新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料的制作方法[0002]随着我国经济的持续快速增长，工业固体废弃物的排放量也同步增长。尽管目前工业固体废弃物的利用呈稳步增长趋势，但利用率依旧很低，且主要集中在几种能大量在建筑材料领域直接利用的工业固体废弃物上，如粒化高炉矿渣、干排粉煤灰等，大多数工业固体废弃物目前的利用率还很低。如半水磷石膏，磷石膏是化学石膏中排放量最大的废料，以磷矿石和硫酸为原料生产磷酸、磷肥和其他磷酸盐的工厂，均有大量的磷石膏排出。通常每生产It磷酸，约排出5t磷石膏。近几年来，随着国民经济的发展，农业对磷复合肥需求量大大增加，各地建设了一大批磷铵厂，我国磷石膏排出量快速增加。磷石膏若不经处理而任意排放，不仅占用大量土地，污染环境，且给生态带来危害。[0003]目前，贵州省磷化工工业年排放磷石膏已超过1500万吨，排放的磷石膏大量堆积，严重侵占土地，污染环境，其利用率仅为10%。和大部分二水磷石膏特性不同，贵州川恒化工有限责任公司目前排放的磷石膏为半水磷石膏，年排放量约75万吨。为加大半水磷石膏的利用率，拟开发磷石膏路面基层材料，为半水磷石膏应用开辟新的途径，解决半水磷石膏带来的环境压力问题。[0004]目前新鲜半水磷石膏在路面基层中的应用尚无报道，二水磷石膏在路面基层材料中有所使用。如贵州开磷(集团)有限责任公司申请的专利:一种公路用改性磷石膏稳定层材料及其制备方法，专利号为201210273703.2，原料的配合比为:磷石膏30%~50%、改性剂10%~30%、砂石30%~60`%、水5%~50%。如武汉工程大学、云南磷化集团有限公司、武汉钼瑞科技有限公司共同申请的专利:一种道路路基填料及其制备方法，专利号为201210121568.X，其公开的原料配合比为:磷石膏为35— 60%、生石灰为4一 15%、粉煤灰为30— 50%，还加入磷石膏、生石灰和粉煤灰总质量2-6%的稳定剂；着重强调了稳定剂的作用，在未添加稳定剂的情况下，抗压强度不能满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)中有关抗压强度标准的要求，在添加了适当配比的稳定剂之后，水稳定性有了明显的提高，两次干湿循环后强度最高可达到2.0-2.5MPa，能够满足对抗压强度的要求。
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高路面基础无侧限抗压强度的新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料。[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料，原料按重量百分配比组成为:新鲜半水磷石膏20~85%、生石灰3~10%、红色粉煤灰或褐色粉煤灰10~75%。[0007]其中，上述材料中，原料按重量百分配比组成为:新鲜半水磷石膏65~85%、生石灰6~10%、红色粉煤灰或褐色粉煤灰10~25%。
[0008]进一步的，原料按重量百分配比组成为:新鲜半水磷石膏80%、生石灰8%、红色粉煤灰或褐色粉煤灰12%。
[0009]本发明中所述的新鲜半水磷石膏均指半水法湿法磷酸工艺副产未经烘干处理富含表面水的半水磷石膏。该半水磷石膏与天然石膏成分相近，产品质量达到国家质量监督检验检疫总局发布的GB/T23456-2009优等品要求，而且具有a型半水石膏的特性，转化后有一定胶凝性。
[0010]本发明中所述的红色粉煤灰是指在循环流化床产生的粉煤灰。由于燃烧温度高，残渣中铁以Fe2O3形式存在，故其颜色为红色，同时其中的Si02、、Ca0、Al203等具有较高的活性。
[0011]本发明中所述的褐色粉煤灰是指在一般燃煤炉中产生的粉煤灰。由于燃烧温度较循环流化床低，残渣中铁以Fe3O4形式存在，故其颜色为褐色，同时其中的Si02、、CaO、Al2O3的活性不高，且有较高的碳残渣。
[0012]其中，上述材料中，所述新鲜半水磷石膏的主要化学成分按重量百分比计为:SiO2I ~3%、Ca026 ~33%、S0338 ~44%、Ρ2050.4 ~1.0%、结晶水 5 ~7%、表面水 20 ~28%。
[0013]其中，上述材料中，所述生石灰的主要化学成分按重量百分比计为:Ca060~80%。
[0014]其中，上述材料中，所述红色粉煤灰的主要化学成分按重量百分比计为:Si0225.0 ~40.0%、Α120312.0 ~20.0%,C0.5 ~1.5%。
`[0015]其中，上述材料中，所述褐色粉煤灰的主要化学成分按重量百分比计为:Si0215.0 ~25.0%、Α12035.0 ~15.0%,C1.0 ~2.0%。
[0016]本发明还提供上述新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料的制备方法，即是将原料新鲜半水磷石膏、生石灰、以及红色粉煤灰或褐色粉煤灰按上述基层材料的原料配比拌合均匀即可。
[0017]本发明还提供新鲜半水磷石膏二灰路面基层的制备方法，即是将原料新鲜半水磷石膏、生石灰、以及红色粉煤灰或褐色粉煤灰按上述基层材料的原料配比拌合均匀，然后摊铺平整，经碾压后保湿养护，养护后即得到新鲜半水磷石膏二灰路面基层。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]虽然专利号为201210121568.X的专利文件公开了采用石灰、粉煤灰和磷石膏作为道路路基材料时，必须添加稳定剂才能使无侧限抗压强度满足《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)中有关抗压强度标准的要求，但发明人经研究发现了采用新鲜半水磷石膏、生石灰、以及红色粉煤灰或褐色粉煤灰为原料拌合得到的二灰路面基层材料，其无侧限抗压强度均能达到3MPa以上，最高能够达到6MPa以上，远大于路面基层要求的0.8MPa，取得了预想不到的技术效果。
[0020]经XRD分析可知，传统的二水磷石膏主要改善水泥性质，起到缓凝水泥并与之发生反应的作用。在碱性激发剂作用下，仅有少量的二水磷石膏能够和粉煤灰中的活性Si02、Al2O3反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，大部分磷石膏不参与反应，仅仅作为填充物料填充空隙。而利用半水法磷酸附产的新鲜半水磷石膏具有a型半水石膏的特性，转化过程中一定胶凝性。利用碱性激发剂和新鲜半水磷石膏的硫酸盐激发来激发粉煤灰的火山灰活性，全部能够和粉煤灰中的活性Si02、Al2O3发生一系列水化反应，形成C-S-H、C-S-A-H、AFt及氢氧化钙等水化产物，构成路面基层的早期强度，并保证后期强度的持续增长，这就是新鲜半水磷石膏制备的二灰路面基层材料比传统的二水磷石膏强度高的根本原因。
[0021]本发明提供的新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料，是半水磷石膏、生石灰、红色粉煤灰或褐色粉煤灰作为所述路面基层的原材料，通过各种原料之间的嵌锁作用，并且利用生石灰的碱性激发和半水磷石膏的硫酸盐激发来激发粉煤灰的火山灰活性，形成C-S-H、C-S-A-H、AFt及氢氧化钙等水化产物，构成路面基层的早期强度，并保证后期强度的持续增长，从而设计出满足各等级公路的半刚性路面基层和底基层。该半刚性基层实现了大量、高附加值利用半水磷石膏和红色粉煤灰或褐色粉煤灰的目的。
[0022]本发明半水磷石膏配比达到80%，既不用砂石，又大幅度提高了磷石膏在路面基层中的应用，达到节约资源、降低路面基层的成本、环保利废的目的。



[0023]图1是本发明的新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料无侧限抗压强度随着半水磷石膏掺量变化而变化的趋势图。
[0024]图2是本发明的新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料水稳性试验结果图。
[0025]图3是在扫描电镜下观测到的养护3d后半水磷石膏二灰路面基层材料中AFt、半水磷石膏的形貌。
[0026]图4是在扫描电镜下观测到的养护3d后新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料中AFt、半水磷石膏的形貌。
[0027]图5是在扫描电镜`下观测到的养护IOOd后新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料中AFt、半水磷石膏的形貌。
[0028]图中标记为:1是半水磷石膏、2是AFT、3是褐色粉煤灰。

[0029]本发明提供的新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料，是半水磷石膏、生石灰、红色粉煤灰或褐色粉煤灰作为所述路面基层的原材料，并且利用生石灰的碱性激发、半水磷石膏的硫酸盐激发粉煤灰的火山灰活性，形成C-S-H、C-S-A-H、AFt及氢氧化钙水化产物，构成路面基层的早期强度，并且保证后期强度的持续增长。本发明新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料，原料按重量百分配比组成为:新鲜半水磷石膏20~85%、生石灰3~10%、红色粉煤灰或褐色粉煤灰10~75%。
[0030]其中，上述材料中，原料按重量百分配比组成为:新鲜半水磷石膏65~85%、生石灰6~10%、红色粉煤灰或褐色粉煤灰10~25%。
[0031]进一步的，原料按重量百分配比组成为:新鲜半水磷石膏80%、生石灰8%、红色粉煤灰或褐色粉煤灰12%。
[0032]其中，上述材料中，所述新鲜半水磷石膏的主要化学成分按重量百分比计为:SiO2I ~3%、Ca026 ~33%、S0338 ~44%、Ρ2050.4 ~1.0%、结晶水 5 ~7%、表面水 20 ~28%。[0033]其中，上述材料中，所述生石灰的主要化学成分按重量百分比计为:Ca060~80%。
[0034]其中，上述材料中，所述红色粉煤灰的主要化学成分按重量百分比计为:Si0225.0 ~40.0%、Α120312.0 ~20.0%,C0.5 ~1.5%。
[0035]其中，上述材料中，所述褐色粉煤灰的主要化学成分按重量百分比计为:Si0215.0 ~25.0%、Α12035.0 ~15.0%,C1.0 ~2.0%。
[0036]本发明还提供上述新鲜半水磷石膏二灰路面基层材料的制备方法，即是将原料新鲜半水磷石膏、生石灰、以及红色粉煤灰或褐色粉煤灰按上述基层材料的原料配比拌合均匀即可。
[0037]本发明还提供新鲜半水磷石膏二灰路面基层的制备方法，即是将原料新鲜半水磷石膏、生石灰、以及红色粉煤灰或褐色粉煤灰按上述基层材料的原料配比拌合均匀，然后摊铺平整，经碾压后保湿养护，养护后即得到新鲜半水磷石膏二灰路面基层。
[0038]具体的，该路面基层可采用集中厂拌法来施工，先将半水磷石膏、生石灰、红色粉煤灰或褐色粉煤灰进行原材料检测；对混合料组分进行击实试验，确定最佳含水率和最大干密度。以最佳含水率和最大干密度进行混合拌料，将拌好的混合料由装载机运到施工现场。将混合料在一定的松铺系数下进行摊铺找平，按控制的施工压实度要求进行碾压，并进行保湿养护，养护至规定龄期形成所述路面基层，即可完成半水磷石膏二灰路面基层的施工。
[0039]在所述的保湿养护的过程中，可以采用薄膜保湿养护。
[0040]下面通过实施例对本发明进行进一步的说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。`
[0041]实施例一
[0042]新鲜半水磷石膏-生石灰-红色粉煤灰体系路面基层:将半水磷石膏、生石灰、红色粉煤灰按表1的设计组分进行称量，进行击实试验，确定混合料的最佳含水率和最大干密度，按控制的压实度成型试件并测定其无侧限抗压强度，按95%的压实度进行无侧限抗压强度试验，其7d (养生6d，浸水Id)无侧限抗压强度具体结果见表1。
[0043]表1半水磷石膏二灰(红色粉煤灰)路面基层性能指标
[0044]