水泥磷石膏稳定材料在公路工程的应用及可行性分析

关键词：水泥磷石膏；路面基层；硫酸钙

水泥磷石膏一般为粉末状，其中含有8%~15%的附着水，颗粒直径一般为5~150μm，其主要成分为CaSO4•2H2O（二水合硫酸钙），含量一般可达到70%~90%。水泥磷石膏所含的次要成分基本不一样，成分非常复杂，矿石来源不同会对成分有很大影响。

2.1在二灰粒料中的应用

路面基层存在于面层与路基之间，所承担的负载很小，主要起传输作用。当前公路基层主要由刚性较强的材料构成，这些材料包括水泥稳定粒料、石灰、水泥磷石膏、粉煤灰等。在进行公路基层施工时使用磷石膏的主要原因是其具有良好的缓凝作用，在公路施工初期能确保公路路面强度达到要求。但是在石灰与粉煤灰中添加磷石膏，会在一定程度上增加物料密度。其用量须小于45%，因为其内部硫酸钙能与粉煤灰发生化学反应，进而提高物料强度。与此同时，在物料中添加磷石膏后再向混合物料中添加适量的物料固化剂，还能进一步提升路基的整体性能，有效改善路基的稳定性与承载能力，使其达到并超出设计标准，为公路工程整体质量奠定良好的基础[1]。

2.2在改性剂中的应用

路基路面工程施工中经常会用到沥青改性剂，其主要包括聚合物、有机物、抗氧化类物质、纤维等。值得一提的是，当前许多沥青改性剂中都添加了聚合物。与此同时在沥青改性剂中还存在添加石膏晶的情况。在改性剂中硫酸钙存在的形式是单晶体，其长径比与颗粒物料粒度较为接近。为了对沥青改性剂的性能进行精准评估，通常采用的检测方法是测针入度、延长程度及软化点分布等。在检测过程中，延长程度主要是评估沥青的延展性，延长长度值越大，沥青延展性越好；针入度主要是评估沥青黏稠度，该值越大，黏稠性越好；软化点代表沥青的熔点高低。在进行评估的过程中，除了对这几项参数进行检测外，也应对沥青材料的疲劳老化指标、抗水性及剪切指标进行检测，这些指标也能评定沥青材料的性能好坏。在沥青物料中加入石膏晶能有效提高沥青熔点和黏稠度，其主要原因是硫酸钙能提高沥青感温能力。在添加的过程中需要严格控制石膏用量，通常情况下加入量应在6%~10%之间，这样沥青改性剂的性能最佳。根据公路设计及施工要求，加入石膏晶须能有效改善沥青的各项性能，特别是抗高温、水稳性和抗裂性等，确保路基结构达到公路设计标准，与此同时还应能有效降低施工成本。加入硫酸钙晶体后，应确保在低于常温的情况下，混合物料不发生性能变化，提高其抗疲劳能力、水稳性及熔点，这样可以有效提高公路在恶劣天气情况下的使用性能，例如高温高寒天气下使公路依然能具有较高的负载能力。

2.3在混合填料中的应用

大量实践证明，使用磷石膏能有效提升公路承载能力。如果施工条件允许，可对水泥磷石膏进行相应的处理，例如通过一系列的化学反应生成石膏晶须，然后掺入物料中，能在一定程度上提升物料性能[2]。目前公路施工时，经常将石膏混入其中。石膏分为两种：一种是工业石膏，另一种是石膏晶须。如果将石膏晶须的用量控制在合理范围内，能有效提高沥青混合料的各项性能，特别是在高温条件下能使公路的抗车辙能力提高75%。如果大量使用工业石膏，会间接造成环境污染，而将硼石膏运用在沥青混合物料中来代替工业石膏可有效降低环境污染，同时物料的马歇尔性能还会提升。在实际公路建设过程中，水泥磷石膏的作用主要体现在提升物理性能方面，其掺入量通常占物料总量的1/5。但物理性能相对而言提升幅度较小，较预期目标还存在较大差距，这主要是由于硫酸钙晶须本身具有高温脱水和易脆等特性。所以，应对现有的施工工艺进行优化设计，确保可以弥补强度等方面的不足，使最终配置的路基路面混合料满足实际使用需求。

近年来，对公路路面结构及其设计方法、施工工艺等，国内已开展了大量研究。然而由于我国国土面积大，具有多种不同的气候环境，不同地区的公路交通量也大不相似，因此难以统一公路路面结构设计规范。相关研究表明，常温下将一定量的硫酸盐加入石灰粉煤灰中，能有效激发粉煤灰火山灰活性，其原因主要是：粉煤灰-石灰-硫酸盐系统内，SO42-能与粉煤灰溶出的Al2O3、CaO等发生反应，最终生成AFt，而被C-S-H所包裹的粉煤灰颗粒将会出现膨胀，生成新的表面并加快其反应速度；此外，C-S-H凝胶中由于渗透了SO42-，致使其透水性有所改变，让粉煤灰的火山灰反应速度提升。为对粉煤灰系统中磷石膏的激发效果进行进一步研究，对砂浆进行试验，对磷石膏、Na2SO4对石灰粉煤灰系统早期强度的影响进行对比分析。试验中的胶砂比例为1∶3，水胶比为0.58。由试验结果不难看出，如果公路路面材料只以凝胶系统为主，其早期强度较低。在粉煤灰系统内增加一定量的硫酸盐激发剂，能有效控制早期强度低的问题。另外掺入一定量的3%硫酸钠，28抗压及抗折强度能提高300%，其效果显而易见。相比硫酸钠，把磷石膏作为激发剂，虽然7d强度还是较低，但28d之后其系统强度同样能接近硫酸钠，磷石膏对早期粉煤灰的强度影响作用同样非常明显。耐久性方面，粉煤灰-石灰-磷石膏稳定碎石材料能将二灰材料后期强度良好的特点保留下来。环境影响方面，新型路面材料可以更好地将工业固体废弃物利用起来，降低了堆场率，让工程周边环境得到了改善[3]。

随着我国经济的不断发展，公路工程项目所承担的任务越来越重。在公路施工建设中使用水泥磷石膏，能有效提高公路的各项性能，如承载力、抗疲劳性、稳定性等。与此同时，还能降低公路建设成本，为公路施工节约大量资金。