王秋桦
贵州开磷磷石膏综合利用有限公司，贵州 贵阳 551109
摘要：磷石膏是磷化工产业中湿法生产磷酸的固体废弃物，通常被大规模地应用于农业上改良土地、工业上联产水泥和水泥缓凝剂等。但是其复杂的预处理措施和高昂成本限制了更多形式的应用，其更多是用山谷进行堆。磷石膏固废堆场储量越积越多，其渗滤液对自然环境的影响越来越大。堆场防水防渗多采用高密度聚乙烯膜或厚实黏土进行表层封水与基础防渗处置。但由于堆场存在沉降变形，需考虑堆场表面封水与基础防渗措施的变形适应性。做好堆场表面封水有助于通过分流地表径流而减少内部渗滤液处置量，这也提供了沥青基防水材料的应用空间。
关键词：磷石膏；粉胶比；防水；应用
采用沥青胶结磷石膏粉制备混合物，对其防水性能进行试验研究。根据沥青试验方法，测试了混合物的针入度、软化点与延度；针对不同试件，开展了粘结力试验、渗水试验与低温弯曲试验；借助洗衣机开展了冲刷模拟试验，并进行了初步场地应用检验。结果表明：磷石膏粉增强了沥青的硬度与高温稳定性；当粉胶比≤4.0时，混合物的冲刷质量损失率小，且低温弯曲强度随沥青含量增加而增大；对于压实的混合物，当粉胶比≤5.7时，粘结力减小且发生渗透；沥青基防水防渗材料可采用粉胶比3.0~4.0的沥青胶结磷石膏粉。
1材料和方法
1.1试验材料
基础沥青选取某厂AH-90与AH-110的混合沥青。磷石膏粉末取自襄阳尹集化工产业园某堆场，外观灰白色，有结块，主要成分是硫酸钙，并含磷与氟等杂质；pH值为2.5~4.5，天然含水率为25%，密度为2.26g/cm3，渗透系数为2.2×10?4cm/s。
1.2试样处理
加热沥青至流动态，将在150℃烘箱内烘干的磷石膏粉末按照比例置入热沥青内搅拌均匀，作为备用混合物。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)，参考其中的沥青测试方法准备好针入度、软化点与延度的测试试样。混合物中沥青含量分别为90%，70%和50%，粉胶比对应为0.11，0.43和1.0。
1.2.1飞散试验
根据热拌状态，采用不同方式制成试样。具体是，对于流淌态混合物直接浇筑在马歇尔试模内；对于松散态混合物采用马歇尔方法击实成型(双面各50次)，试样脱模后备用。
1.2.2渗水试验
把加热的胶粉混合物铺筑在干净的混凝土地坪上，表面成直径35~40cm圆形。其中，松散态混合物用锅铲平整并用橡胶锤适当处置；流淌态混合物由距离地表10cm高度倾倒至地表并流淌，平整、冷却后备用。
1.2.3小梁弯折试验
采用水泥胶砂强度试验的试模制成棱柱试样，尺寸40mm×40mm×160mm。对于流淌型混合物，加热后浇筑；其余混合物，加热后按压进试模，并采用橡胶锤捶打整平；脱模后，在冬季室温下养护备用。小梁试件则采用24h室温水浸预处理。
1.3试验方法
冲刷试验采用奥克斯单桶洗衣机(XPB30-38)，淹没洗涤，输入功率为240W。试验采用自来水直接冲刷和洗衣机模拟冲刷2种方式。先用尼龙网袋(网眼10mm×10mm)将试样包装备用；然后紧挨自来水出水口进行直接冲刷，或将其放入洗衣机内经水淹没后搅拌洗涤；最后以质量损失率评价抗冲刷性能。飞散试验采用洛杉矶试验机参照文献[11]进行。试样经20℃水浸20h后在洛杉矶试验机中(无钢球)旋转300转，并测试其质量损失。渗水试验反映混合物的致密程度，参照沥青混合料渗水试验进行。试验中，在地表混合物罩面上安置渗水仪，观测恒定水量(水位差400mL)的渗透时间或3min的渗水量。
粘结力试验采用适用于外墙建筑材料的一体式粘结强度检测仪进行测试(仪器型号LR-6000C，液压缸行程10mm)。把钢铁试块(尺寸有4cm×4cm，4.5cm×9.5cm2种)预热并涂刷热沥青后按压在混凝土地坪的界面上，再启动仪器借助手摇进行原位拉拔，读取最大荷载。
小梁弯折试验参照水泥胶砂强度检验方法，采用水泥抗折试验机(DKZ-5000型)进行。小梁跨径100mm，承受中分点加载，加荷与支撑圆柱直径10mm，加荷速度50±100N/s，试验在室内温度10℃下进行。
2试验结果与分析
2.1常规指标测试
沥青胶结磷石膏粉在加热条件下成为胶浆类混合物，伴随磷石膏粉末植入数量的增加即粉胶比的增大，沥青基混合物软化点呈先增大后趋于稳定趋势。这说明磷石膏粉末损伤了沥青间的黏结。分析针入度结果可知，随磷石膏粉末植入数量的增加，针入度呈稳定下降趋势。这说明磷石膏粉末增加了沥青硬度，有利于其在高温条件下的稳定性与承载力。因此，磷石膏粉末可作为沥青基材料的界面隔离物质阻止界面流淌与粘结的发生。分析延度结果可知，随粉胶比增加，沥青基混合物延度呈下降趋势。
2.2胶粉混合物的手工拌合测试
胶粉混合物拌合过程中采用手工握捏，粉胶比2.3(沥青含量30%)的试件成球团状并表面泛黑油性光泽；粉胶比3.0与4.0的试件也能成球团状但无光泽；粉胶比5.7(沥青含量15%)的试件则明显呈松散状态且呈灰褐色。根据拌合过程可知，粉胶比越小即沥青含量越大，热拌胶粉越易形成流动态或塑态，易成型为整体；粉胶比越大，热拌胶粉越易保持松散颗粒态；当粉胶比≥5.7时，混合物中磷石膏粉不能被沥青有效包裹与粘结，在高温下也难以成型。
2.3胶粉混合物的冲刷试验与飞散试验
采用手工握捏成型的试样经由家用单筒洗衣机搅拌冲刷，取20min的质量损失率进行评价，冲刷实验中，粉胶比4.0的试样有轻微质量损失，粉胶比5.7的试样有非常显著的质量损失，粉胶比≤3.0的试样没有质量损失。飞散试验中，粉胶比≤4.0的试样没有发生质量损失；粉胶比5.7的试样有极其轻微的质量损失；粉胶比9.0的试样有一定质量损失。对比冲刷试验和飞散试验数据可知，质量损失差异主要归于试样成型的方式，即压实可以改善沥青胶粉混合物的整体性。这说明粉胶比越小，混合物的渗透性越小，需要附加压实或提高温度以改善混合物的封水防渗性能。这也表明，对于不宜压实场合的混合物需要加大沥青含量并保证施工温度。综上可知，较多的磷石膏粉降低了混合物的致密性，弱化了沥青粘结性并损伤了沥青的防水性；静压操作有助于防渗性能的提高，也有助于降低沥青用量，可作为堆场的基础承压防渗罩面成型手段。
3结论
1)磷石膏粉与沥青制备胶浆类混合物，随粉胶比增大，混合物的软化点增大、针入度与延度降低；随粉胶比的增大，混合物的冲刷和飞散质量损失率增大，只有当粉胶比≤4.0的试样没有质量损失，该临界值可确保胶粉混合物的水稳定性；随粉胶比的增大，混合物的渗透系数也增大，仅当粉胶比≤2.3或粉胶比≤4.0在静压成型时，混合物表现为不透水。2)随粉胶比的增大，混合物的界面粘结力快速降低，当粉胶比≤5.7时，混合物界面的粘结力基本可以忽略；随粉胶比的增大，混合物的低温抗折强度也快速降低；当粉胶比≤4.0时，水浸操作对抗折强度的影响较小。3)室内试验与小型场地试验证实，磷石膏作为干涉材料可以增强沥青的硬度与高温稳定性，同时弱化了沥青作为界面物质的粘结性能与防水性能。沥青胶结磷石膏粉可作为沥青基防水材料并助力磷石膏废弃物的综合利用。
参考文献：
[1]王成宝,崔云玲,郭天文,等.磷石膏的农业应用及其安全性评价[J].土壤通报,2010,41(2):408-412.
[2]李光明,李霞,贾磊,等.国内外磷石膏处理和处置概况
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[3]卢普光,刘莎,艾红梅.固体废弃物用于水泥熟料生产的研究进展[J].硅酸盐通报,2014,33(1):112-116.
[4]余军,王磊,贺华明,等.湖北省磷石膏综合利用与对策
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