用于道路基层的磷石膏胶凝材料设计及应用研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

磷石膏是合成洗衣粉厂、磷肥厂等制造磷酸时的废渣。我国是世界上人口最多的国家,农业生产至关重要。随着农业生产的发展,对化肥的需求日益增多。湿法磷酸制备工艺是磷肥生产的必备环节,期间产生的副产品磷石膏因富含水溶性磷、氟等导致其资源化利用受限。据不完全统计,全球范围内仅有15%的磷石膏得到了循环利用,用于建筑材料、农业土壤改良、水泥生产的缓凝剂等邻域,剩余的85%作为固体废弃物堆放处理。 磷石膏的大量堆积不仅占用了宝贵的土地资源,而且对周边的生态环境如大气、土壤和地下水造成了严重的污染。因此如何推进磷石膏大规模资源化利用,特别是在对固体废弃物有较强消纳能力的建材领域就显得尤为迫切。

针对磷石膏资源化的重大需求,武汉理工大学林宗寿教授开创了“过硫磷石膏矿渣水泥”新体系,即以磷石膏和矿粉为主要原材料,添加少量钢渣和水泥熟料,通过混合、磨细等简单过程,制成浆状磷石膏水泥,进而得到磷石膏基水泥混凝土制品。然而胶凝材料在混凝土中的占比相对较低,即使磷石膏能占到总体胶凝材料质量分数的近50%,其在混凝土中的比例也很难超越10%。故如何实现磷石膏在混凝土制品或结构中的高掺量应用,这也就成为了解决其高效利用的关键性问题。

道路基层作为道路结构中介于道面及土基的重要组成部分,其需要有足够的强度及刚度,但过高的强度(刚度)会使得面层(特别是沥青面层)与基层刚度相差大,面层内的应力水平过高而受力失调,最终导致沥青面层的严重损坏甚至是基层本身因为刚度过大而容易断裂。而过硫磷石膏胶凝材料因其材料组成及水化后微观结构的特殊性(大量原状磷石膏被少量水化产物所包裹,外壳及壳间为具有胶凝特性的水化产物,壳内为被包裹的磷石膏),是否可以调整磷石膏用量实现过硫磷石膏胶凝材料强度及弹模较宽范围的调控,特别是较低强度(道路基层的7d无侧限抗压强度仅为3~5MPa)及弹模的可控性设计,从根本上解决基层与面层刚度的一致性。

按传统思路仅将过硫磷石膏胶凝材料作为水泥去固结碎石或土,磷石膏的高掺量还是无法突破,故必须寻找基层材料的全替代方法。本课题利用磷石膏去取代土,用磷石膏水泥稳定磷石膏土,用于道路基层建设,以解决磷石膏高掺量问题。

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