[发明专利]一种高强度自防水磷石膏路基材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度自防水磷石膏路基材料，将磷石膏原料进行煅烧处理得到改性磷石膏粉末用于制备磷石膏路基材料，并首次提出在二水硫酸钙脱水转变为半水石膏的过程中，进一步在密闭煅烧环境中通过调控的磷石膏原料的含水量和投入量，有效促进α‑半水石膏的生成，以显著提升所得磷石膏路基材料的力学性能和防水性能。本发明涉及的改性方法极简单、操作方便，并可实现磷石膏废弃物的100％再生利用，具有重要的经济和环境效益，适合推广应用。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度自防水磷石膏路基材料及其制备方法。

背景技术

磷石膏为一种含磷且以二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)为主的Ⅱ类工业固体废弃物。据国家发改委统计，全国磷石膏产量达6000万吨，但综合利用率不足20％。另一方面，我国公路总里程已突破450万公里，交通运输行业的发展不仅致力于路面性能提升，同时也面临着优质集料的缺失、绿色经济发展等多重压力。磷石膏具有一定的水化硬化强度，若将其用于道路建设中，不仅可以大量消耗磷石膏，而且能够大幅度降低道路的建造成本，具有显著的社会效益和经济效益。

中国专利CN 104909698A“一种改性磷石膏公路路基填料及其制备方法”通过将磷石膏煅烧后与原料磷石膏按一定比例混合，提高其胶凝性，获得具有一定强度的路面基层填料，但该方法获得的磷石膏路基填料抗压强度不足1.5MPa，无法满足高等级路面对基层材料的强度要求。中国专利CN 108275931A“一种磷石膏改性材料及其在道路基层中的应用”公开了一种由改性磷石膏与粉煤灰、水泥、表面活性剂等10种原材料混合组成的道路基层及水稳层材料，该材料抗压强度达5-6MPa，但其组成极为复杂，其成本及施工工艺控制仍有待进一步提升。中国专利CN 108409276A“一种改性磷石膏路基材料”将磷石膏与砂土、电石渣等原料按一定比例混合后添加固化剂制成路基材料，该材料CBR值经测试满足规范要求，但该方法涉及原材料种类繁多，不仅导致磷石膏利用率仅为40％，且极大的增大了生产难度。中国专利CN 109626925A“基于高温活化和水硬性提升的磷石膏路基材料的制备方法”提出一种将磷石膏高温煅烧后与防水剂、硅酸盐水泥混合制备路基材料的方法，该方法制备的路基材料强度高，体积稳定性好，但该方法采用的防水剂、水泥等添加剂极大地提高了生产成本，且磷石膏的利用率仍然有限。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高强度自防水磷石膏路基材料及其制备方法，该方法涉及的工艺简单，不仅实现了工业固体废弃物磷石膏的高效率再生利用，且所得路基材料强度满足重载交通及以上路面的性能要求，并兼具良好的抗水损害性能，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高强度自防水磷石膏路基材料的制备方法，包括以下步骤：

1)提供含有一定含水率的磷石膏原料；

2)在密闭烧结设备中，将步骤1)所述磷石膏原料加热至150-170℃进行煅烧处理，然后进行冷却、粉碎，得结晶水含量为1-4％的改性磷石膏粉末；

3)向所得改性磷石膏粉末中加入适量缓凝剂搅拌均匀，再加入适量水进行拌和，焖料，成型，即得所述磷石膏路基材料。

上述方案中，所述磷石膏原料的含水率为20-30wt％。

上述方案中，所述磷石膏原料为磷肥或磷酸生产厂提供的磷石膏固体废弃物；其中二水硫酸钙含量占磷石膏总质量的70-95％。

上述方案中，所述煅烧处理时间为8-16h。

上述方案中，所述密闭烧结设备内磷石膏原料质量与密闭烧结设备体积比为(200～300):1g:L；在密闭烧结设备中，通过调控单位烧结体积中磷石膏原料的含水量、用量和烧结温度，使烧结过程中设备内部压力为1.2-1.5个大气压左右且环境湿热，为二水石膏部分转变为α-半水石膏提供环境条件。