水泥磷石膏穩(wěn)定材料在公路工程的應(yīng)用及可行性分析

關(guān)鍵詞：水泥磷石膏；路面基層；硫酸鈣

水泥磷石膏一般為粉末狀，其中含有8%~15%的附著水，顆粒直徑一般為5~150μm，其主要成分為CaSO4•2H2O（二水合硫酸鈣），含量一般可達(dá)到70%~90%。水泥磷石膏所含的次要成分基本不一樣，成分非常復(fù)雜，礦石來(lái)源不同會(huì)對(duì)成分有很大影響。

2.1在二灰粒料中的應(yīng)用

路面基層存在于面層與路基之間，所承擔(dān)的負(fù)載很小，主要起傳輸作用。當(dāng)前公路基層主要由剛性較強(qiáng)的材料構(gòu)成，這些材料包括水泥穩(wěn)定粒料、石灰、水泥磷石膏、粉煤灰等。在進(jìn)行公路基層施工時(shí)使用磷石膏的主要原因是其具有良好的緩凝作用，在公路施工初期能確保公路路面強(qiáng)度達(dá)到要求。但是在石灰與粉煤灰中添加磷石膏，會(huì)在一定程度上增加物料密度。其用量須小于45%，因?yàn)槠鋬?nèi)部硫酸鈣能與粉煤灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而提高物料強(qiáng)度。與此同時(shí)，在物料中添加磷石膏后再向混合物料中添加適量的物料固化劑，還能進(jìn)一步提升路基的整體性能，有效改善路基的穩(wěn)定性與承載能力，使其達(dá)到并超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為公路工程整體質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)[1]。

2.2在改性劑中的應(yīng)用

路基路面工程施工中經(jīng)常會(huì)用到瀝青改性劑，其主要包括聚合物、有機(jī)物、抗氧化類(lèi)物質(zhì)、纖維等。值得一提的是，當(dāng)前許多瀝青改性劑中都添加了聚合物。與此同時(shí)在瀝青改性劑中還存在添加石膏晶的情況。在改性劑中硫酸鈣存在的形式是單晶體，其長(zhǎng)徑比與顆粒物料粒度較為接近。為了對(duì)瀝青改性劑的性能進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，通常采用的檢測(cè)方法是測(cè)針入度、延長(zhǎng)程度及軟化點(diǎn)分布等。在檢測(cè)過(guò)程中，延長(zhǎng)程度主要是評(píng)估瀝青的延展性，延長(zhǎng)長(zhǎng)度值越大，瀝青延展性越好；針入度主要是評(píng)估瀝青黏稠度，該值越大，黏稠性越好；軟化點(diǎn)代表瀝青的熔點(diǎn)高低。在進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程中，除了對(duì)這幾項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)外，也應(yīng)對(duì)瀝青材料的疲勞老化指標(biāo)、抗水性及剪切指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，這些指標(biāo)也能評(píng)定瀝青材料的性能好壞。在瀝青物料中加入石膏晶能有效提高瀝青熔點(diǎn)和黏稠度，其主要原因是硫酸鈣能提高瀝青感溫能力。在添加的過(guò)程中需要嚴(yán)格控制石膏用量，通常情況下加入量應(yīng)在6%~10%之間，這樣瀝青改性劑的性能最佳。根據(jù)公路設(shè)計(jì)及施工要求，加入石膏晶須能有效改善瀝青的各項(xiàng)性能，特別是抗高溫、水穩(wěn)性和抗裂性等，確保路基結(jié)構(gòu)達(dá)到公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)還應(yīng)能有效降低施工成本。加入硫酸鈣晶體后，應(yīng)確保在低于常溫的情況下，混合物料不發(fā)生性能變化，提高其抗疲勞能力、水穩(wěn)性及熔點(diǎn)，這樣可以有效提高公路在惡劣天氣情況下的使用性能，例如高溫高寒天氣下使公路依然能具有較高的負(fù)載能力。

2.3在混合填料中的應(yīng)用

大量實(shí)踐證明，使用磷石膏能有效提升公路承載能力。如果施工條件允許，可對(duì)水泥磷石膏進(jìn)行相應(yīng)的處理，例如通過(guò)一系列的化學(xué)反應(yīng)生成石膏晶須，然后摻入物料中，能在一定程度上提升物料性能[2]。目前公路施工時(shí)，經(jīng)常將石膏混入其中。石膏分為兩種：一種是工業(yè)石膏，另一種是石膏晶須。如果將石膏晶須的用量控制在合理范圍內(nèi)，能有效提高瀝青混合料的各項(xiàng)性能，特別是在高溫條件下能使公路的抗車(chē)轍能力提高75%。如果大量使用工業(yè)石膏，會(huì)間接造成環(huán)境污染，而將硼石膏運(yùn)用在瀝青混合物料中來(lái)代替工業(yè)石膏可有效降低環(huán)境污染，同時(shí)物料的馬歇爾性能還會(huì)提升。在實(shí)際公路建設(shè)過(guò)程中，水泥磷石膏的作用主要體現(xiàn)在提升物理性能方面，其摻入量通常占物料總量的1/5。但物理性能相對(duì)而言提升幅度較小，較預(yù)期目標(biāo)還存在較大差距，這主要是由于硫酸鈣晶須本身具有高溫脫水和易脆等特性。所以，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的施工工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確�？梢詮浹a(bǔ)強(qiáng)度等方面的不足，使最終配置的路基路面混合料滿足實(shí)際使用需求。

近年來(lái)，對(duì)公路路面結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法、施工工藝等，國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了大量研究。然而由于我國(guó)國(guó)土面積大，具有多種不同的氣候環(huán)境，不同地區(qū)的公路交通量也大不相似，因此難以統(tǒng)一公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。相關(guān)研究表明，常溫下將一定量的硫酸鹽加入石灰粉煤灰中，能有效激發(fā)粉煤灰火山灰活性，其原因主要是：粉煤灰-石灰-硫酸鹽系統(tǒng)內(nèi)，SO42-能與粉煤灰溶出的Al2O3、CaO等發(fā)生反應(yīng)，最終生成AFt，而被C-S-H所包裹的粉煤灰顆粒將會(huì)出現(xiàn)膨脹，生成新的表面并加快其反應(yīng)速度；此外，C-S-H凝膠中由于滲透了SO42-，致使其透水性有所改變，讓粉煤灰的火山灰反應(yīng)速度提升。為對(duì)粉煤灰系統(tǒng)中磷石膏的激發(fā)效果進(jìn)行進(jìn)一步研究，對(duì)砂漿進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)磷石膏、Na2SO4對(duì)石灰粉煤灰系統(tǒng)早期強(qiáng)度的影響進(jìn)行對(duì)比分析。試驗(yàn)中的膠砂比例為1∶3，水膠比為0.58。由試驗(yàn)結(jié)果不難看出，如果公路路面材料只以凝膠系統(tǒng)為主，其早期強(qiáng)度較低。在粉煤灰系統(tǒng)內(nèi)增加一定量的硫酸鹽激發(fā)劑，能有效控制早期強(qiáng)度低的問(wèn)題。另外摻入一定量的3%硫酸鈉，28抗壓及抗折強(qiáng)度能提高300%，其效果顯而易見(jiàn)。相比硫酸鈉，把磷石膏作為激發(fā)劑，雖然7d強(qiáng)度還是較低，但28d之后其系統(tǒng)強(qiáng)度同樣能接近硫酸鈉，磷石膏對(duì)早期粉煤灰的強(qiáng)度影響作用同樣非常明顯。耐久性方面，粉煤灰-石灰-磷石膏穩(wěn)定碎石材料能將二灰材料后期強(qiáng)度良好的特點(diǎn)保留下來(lái)。環(huán)境影響方面，新型路面材料可以更好地將工業(yè)固體廢棄物利用起來(lái)，降低了堆場(chǎng)率，讓工程周邊環(huán)境得到了改善[3]。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路工程項(xiàng)目所承擔(dān)的任務(wù)越來(lái)越重。在公路施工建設(shè)中使用水泥磷石膏，能有效提高公路的各項(xiàng)性能，如承載力、抗疲勞性、穩(wěn)定性等。與此同時(shí)，還能降低公路建設(shè)成本，為公路施工節(jié)約大量資金。