水溶性氟≤0.3％，水溶性磷和氟会附着在石膏晶体表面，阻碍磷石膏的溶解使其硫离子难以溶解出来激发矿物掺合料的活性，最终降低了填料的后期强度，而堆积1年以上的磷石膏中的水溶性磷和氟相比新生产出来的磷石膏下降了95％～80％。

按质量百分比计，本发明所述磷石膏路堤填料包括3～6％矿物掺合料，优选为4～5％。在本发明中，所述矿物掺合料优选包括矿粉、煤矸石和粉煤灰中的一种或几种，更优选包括S95级粒化高炉矿渣粉；当所述矿物掺合料为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述矿物掺合料的比表面积优选为300～500m²/kg，更优选为400～500m²/kg，最优选为500m²/kg。

按质量百分比计，本发明所述磷石膏路堤填料包括2～6％的碱性激发剂，优选为3～5％，更优选为3.5～4.5％。在本发明中，所述碱性激发剂优选包括普通硅酸盐水泥、电石渣和生石灰中的一种或几种，更优选包括PO 42.5普通硅酸盐水泥；当所述碱性激发剂为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述碱性激发剂的比表面积优选为≥300m²/kg，更优选为≥400m²/kg，最优选为≥500m²/kg。

本发明对所述磷石膏路堤填料的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合过程将所述磷石膏、矿物掺合料和碱性激发剂混合均匀即可。

本发明还提供了上述技术方案所述的磷石膏路堤填料在公路路面基层中的应用。

本发明还提供了一种公路路面基层的制备方法，包括以下步骤：

按照上述技术方案所述的配比，将所述磷石膏、矿物掺合料、碱性激发剂和水混合，得到磷石膏路堤填料；

采用分层填筑法，将所述磷石膏路堤填料依次进行摊铺、压实和养护成型，得到所述公路路面基层。

本发明按照上述技术方案所述的配比，将所述磷石膏、矿物掺合料、碱性激发剂和水混合，得到磷石膏路堤填料。

在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌优选采用连续式双轴搅拌机或强制搅拌机进行；本发明对所述搅拌的条件中没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。

得到磷石膏路堤填料后，本发明采用分层填筑法，将所述混合料依次进行摊铺、压实和养护成型，得到所述公路路面基层。

在本发明中，所述分层填筑法优选为三阶段(准备阶段、施工阶段和竣工阶段)、四区段(卸料区、摊铺区、碾压区、检测区)、十二流程(填料检测、检测签认、基底处理、填料生产、分段分层摊铺平整、含水率检测、振动碾压、压实度检测、覆膜养护、补水养护、路基成型和边坡护理)的水平分层填筑法(如图1所示)，在本发明中，所述振动碾压优选采用18t以上的碾压机进行；所述覆膜养护的时间优选为3d～7d；所述补水养护的时间优选为7d～14d。

本发明对所述摊铺、压实和养护成型的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行并满足JTG/T 3610-2019《公路路基施工技术规范》即可。

下面结合实施例对本发明提供的磷石膏路堤填料及其应用、公路路面基层的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1～12

磷石膏路堤填料的组成和配比如表1所示；

其中磷石膏是堆积1年以上的磷石膏，粒径为80μm筛余量为20％，矿粉为S95级粒化高炉矿渣粉，水泥为PO 42.5普通硅酸盐水泥，生石灰的比表面积为≥400m²/kg，电石渣的比表面积为≥300m²/kg，煤矸石的比表面积为≥300m²/kg，粉煤灰为三级粉煤灰；

表1实施例1～2所述磷石膏路堤填料的组分配比

应用方法：将所述磷石膏、矿物掺合料、碱性激发剂和水混合，得到磷石膏路堤填料；

将所述混合料用车运输到工地，采用分层填筑、分层压实的工艺进行施工，填筑时用摊铺机摊开，平地机整平，重型震动碾压机分层压实，分层填筑法压实的最大松铺层厚度需满足JTG/T 3610-2019《公路路基施工技术规范》，机器处理不到的用人工配合摊铺。确保工序清晰、施工连续。实施例均满足相关规范。具体施工工艺流程图如图1所示。

测试例

按照配比将实施例1～12所述磷石膏路堤填料的组分和水搅拌混合，得到磷石膏路堤填料；

将所述混合料填筑在Ф150mm×150mm模具中并平均分三层填满，每层填料后用压力机压实，每层压力为290kN，最后一层压实完后静停3min后再脱膜，然后放入混凝土标准养护箱中进行养护，得到待测试样；

测试所述待测试样不同龄期的无侧限抗压强度和水稳定系数：

按照《CBR试验规程》测试所述待测试样45d龄期的最小承载比(2.5mm)：

将养护龄期为28d的待测试样烘干至恒重，进行干抗压强度的测试；

将所述待测试样放入水中吸水饱和，24h后去除，擦干试块表面，然后进行抗压强度测试；

水稳定性用饱水抗压强度与干抗压强度的比值表示；

线性膨胀率由净浆试验法测得。用GB/T 15555《固体废物浸出毒性测定方法》中的分光光度计法和电极法测浸出液中的总磷、氟化物及总金属的含量满足标准。

测试结果如表2所示：

表2实施例1～12所述磷石膏路堤填料的性能参数

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 (9)

1.一种磷石膏路堤填料，其特征在于，按质量百分比计，包括磷石膏88～95％、矿物掺合料3～6％和碱性激发剂2～6％。

2.如权利要求1所述的磷石膏路堤填料，其特征在于，所述矿物掺合料包括矿粉、煤矸石和粉煤灰中的一种或几种。

3.如权利要求2所述的磷石膏路堤填料，其特征在于，所述矿粉包括S95级粒化高炉矿渣粉。

4.如权利要求1所述的磷石膏路堤填料，其特征在于，所述碱性激发剂包括普通硅酸盐水泥、电石渣和生石灰中的一种或几种。

5.如权利要求4所述的磷石膏路堤填料，其特征在于，所述普通硅酸盐水泥包括PO42.5普通硅酸盐水泥。

6.如权利要求1所述的磷石膏路堤填料，其特征在于，所述磷石膏为堆积1年以上的原状磷石膏。

7.如权利要求1～6任一项所述的磷石膏路堤填料，其特征在于，所述磷石膏路堤填料的pH≥12.5，含水率为18～30wt％。

8.权利要求1～7任一项所述的磷石膏路堤填料在公路路面基层中的应用。

9.一种公路路面基层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将权利要求1～7任一项所述的磷石膏、矿物掺合料、碱性激发剂和水混合，得到磷石膏路堤填料；

采用分层填筑法，将所述磷石膏路堤填料依次进行摊铺、压实和养护成型，得到所述公路路面基层。

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