磷石膏在公路工程应用的研究现状

磷石膏在公路工程应用的研究现状

卢金元

湖北楚维工程咨询监理有限责任公司，湖北 荆门 448000

摘要：磷石膏在公路工程中的应用，既可降低公路工程费用，又可减轻环境污染。本文对我国目前磷石膏利用情况进行了探讨，并对磷石膏在公路工程中的应用进行了分析，指出目前关于磷石膏在公路工程中的应用还缺乏相关的理论研究。另外，在公路工程中，应该充分考虑到磷石膏的加入对公路工程中各个方面所产生的影响，不能顾此失彼。因此，对磷石膏在公路工程中的应用进行研究势在必行。

关键词：磷石膏；公路工程；研究现状

前言

随着我国交通运输事业的快速发展，车辆数量和重量都有了很大提升，因此，如何在保证路面质量的前提下，有效降低路面的养护费用，是目前国内外学者关注的焦点。磷石膏是在磷化工业生产湿法磷酸时，采用硫酸法对磷矿矿石进行分解而形成的一种固体废物。磷石膏因含有害杂质多、净化成本高等原因，其资源化利用一直是困扰产业发展的难点，其大量堆积造成了严重的环境问题。因此，在公路工程中应用磷石膏，既可减少磷石膏的用量，又可大大降低道路工程造价，社会、经济效益十分明显。

1中国磷石膏产生利用情况

我国每年的磷石膏资源综合利用率大约有45%左右，而磷石膏与磷肥的生产有着密切关系。我国磷肥生产在2015年达到了峰值，这一年的磷石膏生产也创下了8千万吨的新高，“十三五”后虽然有所下降，但仍然维持在7500万吨左右。总体上看，中国磷矿资源十分丰富，且相对集中于西南和长江流域（如云南，贵州，湖北，四川），其中湖北，云南，贵州，四川，安徽这五个地区的磷石膏产出量为85%，其中以湖北省为最多，占到了30%，其次是云南，占到了25%。我国磷石膏综合利用率在“十三五”期间得到了比较显著的提高，从年初的33.3%提高到了年末的45.3%，增幅为12%，超过了“十三五”制定的目标[1]。另外，从几个主要生产省的使用状况来看，安徽省、贵州省的使用率都在100%以上，而安徽省由于位于我国东部，市场广阔，产量低，所以使用率很高；贵州省从2018年开始实行“以用定产”，政府出台了一系列鼓励磷石膏资源化产品应用的政策，以及企业积极开展磷石膏资源化利用，并在一定程度上增加了磷石膏资源化利用的规模，在“以用定产”的基础上对磷石膏进行了一定程度的限制，使得磷石膏的资源化利用率从2018年的55%，提高到了2020年的105%。其次是四川省，2020年为46.4%，湖北省为29.3%，由于各地对磷石膏资源利用的扶持，在2021年有较大幅度的提高。然后，针对云南省已有8000余座历史遗留的露天矿，且治理工作相对落后的现状，在此基础上，云南省将磷石膏综合利用和矿区生态恢复有机结合，提出了磷石膏资源化利用的解决方案，并已在进行中，预计磷石膏的综合利用率将大幅提高。河北，山东，广东，福建，其磷石膏产出量小，离消费市场很近，其综合利用率都在100%以上。在其它省，由于磷石膏的生产规模小、贮存压力小，导致了磷石膏的综合利用水平不高。在利用方式上，我国磷石膏资源利用技术已经比较成熟，一些关键、共性的技术已经得到了突破并得到了广泛应用，其主要的一次利用方式是水泥、缓凝剂、各种建筑材料等。在磷石膏使用量中，使用最多的是水泥缓凝剂，其所占的比例为30%；其次是对外供应对外销售，占比大约25%左右；另外，也有少量的使用方法，如磷石膏的土壤调理剂，磷石膏的制硫酸等。

2磷石膏在公路路面基层材料中的应用

公路路面基层作为一种功能性的结构层次，存在于公路铺装面层之下，在公路铺装过程中，既可以直接承担铺装荷载，又可以起到传递应力的作用。郝强东等研究表明，二灰型水泥基层中掺入磷石膏，可使其最大干密度增大，并可使其强度增大，其中，掺入磷石膏的比例约为50%。而磷石膏对二灰型路基材料，尤其是其早强性能的改善，则是因为其主要组分为硫酸钙，其可活化粉煤灰，加速石灰和粉煤灰的火山灰反应，生成针状钙矾石（AFt)，从而达到强化的目的。瓦浩等人利用粉煤灰、磷石膏和磷渣等工业废料，经过科学的配方设计，制备出了一种可以取代水泥稳定土和二灰稳定土作为路面基层材料的新型基层混合料。在此基础上，提出了磷石膏在路面基层材料中的作用，并通过磷石膏的形成，提高了磷石膏粉的孔隙结构。同时，《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》还要求在水泥稳定土中加入磷石膏后，进行水泥稳定土的水稳性、抗冲性等试验，以满足水泥稳定土在路面基层中的应用[2]。

3磷石膏在沥青中的应用

3.1用作沥青混合填料

目前，在沥青混合填料中所使用的磷石膏主要有两类，即石膏晶须和工业石膏。其中，马歇尔特性、高温抗车辙性能等对其性能的影响最大。石膏晶须是一种广泛应用于造纸、橡胶等工业中的填充材料，具有致密、强化等功能。试验结果显示，用硫酸钙晶须代替石棉和木材纤维制成的沥青玛蹄脂碎石混合料，其耐高温车辙性能提高50%~60%。工业石膏是一种重要的化工产品，每年都有大量的生产，并且对环境造成了很大污染。Kütüksert T 等在热拌沥青混凝土中应用了硼灰泥，结果表明硼灰泥具有较好的马歇尔特性，并且用作沥青填充物，能够有效改善热拌沥青混凝土的承载能力。

3.2用作沥青改性剂

作为沥青改性剂，以石膏晶须为主，硫酸钙晶须为微纤单晶，其粒径大小与长度均为短纤单晶。通常用软化点、针入度和延度值来表征沥青的基本性能。软化点是沥青高温性能的直接体现，通常认为较高软化点代表着较好的高温稳定性；针入度是表征沥青胶凝性能的一个主要参数，较低针入度表明沥青胶凝性能较高；用延度值来表示沥青的弹性，较大延度值表示其弹性较好。此外，除了上述三项常规指标之外，还应考虑以下几项指标：动剪切、弯折、疲劳老化和抗水剥离。田泽峰等人通过对 CSW改性沥青的基础性质进行研究，结果表明，CSW能够显著增加沥青的稠度、软化温度，并对其延度值产生了影响。硫酸钙晶须对沥青的高温、低温性能及温度敏感性有显著提高，并且这种提高效果与硫酸钙的用量有很大关系，硫酸钙的用量在5%~9%之间[3]。冷中成等根据对道路沥青路面建设的需求，经过实验研究，得出加入20% SEAM、15%石膏晶须后，其针入度、软化点、延度值都达到了国家规定标准，对其温变性、抗裂性、水稳性等都有很大的提高，并使其具有很好的抗压性、抗裂性、水稳性，并且可以大幅度降低其生产成本。王修山发现添加硫酸钙晶须的高模量沥青混合料能够明显改善其高温稳定性、水稳性、抗疲劳性等，同时又不会影响混合料的低温性能，因此，能够有效解决道路上普遍存在的车辙、水损等问题，确保道路拥有优良的路用性能。与当前应用比较广泛的 SBS、 PE等热塑性材料相比，它在成本上有着很大的优势，而且制备简单，来源广泛。但是，在现有的研究中，硫酸钙的用量并不大，通常低于10%。

结束语

总之，磷石膏是一种可再生资源，只要加以合理的处理，就可以在公路工程中得到广泛利用，并可以减轻因其堆积而带来的环境问题。因此，有必要对磷石膏作为路面基层材料的性能进行深入研究，并对磷石膏作为路面基层材料的性能进行评价。同时，路面质量与安全非常重要，在使用磷石膏时，应综合考虑磷石膏对路面材料或沥青路面各个方面的影响，避免单一性能提升而造成总体性能的降低。

参考文献

[1]宗炜,张厚记,林小玉,区桦,廖俊旭.磷石膏在公路建设中的循环利用研究现状[J].建材世界,2022,43(01):10-12+22.

[2]陈良.湖北省磷石膏综合利用状况及标准体系研究[J].中国标准化,2021,(07):87-93.

[3]谭明洋,相利学,李国龙.磷石膏在道路工程应用的研究现状[J].广州化工,2016,44(08):37-38.