摘 要

近年来，随着我国经济的不断发展，工业固体废弃物的排放量也随之逐渐增大，并且造成了严重的污染。如何有效的利用这些工业废弃物成为当今研究的热点问题。基于此，为加大磷化工企业磷石膏和磷渣的利用率，本文拟用磷石膏和磷渣粉，制备出性能良好的路面基层材料，达到对这两种固体废弃物的综合利用。

国内外对于磷石膏在路面基层材料中的应用，有着较多的研究，但是对于磷渣，极少有见其在路面基层材料中的应用研究。论文主要通过了多种测试手段，对磷石膏和磷渣这两种固体废弃物的理化特性进行了全面的分析，掌握了磷石膏和磷渣的化学组成、结晶水含量、矿物相组成及其微观形貌特征。在此基础上，利用磷石膏、磷渣粉和石灰制备出路面基层材料。通过测试该路面基层材料的力学性能和耐久性能，探讨了其在作为路面基层材料的可行性。

研究结果表面：磷石膏、磷渣粉和石灰体系的路面基层材料具有较好抗冻性、自修复性、抗碳化性和水稳性，并且在标准养护条件下具有较高的强度，能够满足在多种条件下的施工及使用。所以磷石膏-磷渣粉体系路面基层材料是可行的，通过调整各项配比，可以制备出理想的路面基层材料，并且具有良好的耐久性能。

关键词：磷石膏；磷渣粉；路面基层材料；配比；耐久性

Abstract

In recent years, with the development of our national economy, industrial solid waste is produced increased, it caused seriously pollution. How to make use of this industrial solid wastes are becoming a hot topic in the research. In order to improve the utilization of phosphorus gypsum and phosphorous slag, how to prepare base material with good performance by phosphorus gypsum and phosphorous slag was focused on this paper, and achieved these solid waste be used.

Although study on the application of phosphorus gypsum in the base material has already be popular at present, but the study of phosphorous slag still less. The characteristics of phosphorus gypsum and phosphorous slag including chemical composition, content of crystal water, mineral phase and microstructure were given by several means based on this test. Base material prepared by the phosphorus gypsum and phosphorous slag powder, then the feasibility of base material was discussed by mechanical performance and durability.

It was showed that base material prepare by the phosphorus gypsum and phosphorous slag powder which could ensure good frost resistance,self repairing performance,anti carbonation and water stable, besides, during standard curing, the strength of case material was be assured. So it was feasibility that phosphorus gypsum and phosphorous slag powder used into base material, and by adjusting the composition, a perfect base material with good durability could be prepare.

Key words: Phosphorus gypsum; Phosphorous slag powder; Base material; Proportion; Durability

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状及课题的提出 2

1.3 研究内容与技术路线 3

第2章 原材料与实验方法 5

2.1 原材料 5

2.2 实验方法 8

2.2.1 路面基层材料常规力学实验方法 8

2.2.2 路面基层材料水稳性实验 8

2.2.3 路面基层材料自恢复实验方法 9

2.2.4 路面基层材料抗冻性实验 9

2.2.5 X射线衍射分析 9

2.2.6 环境扫描电镜分析 9

第3章 实验结果与数据分析 10

3.1 磷石膏-石灰-磷渣粉体系 10

3.2 磷石膏-石灰-磷渣体系标准强度的发展 11

3.2.1 石灰掺入量的影响 11

3.2.2磷石膏和磷渣粉掺入量的影响 12

3.3 磷石膏-石灰-磷渣粉体系抗冻性能 13

3.4 磷石膏-石灰-磷渣粉体系基层水稳性研究 14

3.5 磷石膏-石灰-磷渣粉体系基层自修复性能研究 15

3.6 磷石膏-石灰-磷渣粉基层抗碳化性能 15

3.8 本章小结 16

第4章强度形成机理研究 18

4.1 强度形成的微观分析 18

4.1.1 水化产物矿物相分析 18

4.1.2 水化产物形貌相分析 18

4.2 强度形成的机理解释 20

4.2.1机械压实 20

4.2.2初期水化 20

4.2.3中后期水化 21

4.3 本章小结 21

第5章 结论与展望 22

5.1 结论 22

5.1.1 强度影响因素 22

5.2.2磷石膏-石灰-磷渣粉体系基层材料的性能 22

5.2展望 23

致 谢 24

参考文献 25

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

水泥工业排放的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化物等会导致温室效应以及酸雨。水泥工业排在钢铁和铝行业之后成为第三大能源消耗行业，此外，生产水泥需要消耗大量的原材料，每生产一吨水泥需要1.5吨的原料。由于这些原因，研究人员尝试开发新的胶凝材料以期代替一部分水泥的使用，这种新胶凝材料的开发方向中，将其应用于基层材料成为了比较好的选择。而且碱激活材料比水泥能耗小、排放温室气体更少^[1]。

磷石膏和磷渣均是磷化工生产中的废渣，国内累计排放和堆放量都很大，将工业废料进行资源化利用，对缓解和解决环境问题以及社会的可持续发展意义重大．而如何积极有效的处置磷石膏和磷渣是磷化工面临的一大难题，论文在其他课题组前期研究的基础上，探索利用工业废渣—磷石膏和磷渣粉来制备满足国家标准要求的路面基层材料，通过路面基层材料量大面广的特点，以期达到同时利用两种工业废渣的目的。

磷石膏是一种在磷化工产业中，生产磷酸过程中的副产物。主要成分有CaSO₄.2H₂O并含有一些杂质如P₂O₅、F和另外别的有机物。现代的磷化工企业中，生产1吨磷酸大约会产生5吨的磷石膏，全球每年会产生2-2.8亿吨磷石膏^[2]。只有很少的磷石膏回收用于生产肥料、用于稳定土，或是在生产水泥中用作掺和料和建筑材料^[18]。大部分剩余的磷石膏没有得到妥善的处置，被大量堆放在工厂附近，磷石膏的堆放导致了可溶性P₂O₅和F等经过雨水向环境传递，破坏了土壤中的有机质的循环再生和地下水资源，对生态环境造成难于恢复的危害。环保部门已经将磷石膏列入了危险固体废弃污染物物之列^[3]。因此，磷石膏的废物处理问题，成为了磷化工企业发展所需要面临的重大问题，同时也是环境保护的重大难题。而且磷石膏杂质多，这些杂质对磷石膏的再利用有较大影响，磷石膏一般要经过漂洗、中和、烘干、煅烧等多种方法预处理后才能使用，而煅烧耗能较高，需要比较昂贵的处理成本。因此我国磷石膏的利用率一直处于较低的水平，只有10%左右，传统的处理方法主要是物理法加工生产石膏板、石膏砖等建材产品，但是产品强度低，耐水性差，质量不稳定，生产前景有萎缩的趋势^[4]，所以，目前国内研究的重点是化学法资源化开发利用磷石膏。故而，用作路面基层材料回收利用磷石膏就显得非常有必要。

一般来说，生产一吨的黄磷，就要排放8-10吨的磷渣，磷渣的排放量在我国非常大，磷渣排放通常是直接采用陆地倾倒和水体倾倒的方式，下雨等天气会使磷渣中的氟和磷等污染物进入环境中，会对环境造成较为严重的负担，且对人民的生活带来严重的影响^[5]。磷渣资源如果能够得到有效的应用，将会变成一笔宝贵的财富，同时还能对一些不可再生资源进行一定的补充。如何有效的利用磷渣，成为了当前亟待解决的问题，这不仅符合中国经济的发展方式，所以，磷渣作为水泥的混合材被纳入了国家的管理之中，在硅酸盐水泥之中，其掺入量范围约为20%-40%，并且已经在多地进行了推广。磷渣做为具有潜在胶凝活性的工业固体废弃物，目前大多用于水泥基胶凝材料中，较少用于路面基层材料。早期的研究中，磷渣主要用于水泥的混合材，作矿化剂，硬化剂等，并在作为混凝土掺合料时具有良好的增强效应和提高混凝土耐久性的作用^[6]。