改性磷石膏材料用于公路路面基层的应用研究

黑龙江交通科技
HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI
2028年第1期
(总第323期)
No. 1,2021(Sum No. 323)
改性磷石膏材料用于公路路面基层的应用研究
刘开琼8,,任 翔2,吕正龙8,
,刘小艳0
(8.苏交科集团股份有限公司，南京211112；2.中交二公局第三工程有限公司75012；
3.新型道路材料国家工程实验室，南京21115；
4.河海大学，南京25098)
摘要:磷石膏是磷石灰与硫酸作用湿法生产磷酸过程中的工业副产品,我国磷石膏综合利用率较低,2013年我国磷石膏产
量约为7 000万/综合利用率仅约27%，磷石膏累计堆积量已达到3亿t 以上。

公路是磷石膏潜在的具有较高利用率的应用 领域，而较多学者也对磷石膏作为筑路和填充材料用于公路建设进行了深入探索和研究。

本文采用一种复合改性剂，研究其
与磷石膏混合掺加后用于公路基层的路用性能，探讨磷石膏高掺量用于公路路面基层的可行性。

关键词:磷石膏、复合改性剂、基层、路用性能
中图分类号:U412.1 文献标识码：A 文章编号：508 -3333(2448)/8 -0070 -02
1试验方法和原材料22 试验方法
本文采用2种磷石膏样品，与复合改性剂进行 混掺，分别研究其在掺加集料和不掺加集料2种混
合料体系中的力学性能、水稳定性和体积稳定性。

1.2 试验原材
(1) 磷石膏
本文分别采用在开磷集团和瓮福集团堆放场 生产堆放的磷石膏废弃物(开磷集团和瓮福集团磷 石膏编号分别为K 和W )，磷石膏均为灰白色，化学 组成如表1所示。

按照国家标准磷石膏(GB/T 23456) ,2种磷石膏均属于一级石膏等级。

表8磷石膏化学组成________________
磷__________________________________________________水浴水吸9
二水石*膏 Sim5 Fe 2()3 a 2()3 co Mg /()5 3 NnO SO3 性澀附 畐 膏融:膏(%) (%) (%) (%) (%)(%) (%) (%) (%)匕05 F 水水(按 S()3
°
(%)(%)(%)(%)计y %
K
423 42( 425 9)24 423
ft® 018 4」2 08」8 425 M H 1828 22.M W 2」8 m 420 机.584 M W
4」4 02 4 m
M8 M 1828
4418
(2) 复合改性剂
本文采用的复合改性剂是一种以磷工业副产 品黄磷渣为主、复合多种组分而成的胶凝材料。

复 合改性剂化学组成如表2所示。

表2复合改性剂化学组成
收稿日期：2020 - 07 - 08
组学观％03肌CO
M S O 水2性水常
含量他)2.27
24
8•48
8 2 18
2 54 4•24 H
(3)集料
本文采用的粗集料主要用于“磷石膏+复合改性
剂+集料”混合料体系，其性能测试结果如表3所示。

表3粗性能指标测试结果
项目
单位
要求
测试结果表观密度 压碎值
大于8.5 mm#片状含量
细集料砂当量0.075 mm 通过率
gem 3 $
2.5 2.28% W 25% W12 12.5% $50 51.5% W12
8.1
2磷石膏含水率
磷石膏的含水率易受天气和外界环境的影响 而波动较大，同时磷石膏CaSO . • 2H 2O 中含有2个 结晶水，易在受热状态下分解脱水从而对测试结果 产生干扰，因此有必要采用合适的方法对磷石膏的 含水率进行精准测试。

本文分别采用3个烘干温度(4 C 、66 C 和 88 C)对磷石膏样品进行持续烘干，测试结果如表 4所示。

从表4中可以得出，烘干温度为66 C 时, 测得的含水量与烘干温度为4 C 时的测试结果相 近。

综合考虑测试结果的可靠性及测试的效率，本 文选择66 C 作为测试磷石膏含水量的烘干温度。

表4不同烘干温度下测得的磷石膏含水率
磷石膏种类
4 C 烘干含水率
(%)60 C 烘干含水率
(%)8C 烘干含水率
(%)K
8.2
质量无法达到恒定W
6.5
7.1
质量无法达到恒定
3路用性能
3.2力学性能
(1)击实试验
本文基于“磷石膏+复合改性剂”和“磷石膏+ 复合改性剂+集料”2种混合料体系，设计6种配 , 试验结果 5 所示。

表5力学性能测试方案和击实试验结果
体系方案-
编号
材料组成他)
击实试验结果磷膏 种类用量复合
改性剂
集
最佳含水率
(%)
最大干密度
(g/cm 3)
磷石膏+复合改性剂
K-I K
64/2-21223W-I W 664/14 51224
K-I I
K 52
52/
14 51238K-III K 466
/
14 51257磷石膏+复合改性剂+集弼
K-IV K
42482
1238W-IV
W 4
2
4
82
1266
(2 力学性 试
采用静压成型法成型无侧限抗压强度试件，其
第1期刘开琼，任翔，吕正龙，刘小艳:改性磷石膏材料用于公路路面基层的应用研究总第323期中“磷石膏+复合改性剂”体系和“磷石膏+复合改
性剂+集料”体系混合料分别径高为中50mm
X52mm和中172mm X10mm的圆模具成
型，混合实度均为98%。

将试件按标准条件养生至相行测试,
无侧限度试验结果分别5所示。

根据
测试结果可得，无论哪种磷石膏体系，其混合料的
无侧限度均呈现出7di快速增长、至
28d龄期趋于稳增长缓慢的，且23d
无侧限度均7MPa以上;未掺集料的
“磷石膏+复合改性剂”体系出了更优异的力
学性能。

表6混合料不同龄期无侧限抗压强度测试结果
混合料体系方案
编号
无侧限抗压强度(MPa)
8d龄期7d龄期28d龄期56d龄期
磷石膏+复合改性剂K-I02 2.810.214.6
W-I0.5 2.110.214.8
K-I I0.8 5.112.814.8
K-III 2.8 4.214.210.2
磷石膏+复合改性剂+集料K-IV 2.2 5.0 1.2 1.6
W-IV 2.8 2.8 1.6 1.6
3d1A28d56d
图1“磷石膏+性剂”体系混合料
无侧限抗压强度随龄期增长情况
3.2水稳定性
(1)浸水强度损失试验
基于K-IV和W-IV两种配比，成型试件并行标准养生，养生相将试件放入水中24h(室温)，取出恒重,再浸水25h,再，两个循测试其无侧限度,与试件评判其水稳定性，试验结果7所示。

总看，两个均呈现出随
增长浸水强度损失率趋于稳定的。

表7混合料水稳定性试验结果
5d度7d度23d度56d度案浸水损失水失水失水失号度率度率度率度率(MPa)(%)(MPa)(%)(MPa)(%)(MPa)(%)
k-IV 2.016.6 2.615.8 1.67.1 1.6 4.6 w-IV0.817.2 2.815.8 1.6 6.6 6.8 5.8
(2)抗冲刷试验
为评价磷石膏混合料的刷性能，基于K-IV配比的混合试件行标准养生,养生至规，取出试件分别浸水2h和24h后，放刷桶中冲刷2min,并将冲刷掉的磷石膏混合
行烘干称量，试验结果3所示。

表8不同养护龄期的冲刷试验结果O8d7d0d2d20d2d
g水2g/23D3D3D3D3D3D 刷2｛全1208」6ffl22211328H23.8287—3中看出，混合料的随>期的增大而。

的混合刷量较大31d
刷量显著降低，仅试件表面冲刷损失，这要是试件强度较高，密实性较好，对水作用具有较好的力。

水25h 的冲刷量显著高于浸水2h冲刷量，主要是浸水时间越长，渗合的水分多，混合料中磷石膏吸水产生一定的力，对试件产生破，从而降低合刷的能力。

3.3体积稳定性
磷石膏易吸水膨胀，本文基于K-IV方案成型试件分别测试不吸水水条件下的自由膨水。

(1)由试验
据《无机结合料稳试验规程》(JTG E51)自由试验方法测试混合不吸水条件下的自由。

自由率曲线如图2所示。

图2自由膨胀率变化曲线
0.3
T一一天膨胀率
―•—累计膨胀率亠“♦♦
0.2
.r
一_
812162024283236
龄期(d)
图3中看出，混合不遇水的情况下，由于的水化反应产生微。

38d时3趋于稳定，此时累计
2.983m m,累计率为2.245%。

自由要集中在脱模后的6d内,达到总的6
3.6%。

(2)吸水试验
据《公路土工试验规程》(J TG E45)土的试验，并做适当，测试混合充分吸水分条件下的。

水率曲线如图3所示。

图3吸水膨胀率变化曲线
二—一一夭膨胀率
—累计膨胀率
・-
潼
1621
浸水时间(d)26
由图3可得，混合水情况下3产生较大的。

浸水时间1d时3趋于稳定，此时累计 2.478mm,累计率
1.251%,约由的7.2倍。

吸水：主要集中在浸水前13d内，占总膨胀量的96.6%。

试件浸水的表面形看出，浸水膨胀后试件面大的，水产生的较大力已经导致混合。

4结论
(1)以磷化工副产品黄磷渣复配而成的复合改
(下转第73页)
第1期范云飞:公路路基拓宽施工中强夯技术的应用分析总第323期
实要求。

对于公路路基夯实施工人员来讲，还要合理布置夯点，可以采取梅花形布置方式进行布置,两个夯点之间的距离不能够超过7m。

在某公路路基夯实施工环节，施工作业人员采用的重锤质量为14t重锤直径是2.27m,其底面积是4.35m2,需要将其提高到7广m进行自由下落。

经过准确的计算得知，此重锤夯击能量为2320KN•m。

在试夯施工环节，相关技术人员需要认真绘制重锤夯击次数与公路路基沉降量曲线图，保证工程中的各项参数满足施工方案要求后,行公路路夯实工。

(2)夯工
为了更好的提升公路路基强夯施工质量,作业人员要对夯锤进行全面检查，保证夯锤具备一定数量的排风孔，并选择和其重量一致的履带式起重机为起重装备。

对于施工人员来说，不但要准备上述各项施工设备，而且要准备一系列的辅助设备，例如,缆风绳与龙门架等等。

在强夯施工环节，要保持施工场地的平整,将施工场地中的各项杂物有效清除,进而保证公路路基强夯施工的有序进行。

在公路路基强夯施工环节，施工单位通常采取跳跃式夯击施工方法进行施工，第一次强夯施工达标后，方可开展后续的强夯施工，并科学控制强夯施工间隔时间。

公路路基强夯施工完毕后,作业人员还要对各项设备进行全面的检验，保证公路路基强夯施工更加安全，科学控制各个夯击点的偏差。

如果公路路基强夯施工完毕出现大量沉降，则需要立即采取有效措施进行处理。

2.2做好质量检验工作
公路路基强夯施工完毕后，施工企业需要对重锤质量与其下落路基进行再次检测，保证公路路基的夯满足有关要。

公路路夯工
量检验要点如下：
第一，对公路路基夯击次数与距离进行有效的测量,保证各项测量数据更加精确。

第二，施工单位对公路路基强夯施工结束后,要结合行业有关法律法规,针对公路路基强夯施工质量进行全面检验，在具体的施工环节，要可以开展不定期检验，一旦发现夯实质量不达标现象，要行。

第三,有关管理部门要明确自身工作职责，针对公路强夯施工中的各个环节，进行全面的检验,保证公路路基强夯施工质量得到进一步提升，为居民的日常出行提供更多便利。

第四,针对特别容易发生安全隐患的部位，施工单位要安排专业人员进行严格的检测，进一步提高公路路基强夯施工效果。

3结束语
综上所述,通过对强夯技术在公路路基拓宽施工中的具体应用进行有效分析，例如施工准备要点、碎石铺设要点、强夯施工要点、做好质量检验工作等等，能够保证公路路基拓宽施工质量得到更好提升,有效减少公路路基失稳现象的发生。

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(上接第71页)
性剂对磷石膏具有良好的固化作用，“磷石膏+复合改化剂”和“磷石膏+复合改化剂+集料”体系混合料均具有较高的后期强度。

(2)采用复合改性剂的磷石膏混合料7d龄期前早期强度增长缓慢2d龄期后强度增长较快，这不满足半刚性基层在7d龄期即要求有较高强度,因此在磷石膏混合料用于公路路面基层时应根据度增长合计安排工。

(3)水稳定性和体积稳定性试验均证明采用复合改化剂的磷石膏混合料水敏感性较强，混合料水稳定性随龄期增长逐渐增强。

(4)采用复合改性剂的磷石膏混合料在不遇水状态下具有微膨胀性,利于混合料密实和抵抗收缩变形。

有水状态下，混合料吸水膨胀量较大，易导致合开。

(5)在采用复合改性剂时24%及以上磷石膏掺量的混合料应用于公路路面基层具有较好的可行性,但在具体工程应用中,工期安排和基层不遇水的排水的计与工是重。

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