一种提升磷石膏水稳定性的固化剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种提升磷石膏水稳定性的固化剂及其应用。本发明专利技术所述提升磷石膏水稳定性的固化剂的组分包括石灰、电石渣、聚羧酸减水剂、吸水膨胀剂、防水剂、偏高岭土及矿粉，之后将固化剂与采用柠檬酸溶液预处理后的磷石膏混合得到改性磷石膏。本发明专利技术制得的固化剂掺入磷石膏中，使固化后的改性磷石膏具有较好的水稳定性和较高的强度，在一定的压实度下能够用做路基填料且满足JTG/TF20—2015《公路路面基层施工技术细则》中对于路基填料的技术要求规范；且本发明专利技术所述改性磷石膏保证了磷石膏填料用于路基填筑的环保要求。料用于路基填筑的环保要求。料用于路基填筑的环保要求。

【技术实现步骤摘要】
一种提升磷石膏水稳定性的固化剂及其应用


[0001]本专利技术属于公路工程
，特别涉及一种提升磷石膏水稳定性的固化剂及其应用。

技术介绍

[0002]磷石膏的产生与磷肥的产量密切相关。磷作为农业生产当中磷肥的主要成分，直接关系着农作物的产量与品质。目前，中国已是全球最大的磷肥生产国。与此同时，制备磷肥过程中会伴生大量“副产品”——磷石膏。硫酸分解磷矿萃取磷酸，生产过程中会副产磷石膏，磷酸是生产高浓度磷复肥的主要原料之一，制取1吨磷酸(100％P2O5)约产生5吨磷石膏，磷石膏主要成分是二水硫酸钙。由于量大又复杂难用的特性，目前，绝大多数磷石膏采用“堆放”的形式处理，这些磷石膏的堆放不仅占用了大量土地，还存在一定的环境风险和安全隐患。
[0003]国内外围绕磷石膏的综合利用途径展开了大量的研究，目前已提出了大量潜在的应用途径，主要有建筑材料、道路交通材料等领域。
[0004]在建筑材料领域，利用磷石膏中高CaSO4·
2H2O含量，磷石膏可作硅酸盐水泥的缓凝组分，以及和含有活性氧化铝的废弃物组成新的胶凝材料体系。当磷石膏用作水泥的缓凝组分时，由于磷石膏中含有大量的杂质，可能会对水泥的性能产生影响，并且缓凝组分仅占水泥质量的很小一部分，因此该种方法实际上局限性较大，并不能大量的消耗磷石膏。
[0005]在道路交通材料领域，磷石膏主要用于路基填料。钱正富等基于室内实验，无侧限抗压强度试验、干湿循环试验、冻融循环试验等，唐庆黔等基于室内试验和工程应用论证了磷石膏用于路基填筑的可行性。综合国内外资料，将磷石膏直接用于路基材料中存在以下问题，一是磷石膏填料的长期耐久问题，目前尚无资料报道，无法判断填料的长期稳定性问题；二是磷石膏受水的影响大，当含水量较高时，磷石膏会变软而强度降低，造成路基下沉而导致路面的破坏。当含水量较低时，会出现收缩开裂，同样会导致路面的破坏；三是磷石膏的水污染问题。因此，改良或固化磷石膏使其能够用于路基填料，不仅能大规模消纳磷石膏，而且能节约砂石材料，进而达到环境保护、资源节约、绿色发展与减少投资等多重效益。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题，专利技术一种提升磷石膏水稳定性的固化剂及其应用，掺入磷石膏中，使固化后的改性磷石膏具有较好的水稳定性和较高的强度，在一定的压实度下能够用做路基填料且满足JTG/T F20—2015《公路路面基层施工技术细则》中对于路基填料的技术要求规范。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0008]一种提升磷石膏水稳定性的固化剂，由以下组分按重量份数组成：
[0009][0010]其中，所述矿粉为胶凝剂，石灰、电石渣、聚羧酸减水剂、吸水膨胀剂、防水剂、偏高岭土为添加剂。
[0011]所述吸水膨胀剂选自海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、淀粉接枝丙烯酸共聚物中任意一种以上混合。
[0012]所述防水剂选自甲基硅酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、硬脂酸钠中任意一种以上混合。
[0013]本专利技术所述石灰为熟石灰粉，其主要成分为氢氧化钙，化学式为Ca(OH)2，外观呈白色粉末状，其性能指标满足JTG/T F20—2015《公路路面基层施工技术细则》中的相关规定。本专利技术中所述石灰一方面能够中和磷石膏中所残留的P2O5，使路基填料的pH呈现中性或者是弱酸(碱)性；另一方面作为矿粉的激发剂，激发矿粉活性，增强填料的早期强度发展。
[0014]本专利技术所述电石渣是电石加水生产乙炔的副产物,是PVC生产中产生的一种主要工业废渣,每生产1t聚氯乙烯就会产生1.2t电石渣(干基)，为Ⅱ类一般工业固体废物。电石渣呈碱性的理化性质中和并且固化了磷石膏中的水溶性磷杂质，水溶性磷杂质的去除可以有效优化石膏的微观形貌，提升强度；同时，电石渣还会和水溶性磷反应生成磷钙石，减少可溶性磷的溶出量。
[0015]本专利技术所述聚羧酸减水剂为粉末聚羧酸减水剂。聚羧酸减水剂可以改变晶体形态，可显著降低石膏硬化体的孔隙率,有效改善硬化体孔结构,从而有助于提高石膏的力学强度和防水性能。
[0016]本专利技术中采用吸水膨胀剂能够吸附水分并且膨胀，掺入到填料中能够填充其他原材料颗粒与颗粒之间的空隙，使结构更为紧密，且当填料后期遇水时能够吸收侵入的水分，有助于增加其水稳定性。例如海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，研究表明海藻酸钠能够吸附自身体积10倍以上的水分并且膨胀。
[0017]本专利技术中采用防水剂使得磷石膏颗粒表面由亲水变为疏水，阻断磷石膏中的连通孔隙，由此改善磷石膏的水稳定性。例如甲基硅酸钠是一种有机化合物，分子式为CH5SiO3Na，甲基硅酸钠生成了聚硅氧烷憎水膜，使得磷石膏颗粒表面由亲水变为疏水。
[0018]本专利技术所述偏高岭土是以高岭土为原料，在适当温度下(600～900℃)经脱水形成的无水硅酸铝。偏高岭土中的活性成分有水硅酸铝与氢氧化钙反应生成具有凝胶性质的水化钙铝黄长石和二次C
‑
S
‑
H凝胶，这些水化产物能够大幅度增强填料的无侧限抗压强度。
[0019]本专利技术所述矿粉实际是粒化高炉矿渣粉的简称。以粒化高炉矿渣为主要原料，可掺加少量石膏磨制成一定细度的粉体，称做粒化高炉矿渣粉，简称矿渣粉，属于火山灰质活
性材料。本专利技术主要使用的矿粉为S95级矿粉，其中含有较多的活性SiO2、活性Al2O3,能与Ca(OH)2在常温下起化学反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙。这些成分有助于混合料的硬化，增加强度。同时，矿粉的粒度比磷石膏颗粒的小，能够填充于磷石膏颗粒的空隙，构成最密堆积，有利于强度的发展。
[0020]本专利技术所述提升磷石膏水稳定性的固化剂应用于大掺量磷石膏路基填料中。
[0021]本专利技术提供了一种采用上述固化剂的改性磷石膏，由上述固化剂与磷石膏按质量比18～35:82～65混合而成。
[0022]本专利技术所述改性磷石膏的制备方法为：首先采用柠檬酸溶液对磷石膏预处理，之后用清水洗涤后干燥，最后干燥后的磷石膏直接与上述固化剂混合得到所述改性磷石膏；
[0023]其中，柠檬酸溶液中的柠檬酸质量占磷石膏质量的1％～2％；柠檬酸作为预处理剂，可以把磷、氟等杂质转化为可以水洗的柠檬酸盐、铝酸盐以及铁酸盐，降低后期填料中有害元素及离子的溶出量。
[0024]本专利技术所述改性磷石膏的具体制备方法为：首先采用柠檬酸溶液在30℃下对磷石膏预处理20～25分钟，然后用清水洗涤3次，每次至少3分钟；洗涤后的磷石膏在50℃下干燥，干燥至磷石膏含水率≤1％后直接与上述固化剂混合得到所述改性磷石膏。
[0025]本专利技术所述改性磷石膏的使用方法为：根据路基填料的技术要求，将改性磷石膏中加入预定的水分搅拌均匀后使用。
[0026]本专利技术的有益效果如下：
[0027](1)本专利技术制得的提升磷石膏水稳定性的固化剂通过成分之间的水化作用形成的硅酸钙水合物和铝酸钙水合物填充在磷石膏颗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升磷石膏水稳定性的固化剂，其特征在于，由以下组分按重量份数组成：2.根据权利要求1所述的一种提升磷石膏水稳定性的固化剂，其特征在于，所述石灰为熟石灰粉，其性能指标满足JTG/T F20—2015《公路路面基层施工技术细则》中的相关规定；所述电石渣是电石加水生产乙炔的副产物；所述聚羧酸减水剂为粉末聚羧酸减水剂；所述偏高岭土是以高岭土为原料，在600～900℃经脱水形成的无水硅酸铝。3.根据权利要求2所述的一种提升磷石膏水稳定性的固化剂，其特征在于，所述吸水膨胀剂选自海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、淀粉接枝丙烯酸共聚物中任意一种以上混合。4.根据权利要求2所述的一种提升磷石膏水稳定性的固化剂，其特征在于，所述防水剂选自甲基硅酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、硬脂酸钠中任意一种以上混合。5.一种权利要求1至4任一项所述固化剂在大掺量磷石膏路基填料中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙诚，吴建辉，马健，赵明星，储洪强，张风臣，蒋林华，胡剑，熊秀峰，陈纲，陈明，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：