磷石膏水硬性道路基层、道路基层材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种磷石膏水硬性道路基层、道路基层材料及其制备方法，涉及道路工程建设领域，该道路基层材料的制备方法为：称取85％～92％的磷石膏、15％～8％的普硅水泥，混合搅拌均匀，得到初混料；称取99.7％～99.95％的初混料、0.3％～0.05％的磷石膏水硬性固化剂，混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的含水率为14％～18％，得到基层材料；磷石膏水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而成：40％～60％的弹性苯丙乳液、30％～20％的纳米铝溶胶、30％～20％的纳米硅溶胶。该道路基层采用道路基层材料，按照标准道路基层施工方法制成。本发明利用磷石膏进生产道路基层材料，减少对环境的污染，而且变废为宝；形成的道路基层抗裂性强、不易腐蚀，使用寿命长。

说明书

技术领域

本发明涉及道路工程建设领域，具体涉及一种磷石膏水硬性道路 基层、道路基层材料及其制备方法。

背景技术

磷石膏是生产磷肥、磷酸时排放出的固体废弃物，每生产1t磷 酸约产生4.5-5t磷石膏，我国每年都有大量磷石膏产出。磷石膏具有 以下特性：磷石膏是一种粉状材料，几乎没有可塑性；磷石膏中残存 有磷酸、硫酸和氢氟酸，它是一种酸性副产品(pH<3)；磷石膏中含 有25％～30％的自由水，磷石膏的垂直渗透系数为2×10^-5～1×10^-3。 目前，中国磷石膏的有效利用率不足10％，只有极少量的磷石膏被 利用生产建筑材料，其余数量巨大的磷石膏作为固体废渣堆放，堆放 磷石膏不仅占用大量土地，而且磷石膏里含有的砷、镉、汞等有害重 金属化学物质对环境造成污染。

传统道路基层材料包括水泥稳定土、石灰稳定土和二灰碎石。水 泥稳定土中，水泥作为一种水硬性材料，遇水产生胶体，这些胶体在 土壤中无法形成统一整体，并且还会破坏土壤本身的结构和连结，造 成大量的不稳定空间，这些空间在水的入侵和温度的变化下，会变得 非常脆弱，因此水泥稳定土形成的道路基层极易开裂，抗裂性差。石 灰稳定土中，石灰是一种气硬性物质，它的最终生成物为碳酸钙，碳 酸钙的溶解度远远大于硅酸钙和其他的硅酸盐，因此，石灰稳定土形 成的道路基质在水的作用下，会不断的流逝，容易腐蚀；而且本身韧 性差、脆性强，温度越低，越容易被破坏。二灰碎石是在粒料中掺入 适量的石灰和粉煤灰，其中石灰和粉煤灰为胶结材料，粒料起骨架作 用。二灰碎石形成的道路基层属于半刚性基层，具有明显的水硬性、 缓凝性，但是粒料和石灰、粉煤灰一旦结合，内部即停止化学反应， 形成的道路基质刚性过大，容易受温度和湿度影响而开裂，抗裂性差。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种磷石膏 水硬性道路基层、道路基层材料及其制备方法，利用磷石膏生产道路 基层材料，减少对环境的污染，而且变废为宝；形成的道路基层抗裂 性强、不易腐蚀，使用寿命长。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种磷石膏水硬性 道路基层材料的制备方法，包括以下步骤：

A.磷石膏无害化处理：以质量百分比计，称取85％～92％的磷石 膏、15％～8％的普硅水泥，混合搅拌均匀，得到初混料；

B.水硬化处理：以质量百分比计，称取99.7％～99.95％的初混料、 0.3％～0.05％的磷石膏水硬性固化剂，混合搅拌均匀，得到预混料， 并控制预混料的含水率为14％～18％，得到磷石膏水硬性道路基层材 料；

所述磷石膏水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而成： 40％～60％的弹性苯丙乳液、30％～20％的纳米铝溶胶、30％～20％的纳 米硅溶胶，所述弹性苯丙乳液的固含量＞55％。

在上述技术方案的基础上，所述磷石膏水硬性固化剂由以下质量 百分比的组分混合而成：46％～54％的弹性苯丙乳液、27％～23％的纳 米铝溶胶、27％～23％的纳米硅溶胶。

在上述技术方案的基础上，所述磷石膏水硬性固化剂由以下质量 百分比的组分混合而成：50％的弹性苯丙乳液、25％的纳米铝溶胶、 25％的纳米硅溶胶。

在上述技术方案的基础上，步骤A中，以质量百分比计，称取 87％～90％的磷石膏、13％～10％的普硅水泥。

在上述技术方案的基础上，步骤A中，以质量百分比计，称取 88％的磷石膏、12％的普硅水泥。

在上述技术方案的基础上，步骤B中，以质量百分比计，称取 99.75％～99.85％的初混料、0.25％～0.15％的磷石膏水硬性固化剂。

在上述技术方案的基础上，步骤B中，以质量百分比计，称取 99.8％的初混料、0.2％的磷石膏水硬性固化剂。

一种磷石膏水硬性道路基层材料，采用所述制备方法制成。

一种磷石膏水硬性道路基层，采用所述的磷石膏水硬性道路基层 材料，按照标准道路基层施工方法制成。

在上述技术方案的基础上，所述标准道路基层施工方法为：将所 述磷石膏水硬性道路基层材料运输至道路底层，并在道路底层上进行 摊铺；然后压实整平，压实度＞99％，即完成磷石膏水硬性道路基层 的施工。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中的磷石膏水硬性道路基层材料，首先称取 85％～92％的磷石膏，15％～8％的普硅水泥，混合搅拌均匀，水泥中的 氧化钙和磷石膏发生酸碱中和反应，实现对磷石膏的无害化处理。然 后称取99.7％～99.95％的初混料，0.3％～0.05％的磷石膏水硬性固化剂， 混合搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的含水率为14％～18％， 进行水硬化处理，得到所述磷石膏水硬性道路基层材料。其中，磷石 膏水硬性固化剂由以下组分混合而成：40％～60％的弹性苯丙乳液、 30％～20％的纳米铝溶胶、30％～20％的纳米硅溶胶，弹性苯丙乳液的 固含量＞55％。本发明充分利用磷石膏生产道路基层材料，减少对环 境的污染，而且变废为宝。

(2)本发明中的磷石膏水硬性固化剂是高分子聚合物纳米材料， 其共聚长链接触磷石膏粉体后，形成持久防水的半柔性固体矩阵结 构，使磷石膏粉体永久固化，从而直接提高磷石膏的机械强度。而且， 磷石膏水硬性固化剂与磷石膏微粒进行电荷交换，同时中和磷石膏表 面负电荷，使磷石膏失去对水的静电吸力，从而将磷石膏周围的结合 水置换为自由水，将磷石膏的吸水性永久改变为疏水性，因此，施工 形成的道路基层抗裂性强、不易腐蚀，使用寿命长。

(3)本发明中的磷石膏水硬性道路基层材料直接生成水化硅酸 凝胶，这些胶体起到润滑剂的作用，使得道路基层在同等压实力作用 下，更容易压实，道路基层的压实度可轻易达到99％以上，从而大大 增强道路基层的承载力和抗渗性。

具体实施方式

本发明提供一种磷石膏水硬性道路基层材料的制备方法，包括以 下步骤：

A：磷石膏无害化处理：以质量百分比计，称取85％～92％的磷 石膏、15％～8％的普硅水泥，混合搅拌均匀，得到初混料。

优选的，称取87％～90％的磷石膏、13％～10％的普硅水泥；

进一步优选的，称取88％的磷石膏、12％的普硅水泥，普硅水泥 即为普通硅酸盐水泥。

具体生产工艺为：称取磷石膏，加入到水泥稳定土拌合站的一个 料仓中，称取普硅水泥，加入到该水泥稳定土拌合站的另一个料仓中； 将两个料仓中的物料加入到强制式搅拌机中，混合搅拌均匀，得到初 混料。由于磷石膏为酸性，水泥含有氯化钙，为碱性，磷石膏和水泥 混合后，发生酸碱中和反应和其它复杂的化学反应，实现对磷石膏的 无害化处理，最终使磷石膏成为一种无害的基础材料。

B：水硬化处理：以质量百分比计，称取99.7％～99.95％的初混料、 0.3％～0.05％的磷石膏水硬性固化剂，加入到强制式搅拌机中，混合 搅拌均匀，得到预混料，并控制预混料的含水率为14％～18％，确保 其拥有最大击实度和最大压实度，得到所述磷石膏水硬性道路基层材 料。

优选的，称取99.75％～99.85％的初混料、0.25％～0.15％的磷石膏 水硬性固化剂；

进一步优选的，称取99.8％的初混料、0.2％的磷石膏水硬性固化 剂。

其中，磷石膏水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而成： 40％～60％的弹性苯丙乳液、30％～20％的纳米铝溶胶、30％～20％的纳 米硅溶胶，所述弹性苯丙乳液的固含量＞55％，固含量是乳液或涂料 在规定条件下烘干后剩余部分占总量的质量百分数。纳米铝溶胶为正 电荷的羽毛状氧化铝胶粒分散在水中的胶体溶液，粒径为25～30nm； 纳米硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，粒径 为25～30nm。

优选的，磷石膏水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混合而 成：46％～54％的弹性苯丙乳液、27％～23％的纳米铝溶胶、27％～23％ 的纳米硅溶胶；

进一步优选的，磷石膏水硬性固化剂由以下质量百分比的组分混 合而成：50％的弹性苯丙乳液、25％的纳米铝溶胶、25％的纳米硅溶 胶。

下面通过5个具体实施例对上述制备方法作进一步详细说明。

实施例1

实施例1提供一种磷石膏水硬性道路基层材料的制备方法，包括 以下步骤：

称取磷石膏85kg、普硅水泥15kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.85kg、磷石膏水硬性固化剂0.15kg(磷石膏水硬性固 化剂的组分包括：弹性苯丙乳液2kg、纳米铝溶胶1.5kg、纳米硅溶 胶1.5kg，所述弹性苯丙乳液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得到 预混料，并控制预混料的含水率为14％，得到所述磷石膏水硬性道路 基层材料。

测试所述磷石膏水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗 压强度为2.68MPa；28天无侧限抗压强度为7.8MPa。

实施例2

实施例2提供一种磷石膏水硬性道路基层材料的制备方法，包括 以下步骤：

称取磷石膏92kg、普硅水泥8kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.975kg、磷石膏水硬性固化剂0.025kg(磷石膏水硬性 固化剂的组分包括：弹性苯丙乳液3kg、纳米铝溶胶1kg、纳米硅溶 胶1kg，所述弹性苯丙乳液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得到预 混料，并控制预混料的含水率为18％，得到所述磷石膏水硬性道路基 层材料。

测试所述磷石膏水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗 压强度为3.5MPa；28天无侧限抗压强度为8MPa。

实施例3

实施例3提供一种磷石膏水硬性道路基层材料的制备方法，包括 以下步骤：

称取磷石膏87kg、普硅水泥13kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.875kg、磷石膏水硬性固化剂0.125kg(磷石膏水硬性 固化剂的组分包括：弹性苯丙乳液2.3kg、纳米铝溶胶1.35kg、纳米 硅溶胶1.35kg，所述弹性苯丙乳液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀， 得到预混料，并控制预混料的含水率为14％，得到所述磷石膏水硬性 道路基层材料。

测试所述磷石膏水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗 压强度为4.5MPa；28天无侧限抗压强度为8MPa。

实施例4

实施例4提供一种磷石膏水硬性道路基层材料的制备方法，包括 以下步骤：

称取磷石膏90kg、普硅水泥10kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.925kg、磷石膏水硬性固化剂0.075kg(磷石膏水硬性 固化剂的组分包括：弹性苯丙乳液2.7kg、纳米铝溶胶1.15kg、纳米 硅溶胶1.15kg，所述弹性苯丙乳液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀， 得到预混料，并控制预混料的含水率为18％，得到所述磷石膏水硬性 道路基层材料。

测试所述磷石膏水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗 压强度为4.5MPa；28天无侧限抗压强度为8.1MPa。

实施例5

实施例5提供一种磷石膏水硬性道路基层材料的制备方法，包括 以下步骤：

称取磷石膏88kg、普硅水泥12kg，混合搅拌均匀，得到初混料； 称取初混料49.9kg、磷石膏水硬性固化剂0.1kg(磷石膏水硬性固化 剂的组分包括：弹性苯丙乳液2.5kg、纳米铝溶胶1.25kg、纳米硅溶 胶1.25kg，所述弹性苯丙乳液的固含量＞55％)，混合搅拌均匀，得 到预混料，并控制预混料的含水率为16％，得到所述磷石膏水硬性道 路基层材料。

测试所述磷石膏水硬性道路基层材料的物理性能：7天无侧限抗 压强度为4.85MPa；28天无侧限抗压强度为8MPa。

由实施例1～5制得的磷石膏水硬性道路基层材料的物理性能可 以得出，本发明制得的磷石膏水硬性道路基层材料的物理性能为：7 天无侧限抗压强度为2.68～4.85MPa；28天无侧限抗压强度≥ 7.8MPa，均大于标准值，因此，本发明磷石膏水硬性道路基层材料形 成的道路基层抗压强度大、抗裂性强、不易腐蚀，使用寿命长。

本发明还提供一种磷石膏水硬性道路基层材料，采用上述制备方 法制成。

本发明还提供一种磷石膏水硬性道路基层，采用磷石膏水硬性道 路基层材料，按照标准道路基层施工方法制成，具体施工方法为：

(1)将磷石膏水硬性道路基层材料运输至道路底层，并在道路 底层上进行摊铺：利用摊铺机，分两次摊铺磷石膏水硬性道路基层材 料，首次摊铺试验段为1000m²，每次作业段的长度为200m～800m， 在摊铺机后面设专人铲除局部粗集料窝，消除细集料离析现象，保证 平整度。

(2)压实整平，保证压实度＞99％：每次摊铺磷石膏水硬性道 路基层材料后，采用平地机初平，振动压路机静压1～2遍后；然后 平地机整平，振动压路机压实4～6遍；最后用三轮压路机进行碾压 4～6遍，三轮压路机后轮应重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝 处，在此过程中，振动压路机应先轻后重、先快后慢，由两边向中间 进行碾压，曲线路段有超高时，由内侧向外侧进行碾压。当第一层道 路基层的厚度为30cm，且压实度＞99％后，再进行第二次摊铺磷石 膏水硬性道路基层材料，并压实整平，直至第二层道路基层的厚度为 30cm，且压实度＞99％，完成磷石膏水硬性道路基层的施工。压实度 又称夯实度，指的是土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干 密度之比，以百分率表示压实度的测定主要包括室内标准密度(最大 干密度)确定和现场密度试验。

在上述磷石膏水硬性道路基层上摊铺沥青面层，即可完成道路施 工，具体施工方法为：在铺筑沥青面层前，清理干净磷石膏水硬性道 路基层表面的杂物、浮土，避免其破坏沥青面层和磷石膏水硬性道路 基层的结合，并保证磷石膏水硬性道路基层表面无积水。在磷石膏水 硬性道路基层上摊铺沥青面层，包括5cm厚的中粒层和3cm厚的细 粒层后，沥青面层定性前，严格控制交通，并保持路面清洁，严禁在 已铺沥青面层上堆放施工产生的土或杂物，严禁在已铺沥青面层上制 作水泥砂浆。沥青面层定型后，即完成道路施工，开放道路通行。

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。