本發(fā)明涉及無機(jī)建筑材料，尤其涉及一種改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、磷化工生產(chǎn)中產(chǎn)生大量磷尾礦、磷石膏、磷渣等工業(yè)固體廢棄物，且產(chǎn)量和堆積量逐年增加已嚴(yán)重限制了磷化工企業(yè)的發(fā)展。磷石膏是磷化工企業(yè)在硫酸法萃取磷酸過程中排出的工業(yè)廢渣，當(dāng)用硫酸和磷礦石反應(yīng)生成磷酸時(shí)就會(huì)產(chǎn)生磷石膏。

2、近幾年來，磷石膏資源的開發(fā)利用技術(shù)取得一定的研究進(jìn)展，主要包括以下幾個(gè)方面：一是石膏建材方面，磷石膏制備建筑石膏等各類石膏產(chǎn)品；二是化工方面，磷石膏制備硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥，磷石膏制備硫酸鉀、硫酸銨、硫酸銨鉀復(fù)合肥料，三是農(nóng)業(yè)方面，磷石膏可提供農(nóng)業(yè)作物所需的磷、硫、鈣、鎂、硅等；四是溫室氣體固化方面，磷石膏可用于固化二氧化碳，達(dá)到碳中和、碳減排的目的；五是制備環(huán)境功能材料方面，磷石膏制備吸附材料，如納米羥基磷灰石等；六是充填材料方面，磷石膏用來充填路基、充填礦山采空區(qū)。但是磷石膏規(guī)?；南{技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了磷石膏新增生產(chǎn)量與堆積量。因此，解決磷石膏大量堆積和環(huán)境問題，優(yōu)化磷石膏在產(chǎn)品應(yīng)用中的消耗量，進(jìn)一步擴(kuò)充應(yīng)用范圍，顯得非常重要和迫切。

3、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料及其制備方法與應(yīng)用，用于解決上述問題，提高材料的力學(xué)性能，提高磷石膏資源在公路領(lǐng)域的綜合利用水平與效率，改善路用環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)磷石膏綠色、高效、高值、規(guī)?；?；不僅可以解決磷石膏規(guī)?；褂脝栴}，還可解決公路建設(shè)地材料匱乏問題；既能減少二次污染，又節(jié)省了大量能源和成本，對(duì)大規(guī)模低成本無害化利用磷石膏具有重要意義。

2、本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明首先提供一種改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，包括：磷石膏、水泥、硅酸鈉、熟石灰和水；所述磷石膏和水泥的質(zhì)量比為85~95：5~15。

4、本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，控制改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料中磷石膏和水泥的用量關(guān)系為上述范圍時(shí)，水泥水化反應(yīng)生成的c-s-h凝膠、aft水化產(chǎn)物以及磷石膏自身的硬化作用的協(xié)同能夠提升材料力學(xué)性能。進(jìn)一步地，加入硅酸鈉和熟石灰改性劑后也是從促進(jìn)水化反應(yīng)產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物進(jìn)而提高材料的強(qiáng)度，其中，硅酸鈉主要提升材料的早期強(qiáng)度，熟石灰主要是提升材料的后期強(qiáng)度，兩種試劑復(fù)配后能夠起到協(xié)同增效的作用，有利于材料力學(xué)性能的提升。

5、本發(fā)明中，所述磷石膏的塑性指數(shù)為17.8。

6、作為優(yōu)選，所述磷石膏的附著水含水率為8.5~10wt%；所述磷石膏的粒徑≤1.18mm。

7、本發(fā)明中，通過烘干控制所述磷石膏的附著水含水率，優(yōu)選地，所述烘干的溫度為55~65℃時(shí)，能夠避免破壞磷石膏本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，有效控制磷石膏的含水率。

8、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述磷石膏的粒徑在1.18mm~0.6mm的通過率為96~99％，粒徑在0.6mm~0.3mm之間的通過率為95~97％，粒徑在0.3mm~0.15mm之間的通過率為93~96％，粒徑在0.15mm~0.075mm之間的通過率為86~90％。

9、作為優(yōu)選，所述改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料還包括除雜劑。

10、本發(fā)明中，磷石膏中存在的主要化學(xué)物質(zhì)為二水硫酸鈣(caso4·2h2o)和二氧化硅(sio2)，并含有少量的磷和氟等其他雜質(zhì)元素。

11、本發(fā)明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)需要選擇常規(guī)市售的除雜劑，在此不做限定。除雜劑中的鋁鹽與氟離子發(fā)生反應(yīng)，形成不溶性的氟化物沉淀。這種沉淀作用能夠使磷石膏中的氟離子固定在沉積物中，降低其遷移和釋放，從而減少對(duì)周圍環(huán)境的污染。

12、作為優(yōu)選，所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料包括如下重量份的組分：磷石膏85~95份，水泥5~15份，硅酸鈉1~3份，熟石灰1~3份，水10~20份。

13、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料包括如下重量份的組分：磷石膏85~95份，水泥5~15份，硅酸鈉1~3份，熟石灰1~3份，水10~20份；除雜劑1~3份。

14、作為優(yōu)選，所述水泥的比表面積≥380m2/kg。

15、作為優(yōu)選，所述水泥的初凝時(shí)間≥210min，終凝時(shí)間≤270min。

16、作為優(yōu)選，所述水泥3d抗壓強(qiáng)度≥35mpa，28d抗壓強(qiáng)度≥60mpa。

17、作為優(yōu)選，所述水泥3d抗折強(qiáng)度≥6mpa，28d抗折強(qiáng)度≥9mpa。

18、第二方面，本發(fā)明提供所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料的制備方法，包括：s1：將硅酸鈉、熟石灰與水混合，得到第一混合物；s2：將所述第一混合物和所述磷石膏進(jìn)行混合，得到第二混合物；s3：將所述第二混合物在密閉容器中進(jìn)行浸潤，并將浸潤結(jié)束后的第二混合物與水泥以及水混合，得到第三混合物；s4：將所述第三混合物進(jìn)行填筑靜壓成型，得改性磷石膏水泥穩(wěn)定試塊；再將所述改性磷石膏水泥穩(wěn)定試塊靜置后進(jìn)行脫模，然后放入進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

19、作為優(yōu)選，s1中，水的用量占水總用量的90~95wt%；s3中，水的用量占水總用量的5~10wt%。

20、作為優(yōu)選，s1中在混合時(shí)充分?jǐn)嚢?～5min；s2中在混合時(shí)充分?jǐn)嚢?～8min；s3中浸潤時(shí)間為12~24h，混合時(shí)充分?jǐn)嚢?～8min。

21、第三方面，本發(fā)明提供所述改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料在高速公路和/或一級(jí)公路的基層和底基層建設(shè)地材料中的應(yīng)用。

22、基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：

23、1)本發(fā)明大摻量改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料使磷石膏資源化利用，可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約自然資源、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

24、2)本發(fā)明大摻量改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料大幅度解決磷石膏規(guī)?；褂脝栴}和公路建設(shè)地材料匱乏問題，實(shí)現(xiàn)了固體廢物再利用，并且減少了水泥在道路建設(shè)中的應(yīng)用量，從而降低了施工成本。

25、3)本發(fā)明大摻量改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料最優(yōu)的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度已達(dá)到5mpa，可應(yīng)用于高速公路和一級(jí)公路的基層和底基層建設(shè)中，具有較強(qiáng)的市場競爭能力。

技術(shù)特征：

1.一種改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，其特征在于，包括：磷石膏、水泥、硅酸鈉、熟石灰和水；所述磷石膏和水泥的質(zhì)量比為85~95：5~15。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，其特征在于，所述磷石膏的塑性指數(shù)≥12。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，其特征在于，所述磷石膏的附著水含水率為8.5~10wt%；所述磷石膏的粒徑≤1.18mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，其特征在于，通過烘干控制所述磷石膏的附著水含水率，所述烘干的溫度為55~65℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，其特征在于，所述改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料還包括除雜劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，其特征在于，包括如下重量份的組分：磷石膏5~95份，水泥5~15份，硅酸鈉1~3份，熟石灰1~3份，水10~20份；

7.根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料，其特征在于，所述水泥的比表面積≥380m2/kg。

8.權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料的制備方法，其特征在于，包括：s1：將硅酸鈉、熟石灰與水混合，得到第一混合物；s2：將所述第一混合物和所述磷石膏進(jìn)行混合，得到第二混合物；s3：將所述第二混合物在密閉容器中進(jìn)行浸潤，并將浸潤結(jié)束后的第二混合物與水泥以及水混合，得到第三混合物；s4：將所述第三混合物進(jìn)行填筑靜壓成型，得改性磷石膏水泥穩(wěn)定試塊；再將所述改性磷石膏水泥穩(wěn)定試塊靜置后進(jìn)行脫模，然后放入進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料的制備方法，其特征在于，s1中，水的用量占水總用量的90~95wt%；s3中，水的用量占水總用量的5~10wt%。

10.權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料或權(quán)利要求8或9所述的制備方法制得的改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料在高速公路和/或一級(jí)公路的基層和底基層建設(shè)地材料中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及無機(jī)建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料及其制備方法與應(yīng)用。所述改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料包括：磷石膏、水泥、硅酸鈉、熟石灰和水；所述磷石膏和水泥的質(zhì)量比為85~95：5~15。本發(fā)明提供一種改性磷石膏水泥穩(wěn)定材料及其制備方法與應(yīng)用，能夠提高材料的力學(xué)性能，提高磷石膏資源在公路領(lǐng)域的綜合利用水平與效率，改善路用環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)磷石膏綠色、高效、高值、規(guī)?；?；不僅可以解決磷石膏規(guī)?；褂脝栴}，還可解決公路建設(shè)地材料匱乏問題；既能減少二次污染，又節(jié)省了大量能源和成本，對(duì)大規(guī)模低成本無害化利用磷石膏具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：許斌,孫武云,高奧東,吳梓敬,段孟貴,路凱冀
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中路高科（北京）公路技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6