骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料及在道路基层中应用的制作方法

本发明专利涉及一种骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料制备方法及在道路基层中应用，属于道路材料及制备领域。

背景技术：

磷石膏是磷矿制取高浓度磷复肥、饲料磷酸氢钙的产生的工业废渣，制取1吨磷酸约产生5吨磷石膏，磷石膏中除主要成分硫酸钙外，还含有磷化合物、可溶氟和有机物等等多种杂质，导致其利用率低、缺乏消耗磷石膏量大的利用技术，目前主要采取尾矿库堆存的方式处理。

近年来，随着国民经济的不断发展，社会运输市场也日益繁荣。公路交通量不断增长，汽车载重量明显增大，公路运输事业向着大吨位、高速度的方向发展，这必然对路面等级提出了更高要求。半刚性基层沥青路面以其高强度、良好的平整度及抗疲劳性能等特点，己成为我国高等级路面结构的主要形式。这种半刚性基层处于在沥青路面和路基之间，厚度为50~120cm，一般采用水泥、连续级配碎石、粉煤灰等按照一定要求组成，可消耗大量建筑材料。由于可以利用工业废渣，一直是研究的热点。由于国家环保政策调整，我国由追求gdp增长、牺牲环境向以追求绿色gdp转向，要求土壤、大气和水体污染物控制，水体中总磷必须达标等，磷化工企业必须以消化利用多少磷石膏就让生产多少磷肥（以量定产），这些要求给产生并堆放大量磷石膏等工业废弃物的磷化工企业提出一个迫在眉睫需要解决的难题。不少学者开展磷石膏用于道路水稳层的研究和应用，但大多集中采用连续级配碎石、连续级配石屑、矿粉、水泥和磷石膏混合，或需要对磷石膏进行湿法粉磨预处理，或添加有机胶粉物理包裹粘结磷石膏，利用率不高，采用单粒级碎石形成骨架体系和磷石膏等混合制备的性能良好的骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料未见报道。

本技术从性能和磷石膏利用率的角度出发，制备出符合规范、满足路用基层要求的骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料，磷石膏利用率高，性能良好，因此这种骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料应用前景广泛。

技术实现要素：

本发明的目的根据磷石膏自身特点和碎石堆积原理，采用原状磷石膏、单粒级配碎石、矿渣和改性剂混合，制备出了一种骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料，原料主要为工业废弃物、成本低廉、制备的骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料符合道路基层材料性能要求，可以大量消耗大量废弃的的磷石膏，减轻磷化工企业压力，也能缓解当前路用材料来源紧张的问题。

本发明是这样实现上述目的的：

一种骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料，其特征在于该材料包括如下重量百分数（干基）的原料组成：磷石膏70.0%~80.0%、碎石15%~18.0%、矿渣3.0%~7.0%、改性剂2.0%-5.0%，水占干固体总量6~12%。

所述的磷石膏为的尾矿库堆积的原状磷石膏，游离磷含量≤6.0mg/l，游离氟离子≤350mg/l，ph≥3。

所述的碎石为20~40mm单粒粒级，通过37.5mm筛孔颗粒占碎石总质量的41.5%~50%，通过31.5mm筛孔颗粒占碎石总质量的40.5%~50.8%，通过26.5mm筛孔颗粒占碎石总质量的9.1%~13.5%，压碎值≤22.0%，棱角系数＞0.40。

所述的矿渣为冶炼生铁时急冷处理后的副产物，比表面积≥700m²/kg。

所述的水泥比表面积≥330m²/kg，3天胶砂抗压强度＞20.0mpa，28天胶砂抗压强度＞45.0mpa。

所述的改性剂由质量分数40-60%纤维增强组分、22-30%有害物质钝化组分和20-30%混合料流动性改善组分通过超声乳化混合后在60℃温度烘干研磨而成（作为优选方案，改性剂由质量分数50%纤维增强组分、27%有害物质钝化组分和23%混合料流动性改善组分通过超声乳化混合后在60℃温度烘干研磨而成），其中纤维增强组分由聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维和聚酰胺纤维的一种或多种组成，有害物质钝化组分由电石渣粉、石油焦脱硫灰和生石灰粉的一种或多种组成，混合料流动性改善组分由滑石粉、干酪素和磺化三聚氰胺甲醛树脂的一种和多种组成。

骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料中单粒级的碎石，和碎石大于26.5mm占到碎石总量的86.5%~90.9%，这些碎石表面具有较高粗糙度，在光轮或振动压力机的作用下中颗粒间紧密接触和互相咬合堆积，依靠分子间吸引力产生了棱角和棱角的粘结性，很容易在混合料形成搭接的骨架结构，稳定材料中的原状磷石膏、矿渣和改性剂中有害物质钝化组分作用会产生水硬性胶凝反应和吸附作用，水硬性胶凝反应能产生一定量粘结物质，通过吸附作用降低了磷石膏中氟和磷等有害物质活性，原状磷石膏未参与粘结物质生成的大部分填充、包裹在单粒级碎石骨架体系中，粘结物质和改性的纤维增强组分在搅拌作用下产生的网状纤维一起均匀分散在骨架体系中，保证了骨架体系的牢固稳定。在光轮或振动压力机的作用下改性剂中混合料流动性改善组分更是促进了碎石之间咬合紧密度和填充其间的原状磷石膏等粉料密实，大大降低了空隙率，进而提高了强度和密实度。

本发明的骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料摊铺至35~45cm，经10~12t双钢轮压路机静压实2~4遍，然后采用20~22t单钢轮振动压路机弱振1~2遍，最后26t压路机复压1~2遍，后采用薄膜和土工布覆盖封闭自养护不少于14天，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。

本发明的优点：（1）骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料具有性能好、适用范围广、操作方便、制备工艺简单；（2）原料主要为废弃物、成本小耗能低、对环境无二次污染，（3）磷石膏的综合利用率高。

具体实施方式

实施例1：

原状磷石膏游离磷含量5.1mg/l，游离氟离子310mg/l，ph为4.5。将计量好的70%原状磷石膏、18.0%碎石（该碎石通过37.5mm筛孔颗粒占总质量的46%，通过31.5mm筛孔颗粒占总质量的40.5%，通过26.5mm筛孔颗粒占总质量的13.5%，压碎值19.0%，棱角系数为0.47）、7%矿渣加入稳定土搅拌机均混30~40s，再通过吹扫式回转给料器加入5.0%改性剂（50%纤维增强组分、27%有害物质钝化组分和23%混合料流动性改善组分通过超声乳化混合后在60℃温度烘干研磨而成，其中纤维增强组分为聚丙烯纤维，有害物质钝化组分为电石渣粉，混合料流动性改善组分为滑石粉）混合25~30s，随后加入6%水，混合搅拌15~25s后，即成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料。

骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料摊铺至35~45cm，经10~12t双钢轮压路机静压实2~4遍，然后采用20~22t单钢轮振动压路机弱振1~2遍，最后26t压路机复压1~2遍，后采用薄膜和土工布覆盖封闭自养护不少于14天，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。14天后取样，按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（hj557-2010）制取浸出液，其浸出液fˉ浓度1.1mg/l，总磷0.12mg/l，均满足《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中iv水质要求。混合料最低无侧限抗压强度4.11mpa，取芯强度3.84mpa，最低压实度99.1%，满足《公路沥青路面设计规范》(jtgd50-2017)一级公路重交通道路基层要求，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。

实施例2：

原状磷石膏游离磷含量5.1mg/l，游离氟离子310mg/l，ph为4.5。将计量好的70%原状磷石膏、18.0%碎石（该碎石通过37.5mm筛孔颗粒占总质量的46%，通过31.5mm筛孔颗粒占总质量的40.5%，通过26.5mm筛孔颗粒占总质量的13.5%，压碎值19.0%，棱角系数为0.47）、12%矿渣加入稳定土搅拌机均混30~40s，随后加入6%水，混合搅拌15~25s后，形成磷石膏稳定材料。

磷石膏稳定材料摊铺至35~45cm，经10~12t双钢轮压路机静压实2~4遍，然后采用20~22t单钢轮振动压路机弱振1~2遍，最后26t压路机复压1~2遍，后采用薄膜和土工布覆盖封闭自养护不少于14天，形成磷石膏稳定材料道路基层。14天后取样，按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（hj557-2010）制取浸出液，其浸出液fˉ浓度15.2mg/l，总磷0.64mg/l，均不满足《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中iv水质要求。混合料最低无侧限抗压强度2.98mpa，取芯强度2.78mpa，最低压实度85.7%，均不能满足《公路沥青路面设计规范》(jtgd50-2017)一级公路重交通道路基层要求。

实施例3：

原状磷石膏游离磷含量5.4mg/l，游离氟离子301mg/l，ph为4.2。将计量好的76%原状磷石膏、17%碎石（该碎石通过37.5mm筛孔颗粒占总质量的42.5%，通过31.5mm筛孔颗粒占总质量的47.3%，通过26.5mm筛孔颗粒占总质量的10.2%，压碎值18.4%，棱角系数为0.52）、4.0%矿渣加入稳定土搅拌机均混30~40s，再通过吹扫式回转给料器加入3.0%改性剂（所述的改性剂由50%纤维增强组分、27%有害物质钝化组分和23%混合料流动性改善组分通过超声乳化混合后在60℃温度烘干研磨而成；其中纤维增强组分为聚丙烯腈纤维，有害物质钝化组分为生石灰粉，混合料流动性改善组分为磺化三聚氰胺甲醛树脂）混合25~30s，随后加入8%水，混合搅拌15~25s后，即成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料。

骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料摊铺至35~45cm，经10~12t双钢轮压路机静压实2~4遍，然后采用20~22t单钢轮振动压路机弱振1~2遍，最后26t压路机复压1~2遍，后采用薄膜和土工布覆盖封闭自养护不少于14天，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。14天后取样，按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（hj557-2010）制取浸出液，其浸出液fˉ浓度1.2mg/l,总磷0.28mg/l，均满足《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中iv水质要求。混合料最低无侧限抗压强度3.91mpa，取芯强度3.77mpa，最低压实度98.9%，满足《公路沥青路面设计规范》(jtgd50-2017)道路基层要求，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。

实施例4：

原状磷石膏游离磷含量4.7mg/l，游离氟离子321mg/l，ph为5.1。将计量好的80%原状磷石膏、15%碎石（该碎石通过37.5mm筛孔颗粒占总质量的45.1%，通过31.5mm筛孔颗粒占总质量的45.8%，通过26.5mm筛孔颗粒占总质量的9.1%，压碎值17.0%，棱角系数为0.53）、3.0%矿渣加入稳定土搅拌机均混30~40s，再通过吹扫式回转给料器加入2.0%改性剂（所述的改性剂由50%纤维增强组分、27%有害物质钝化组分和23%混合料流动性改善组分通过超声乳化混合后在60℃温度烘干研磨而成，其中纤维增强组分为聚酰胺纤维，有害物质钝化组分为石油焦脱硫灰，混合料流动性改善组分为干酪素）混合25~30s，随后加入12%水，混合搅拌15~25s后，即成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料。

骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料摊铺至35~45cm，经10~12t双钢轮压路机静压实2~4遍，然后采用20~22t单钢轮振动压路机弱振1~2遍，最后26t压路机复压1~2遍，后采用薄膜和土工布覆盖封闭自养护不少于14天，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。14天后取样，按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（hj557-2010）制取浸出液，其浸出液fˉ浓度1.3mg/l,总磷0.31mg/l，均满足《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中iv水质要求。混合料最低无侧限抗压强度3.78mpa，取芯强度3.63mpa，最低压实度98.6%，满足《公路沥青路面设计规范》(jtgd50-2017)一级公路重交通道路基层要求，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。

实施例5：

原状磷石膏游离磷含量4.7mg/l，游离氟离子321mg/l，ph为5.1。将计量好的75%原状磷石膏、15%碎石（该碎石通过37.5mm筛孔颗粒占总质量的48.1%，通过31.5mm筛孔颗粒占总质量的42.8%，通过26.5mm筛孔颗粒占总质量的9.1%，压碎值17.3%，棱角系数为0.54）、3.0%矿渣加入稳定土搅拌机均混30~40s，再通过吹扫式回转给料器加入7.0%改性剂（所述的改性剂由50%纤维增强组分、27%有害物质钝化组分和23%混合料流动性改善组分通过超声乳化混合后在60℃温度烘干研磨而成，其中纤维增强组分为聚酰胺纤维，有害物质钝化组分为石油焦脱硫灰，混合料流动性改善组分为干酪素）混合25~30s，随后加入12%水，混合搅拌15~25s后，形成磷石膏稳定材料。

磷石膏稳定材料摊铺至35~45cm，经10~12t双钢轮压路机静压实2~4遍，然后采用20~22t单钢轮振动压路机弱振1~2遍，最后26t压路机复压1~2遍，后采用薄膜和土工布覆盖封闭自养护不少于14天，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。14天后取样，按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》（hj557-2010）制取浸出液，其浸出液fˉ浓度1.2mg/l,总磷0.26mg/l，均满足《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中iv水质要求。混合料最低无侧限抗压强度3.91mpa，取芯强度3.78mpa，最低压实度98.8%，满足《公路沥青路面设计规范》(jtgd50-2017)一级公路重交通道路基层要求，即可形成骨架体系的高掺量磷石膏稳定材料道路基层。

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