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摘要：磷石膏做为磷化工业生产的副产品，其大量堆积给环境造成了巨大破坏，除大面积占用土地资源外，还会造成粉尘污染、地下水和土壤污染、磷石膏堆积体滑坡等环境问题。随着磷石膏产生量的逐年增加，磷石膏的资源化利用成为国内外研究重点，但由于各地生产磷石膏的工艺、原料品质等存在着较大的差异性，且磷石膏综合利用标准体系尚不完善，这就导致磷石膏的综合利用率一直处于一个较低的水平，我国磷石膏综合利用率仅有20%。

关键词：磷石膏轻集料;性能;研究

引言：磷石膏轻集料是将磷石膏原料添加少量碱性激发剂和活性硅铝矿物掺合料，通过造粒成球工艺经自然水化反应生产成的各粒级球形颗粒。该集料是通过将磷石膏及过硫磷石膏水泥等组分提前水化并养护一定时间使其各性能相对稳定后的具有一定强度的颗粒材料。将它作为天然集料的替代品，用于道路工程中路面基层填筑其掺量可到50%-60%甚至更高，为现阶段磷石膏综合利用的一种比较先进的思路。本次研究选用目前工艺制备产量较大的10-20mm和20-31.5mm两种粒级磷石膏轻集料为主要研究对象，通过一系列试验研究，论证磷石膏轻集料可以用于道路工程中的基层填筑施工。

1、磷石膏集料密度试验

磷石膏集料是经过圆盘造粒机造球工艺制作而成。颗粒形状规则，粒径大小分布较为均匀。其粒型系数及密度试验按照 GB/T 17431.2-2010 《轻集料及其试验方法 第2部分：轻集料试验方法》进行。

由于磷石膏集料多为规则似球体结构，粒型系数检测值较为理想。级配筛分结果也较为理想，通过各粒级不同比例组合掺配后能满足现行水泥稳定碎石基层施工规范中的级配要求。堆积密度及表观密度试验参照轻集料密度试验方法进行，从试验结果来看，检测值基本均匀一致，粒径较小的颗粒密度略大于大粒径的颗粒。

2、磷石膏集料吸水率试验及失水试验

磷石膏轻集料由磷石膏及水泥等粉体材料加工而成，颗粒材料的主要特征是吸水较快且吸水率较大。同时由于磷石膏主要成分为CaSO4.2H2O，在材料烘干过程中超过一定温度后会逐渐失去结晶水，其含水率不能准确反映材料有效含水率，为了找到合适的烘干温度，本次研究选择了50-100℃区间不同的烘干温度对材料的含水率进行测定，发现在烘干温度不超过60℃的情况下，颗粒材料在烘干36小时左右后质量基本可以达到稳定状态。因此后续研究过程中磷石膏轻集料的烘干温度均设置为60℃。轻集料吸水率试验参照天然集料的吸水率试验方法进行，检测结果如下表所示：

根据试验结果可以看出，材料吸水速率较快，十分钟就基本能吸水饱和达到稳定状态且吸水率较一般天然集料要大的多。

3、磷石膏集料压碎值试验

通过对10～20mm粒级磷石膏集料进行压碎值代表性试验，试验方法参照GB/T 14685《建设用碎石、卵石》中压碎值试验，但其试验后样品状态完全不同于天然集料，筒内样品在压力作用下已挤压成团，整体破碎严重，压碎值试验结果并不能准确反映其破碎状态。调整方案将试验压力由200kN逐级降低至13kN时样品表面依然有破碎。故放弃通过此试验研究其力学性能。

为了能够更加客观的反映磷石膏集料的力学性能，结合磷石膏集料抗压强度相对较低的特点，参照天然集料软弱颗粒含量试验方法，通过施加一定的力来逐颗测定磷石膏集料的破碎力值，然后通过反算求得磷石膏轻集料的软弱颗粒含量。

通过结果可以看出磷石膏轻集料软弱颗粒含量相对天然集料要高，且按照本方法检测的压碎力值来看，其强度较天然集料也要低很多。

4、磷石膏集料材料性能试验

为进一步研究磷石膏材料强度性能，采用磷石膏集料生产工艺完全相同的配合比，把磷石膏混合材料加工成标准的40*40棱柱体试件，在标准养护条件下养护至一定龄期后后测定材料的实际强度值和材料线膨胀变化情况。

通过试验结果可以看出，磷石膏集料的材料在标准养护条件下，强度发展较为理想，几乎可以达到32.5水泥的胶砂强度标准，且材料本身体积变形范围较小，在龄期17天左右达到最大变化率0.1mm左右，随着龄期增长其线膨胀变化逐渐趋于稳定状态。而磷石膏轻集料生产后在堆放场养护时间均大于45d，其自身体积变化已达到稳定状态，因此其使用于道路基层后不会对基层体积变化造成任何不利影响。

结束语

相对于天然集料，磷石膏轻集料具有粒形级配较好，密度小，强度较低的特点，同时将磷石膏提前加工稳定固化后其水稳定性显著增强、对环境的影响则大大降低，因此将磷石膏轻集料做为天然集料的替代品用于道路工程中的半刚性基层填筑施工是完全可行的，但是在施工过程中应注意以下问题。

1、磷石膏轻集料是由磷石膏、过硫磷石膏水泥、活性矿渣粉等多种粉体材料混合制备而成，制备过程中应严格控制各材料的掺配比例及拌和均匀性，确保磷石膏轻集料的各项性能满足相关要求。

2、磷石膏轻集料用于基层填筑施工的施工配合比应经过充分的试验论证后方可确定。

3、磷石膏集料吸水较快，且吸水率较大，为保证磷石膏集料充分并均匀吸水，不影响基层混合料最优含水率的控制，在使用时应提前对磷石膏集料进行洒水饱和处理，并严格控制基层混合料最优含水率。

4、磷石膏集料强度相对于天然集料，强度要低很多，在基层混合料碾压过程中要调整施工工艺，选择合适的碾压机具，以尽量减小磷石膏集料在碾压过程中的破碎情况的发生。

将磷石膏制备成磷石膏轻集料后用于基层填筑施工，可以大大提高磷石膏综合利用率，有效改善磷石膏环境污染问题，为磷石膏的综合利用开辟新路径，具有巨大的应用潜力。

参考文献

[1]李伯刚，朱运新，余小龙等.用磷石膏制轻集料混凝土砌块[J]. 《磷肥与复肥》2017 32（11）：34-35.

[2]朱运新，喻春霖，罗洪波， 李伯刚。 磷石膏制多孔集料混凝土的研究[J]. 《磷肥与复肥》，2016 31（12）：14-16.

[3]GB/T 14685-2011 建设用卵石、碎石.

[4]GB/T 17431.2-2010 轻集料及其试验方法 第2部分：轻集料试验方法.