一种高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料及其制备方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料及其制备方法。

背景技术：

1、磷石膏是湿法生产磷酸过程中的副产物，每生产1t磷酸产生5t磷石膏，目前我国堆存约4亿吨，每年新增5000万吨，不仅侵占大量土地，污染空气与地下水，危害人体健康。同时随着我国经济的快速发展和区域间贸易繁荣，对已有高速公路进行拓宽改建已十分必要，对于道路工程充填材料需求量仍然较大。相比传统路基回填材料，采用泡沫轻质土路基回填具有以下优点：减轻路面沉降、可陡坡施工、占地面积少、施工难度低、减少天然砂石消耗。根据《cjjt 177-2012气泡混合轻质土填筑工程技术规程》标准要求，路基填筑材料强度最高要求为1.0mpa，软化系数要求≥0.8。现有泡沫轻质土材料都是水泥-矿物掺合料体系，虽然强度和耐水性都能满足标准要求，但是由于粉煤灰和矿粉等价格较高，导致泡沫轻质土的生产成本较高。大宗工业固体废弃物磷石膏目前利用率较低，多为堆存处理，占用场地且污染环境。采用磷石膏作为胶凝材料可降低泡沫轻质土生产成本，解决磷石膏堆存和环境污染问题，具有广阔的应用前景。但磷石膏中的磷酸根延缓水泥水化，导致泡沫轻质土早期强度发展慢，泡沫易破灭，泡沫轻质土难以成型，且磷石膏掺量高导致泡沫轻质土存在耐水性下降的问题，仍未找到有效解决办法，限制了大掺量磷石膏泡沫轻质土作为路基回填材料的应用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，包括以下重量份的原料：水泥10～15份、矿粉30～35份、磷石膏50～60份、发泡剂0.1～0.5份、促凝剂3～5份、防水剂2～4份、减水剂0.2～0.5份、水40～60份、玉米秸秆纤维1～1.5份。

3、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述水泥为p·o 42.5硅酸盐水泥。

4、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述矿粉为s95级，密度为3～3.5g/cm3，比表面积400～450m2/kg。

5、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述磷石膏包括原状磷石膏和煅烧磷石膏，所述磷石膏中煅烧磷石膏质量含量为20～40％；

6、其中，所述煅烧磷石膏制备方法为：

7、将原状磷石膏过筛至粒径小于3mm；

8、将原状磷石膏以5～15℃/min速率升温至450～500℃，并保温150～200min，随炉冷却，得到煅烧磷石膏。

9、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述发泡剂为为高稳定型复合发泡剂，所述高稳定型复合发泡剂包括以下质量分数的原料：70～80％水解动物蛋白、3～7％十二烷基磺酸钠、15～25％改性硅树脂聚醚乳液。

10、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述促凝剂包括以下重量份原料：1～2份偏铝酸钠、1～3份硫铝酸盐水泥。

11、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述防水剂包括硬脂酸锌乳液和有机硅烷，所述硬脂酸锌乳液和有机硅烷的质量比为(1～3):(1～3)。

12、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述减水剂减水率≥30％。

13、优选的是，所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，所述玉米秸秆纤维的制备方法为：

14、将玉米秸秆切割后，过筛得到直径为10～20mm的原玉米秸秆纤维；

15、将原玉米秸秆纤维置于水中浸泡5～10h，洗涤至中性，干燥，得到玉米秸秆纤维。

16、第二方面，本发明还提供了一种所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料的制备方法，包括以下步骤：

17、将水泥、矿粉、磷石膏混合搅拌后，加水，继续搅拌，再加入玉米秸秆纤维，得到浆体；

18、将发泡剂稀释80～120倍，施加压缩空气，制备得到预制泡沫；

19、将预制泡沫与浆体混合搅拌后，加入促凝剂、防水剂、减水剂，继续搅拌，装模，静置后拆模进行养护，得到高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料。

20、本发明的一种高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：

21、1、本发明的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，采用高稳定复合型发泡剂，通过蛋白质型发泡组分、十二烷基磺酸钠起泡组分和改性硅树脂聚醚乳液稳泡组分混合，使得泡沫稳定性提升，减轻了磷石膏泡沫轻质土强度发展慢导致泡沫破灭的问题。

22、2、本发明的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，采用主要成分为ii型慢溶型硬石膏的煅烧磷石膏部分替代原状磷石膏，煅烧磷石膏制备简单，其中的ii型慢溶型硬石膏的水化速度适中，其掺入不影响泡沫轻质土流动性，可促进泡沫轻质土早期强度形成。采用偏铝酸钠和硫铝酸盐水泥促凝剂，早期在泡沫轻质土中生成钙矾石促进早期强度发展。煅烧磷石膏、偏铝酸钠和硫铝酸盐水泥三者共同作为促凝剂，降低了促凝剂的碱性，防止单纯采用碱激发剂促凝导致泡沫轻质土流动性降低、粉料团聚的问题。

23、3、本发明的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，采用玉米秸秆作为纤维增强相，提高了泡沫轻质土的力学性能和抗裂性能，同时促进了玉米秸秆作为废弃物的处理问题。

24、4、采用的硬脂酸锌乳液在泡沫轻质土中在表面张力梯度的作用下倾向于聚集在气孔表面，与浆体中的ca2+反应，生成针状不溶性的盐晶体可填充浆体内部的微裂缝和毛细孔隙。同时硬脂酸锌的疏水碳链结构聚集在气孔表面，可以提升泡沫轻质土的防水效果。有机硅烷防水剂的有机硅分子上带有反应活性基，硅氧烷的活性基团首先与水发生水解反应脱去醇，形成具有三维交联特性的具有疏水性的网状硅氧烷膜。

25、5、本发明所得高掺量磷石膏泡沫轻质土磷石膏占胶凝材料质量的50％以上，在湿密度600～1000kg/m3范围内时，28d抗压强度为0.5～3.0mpa，软化系数＞0.8，满足《cjjt177-2012气泡混合轻质土填筑工程技术规程》标准规定的流动性、强度和耐水性要求。

技术特征：

1.一种高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：水泥10～15份、矿粉30～35份、磷石膏50～60份、发泡剂0.1～0.5份、促凝剂3～5份、防水剂2～4份、减水剂0.2～0.5份、水40～60份、玉米秸秆纤维1～1.5份。

2.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述水泥为p·o 42.5硅酸盐水泥。

3.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述矿粉为s95级，密度为3～3.5g/cm3，比表面积400～450m2/kg。

4.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述磷石膏包括原状磷石膏和煅烧磷石膏，所述磷石膏中煅烧磷石膏质量含量为20～40％；

5.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述发泡剂为为高稳定型复合发泡剂，所述高稳定型复合发泡剂包括以下质量分数的原料：70～80％水解动物蛋白、3～7％十二烷基磺酸钠、15～25％改性硅树脂聚醚乳液。

6.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述促凝剂包括以下重量份原料：1～2份偏铝酸钠、1～3份硫铝酸盐水泥。

7.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述防水剂包括硬脂酸锌乳液和有机硅烷，所述硬脂酸锌乳液和有机硅烷的质量比为(1～3):(1～3)。

8.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂，所述减水剂减水率≥30％。

9.如权利要求1所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，其特征在于，所述玉米秸秆纤维的制备方法为：

10.一种如权利要求1～9任一所述的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料及其制备方法，由包括以下原料：水泥、矿粉、磷石膏、高稳定型复合发泡剂、促凝剂、复合防水剂、聚羧酸系减水剂、水、玉米秸秆纤维。本发明的高掺量磷石膏泡沫轻质土路基回填材料，胶凝材料中磷石膏的掺量超过50％，有效降低泡沫轻质土生产成本，同时消纳磷石膏，对于建筑材料行业低碳可持续发展具有重要意义。本发明采用高稳定复合型发泡剂延长泡沫的稳定性，同时采用慢溶磷石膏和碱性促凝剂共同促凝的方式，提高泡沫混凝土早期强度，通过硬脂酸和乳胶复合防水剂，提升了高掺量磷石膏泡沫轻质土的耐水性，从而使高掺量磷石膏泡沫轻质的强度和耐水性达到路基回填材料的施工填筑要求。

技术研发人员：张高展,何洋,杨军,丁庆军,刘凯,陈浩,朱嘉豪,刘立,张海锋,石家龙,张志峰,吴磊磊,黄绍龙
受保护的技术使用者：安徽建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16