CN117550868A - 一种大掺量磷石膏基流态固化土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大掺量磷石膏基流态固化土，各组分及其所占重量份数包括：磷石膏295～595份，复合外加剂1.5～2.5份，水100～150份，固化剂50～75份；其中，固化剂以工业固废、水泥和激发剂为主要原料混合得到，复合外加剂以减水剂和增粘剂为主要原料复配而成。本发明所述磷石膏基流态固化土可高效固化磷石膏的有害杂质，有效解决大掺量磷石膏制备流态固化土时存在的早强低、难以凝结等问题；可有效改善流动度、均匀性和泌水程度等工作性能，并同步提升所得流态固化土的工作性能和强度性能等，实现在实际施工应用中的连续生产；且涉及的制备方法简单、操作方便，具有显著的经济和环境效益。

Description

一种大掺量磷石膏基流态固化土及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种大掺量磷石膏基流态固化土及其制备方法。
背景技术
磷石膏(PG)是湿法制磷酸过程中生产的工业废物，其主要成分为CaSO4·2H2O。生产1吨磷酸会产出约5.0吨磷石膏，通常含有残留的五氧化二磷和少量杂质，pH值约2.1～5.0。其中含有的杂质包括放射性元素、微量重金属和其他可能污染土壤和水的化学元素，由于这些杂质的存在，限制了其在建筑工业中有效应用(通常采用天然石膏)，从而导致了大量的工业储备。目前，主要将磷石膏运输到堆场中进行露天堆放处理，占用大量土地，对环境危害很大。全球每年产磷石膏2～3亿吨磷石膏，累计超过56亿吨，但全球磷石膏的年综合利用率仅约为10％，如何实现大量堆积的磷石膏进行大掺量、高附加值的利用已然迫在眉睫。
此外，受限于部分施工条件，难以采用传统的回填土料压实法进行填筑；若不能保证压实质量，将引起后期回填土沉降，甚至将引起地表塌陷或建筑物移位等问题。流态固化土是一种新型环保的回填材料，其为将土、固化剂、外加剂和水等按配比进行拌和形成的一种大流态、可塑性极强的建筑用材。在不同的施工过程中，流态固化土以流体状态存在，可塑性强，可利用其流动性的特性填充建筑空间的任何部位；且用于工程中强度调整范围很大(通常0.4～15MPa)。
流态固化土相比常规回填土具有无需压实便可拥有足够密实度的优良特点，其依靠自身材料的理化作用，能够在1～2天内凝结成固体，形成一个水稳定性强的整体。固化土常规的施工工艺中，经历了从流态到固态的转化。在施工过程中，早期需要满足泵送和压灌的要求，应具备大流态、均匀程度高、不泌水等工程特性，才能在施工过程中无堵塞、连续生产；后期养护成型的过程中，需要满足快硬早强的特点，满足不同场景的施工要求。目前，流态固化土的固化主体大多采用常规土(通常选用原位土、淤泥、粘土等)将磷石膏用于流态固化土还需考虑磷石膏自身含有可溶性磷、氟以及重金属等杂质的环保问题，此外，磷石膏用作建筑材料时，存在早期强度低、凝结时间慢、流动性差等缺陷，进一步限制其资源化(尤其大掺量)应用。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种大掺量磷石膏基流态固化土，通过优化原状磷石膏的级配、外加剂与固化剂的选材和配比，高效固化磷石膏的有害杂质(可溶磷、可溶氟以及重金属元素等)并同步提升所得流态固化土的工作性能(流动度、均匀性和泌水程度等)和力学性能等，有效解决大掺量磷石膏制备流态固化土时存在的早强低、难以凝结等问题，能够实现在实际施工应用中的连续生产；且涉及的制备方法简单、操作方便，具有显著的经济和环境效益。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种大掺量磷石膏基流态固化土，各组分及其所占重量份数包括：磷石膏295～595份，复合外加剂1.5～2.5份，水100～150份，固化剂50～75份；其中，固化剂以工业固废、水泥和激发剂为主要原料混合得到，复合外加剂以减水剂和增粘剂为主要原料复配而成。
上述方案中，所述工业固废、激发剂与水泥的质量比为(30～60):(2～5):5。
上述方案中，所述工业固废可选用粒化高炉矿渣、粉煤灰、钢渣粉、磷渣等具有潜在活性的材料中的一种或几种；其比表面积为400～500m2/kg。
上述方案中，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其强度等级不低于P.O42.5，比表面积为300～400m2/kg。
上述方案中，所述激发剂包括快硬型硫铝酸盐水泥(SAC)和碱性激发组分。
进一步地，所述碱性激发组分可选用氢氧化钠(NaOH)、生石灰(CaO)、氢氧化钾(KOH)、水玻璃等中的一种或几种。
优选的，所述碱性激发组分为生石灰。
优选的，所述激发剂中快快硬型硫铝酸盐水泥(SAC)的含量为60～80％。
上述方案中，所述固化剂主要采用水泥、工业固废以及激发剂三类成分混合制备，激发剂在固化剂中主要采取复掺的形式，其对流态固化土流态状态时的流动性能以及由流态转换为固态的过程中的凝结时间能够进行精准调控；硅铝酸盐水泥在发挥对磷石膏的固化作用的同时，可有效激发工业固废材料的潜在活性；工业固废采取的是具备潜在活性的材料，其作为活性SiO2和Al2O3的主要来源，能为形成钙矾石和C-S-H凝胶提供充足的铝相和硅氧基团；三种激发体系协同促进整体发生反应，同时能够与磷石膏这一气硬性材料发生反应；所得磷石膏基流态固化土在空气以及水中均能硬化，被固化的材料兼具良好的工作性能和力学性能。
上述方案中，所述增粘剂与减水剂的质量比为1:(2～4)。
上述方案中，所述减水剂为聚羧酸高性能减水剂，其固含量不低于12％，减水率不低于25％。
上述方案中，所述增粘剂可选用黄原胶、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种，其粘度为8～10万。
上述方案中，所述外加剂与固化剂的质量比为1:(28～39)。
上述方案中，所述磷石膏的主要化学组成为CaO和SO3，主要成分为CaSO4·2H2O，密度为2.05～2.45g/cm3，pH值为1.5～4.5，CaSO4·2H2O质量分数不小于75％，水溶性P2O5质量分数不大于0.80％，水溶性F-质量分数不大于0.50％。其中磷石膏在使用前需过4.75mm标准筛，并在制备磷石膏基流态固化土前测定此部分磷石膏的含水率，磷石膏的附着水含量不超过20％。
本发明还提供了一种大掺量磷石膏基流态固化土的制备方法，包括以下步骤：
S1、原料预处理：将原状磷石膏过4.75mm标准筛，并在使用前测定此部分磷石膏的测定其含水率；
S2、制备固化剂和复合外加剂：将工业固废、水泥和激发剂按比例混合均匀，制得固化剂；按比例称量减水剂和增粘剂，并将其均匀溶于水中，制得复合外加剂；
S3、制备大掺量磷石膏基流态固化土拌合物：将称取的固化剂和磷石膏混合于搅拌锅中，然后将配置好的复合外加剂倒入搅拌锅中，搅拌均匀(3～5min)，得大掺量磷石膏基流态固化土拌合物；
S4、浇筑、养护：将所得流态固化土混合料进行浇注、成型、养护，即得大掺量磷石膏基流态固化土试件。
上述方案中，经过4.75mm标准筛的原状磷石膏的粒径级配需保证在表1所示的范围内。
表1 原状磷石膏的级配要求
粒径(mm) d＜0.08mm 0.08mm≤d＜2mm 2mm≤d＜4.75mm
筛分百分比(％) 20～35 30～45 20～35
上述方案中，外加水需要扣除原状磷石膏的附着水，附着水质量根据磷石膏的含水率所得。
固化后的磷石膏基流态固化土产品可运用到肥槽回填等工程之中。
根据上述方案制备的大掺量磷石膏基流态固化土，其拌和物流动度为180～210mm，极限剪切应力为45～65Pa，初凝时间不小于1h，终凝时间不大于24h，28d抗压强度为1.7～14.5MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明所述大掺量磷石膏基流态固化土采用磷石膏完全取代常规土，可实现磷石膏的高掺量(高达80％)资源化利用；且本发明采用的磷石膏无需借助额外的预处理工艺(仅需简单的筛分步骤)，极具有实际工程应用价值；所得固化土兼具良好的工作性能和力学性能；
2)本发明所述固化剂包括少量水泥与大量工业固废(矿渣粉、粉煤灰、钢渣粉等固废掺量可达80％以上)，首先对作为土料的磷石膏采用简单的筛分预处理工艺优化其级配，使其能够满足流态土快硬早强的施工要求，同时促使所得产品更具大流态的工程特性；进一步结合利用工业固废、水泥以及少量激发剂组成的固化剂，利用其与作为土料的磷石膏共同发生物理作用和化学反应、激发效应；同时结合减水剂与增粘剂组成的复合外加剂，对流态固化土的流动性能、凝结时间以及极限剪切应力等工作性能的调节和优化；本发明充分结合磷石膏预处理(简单筛分)、固化剂和外加剂等调控作用，所得流态固化土流动性可控、无泌水、施工速度快、固化强度高、匀质性好、成本低、适用范围广；
3)本发明所得磷石膏基流态固化土在满足相关施工、工程性能指标要求的前提下，可实现多种固体废弃物高效资源化利用，可实现对可溶磷、可溶氟以及重金属等离子的高效固化，具有显著的经济和环境效益。
附图说明
图1为极限剪切应力测试装置的结构示意图；
图2为本发明所述磷石膏基流态固化土的固化机理图；
图3为实施例1和对比例1所得磷石膏基流态固化土的XRD图；
图4为实施例1所得磷石膏基流态固化土的SEM图，其中右图为局部放大图；
图5为对比例1所得磷石膏基流态固化土的SEM图，其中左图和右图选取不同的视角进行拍摄。
具体实施方式
本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以下实施例中，采用的磷石膏取自湖北某化工股份有限公司，通过XRF测得磷石膏主要化学组成是CaO和SO3；由XRD测得磷石膏的主要矿物成分为CaSO4·2H2O；其附着水质量分数为12.7％，CaSO4·2H2O质量分数为80.9％，水溶性P2O5质量分数为0.04％，水溶性F-质量分数为0.1％；密度为2.35g/cm3，pH值为2.7。其中磷石膏在使用前需过4.75mm标准筛，并在制备磷石膏基流态固化土前测定此部分磷石膏的含水率。
采用的工业固废为S95级粒化高炉矿渣粉，测定矿渣粉比表面积为424m2/kg，通过X射线荧光光谱分析(XRF)，测定矿渣粉的主要成分为CaO、Al2O3和SiO2。
采用的水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级为P.O 42.5。
采用的激发剂为快硬型硫铝酸盐水泥(SAC)、生石灰、氢氧化钠和水玻璃。
采用的减水剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸高性能减水剂，固含量为12％，减水率为25％。
采用的增粘剂为上海臣启化工科技有限公司的羟丙基甲基纤维素(HPMC)，十万粘度。
采用的混凝土性能测试方法包括：
(1)流动度：将新拌的大掺量磷石膏基流态固化土浆料缓慢倒入截锥圆模中，所述截锥圆模的尺寸为：上口直径为36mm，下口直径为60mm，高度为60mm。
(2)泌水程度：由于流态固化土的泌水程度无规定参数指标来测定，本发明通过实验过程中的肉眼观察对其进行描述。
(3)凝结时间：将新拌的大掺量磷石膏基流态固化土浆料倒入试模中，所述试模的尺寸为：试模为深40mm±0.2mm、顶内径Φ65mm±0.5mm、底内径Φ75mm±0.5mm的截顶圆锥体。每只试模应配备一个大于试模、厚度≥2.5mm的平板玻璃底板进行凝结时间的测定。
(4)抗压强度：将边长为100mm的大掺量磷石膏基流态固化土试块，测量不同龄期的抗压强度。
(5)极限剪切应力：本实验采用图1所示的仪器测量新拌的大掺量磷石膏基流态固化土的极限剪切应力，具体测量步骤如下：将新搅拌的大掺量磷石膏基流态固化土料浆料放入内径170mm，高度100mm的圆柱形容器中；将嵌入浆料中的塑料片用拉伸计(精度：10-4N)钩住，并以恒定的速度缓慢拉出。然后用下式计算料浆的极限剪切应力：
在这个公式中，F是张力计的测量值(单位：N)；b是切片的宽度(单位：m)；h是切片的嵌入深度(单位：m)；τm是固化土的极限剪应力(单位：Pa)。
(6)浸出液总磷浓度：将所制备的磷石膏基流态固化土样品养护至28天后进行强度测试，收集所破坏的试样并将其研磨过0.08mm标准筛，按照样品：水＝1:10的比例，采用HJ557-2009《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》制浸出液，浸泡一个月后过滤。采用紫外可见分光光度计对其浸出液进行总磷浓度检测。
(7)固体样品总氟含量：将所制备的磷石膏基流态固化土样品养护至28天后进行强度测试，收集所破坏的试样并将其研磨过0.08mm标准筛过筛，采用离子选择电极法对其过筛后的固体样品进行总氟含量检测。
实施例1
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法包括如下步骤：
1)原料称取，各原料及其所占重量份数为：磷石膏295份，固化剂57.5份(其中矿渣粉50份，普通硅酸盐水泥5份，快硬型硫铝酸盐水泥2份，水玻璃0.5份)，复合外加剂1.5份(其中聚羧酸高性能减水剂1份，羟丙基甲基纤维素0.5份)，水(包含原状磷石膏中的含水量)100份；其中，采用的磷石膏在使用前，首先将原状磷石膏过4.75mm标准筛(具体级配要求见表2)，并在使用前一天测定其含水率，保证其附着水含量不大于20％；采用的原状磷石膏浸出液的总磷浓度为1.3146684mg/L，其干基的总氟含量为0.12％；
2)将称取的矿渣粉、水泥和激发剂按比例混合均匀，制得固化剂；按比例称量高效聚羧酸减水剂和增粘剂，并将其均匀溶于水中，制得外加剂；
3)将称取的固化剂和磷石膏混合于搅拌锅中；然后将所制备的外加剂溶液倒入搅拌锅中，搅拌3～5分钟至均匀，得大掺量磷石膏基流态固化土；
4)浇筑、养护：将所得流态固化土混合料进行分层浇注，现场施工过程中采取覆膜或覆被(冬季施工)养护1～2d达到可上人强度，即得大掺量磷石膏基流态固化土试件。
表2 实施例1采用原状磷石膏的级配要求
粒径(mm) d＜0.08mm 0.08mm≤d＜2mm 2mm≤d＜4.75mm
筛分百分比(％) 25.79 40.59 33.62
本实施例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表3。
表3 实施例1所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
实施例2
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏445份，固化剂57.5份(其中矿渣粉50份，普通硅酸盐水泥5份，快硬型硫铝酸盐水泥2份，水玻璃0.5份)，复合外加剂2份(其中聚羧酸高性能减水剂1.5份，羟丙基甲基纤维素0.5份)，水120份(包含原状磷石膏中的含水量)。
本实施例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表4。
表4 实施例2所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
实施例3
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏595份，固化剂70份(其中矿渣粉60份，普通硅酸盐水泥5份，快硬型硫铝酸盐水泥4份，氢氧化钠1份)，复合外加剂2.5份(其中聚羧酸高性能减水剂2份，羟丙基甲基纤维素0.5份)，水150份(包含原状磷石膏中的含水量)。
本实施例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表5。
表5实施例3所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
实施例4
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏355份，固化剂57.5份(其中矿渣粉50份，普通硅酸盐水泥5份，快硬型硫铝酸盐水泥1.8份，水玻璃0.7份)，外加剂1.8份(其中聚羧酸高性能减水剂1.3份，羟丙基甲基纤维素0.5份)，水110份(包含原状磷石膏中的含水量)。
本实施例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表6。
表6实施例4所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
实施例5
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏295份、固化剂57.5份(矿渣粉50份、普通硅酸盐水泥5份、快硬型硫铝酸盐水泥2份，生石灰0.5份)、外加剂1.5份(聚羧酸高性能减水剂1份、羟丙基甲基纤维素0.5份)、水100份。
本实施例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表7。
表7实施例5所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
对比例1
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏595份，固化剂70份(其中矿渣粉62份，普通硅酸盐水泥3份，快硬型硫铝酸盐水泥1份，氢氧化钠4份)，复合外加剂2.5份(其中聚羧酸高性能减水剂2份，羟丙基甲基纤维素0.5份)，水150份。
本对比例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表8。
表8对比例1所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
对比例2
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏295份，固化剂57.5份(其中矿渣粉50份，普通硅酸盐水泥5份，快硬型硫铝酸盐水泥2份，水玻璃0.5份)，复合外加剂1.5份(其中聚羧酸高性能减水剂0.5份，羟丙基甲基纤维素1份)，水100份。
本对比例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表9。
表9对比例2所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
对比例3
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏445份，固化剂57.5份(其中矿渣粉50份，普通硅酸盐水泥5份，NaOH 2份，水玻璃0.5份)，复合外加剂2份(其中聚羧酸高性能减水剂1.5份，羟丙基甲基纤维素0.5份)，水120份。
本对比例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表10。
表10 对比例3所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
对比例4
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏295份(使用的磷石膏的级配如表11)，固化剂57.5份(其中矿渣粉50份，普通硅酸盐水泥5份，快硬型硫铝酸盐水泥2份，水玻璃0.5份)，复合外加剂1.5份(其中聚羧酸高性能减水剂1份，羟丙基甲基纤维素0.5份)，水100份。
表11 对比例4使用的磷石膏粒径级配
粒径(mm) d＜0.08mm 0.08mm≤d＜2mm 2mm≤d＜4.75mm d≥4.75mm
筛分百分比(％) 14.19 27.33 27.14 31.34
本对比例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表12。
表12 对比例4所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
对比例5
一种大掺量磷石膏基流态固化土，其制备方法与实施例1大致相同，不同之处在于，各原料及其所占重量份数为：磷石膏295份，固化剂60份(其中矿渣粉52.5份，普通硅酸盐水泥5份，快硬型硫铝酸盐水泥2份，水玻璃0.5份)，复合外加剂2.5份(其中聚羧酸高性能减水剂1.7份，羟丙基甲基纤维素0.8份)，水110份。
本对比例所得大掺量磷石膏基流态固化土的主要性能测试结果见表13。
表13对比例5所得大掺量磷石膏基流态固化土的性能测试结果
从表2～12可得出，本发明实施例1～5所得磷石膏基流态固化土不同龄期的抗压强度、流动度、极限剪切应力以及凝结时间等工作性能(流动度、泌水性能和凝结性能等)和力学性能均符合施工应用场景对流态固化土的要求，同时对磷离子具有优良的固化作用。实施例1～5所得流态固化土的浸出液总磷浓度相比原状磷石膏浸出液的总磷浓度明显下降，且对应固体样品总氟含量相比原状磷石膏的固体样品总氟含量有所下降；所得浸出液的总磷浓度均符合《地表水环境质量标准GB3838-2018》的标准限值，实施例固体试样的总氟含量均符合DB4205/T 63-2019《磷石膏及其综合利用产品质量标准》的二级指标。
与实施例1相比，对比例1、2、4所得固化土材料力学性能以及工作性能均有所下降，不满足流态固化土的施工要求；对比例3所述固化剂中采用氢氧化钠与水玻璃复配的激发剂组分，其早期强度发展得很快，但是发生了强度倒缩的现象，且工作性能显著降低(流动度、泌水问题和凝结性能等)，流态固化土中的磷、氟离子也得不到很好的固化，其环保性能不满足要求；对比例5所得流态固化土的凝结时间快速缩短、流动性能大幅度下降，与实施例1对比，其力学性能也有所下降，也就是说当固化剂与外加剂的配比不在本发明规定范围内时所制备流态固化土的各项性能也均会下降。
为了更好阐述本发明的大掺量磷石膏基流态固化土表现的优越性能，进一步对内部体系中的固化机理研究分析如下：
大掺量磷石膏在使用过程中有一系列的技术应用难点，磷石膏作为一种气硬性胶凝材料，自身无强度，其含有少量的可溶性磷、氟与重金属杂质；并且由于磷石膏的pH值低，致使其溶解度低，不能直接作为主要的建筑材料使用。本发明通过调控固化剂与外加剂各自与相互之间的成分比例，经过简单筛分手段调节磷石膏的粒径级配，制备出来的大掺量磷石膏基流态固化土各项性能优越。图2为大掺量磷石膏流态固化土的固化机理图，当磷石膏基流态固化土遇水后，磷石膏中的Ca2+、SO4 2-将会暴露在体系中，此时固化剂的三个组分将以不同形式与其发生水化反应：固化剂中少量的激发剂主要是有利于形成必要的碱性反应条件；并且通过碱激发剂与快硬型硫铝酸盐水泥的叠加复配作用，能够进一步提升流态固化土的早期强度；与单掺同等量的碱激发剂手段相比，本发明将碱激发剂与快硬型硫铝酸盐水泥复配，可有效改善流态固化土的工作性能(泌水、流动度等)、耐久性能(开裂等)和长期抗压强度不足等问题，同时可有效提高对磷、氟离子的固化效果，实现固化磷石膏中的磷、氟等离子以及逐渐发展力学强度的预设目标。
实施例1和对比例1的28d龄期XRD图3所示，结果表明：实施例1所得产物中的钙矾石的峰值相比对比例1的高且多，而对比例1中石膏的峰值相对较高。如SEM图4所示，本发明所得流态固化土在28d龄期时生成大量的钙矾石，并且存在絮状胶凝状产物(C-S-H凝胶)填充与体系内部的孔隙中，将未反应的二水石膏与钙矾石搭接起来。而SEM图5可以观察到对比例1直至28d龄期时仍存在大量独立分布的二水石膏以及微量生成的钙矾石和C-S-H凝胶。本发明所得流态固化土基于上述微观调控机制，可表现出优异的工作性能和力学性能。
本发明采用的磷石膏同时用作化学反应原料和与水化产物搭接的细集料，这使其结构比只具有单一反应的体系更紧凑、密实。所得磷石膏基流态固化土在资源化利用大宗固废的宗旨上，保证其力学性能、工作性能优越，同时对磷石膏中磷、氟等杂质离子发挥较好的固化作用。
显然，上述优选实施例仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大掺量磷石膏基流态固化土，各组分及其所占重量份数包括：磷石膏295～595份，复合外加剂1.5～2.5份，水100～150份，固化剂50～75份；其中，固化剂以工业固废、水泥和激发剂为主要原料混合得到，复合外加剂以减水剂和增粘剂为主要原料复配而成。
2.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述工业固废、激发剂与水泥的质量比为(30～60):(2～5):5。
3.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述工业固废为粒化高炉矿渣、粉煤灰、钢渣粉、磷渣中的一种或几种；其比表面积为400～500m2/kg。
4.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其强度等级为P.O 42.5以上，比表面积为300～400m2/kg。
5.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述激发剂包括快硬型硫铝酸盐水泥和碱性激发组分。
6.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述增粘剂与减水剂的质量比为1:(2～4)。
7.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述增粘剂为黄原胶、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的一种或几种，其粘度为8～10万。
8.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述磷石膏的主要成分为CaSO4·2H2O，CaSO4·2H2O含量为75wt％以上，水溶性P2O5的含量为0.80wt％以下，水溶性F-含量为0.50wt％以下。
9.根据权利要求1所述的大掺量磷石膏基流态固化土，其特征在于，所述磷石膏中颗粒粒径d的级配要求包括：d＜0.08mm 20～35％，0.08mm≤d＜2mm 30～45％，2mm≤d＜4.75mm20～35％。
10.权利要求1～9任一项所述大掺量磷石膏基流态固化土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、原料预处理：将原状磷石膏过4.75mm标准筛，并在使用前测定其含水率；
S2、制备固化剂和复合外加剂：将工业固废、水泥和激发剂按比例混合均匀，制得固化剂；按比例称量减水剂和增粘剂，并将其均匀溶于水中，制得复合外加剂；
S3、制备大掺量磷石膏基流态固化土拌合物：将称取的固化剂和磷石膏混合，然后加入复合外加剂搅拌均匀，得大掺量磷石膏基流态固化土拌合物；
S4、浇筑、养护：将所得流态固化土拌合物进行浇注、成型、养护，即得所述大掺量磷石膏基流态固化土试件。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109608145A (zh) * 2019-01-21 2019-04-12 中铁隧道局集团有限公司 一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料及使用方法
CN113307591A (zh) * 2021-05-25 2021-08-27 武汉理工大学 一种多源固废复合高流态回填材料及其制备方法和应用
CN113716927A (zh) * 2021-08-31 2021-11-30 深圳市颐泰中和科技有限公司 一种磷石膏基土壤固化剂、制备方法与固化试样及其制备方法
CN114956761A (zh) * 2022-06-16 2022-08-30 中建三局集团有限公司 一种磷石膏基生态水泥泡沫轻质土及其制备方法
CN115028421A (zh) * 2022-05-18 2022-09-09 中国地质大学（武汉） 一种硅铝酸盐胶凝材料固化的磷石膏路基填料及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109608145A (zh) * 2019-01-21 2019-04-12 中铁隧道局集团有限公司 一种用于回填工程的可硬性磷石膏基注浆材料及使用方法
CN113307591A (zh) * 2021-05-25 2021-08-27 武汉理工大学 一种多源固废复合高流态回填材料及其制备方法和应用
CN113716927A (zh) * 2021-08-31 2021-11-30 深圳市颐泰中和科技有限公司 一种磷石膏基土壤固化剂、制备方法与固化试样及其制备方法
CN115028421A (zh) * 2022-05-18 2022-09-09 中国地质大学（武汉） 一种硅铝酸盐胶凝材料固化的磷石膏路基填料及制备方法
CN114956761A (zh) * 2022-06-16 2022-08-30 中建三局集团有限公司 一种磷石膏基生态水泥泡沫轻质土及其制备方法

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