[发明专利]一种可循环使用的磷石膏路基材料的制备和使用方法

说明书

本发明提出一种可循环使用的磷石膏路基材料的制备和使用方法，属于路基材料领域，本发明将自由含水率为7％‑20％的磷石膏加入到饱和氢氧化钙溶液中进行中和反应，得到去除可溶性磷酸根和氟离子的磷石膏；制得的磷石膏在170℃‑350℃下进行高温煅烧，使其中的二水石膏转变为III型无水石膏；制得的III型无水石膏与水、减水剂和防水剂混合，制得所述磷石膏路基材料。本发明提出的使用方法是先将磷石膏路基材料用于路基建造，路基服役完成后，对磷石膏路基材料再次进行高温煅烧，并再次用于路基建造。本发明所制得的磷石膏路基材料具有良好的强度、水稳性和体积稳定性，在维持磷石膏路基材料性质纯粹性的前提下，实现可循环使用。

技术领域

本发明专利涉及路基材料领域，特别涉及一种可循环使用的磷石膏路基材料的制备和使用方法。

背景技术

磷石膏是磷化工生产过程中的副产物，我国是磷化工大国(磷肥的产量居世界首位)，年排放磷石膏约2000万吨，年利用率小于20％，当前我国堆存的磷石膏约2.5亿吨。磷石膏的主要成为二水石膏(质量分数通常大于85％)，同时含有少量的可溶性杂质，如H⁺，可溶性P₂O₅和F离子。未得以利用的磷石膏在堆存过程中，可溶性杂质可随着其中的自由水向地下渗透，造成水体污染，危害生态和环境。

如何拓展磷石膏的利用渠道，以缓解空间、环境和生态压力是当前亟需解决的问题。通过对磷石膏进行水洗或碱中和处理，可将磷石膏制备成水泥调凝剂、磷肥、砌块、石膏板和墙体抹面砂浆等材料，但制备这些材料产生的磷石膏消纳量和磷石膏的年产量不匹配，依然有大量的磷石膏(年产量的80％左右)堆存，需要开辟新的应用途径。

当前，我国正在进行大规模的交通设施建设，2017年，我国高速公路的总里程为13.7万公路，位居世界第一位，但相对于人口总量和经济发展需求，我国的交通设施建设还有待于持续的提升。公路建设过程中，需要消耗大量的路基材料，常规的路基材料包括石头、砂和土壤等，这些天然资源的大量消耗已造成严重的生态和环境危害。如果能使用磷石膏这样的工业副产物来取代常规的路基材料，则可获得双赢的局面。

将磷石膏用作路基材料，已有一些学者进行了初步的研究，吴少鹏等研究了磷石膏-粉煤灰-生石灰体系(质量比为8:8:1)用作路基材料的可行性，研究结果表明在适宜压实度情况下，该体系可用于公路路基的制备(吴少鹏,沈卫国,周明凯,等.磷石膏粉煤灰石灰固结材料的研究[J].中国公路学报,2001,14(z1):13-15.)；周富涛等研究了磷石膏-粉煤灰-水泥-生石灰体系(质量比为9:10:2:1)用作路基材料的可行性，研究结果表明在磷石膏掺量适宜的条件下，体系可获得最优的强度(周富涛,石宗利.磷石膏路基材料的实验研究[J].中国建材科技,2014,23(4):49-52.)。

从上述研究结果可见，已有研究将磷石膏用作路基材料的思路是使用水硬性胶凝材料(如水泥、粉煤灰)的水化反应，通过生成水溶性极低的C-S-H凝胶或钙矾石晶体来胶结磷石膏颗粒并产生强度。该方法的优点是提升了所研究复合材料体系的强度和水稳性，缺点是钙矾石的生成使得体系有后期膨胀破坏的风险，同时水泥、粉煤灰和石灰等外部物质的掺入，改变了磷石膏的纯粹性，降低了磷石膏再生利用的可行性(譬如：水化硬化后的磷石膏-粉煤灰-水泥-石灰体系难以再生并作为石膏材料来应用)。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种可循环使用的磷石膏路基材料的制备和使用方法，本发明在保持磷石膏材料性质纯粹性的前提下，通过技术手段来保障磷石膏作为路基材料的可行性，形成一种绿色环保、可循环使用的磷石膏路基材料。该路基材料在满足作为一种交通设施的建筑材料所应具有的强度、水稳性和体积稳定性的前提下，还具有绿色环保、可循环使用的特点。其中，强度指路基材料承受外部荷载的能力，水稳性指路基材料在浸水状态下的抗软化能力，体积稳定性指路基材料在服役过程中的尺寸保持能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：