[发明专利]一种基于有机-无机胶凝材料协同稳定磷石膏与再生骨料的路面基层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于有机‑无机胶凝材料协同稳定磷石膏与再生骨料的路面基层材料，其特征在于，它以水泥基胶凝材料、煅烧磷石膏、天然细集料、再生粗骨料、硅酸钠、硬脂酸钙乳液、聚合物乳液和水为主要原料制备而成；其中水泥基胶凝材料、煅烧磷石膏、天然细集料和再生粗骨料组成固结组分。本发明采用有机‑无机胶凝材料对磷石膏和废弃混凝土的协同增强和稳定作用，实现废弃混凝土、磷石膏等固体废弃物的高效资源化利用，并有效保证所得路面基层材料较优异的力学强度与长期稳定性能等，具有重要的经济和推广价值。

技术领域

本发明属于路面基层材料技术领域，具体涉及一种基于有机-无机胶凝材料协同稳定磷石膏与再生骨料的路面基层材料及其制备方法。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸生产过程产生的固体废弃物，其主要成分为CaSO₄·2H₂O，主要污染性杂质包含氟化物、游离磷酸、P₂O₅磷酸盐等。近年来，我国磷石膏产生量显著增加，不仅占用了大量的国土资源，而且造成了土壤、河流的严重污染。由于缺乏有效管理措施，磷石膏主要的处理方式就是远郊填埋和堆弃，导致其再生利用率很低，故其资源化综合利用已成为亟需解决的现实问题。

磷石膏作为一种粉体材料，其性质类似于路面材料中常用的粉体矿料，考虑将其优化设计到道路材料中是规模化解决磷石膏存量问题的有效途径。由于磷石膏属于无机材料中的一种，其被认为在无机胶凝材料的作用下更容易发生固结，因此其在道路材料中的应用主要还是集中在路面基层。然而路面基层是整个道路的承重层，起稳定路面的作用，其材料质量的好坏直接决定路面的质量和使用性能，这往往与包括水泥、石灰、粉煤灰等在内的无机胶凝材料的单独或协同使用具有十分密切的关系。

除磷石膏外，废弃混凝土是目前最为迫切需要解决再生利用问题的建筑固体废弃物。据报道，我国每年因拆除建筑产生的废弃混凝土就达1亿吨以上，大部分均未得到实际应用而直接填埋或随意堆放。研究表明，废弃混凝土作为一种有价值的建筑资源，其经过破碎后可作为再生骨料再次应用到建筑领域。因此，考虑解决磷石膏在基层材料中利用的同时，协同解决再生骨料的有效利用具有十分重要的社会意义和工程价值。

根据现有研究，磷石膏与再生骨料在道路基层材料的应用中主要存在以下几个问题：1)磷石膏本身不具备水硬性，存在成型养护时间长和耐水性差等问题；2)再生骨料表面裹覆水泥砂浆，存在吸水率高、压碎值大等问题，导致其再生混凝土强度和耐久性差；3)大掺量磷石膏在基层材料中会与水化铝酸钙反应生成钙矾石与单硫型水化铝酸钙晶体，影响水泥等活性材料的水化反应，导致混凝土早期强度较低。然而，这些问题的解决则取决于胶凝材料体系对路基其他材料的稳定作用，即其如何在保证路面基层材料力学性能的同时，提高磷石膏与再生骨料的抗水性，以极大避免路面基层的裂缝产生。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种有机-无机胶凝材料协同稳定磷石膏与再生骨料的路基材料，可实现废弃混凝土、磷石膏等固体废弃物的资源化利用；同时有效保证所得路面基层材料较优异的力学强度与长期稳定性能等，且涉及的制备方法较简单、成本较低，具有重要的经济和推广价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于有机-无机胶凝材料协同稳定磷石膏与再生骨料的路基材料路面基层材料，它以水泥基胶凝材料、煅烧磷石膏、天然细集料、再生粗骨料、硅酸钠、硬脂酸钙乳液、聚合物乳液和水为主要原料制备而成；其中，水泥基胶凝材料、煅烧磷石膏、天然细集料和再生粗骨料组成固结组分，各组分及其所占质量百分比包括：水泥基胶凝材料3～6％，煅烧磷石膏19～21％，天然细集料19～21％，再生粗骨料52～59％；硅酸钠占固结组分质量的0.6～2.6％，硬脂酸钙乳液占固结组分质量的0.08～0.4％，水占固结组分质量的5～10％，聚合物乳液占固结组分质量的1～2％。

优选的，所述硬脂酸钙乳液占固结组分质量的0.24～0.4％