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原文传递水泥稳定磷石膏基层材料性能与应用研究

论文题名：	水泥稳定磷石膏基层材料性能与应用研究
关键词：	水泥稳定基层材料;磷石膏;配合比;路用性能
摘要：	磷石膏是湿法制备磷酸过程中产生的一种工业废渣，每生产1吨磷酸会产生5吨左右的磷石膏废渣。随着工业经济的不断发展，目前我国磷石膏年产量约为7600万吨，其堆积量已超5亿吨，磷石膏的大量堆积不仅会占用土地资源，而且会对周围环境造成污染，然而目前我国磷石膏的综合利用率不足40%。因此对于磷石膏废渣的高效利用化问题亟待解决。　　把磷石膏废渣大体量应用于道路基层及底基层的建设中不仅可以解决磷石膏的堆积问题，同时也有利于提高道路建设的经济性及环保性。因此本文基于对磷石膏原材料的性能测试及其表征，对磷石膏的化学成分及颗粒组成进行了分析，评价磷石膏对环境的影响，并结合磷石膏的含水率变化规律，给出了磷石膏含水率的测定方法；基于7d无侧限抗压强度试验对大掺量磷石膏水泥稳定基层材料的配合比进行设计，提出了材料的最佳配合比并对其配合比设计方法进行了优化；然后对其室内路用性能进行了验证；最后采用微观技术手段对水泥稳定磷石膏材料强度形成及发展机理进行探究。本文的部分成果可用于把磷石膏废渣作为路面基层的原材料比选、分级体系的建立、配合比设计方法的完善以及路用性能的预测与改善，主要研究内容与结论如下：　　首先对磷石膏原材料的化学成分、颗粒组成及有害元素进行了测试与分析，并对磷石膏的含水率变化规律进行了研究。结果表明：磷石膏的主要成分为二水硫酸钙，其颗粒粒径主要集中在0.005mm与0.075mm之间，小于0.075mm粒径的颗粒占比为76.1%，其颗粒较细；磷石膏中的重金属离子浓度、放射性元素含量、可溶性离子浓度均满足国家安全排放标准；考虑到磷石膏本身含有结晶水，研究认为应在60℃恒温烘箱中烘烤12小时对其进行含水率测试与表征，并以此为基础进行最佳含水率的计算。　　然后以材料的7d无侧限抗压强度为指标进行配合比方案优选，确定了本文水泥稳定磷石膏材料的最佳配合比为：92%磷石膏+8%水泥+0.4%固化剂，其7d无侧限抗压强度均值为3.6MPa，适用于高速公路、一级公路的底基层和二级及以下公路的基层或底基层，并且对不同配比材料的配合比设计方法进行优化，提出了适宜于材料强度发展的配合比组成设计方法。　　再对水泥稳定磷石膏作为基层材料的力学性能演化及路用性能进行综合研究及验证，结果表明：水泥稳定磷石膏材料的早期强度增长幅度较大，7d无侧限抗压强度可以达到28d强度的70%以上，材料的劈裂强度、弯拉强度亦较高；长期干缩膨胀系数为47.7??，其微膨胀性可以有效解决半刚性基层的收缩开裂问题；固化剂可以提高材料的水稳性能，材料5次冻融循环后的BDR值维持在90%以上，10次冻融循环后的BDR值约为80%，即材料水稳性能较好。　　最后采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和扫描电镜（SEM）对材料的化学组成和微观形貌进行观察，分析认为：水泥稳定磷石膏材料中的AFT晶体和C-S-H凝胶可以较好地吸附材料，进而提高材料的整体强度和稳定性；在经过水泥水化等一系列化学反应以后，颗粒间的孔隙被反应物填充，颗粒间形成相互搭接的紧密三维骨架结构，并最终形成材料的整体强度。
作者：	李夏
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	朱洪洲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022