一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂及应用

本发明涉及磷石膏资源化与高值化利用，尤其涉及一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂及应用。

背景技术：

1、磷石膏是湿法生产磷酸工艺产生的副产物，其堆存量巨大。大量的磷石膏堆积不仅占用了土地和浪费资源，还导致可溶性磷、氟和少量的有害重金属通过水分渗出或在降雨影响下溶解，形成酸性废水，造成土壤和水体的严重污染。这对环境和生态造成了极大的破坏，同时也严重制约了磷化工产业的可持续发展。磷石膏用作道路基层材料是其主要用途之一。固化剂在磷石膏路基材料中扮演着核心角色，通过物理填充、化学反应及微观结构优化，对于提升磷石膏的工程性能和环保安全性有着重要作用。在磷石膏应用于路基领域，研究多采用水泥、石灰等传统固化剂，但高碱环境容易导致膨胀、重金属溶出等问题。开发低碱度复合固化剂，实现磷石膏的高效稳定化、强度提升及环境安全控制，成为推动磷石膏规模化应用的关键。此外，路基材料的水稳性直接关系其使用的长久性。而磷石膏的亲水性很强，这是其目前用于路基材料亟需突破的技术问题。

2、因此，一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂及应用亟待提出。

技术实现思路

1、本发明提出了一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂及应用，旨在解决目前磷石膏亲水性较强以及其作为路基材料面临长期稳定性不足的问题，从而提高磷石膏路基材料的耐久性。

2、本发明第一目的提供一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂，按照质量百分比包括以下组分：氧化钙15～25%、硫酸铝10～15%、硫酸铁4～8%、甲酸钙4～8%、甲基硅酸钠2～4%、矿粉20～30%、粉煤灰15～25%、纤维素0.4～0.8%。

3、优选的，所述矿粉为s95等级矿粉。

4、优选的，所述粉煤灰为一级粉煤灰。

5、本发明第二目的提供一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂的制备方法，包括以下步骤：按照质量百分比称取氧化钙15～25%、硫酸铝10～15%、硫酸铁4～8%、甲酸钙4～8%、甲基硅酸钠2～4%、矿粉20～30%、粉煤灰15～25%、纤维素0.4～0.8%，充分搅拌混合均匀，即制得所述复合改性剂。

6、本发明第三目的提供一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂在制备磷石膏路基材料中的应用，包括以下步骤：

7、s1、按照重量百分比称取磷石膏75～85%和po42.5水泥15～25%；

8、s2、添加复合改性剂和水，充分拌合均匀；其中，复合改性剂掺量为磷石膏和水泥的0.5～2%，水的添加量为磷石膏和水泥的0.3～0.4；

9、s3、将拌合均匀的膏体注入50×50mm圆柱抗压试模，静置1～2d脱模；

10、s4、将脱模后的试块置于温度20℃、相对湿度70～75%的恒温恒湿环境中养护至预设龄期，即得成品路基材料。

11、优选的，所述磷石膏未经无害化处理，水分含量为29.2%，ph值为1.81，氟化物浓度为15.62mg/l，磷酸盐浓度为730.36mg/l。

12、相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

13、第一，本发明提供的磷石膏路基材料复合改性剂为低碱度，攻克了高碱缓凝难题，实现了早强与低碱协同优化，技术性能大幅突破，抗水性能显著提升，首次在磷石膏固化中同时满足早强需求和环保低碱要求，固废高掺量与污染协同封存，可实现磷石膏的大规模资源化利用，解决了磷石膏路基材料的耐久性问题，提高了其使用寿命，为其大面积推广应用提供了技术解决方案。

14、第二，本发明提供的磷石膏路基复合改性剂中各组分协同作用，氧化钙可以提高磷石膏的ph，并且将其中的可溶性氟转化为氟化钙和氟硅酸盐等，硫酸铝和硫酸铁可将其中的可溶性磷转化为磷酸铝和磷酸铁，从而改善了磷石膏的物理特性，可溶性磷和氟转化为惰性组分，可以作为填充物提高固结体的密实度；甲基硅酸钠、粉煤灰和矿粉的协同作用可以改善磷石膏的亲水性质，从而提高水稳性；氧化钙、甲酸钙和硫酸盐可达到复合激发的效果，以提高磷石膏路基材料的早期抗压强度，达到污染物封存与早强的效果；纤维素则有助于吸水，防止水分过高引起开裂，提升抗裂性能，降低路基遇水软化程度，同时提高路基密实度和增强韧性。

15、本专利复配了多种功能组分，同时解决磷石膏路基材料强碱缓凝问题，水稳问题和早强问题。首先加入氧化钙是因为磷石膏中含有可溶性磷和氟，ph也较低，需要在固化磷氟的同时，提高ph。改性后环境处于中性至弱碱性，铝盐和铁盐可以协同深度除氟，改善磷石膏晶型。此外，它们还可以提高胶凝材料反应速率。总之，本发明提供的磷石膏路基材料解决了磷石膏亲水性强以及路基材料水稳性较差的实际问题，而且长期稳定性能较好，即便在雨水冲刷时路基材料的无侧限抗压强度损失较小，从而为磷石膏路基材料的推广应用奠定了基础。

1.一种提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂，其特征在于，按照质量百分比包括以下组分：氧化钙15～25%、硫酸铝10～15%、硫酸铁4～8%、甲酸钙4～8%、甲基硅酸钠2～4%、矿粉20～30%、粉煤灰15～25%、纤维素0.4～0.8%。

2.根据权利要求1所述的提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂，其特征在于，所述矿粉为s95等级矿粉。

3.根据权利要求1所述的提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂，其特征在于，所述粉煤灰为一级粉煤灰。

4.一种如权利要求1-3任一所述的提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照质量百分比称取氧化钙15～25%、硫酸铝10～15%、硫酸铁4～8%、甲酸钙4～8%、甲基硅酸钠2～4%、矿粉20～30%、粉煤灰15～25%、纤维素0.4～0.8%，充分搅拌混合均匀，即制得所述复合改性剂。

5.一种如权利要求1-3任一所述的提高磷石膏路基材料水稳性能的复合改性剂在制备磷石膏路基材料中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述磷石膏未经无害化处理，水分含量为29.2%，ph值为1.81，氟化物浓度为15.62mg/l，磷酸盐浓度为730.36mg/l。