| 工业固废应用技术专委会石膏类技术论文 半水磷石膏二灰基层材料的性能研究 赵青林¹,刘兴良², 李剑秋²,刘次啟¹，王迪¹（1 武汉理工大学,武汉 430070;2 贵州川恒化工有限责任公司，贵 |
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工业固废应用技术专委会石膏类技术论文 |
半水磷石膏二灰基层材料的性能研究
赵青林¹,刘兴良², 李剑秋²,刘次啟¹，王迪¹
（1.武汉理工大学,武汉 430070;2.贵州川恒化工有限责任公司，贵州省 550500；)
摘要：为加大半水磷石膏的资源循环利用力度，探讨了不同半水磷石膏掺量、不同种类粉煤灰和不同石灰掺量下半水磷石膏二灰基层的无侧限抗压强度。结果表明：随半水磷石膏掺量在一定范围内增加，红色粉煤灰-石灰体系28天无侧限抗压强度略有增进，而褐色粉煤灰-石灰体系28天无侧限抗压强度降低。在半水磷石膏二灰体系中石灰掺量较适宜的范围6%-10%。
关键词：半水磷石膏；无侧限抗压强度；路面基层材料；性能
Study on Performance of Half Phosphorus Gypsum and Lime -Fly Ash Base Material
Abstract: This paper study on half phosphorus gypsum content,lime content and forming water influening onunconfined compressive strength of lime-fly ash and half phosphorus gypsum base,and research on water stability and freezing resistance.The results show that the unconfined compressive strength decrease along with the increasing of half phosphorus gypsum content, the lime of content about 6%-10% are suitable,the forming water a little change has less influence on unconfined compressive strength.The lime-fly ash and half phosphorus gypsum of water stability is poor,but freezing resistance is fine.
Key words: half phosphorus;unconfined compressive strength;pavement base;performance
磷石膏是化学石膏中排放量最大的废料，以磷矿石和硫酸为原料生产磷酸、磷肥和其他磷酸盐的工厂，均有大量的磷石膏排出。通常每生产1t磷酸，约排出5t磷石膏[1]。近几年来，随着国民经济的发展，农业对磷复合肥需求量大大增加，各地建设了一大批磷铵厂，我国磷石膏排出量快速增加。磷石膏若不经处理而任意排放，不仅占用大量土地，污
染环境，且给生态带来危害[2]。目前对磷石膏的利用一是制备建筑材料：纸面石膏板、石膏砌块和石膏砖等；二是制备化工产品：制硫酸联产水泥、制备硫酸铵联产碳酸钙等[3]；三是用作土壤的改性剂[4]；这几方面的利用都只是少量的消耗磷石膏。然而仅贵州省磷化工工业年排放磷石膏已超过1000万吨，排放的磷石膏大量堆积，严重侵占土地，污染环境，其利用率仅为10%。和大部分二水磷石膏特性不同，贵州川恒化工有限责任公司目前排放的磷石膏为半水磷石膏，年排放量约100万吨左右，该半水磷石膏与天然石膏成分相近，产品质量达到国家质量监督检验检疫总局发布的GB/T23456-2009优等品要求，而且具有a型半水石膏的特性，转化后有一定胶凝性。为加大半水磷石膏的利用率，拟开发磷石膏路面基层材料，为半水磷石膏应用开辟新的途径，解决半水磷石膏带来的环境压力问题。
本次研究选用贵州川恒化工有限责任公司的半水磷石膏进行路面基层材料的研究，然而目前尚未有半水磷石膏在路面基层中的研究与应用的报道，为此拟用半水磷石膏来制备半水磷石膏二灰基层材料，若本次研究成功，将为大量消耗半水磷石膏开辟新的途径。因此本文对半水磷石膏二灰强度的形成及影响因素进行了分析，同时对半水磷石膏二灰基层材料的水稳性、抗冻性进行了研究。
1 原材料与试验方法
1.1 原材料
1）半水磷石膏：取自贵州川恒化工有限责任公司。总磷含量在1.05%左右，总氟含量在0.46%左右，有害成分低。
2）二水磷石膏：取自贵州川恒化工有限责任公司。
3）石灰：石灰中钙含量按氧化钙计算达72.70%，化学成分见表1.
4）粉煤灰：红色粉煤灰0.3mm通过率100%，0.075mm通过率为95.08%；褐色粉煤灰0.3mm通过率为98.98%，0.075mm通过率为86.50%，两种粉煤灰都达到了二灰基层的技术指标。
表1 各原材料化学成分
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原材料 |
CaO |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
MgO |
TiO2 |
SO3 |
Loss |
有效钙 |
|
半水石膏 |
33.04 |
2.09 |
0.27 |
0.10 |
0.051 |
― |
44.30 |
18.09 |
― |
|
二水石膏 |
30.09 |
5.38 |
0.36 |
0.11 |
0.10 |
0.051 |
41.27 |
21.07 |
― |
|
石灰 |
72.70 |
5.01 |
0.54 |
1.05 |
5.27 |
0.14 |
1.15 |
13.80 |
72.70 |
|
红色粉煤灰 |
3.09 |
37.20 |
19.20 |
17.76 |
1.15 |
2.08 |
5.19 |
12.37 |
― |
|
褐色粉煤灰 |
36.87 |
17.87 |
7.34 |
4.24 |
3.05 |
1.16 |
2.93 |
25.50 |
― |
1.2 试验方法
按照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》对半水磷石膏二灰路面基层进行了无侧限抗压强度实验，探讨了强度随磷石膏、石灰、粉煤灰含量的变化对半水磷石膏二灰路面基层无侧限抗压强度的影响。
2 结果与讨论
2.1半水磷石膏掺量对强度的影响
为加大磷石膏的利用力度，最大限度的利用磷石膏，为此探讨了20-80%范围内不同粉煤灰种类对半水磷石膏二灰基层的性能影响。结果见图1。
图1 无侧限抗压强度随半水磷石膏掺量变化的情况
从图1可知：
1）无论是半水磷石膏-红色粉煤灰-石灰体系还是半水磷石膏-褐色粉煤灰-石灰体系7d无侧限抗压强度都随半水磷石膏掺量增加而减小，但都在3.00MPa以上，完全满足二灰基层的要求。
2）随粉煤灰种类的变化，半水磷石膏二灰基层变化趋势不同。随着养生龄期增至28d，两种体系的强度呈现相反的变化趋势，随着半水磷石膏掺量的增加，红色粉煤体系28d强度逐渐增加，而褐色粉煤体系28d强度则逐渐减小。
两种体系28d强度呈现相反的变化趋势，这与两种粉煤灰活性有很大的关系，对两种粉煤灰的活性检测发现，红色粉煤灰的活性远高于褐色粉煤灰的活性。通过后期持续火山灰反应，利用红色粉煤灰制备的二灰基层随着半水磷石膏掺量的增加，对其硫酸盐激发作用增加，因此强度呈现持续递增的趋势。
2.2石灰掺量对强度的影响
石灰是影响二灰类基层材料强度的重要因素，研究了在20-80%范围内不同石灰粉添加量对半水磷石膏二灰基层的性能影响（图2）。
图2 半水磷石膏二灰基层7d无侧限抗压强度随石灰掺量的变化趋势
从图2可知，半水磷石膏-红色粉煤灰-石灰体系和半水磷石膏-褐色粉煤灰-石灰体系7d无侧限抗压强度都随着石灰掺量的增加而出现先递增后减小的变化趋势，当两种体系在不掺石灰的情况下，养生6d后浸水试样溃散，不具有强度，说明这两种体系都要在碱性激发作用下才能形成强度；石灰在0%-6%强度增加较快，此时强度的增加主要靠石灰的碱性激发作用；当石灰的掺量在6%-10%强度较高，但增加的趋势较小，均在3.00MPa以上，完全达到路面基层的要求；当石灰的掺量大于10%时，强度呈现递减的趋势，说明石灰掺量的继续增加不利于红色粉煤灰体系和褐色粉煤灰体系强度的增长，因此控制石灰的掺量在6%-10%较适宜。
3.结论
1）半水磷石膏-红色粉煤灰-石灰和半水磷石膏-褐色粉煤灰-石灰体系的7d无侧限抗压强度都随着半水磷石膏掺量的增加而降低，且均在3.00MPa以上，完全满足二灰基层的要求，因此半水磷石膏的掺量可高达80%。
2）半水磷石膏二灰体系7d强度随石灰掺量增加而出现先增加后降低的变化趋势，较适宜的石灰掺量为6%-10%。
参考文献
[1] 沈卫国,姜舰,张丽,等.磷石膏改性二灰路面基层材料的性能研究[J].公路,2008,01:141-145.
[2] 伯杰,陈利顶,于秀波,等.中国生态环境的新特点及对策[J].环境科学,2000,21(5).
[3] 廖若博,徐晓燕,纪罗军,等.我国磷石膏资源化应用的现状及前景[J].硫酸工业,2012,03:1-7.
[4] 周智武,金苏闽.我国磷石膏综合利用技术进展[J].硫酸工业,2013,02:5-7.
