[发明专利]一种大掺量磷石膏基稳定材料及在道路基层中应用

说明书

本发明提供一种大掺量磷石膏基稳定材料，该混合材料包括如下干重量百分数的原料组成：磷石膏，矿渣，水泥，改性剂。所述的改性剂由氯化钙、石油焦脱硫灰、膨润土、滑石粉和干酪素组成。大掺量磷石膏基稳定材料制备工艺简单可行、节能环保、易于推广；大掺量磷石膏基稳定材料性能较好、毒性低；磷石膏利用率高。

技术领域

本发明专利涉及一种大掺量磷石膏基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

磷石膏是硫酸分解磷矿石萃取磷酸过程中排出的大宗工业固体废物，，制取1吨磷酸约产生5吨磷石膏，磷石膏主要成分包括硫酸钙、磷化合物、可溶氟和有机物等，全世界每年约产生2.8亿吨磷石膏，我国2018年磷石膏产生量为7 800万t，但综合利用率为39.7%，缺乏环保高效大量利用磷石膏的技术，目前主要采取堆存的方式处理，不仅占用大量土地，长期堆存会导致可溶性磷、氟等有害物质浸入土壤、水体、植被，严重影响生态环境，同时困扰磷化工企业经济快速发展和环境保护的瓶颈。

市政道路和公路按其结构形式，在路面和路基之间有50~120cm的道路基层结构，可消消耗大量建筑材料，相关学者也开展磷石膏用于道路基层的研究和应用，但对集中采用碎石、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。采用原状磷石膏和水泥、矿粉等亚纳米粉体的细粒体系的道路基层研究和应用几乎没有。在当前国家对采石、山林等实行严格的资源和环境控制政策下，集料资源原来越紧张，价格也越来越高，给工程建设带来很大压力。最大限度利用磷石膏，少用碎石、石屑等集料资源，并能满足道路基层技术要求，可以很大程度缓解这种压力。

发明内容

本发明的目的在于充分利用磷石膏颗粒级配和潜在活性特点，采用矿渣、水泥、改性剂等对进行活化改性，通过改性剂中核心成分钝化磷石膏中毒性物质活性、降低毒性物质浸出速率和促进胶凝体系结构形成，主要原料为固体废弃物，成本低，性能好，不仅消耗磷石膏用量大，而且也能拓展道路基层材料新品种，缓解砂石料缺乏但磷石膏丰富地区的道路基层原料紧张状况。

本发明是这样实现上述目的的：

一种大掺量磷石膏基稳定材料，该混合材料包括如下干重量百分数的原料组成：原状磷石膏为64%~74%，矿渣为13%~20%，水泥7%~13%，改性剂4%-6%，，水占干固体总量10~15%。

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，筛分通过率为50%的粒径＜50um。

所述的矿渣比表面积≥700 m²/kg，筛分通过率为50%的粒径＜15 um。所述的水泥比表面积≥330m²/kg，筛分通过率为50%的粒径＜35um。所述的改性剂由质量分数为25-35%氯化钙、18-25%石油焦脱硫灰、15-25%膨润土、18-27%滑石粉和5-15%干酪素通过超声乳化混合后在50-60℃温度烘干研磨而成。

作为优选方案所述的改性剂由质量分数为30%氯化钙、22%石油焦脱硫灰、18%膨润土、21%滑石粉和9%干酪素通过超声乳化混合后在60℃温度烘干研磨而成。

磷石膏、水泥和矿渣的筛分通过率为50%的粒径不同，主要颗粒粒径呈现梯度分布，在光轮或振动压力机的作用下，部分稍大颗粒会破碎，形成不同粒度大小搭配的连续级配，颗粒间互相填充并逐步密实，颗粒之间接触几率越来越高，接触比表面积扩大，改性剂等中干酪素等更是加快了颗粒间接近速率，在存在适量水分情况下，成分中的胶凝活性物质反应加快；由于原状磷石膏含有少量的酸、磷等有害物质，在反复揉捻和静压中被改性剂中氯化钙、膨润土、滑石粉等等吸附固定；光轮或振动压力机产生的研磨力作用下，颗粒之间摩擦作用加剧，可以将活性物质表面包裹层擦伤进而露出胶凝活性物质，颗粒表面越来越粗糙，此外摩擦作用产生的温升也促进了活性反应进行。这几种作用的叠加和胶凝活性物质的反应胶凝，提高了混合料密实度、强度和降低了有害物质浸出，从而可形成性能良好的道路基层稳定材料。