水泥磷石膏穩(wěn)定材料在公路工程的應用

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摘要：將水泥磷石膏合理、恰當?shù)赜糜诠方ㄔO(shè)中，不僅可降低公路建設(shè)成本，還可減少化工生產(chǎn)廢物造成的環(huán)境污染問題?；诖?，對其性質(zhì)成分進行了分析，總結(jié)了其在路基路面中的具體應用，包括在二灰粒料、改性劑及混合填料等方面的應用。最后圍繞其可行性進行了探討，以期從整體上提升水泥磷石膏的利用率。

關(guān)鍵詞：水泥磷石膏；路面基層；硫酸鈣

1水泥磷石膏的性質(zhì)

水泥磷石膏一般為粉末狀，其中含有8%~15%的附著水，顆粒直徑一般為5~150μm，其主要成分為CaSO4•2H2O（二水合硫酸鈣），含量一般可達到70%~90%。水泥磷石膏所含的次要成分基本不一樣，成分非常復雜，礦石來源不同會對成分有很大影響。

2水泥磷石膏穩(wěn)定材料在路基路面中的應用

2.1在二灰粒料中的應用

路面基層存在于面層與路基之間，所承擔的負載很小，主要起傳輸作用。當前公路基層主要由剛性較強的材料構(gòu)成，這些材料包括水泥穩(wěn)定粒料、石灰、水泥磷石膏、粉煤灰等。在進行公路基層施工時使用磷石膏的主要原因是其具有良好的緩凝作用，在公路施工初期能確保公路路面強度達到要求。但是在石灰與粉煤灰中添加磷石膏，會在一定程度上增加物料密度。其用量須小于45%，因為其內(nèi)部硫酸鈣能與粉煤灰發(fā)生化學反應，進而提高物料強度。與此同時，在物料中添加磷石膏后再向混合物料中添加適量的物料固化劑，還能進一步提升路基的整體性能，有效改善路基的穩(wěn)定性與承載能力，使其達到并超出設(shè)計標準，為公路工程整體質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)[1]。

2.2在改性劑中的應用

路基路面工程施工中經(jīng)常會用到瀝青改性劑，其主要包括聚合物、有機物、抗氧化類物質(zhì)、纖維等。值得一提的是，當前許多瀝青改性劑中都添加了聚合物。與此同時在瀝青改性劑中還存在添加石膏晶的情況。在改性劑中硫酸鈣存在的形式是單晶體，其長徑比與顆粒物料粒度較為接近。為了對瀝青改性劑的性能進行精準評估，通常采用的檢測方法是測針入度、延長程度及軟化點分布等。在檢測過程中，延長程度主要是評估瀝青的延展性，延長長度值越大，瀝青延展性越好；針入度主要是評估瀝青黏稠度，該值越大，黏稠性越好；軟化點代表瀝青的熔點高低。在進行評估的過程中，除了對這幾項參數(shù)進行檢測外，也應對瀝青材料的疲勞老化指標、抗水性及剪切指標進行檢測，這些指標也能評定瀝青材料的性能好壞。在瀝青物料中加入石膏晶能有效提高瀝青熔點和黏稠度，其主要原因是硫酸鈣能提高瀝青感溫能力。在添加的過程中需要嚴格控制石膏用量，通常情況下加入量應在6%~10%之間，這樣瀝青改性劑的性能最佳。根據(jù)公路設(shè)計及施工要求，加入石膏晶須能有效改善瀝青的各項性能，特別是抗高溫、水穩(wěn)性和抗裂性等，確保路基結(jié)構(gòu)達到公路設(shè)計標準，與此同時還應能有效降低施工成本。加入硫酸鈣晶體后，應確保在低于常溫的情況下，混合物料不發(fā)生性能變化，提高其抗疲勞能力、水穩(wěn)性及熔點，這樣可以有效提高公路在惡劣天氣情況下的使用性能，例如高溫高寒天氣下使公路依然能具有較高的負載能力。

2.3在混合填料中的應用

大量實踐證明，使用磷石膏能有效提升公路承載能力。如果施工條件允許，可對水泥磷石膏進行相應的處理，例如通過一系列的化學反應生成石膏晶須，然后摻入物料中，能在一定程度上提升物料性能[2]。目前公路施工時，經(jīng)常將石膏混入其中。石膏分為兩種：一種是工業(yè)石膏，另一種是石膏晶須。如果將石膏晶須的用量控制在合理范圍內(nèi)，能有效提高瀝青混合料的各項性能，特別是在高溫條件下能使公路的抗車轍能力提高75%。如果大量使用工業(yè)石膏，會間接造成環(huán)境污染，而將硼石膏運用在瀝青混合物料中來代替工業(yè)石膏可有效降低環(huán)境污染，同時物料的馬歇爾性能還會提升。在實際公路建設(shè)過程中，水泥磷石膏的作用主要體現(xiàn)在提升物理性能方面，其摻入量通常占物料總量的1/5。但物理性能相對而言提升幅度較小，較預期目標還存在較大差距，這主要是由于硫酸鈣晶須本身具有高溫脫水和易脆等特性。所以，應對現(xiàn)有的施工工藝進行優(yōu)化設(shè)計，確保可以彌補強度等方面的不足，使最終配置的路基路面混合料滿足實際使用需求。

3水泥磷石膏粉煤灰路面材料可行性分析

近年來，對公路路面結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法、施工工藝等，國內(nèi)已開展了大量研究。然而由于我國國土面積大，具有多種不同的氣候環(huán)境，不同地區(qū)的公路交通量也大不相似，因此難以統(tǒng)一公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。相關(guān)研究表明，常溫下將一定量的硫酸鹽加入石灰粉煤灰中，能有效激發(fā)粉煤灰火山灰活性，其原因主要是：粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)內(nèi)，SO42-能與粉煤灰溶出的Al2O3、CaO等發(fā)生反應，最終生成AFt，而被C-S-H所包裹的粉煤灰顆粒將會出現(xiàn)膨脹，生成新的表面并加快其反應速度；此外，C-S-H凝膠中由于滲透了SO42-，致使其透水性有所改變，讓粉煤灰的火山灰反應速度提升。為對粉煤灰系統(tǒng)中磷石膏的激發(fā)效果進行進一步研究，對砂漿進行試驗，對磷石膏、Na2SO4對石灰粉煤灰系統(tǒng)早期強度的影響進行對比分析。試驗中的膠砂比例為1∶3，水膠比為0.58。由試驗結(jié)果不難看出，如果公路路面材料只以凝膠系統(tǒng)為主，其早期強度較低。在粉煤灰系統(tǒng)內(nèi)增加一定量的硫酸鹽激發(fā)劑，能有效控制早期強度低的問題。另外摻入一定量的3%硫酸鈉，28抗壓及抗折強度能提高300%，其效果顯而易見。相比硫酸鈉，把磷石膏作為激發(fā)劑，雖然7d強度還是較低，但28d之后其系統(tǒng)強度同樣能接近硫酸鈉，磷石膏對早期粉煤灰的強度影響作用同樣非常明顯。耐久性方面，粉煤灰-石灰-磷石膏穩(wěn)定碎石材料能將二灰材料后期強度良好的特點保留下來。環(huán)境影響方面，新型路面材料可以更好地將工業(yè)固體廢棄物利用起來，降低了堆場率，讓工程周邊環(huán)境得到了改善[3]。

4結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，公路工程項目所承擔的任務越來越重。在公路施工建設(shè)中使用水泥磷石膏，能有效提高公路的各項性能，如承載力、抗疲勞性、穩(wěn)定性等。與此同時，還能降低公路建設(shè)成本，為公路施工節(jié)約大量資金。

參考文獻：

[1]錢覺時，余金城，孫化強，等.鈣礬石的形成與作用[J].硅酸鹽學報，2017，45（11）：1569-1581.

[2]張光存，楊志強，高謙，等.利用磷石膏開發(fā)替代水泥的早強充填膠凝材料[J].金屬礦山，2015（3）：194-198.

[3]廖若博，徐曉燕，紀羅軍，等.我國磷石膏資源化應用的現(xiàn)狀及前景[J].硫酸工業(yè)，2012（3）：1-7.

作者：劉志浩 單位：湖北江漢工程咨詢有限公司