CN108585576A - 一种磷石膏固化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：Ca(OH)24～5份，K2CO30.4～0.5份，树脂0.08～0.11份，二酯0.25～0.3份，抗酸剂0.1～0.2份，明矾粉1～2份。本发明固化剂采用还原剂加胶凝剂的方式，胶凝剂的重量与固化剂中其余组分重量之和的比为50～60:1，本固化剂中的还原剂通过置换和还原作用将磷石膏中的可溶性P2O5和Fe2+进行稳定，将其中的有害成分还原成晶体，变成无害的稳定材料，并被胶凝剂所包裹。本固化剂生产的改良磷石膏具有一定的无侧限抗压强度和水稳定性，可用于路基填料和其它用途的材料，可以大规模使用磷石膏，不仅解决了磷石膏堆放污染环境的问题，同时也能大大减轻工程对砂卵石的需求量，具有十分重要的环保意义和社会经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种固化剂配方，特别涉及一种磷石膏固化剂。
背景技术
磷石膏是生产磷铵过程中产生的一种废料，含有一定有机磷和无机磷残留 成分，使得磷石膏呈酸性。按目前的生产工艺，每生产1吨磷铵排出4吨左右 的磷石膏。现今，磷石膏只能当废渣处理，且均为露天堆放，年复一年，占用 大量土地，可溶性P2O5和Fe2+等随雨水浸出，产生酸性废水，长期渗漏到地下， 影响地下水，对环境造成污染。我国是世界磷石膏排出大国，全国每年磷石膏 排出量达到800～1200万吨。因此如果能将磷石膏改良转化为路基和基层混合料， 不仅解决了磷石膏堆放环境问题，同时也能大大减轻工程对砂卵石的需求量， 具有十分重要的环保意义和社会经济效益。
理论上，磷石膏可以作为水泥、硫、石膏的生产原料。用二水石膏制水泥 和硫酸，一般需先经脱水成为无水石膏，添加粘土、砂岩、氧化铁、氧化铝等 辅助剂，使水泥熟料化学组分达到水泥生产规格的范围，然后用焦炭还原分解 并与辅助剂反应形成水泥熟料。辅助剂中的氧化硅、氧化铝、氧化铁能降低硫 酸钙的分解温度并加速分解速度，同时进行矿化反应生成硫酸和水泥。这种方 法对硫资源比较缺少的国家来说具有现实意义。我国对此进行了大量研究工作， 但仍然存在许多问题。主要是生产出的水泥强度不足，至今仍没有被国家批准 用于建材行业的生产，且成本高，经济效益差。
磷石膏经过水洗等工艺处理，可制成石膏条板和石膏砌块。但该法生产的 石膏产品的生产劳动强度大，生产效率低，产品质量不稳定，石膏制品表面有 时出现发霉和起霜现象。同时，磷石膏在水洗处理中排出含有P2O5的污水会造 成二次污染。该法成本较高，经济效益不佳。
磷石膏用作路基填料，国内外均做过一些尝试。唐庆黔等通过室内试验和 野外试验，就磷石膏应用于路基路面工程的可行性、力学性能进行研究，并修 建了试验路堤。在施工中，发现磷石膏对水敏感，未碾压的磷石膏遇雨水饱和 后性质类似弹簧土无法压实，施工中必须严格控制含水率。一旦压实，再遇雨 水，表层2cm左右磷石膏受影响***。其它的应用研究主要集中于运用磷石膏 用作二灰基层的早强剂，掺入少量磷石膏可以提高二灰基层的早期强度。作为 二灰基层的早强剂，磷石膏的用料十分有限，通常是集料的3％～5％，不能解决 磷石膏的大量运用问题。综合国内外资料，直接用于路基填料存在以下问题， 一是填料长期耐久问题，目前尚无资料报道，无法判断填料的长期稳定性问题。 二是纯磷石膏受水的影响大，当含水量较高时，纯磷石膏会***而强度降低， 造成路基下沉而导致路面的破坏。当含水量较低时，会出现收缩开裂，同样会 导致路面的破坏。三是磷石膏的水污染问题。因此，如何改良磷石膏使其大量 应用到公路路基、底基层和基层中填料是件具有重大经济意义的事情。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磷石膏固化剂，能够有 效地将磷石膏固化加工为改良磷石膏，改良磷石膏具有一定强度和水稳定性， 在合适重量配比的情况下，固化后的磷石膏可用于路基、底层或基层混合料， 完全可以满足《公路路面基层施工技术规范》。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 4～5份，
K2CO3 0.4～0.5份，
树脂0.08～0.11份，
二酯0.25～0.3份，
抗酸剂0.1～0.2份，
明矾粉1～2份。
所述的磷石膏固化剂还包括胶凝剂，所述胶凝剂为水泥或石膏，胶凝剂的 重量与固化剂中其余组分重量之和的比为50～60:1。
磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 4.5份，
K2CO3 0.5份，
树脂0.1份，
二酯0.3份，
抗酸剂0.2份，
明矾粉1.5份。
本发明的有益效果是：
磷石膏是多组份的复杂的结晶体，本发明固化剂采用还原剂加胶凝剂的方 式，其中还原剂通过置换和还原作用将磷石膏中的可溶性P2O5和Fe2+进行稳定：
P2O5+3Ca(OH)2＝Ca3(PO4)2+3H2O
Fe2++2OH-＝Fe(OH)2
将其中的有害成分还原成晶体，变成无害的稳定材料，并被胶凝剂所包裹。 一定比例的磷石膏固化剂与磷石膏混合后，通过碾压或压实等工艺，可以将磷 石膏变成可用的材料，该材料具有一定的无侧限抗压强度和水稳定性，可用于 路基填料和其它用途的材料。通过调整磷石膏固化剂的比例可调整混合料的强 度。
本固化剂生产的改良磷石膏可以应用于路基填料，可以大规模使用磷石膏， 不仅解决了磷石膏堆放污染环境的问题，同时也能大大减轻工程对砂卵石的需 求量，具有十分重要的环保意义和社会经济效益。
在固化剂配比恰当、固化剂与磷石膏混合比例合适的情况下，改良磷石膏 用于路面路基、底基层或者基层混合料时：
1)具有足够的强度与刚度，基层能够承受由路面面层传递下来的竖向荷载 的反复作用。
2)水稳性好，地表水会通过面层、路肩或者其它结合部位，甚至是路面裂 缝进入到面层直至基层中，但是又不容易散发出去。因为路面基层材料能具备 较强的水稳定性，不至于含水量高时强度降低过多过快，导致路面因水破坏。
3)抗冲刷能力强，停留在基层和面层结合部位的水在行车荷载作用下形成 流动的水压力，对基层产生冲压作用，改良后的磷石膏用于基层、底基层和路 基的混合料，对这种冲刷具有足够的抵抗能力，不会出现严重的唧泥现象。
4)收缩性小，不会因温度和湿度变化而引起基层、底基层和路基过大的收 缩并出现裂缝从而在面层上形成反射裂缝。
附图说明
图1为实施例4的固化剂和磷石膏配比为6％时的击实曲线。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：
【实施例1】一种磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 4份，
K2CO3 0.4份，
树脂0.08份，
二酯0.25份，
抗酸剂0.1份，
明矾粉1份。
【实施例2】一种磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 5份，
K2CO3 0.5份，
树脂0.11份，
二酯0.3份，
抗酸剂0.2份，
明矾粉2份。
本实施例中，磷石膏固化剂，还包括胶凝剂，所述胶凝剂为水泥，胶凝剂 的重量与固化剂中其余组分重量之和的比为50:1。胶凝剂是一种很好的粘合剂， 可以迅速与磷石膏中的钙离子形成硅胶或者硅酸钙凝胶，起到胶结合填充空隙 的作用，使混合料的强度和承载能力提高。
【实施例3】一种磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 4.5份，
K2CO3 0.45份，
树脂0.09份，
二酯0.28份，
抗酸剂0.15份，
明矾粉1份。
本实施例中，磷石膏固化剂，还包括胶凝剂，所述胶凝剂为石膏，胶凝剂 的重量与固化剂中其余组分重量之和的比为60:1。胶凝剂是一种很好的粘合剂， 可以迅速与钙离子形成硅胶或者硅酸钙凝胶，起到胶结合填充空隙的作用，使 基层的强度和承载能力提高。
【实施例4】一种磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 4.5份，
K2CO3 0.5份，
树脂0.1份，
二酯0.3份，
抗酸剂0.2份，
明矾粉1.5份。
针对本实施例所述固化剂，磷石膏固化剂，还包括胶凝剂，所述胶凝剂为 水泥，胶凝剂的重量与固化剂中其余组分重量之和的比为55:1。胶凝剂是一种 很好的粘合剂，可以迅速与钙离子形成硅胶或者硅酸钙凝胶，起到胶结合填充 空隙的作用，使基层的强度和承载能力提高。
我们进行了各项路用性能指标的实验，试验按固化剂与磷石膏重量比为 2％、4％、6％、8％和10％五种配合比分别做了具体实验。
1、击实实验
图1是固化剂与磷石膏配合比为6％时的击实曲线，从图1可以看出，最大 干密度γd为16.08kN/m3，最佳含水量wopt为14.51％，随之进行了2％、4％、 8％和10％的击实实验，结果相差甚微，它们之间最佳含水量有微小的差别，最 大干密度基本一致，说明固化剂与磷石膏的配合比对击实曲线影响甚微。
2、无侧限强度试验
无侧限强度试验是规范规定衡量改良土强度的重要指标。在无侧限压力条 件下，试验改良磷石膏的不浸水和浸水的无侧限强度，根据不浸水强度和浸水 强度的比值来判定改良磷石膏的水稳性。同时，根据不同养护龄期的无侧限强 度值，预测改良磷石膏强度的变化趋势和最终强度。
表1.1是7d无侧限强度试验结果，试验内容包括5种配合比(2％、4％、6％、 8％和10％)和4种压实度度(90％、93％、95％和98％)。相同压实度情况下，无侧限 强度随配合比增加而提高，而水稳定系数K则波动变化，这与试验过程中的偶 然误差有关。不同配合比的无侧限强度随压实度的变化曲线，随压实度增加， 无侧限强度增加。配合比为2％的情况下，浸水无侧限强度为0。压实度为95％， 配合比为4％、6％的无侧限强度达到高速公路和一级公路底基层采用二灰混合料 作为底基层的技术要求以及二级和二级以下公路基层混合料技术要求。
表1.1 7日龄期无侧限强度试验结果
3、CBR实验
CBR全称为加州承载比，是评定路基土和路面材料的强度标准值。
表1.2是固化剂和磷石膏的配比分别为4％、6％、8％时的CBR实验数据。
可见，CBR值随压实度增加而增加，随配合比提高而增加，CBR值的绝对 值远远超过高速公路对路基填料的CBR值的要求。
表1.2CBR值(％)
由以上实验可以得出以下结论：
当配合比为6％时，改良土的无侧限强度已经达到高速和一级公路对底基层 混合料的技术要求，CBR值已经超过高速和一级公路对路基填料的技术要求。 因此，从技术要求层面来看，实施例4的固化剂和磷石膏在合适的配比下都能 满足要求，决定采用何种方式和固化剂取决于经济和施工工艺。
(1)在合适的固化剂配合比情况下，处理改良后的磷石膏的CBR和无侧限强 度能够满足不同等级公路对路基填料、底基层和基层混合料的技术要求，且有 良好的水稳定性和抗气候变化能力，完全可以用作公路路基填料、底基层和基 层混合料。
(2)用所述固化剂处理改良后的磷石膏的无侧限强度和CBR随压实度增加而 增加。
(3)用所述固化剂改良后的磷石膏的无侧限强度和CBR随固化剂与磷石膏的 配合比的增加而提高。
【实施例5】一种磷石膏固化剂，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 5份，
K2CO3 0.4份，
树脂0.08份，
二酯0.3份，
抗酸剂0.15份，
明矾粉2份。
针对本实施例所述固化剂，磷石膏固化剂，还包括胶凝剂，所述胶凝剂为 石膏，胶凝剂的重量与固化剂中其余组分重量之和的比为50:1。胶凝剂是一种 很好的粘合剂，可以迅速与钙离子形成硅胶或者硅酸钙凝胶，起到胶结合填充 空隙的作用，使基层的强度和承载能力提高。
我们利用同样的手段进行了各项路用性能指标的试验，试验仍旧按固化剂 与按磷石膏为2％、4％、6％、8％和10％五种配合比分别做了具体实验，最后得出 的实验数据与实施例4的数据基本吻合，在此不再累述。通过对比实验可以说 明一点，实施例5所述固化剂与合适重量的磷石膏组合制备的改良磷石膏作为 公路或者高速路的路基、底基层和基层的混合料是满足高速和一级公路对路基 填料的技术要求的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所 披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改 和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知 识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围， 则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种磷石膏固化剂，其特征在于，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 4～5份，
K2CO3 0.4～0.5份，
树脂0.08～0.11份，
二酯0.25～0.3份，
抗酸剂0.1～0.2份，
明矾粉1～2份。
2.根据权利要求1所述的磷石膏固化剂，其特征在于：还包括胶凝剂，所述胶凝剂为水泥或石膏,胶凝剂的重量与固化剂中其余组分重量之和的比为50～60:1。
3.根据权利要求1或2所述的磷石膏固化剂，其特征在于，由以下重量份配比的各组分制成：
Ca(OH)2 4.5份，
K2CO3 0.5份，
树脂0.1份，
二酯0.3份，
抗酸剂0.2份，
明矾粉1.5份。
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