大掺量磷石膏泡沫轻质土的制备.pdf
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1、晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂0引言磷石膏是湿法生产磷酸过程中的副产物,通常每生产 l t磷酸就会产生大约 5 t 的磷石膏,我国已有约 4 亿 t 的磷石膏堆存量,近年来年均排放量超 7000 万 t1-3。磷石膏的露天堆存不仅会侵占大量的土地资源,而且会污染周围空气和地下水,对周边居民的身体健康造成威胁,因此,实现磷石膏的资源化利用是亟待解决的问题。泡沫轻质土是将泡沫引入水泥浆体固化成型的多孔材料,通过控制泡沫的掺量,可调节泡沫轻质土的密度为 3001800kg/m3。泡沫轻质土具有轻质、强度可调节、高流动性及自立性等特点,可以较好
2、控制路基沉降和降低后期养护运营成本4-5。传统的泡沫轻质土以水泥为主要原料,水泥掺量往往大于 50%,目前常用的水泥有:硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、高铝水泥等6。但是,随着水泥经济和环境成本的上升,以及大量的工业固体废弃物排放、堆积对环境造成的危害,要求我们合理利用工业固废,减少水泥用量。以磷石膏为原料制备用于路基填筑的泡沫轻质土,既可以实现磷石膏的资源化利用,又可以减少水泥掺量,降低泡沫轻质土的成本,具有显著的经济和社会效益。本文研究成果已应用于南中高速民众南互通立交路基施工,路基下软土覆盖层深达 36 m,其中流塑状态淤泥层深度达14 m,设计采用“塑料排水板+真空预压”作为软基处理方式。通
3、过大掺量磷石膏泡沫轻质土在路基中的应用,有效减小了路基自重荷载,路基沉降得到了有效控制,且该新型泡沫轻质大掺量磷石膏泡沫轻质土的制备郑波涛1,谭旺2,郭广银1,丁庆军3,施建军3,解鹏洋4(1.保利长大工程有限公司,广东 广州510620;2.广州市高速公路有限公司,广东 广州510290;3.武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室,湖北 武汉430070;4.中国新型建材设计研究院有限公司,浙江 杭州310022)摘要:为推动固废在泡沫轻质土中的应用,以水泥、矿粉、磷石膏为原料制备大掺量磷石膏泡沫轻质土,研究磷石膏掺量对泡沫轻质土流动性能、力学性能、抗冻性能与耐水性能的影响。试验结果表明
4、:随着磷石膏掺量增加,泡沫轻质土的流动性能、力学性能和抗冻性能逐渐下降,耐水性能先上升后下降。考虑到经济效益,磷石膏的最佳掺量为 50%,此时泡沫轻质土 28 d 抗压强度与抗折强度分别为 2.29、0.95 MPa,水软化系数为 0.88,冻融循环后质量损失率和抗压强度损失率分别为 1.52%、24%。关键词:磷石膏;泡沫轻质土;冻融循环;耐水性能中图分类号:TU528.2文献标识码:A文章编号:1001-702X(2023)08-0079-05Preparation of foamed lightweight soil with large amount of phosphogypsumZ
5、HENG Botao1,TAN Wang2,GUO Guangyin1,DING Qingjun3,SHI Jianjun3,XIE Pengyang4(1.Poly Changda Engineering Co.Ltd.,Guangzhou 510620,China;2.Guangzhou Expressway Co.Ltd.,Guangzhou 510290,China;3.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,Chin
6、a;4.CNBM Design&Research Institute Co.Ltd.,Hangzhou 310022,China)Abstract:In order to promote the application of solid waste in foamed lightweight soil,this paper uses cement,mineralpowder and phosphogypsum as raw materials to prepare foamed lightweight soil with a large amount of phosphogypsum.The
7、testresults show that:with the increase of phosphogypsum content,the flow properties,mechanical properties and frost resistance offoamed concrete gradually decrease,and the water resistance first increases and then decreases.Considering the economic benefits,the optimal dosage of phosphogypsum is 50
8、%.At this time,the 28 d compressive strength and flexural strength of foamed concreteare 2.29 MPa and 0.95 MPa,respectively,and the mass loss and compressive strength loss after freeze-thaw cycles are 1.52%and24%,respectively,the water softening coefficient is 0.88.Key words:phosphogypsum,foamed lig
9、htweight soil,freeze-thaw cycle,water resist收稿日期:2022-10-23;修订日期:2023-06-08作者简介:郑波涛,男,1989 年生,硕士,工程师,研究方向:公路工程施工技术研究及管理,E-mail:。中国科技核心期刊79新型建筑材料圆园23援08土力学性能稳定,可为今后同类工程提供参考。1试验1.1原材料水泥:湖北亚东水泥有限公司,P 域52.5 级水泥。矿粉:石家庄市灵寿县土运矿产品加工厂,S95 级。二水磷石膏:宜昌市某堆场磷石膏,粉磨过 60 目(0.3 mm)不锈钢方孔筛。半水磷石膏:宜昌市某堆场磷石膏,110 益烘 2 d,粉磨
10、过 60 目(0.3 mm)不锈钢方孔筛。减水剂:江苏苏博特公司产聚羧酸系PC 减水剂,固含量 40%,减水率为 25%。发泡剂:广东首诚建设科技有限公司产,其主要成分为十二烷基硫酸钠。水玻璃:蚌埠市精诚化工有限责任公司产,固含量 35%,模数 3.1,波美度 40毅Be。水:自来水。1.2试验方案以 m(水泥)颐m(矿粉)颐m(磷石膏)=20颐65颐15 为基准配合比,水胶比固定为 0.32,外掺 2.5%、模数为 1.2 的水玻璃为激发剂,减水剂掺量为 0.5%,掺量均按占胶凝材料质量计,磷石膏以等质量取代矿粉的形式掺入泡沫轻质土中,研究磷石膏掺量对泡沫轻质土流动性能、力学性能、耐水性能与
11、抗冻性能的影响。田甜7研究表明,一定量的半水磷石膏可防止泡沫轻质土塌模,因此固定磷石膏中 m(半水磷石膏)颐m(二水磷石膏)=1颐4。试验配合比如表 1 所示。表 1磷石膏掺量配合比1.3试验方法1.3.1混凝土成型按配合比称量好粉料、减水剂、激发剂和水,将粉料倒入搅拌桶干拌混合均匀,然后加入部分水(80%左右)和减水剂湿拌,最后加入与剩余水混合的激发剂溶液,搅拌得到混凝土浆体。采用发泡机进行发泡,用额定体积的量筒量取泡沫,加入搅拌锅与浆体搅拌均匀。取样测试泡沫轻质土的容重和流动度,最后将浆体倒入 100 mm伊100 mm伊100 mm 和 40 mm伊40 mm伊160 mm 的三联钢模中
12、,浆体略高于试模表面,盖上保鲜膜,自然养护 48 h 拆模,拆模后的试块套上保鲜袋密封,放入养护室养护到规定龄期进行测试。1.3.2测试及养护方法(1)泡沫轻质土的泡沫质量、流动性、抗压强度和养护方法均按照 CJJ/T 1772012 气泡混合轻质土填筑工程技术规范 进行测试。泡沫轻质土抗折强度按照 GB/T 176712021水泥胶砂强度检验方法 进行测试。(2)冻融循环试验参照 GB/T 119692020 蒸压加气混凝土性能试验方法 进行测试。将养护到规定龄期的试件进行15次冻融循环,循环制度为冻 8 h,融 6 h。(3)由于泡沫轻质土的抗压强度为“湿状态”下的强度,泡沫轻质土本身含有
13、一定水分,为表征泡沫轻质在饱水状态时抗压强度与设计强度的偏差,以试块饱水时的抗压强度与试块“湿状态”下抗压强度的比值表征水软化系数。(4)XRD 测试采用荷兰帕纳科公司生产的 EmpyreanX 射线衍射仪,进行 XRD 测试。(5)采用日本电子株式会社生产的 JSM-IT 300 型场发射扫描电镜进行微观形貌分析。2结果与讨论2.1磷石膏掺量对泡沫轻质土流动度的影响(见表 2)表 2磷石膏掺量对泡沫轻质土流动度的影响由表 2 可以看出,随着磷石膏取代矿粉量增加,泡沫轻质土的流动性能下降,磷石膏掺量由 15%增至 70%,流动度由198mm 下降到 149 mm。这是因为,磷石膏的表观密度比矿
14、粉小,等质量取代矿粉造成粉料体积增大,在相同的水胶比下,浆体变得粘稠,流动性能下降;另一方面,随着磷石膏掺量增加,半水磷石膏含量也会增加,半水磷石膏遇水会迅速生成二水石膏,这个过程会消耗一部分自由水,导致泡沫轻质土流动性能下降。流动度太低会影响泡沫轻质土的工作性能和力学性能,当磷石膏掺量为 65%和70%时,泡沫轻质土的流动度分别为156、149mm,低于 CJJ/T1772012 要求的 160mm,因此,编号水泥/%矿粉/%半水磷石膏/%二水磷石膏/%A12065312A22060416A32055520A42050624A52045728A62040832A72035936A820301
15、040A920251144A1020201248A1120151352A1220101456编号流动度/mm编号流动度/mmA1198A7178A2194A8176A3191A9167A4188A10163A5185A11156A6182A12149郑波涛,等:大掺量磷石膏泡沫轻质土的制备80晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂对于高磷石膏掺量(逸60%)的泡沫轻质土应适当提高水胶比或减水剂掺量。2.2磷石膏掺量对泡沫轻质土力学性能的影响(见图 1)图 1磷石膏掺量对泡沫轻质土力学性能的影响由图 1 可知:(1)随着磷石膏掺量增加,泡沫轻质土
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