一、立项背景

　　磷石膏是化工企业用硫酸分解磷矿、萃取磷酸过程中产生的工业废渣，制取1吨磷酸会产生约5吨磷石膏。磷石膏的主要化学成分是二水石膏（CaSO4?2H2O），并含有少量磷酸、磷酸钙、残余酸、可溶性P2O5、氟化物、重金属、有机质等杂质，通常呈白色或深灰色的潮湿细粉末状。根据统计数据，2015年为止，我国磷石膏的年排放量已超过7000万吨；我国磷石膏固体废渣累计堆存量，2009年超过1亿吨，2018年达2.5亿吨。

　　在全世界范围内，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、水泥缓凝剂等，剩余的85%磷石膏废渣作为固体废弃物堆放处理。我国磷石膏年综合利用率仅20%左右。磷石膏不仅占用了大量的土地，而且还对土壤、水源、空气造成了严重污染，甚至构成安全隐患。

湖北中孚化工有限公司的磷石膏堆场I期、II期

　　湖北由于磷矿石储量国内居首，其中湖北宜昌市是湖北省内富磷矿石主要产区。2016年国务院印发《土壤污染防治行动计划》以来，国家部委和地方政府相继出台了多项政策，支持推进磷石膏综合利用。

　　二、研究内容

　　1.过硫磷石膏矿渣水泥的研制和开发

　　过硫磷石膏矿渣水泥是武汉理工大学林宗寿教授发明的一种新型绿色低碳免煅烧水泥，它以过量的磷石膏、矿渣粉和碱性激发剂为主要成分，加入适量水后可形成塑性浆体，水化产物能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，其中磷石膏在粉料中的质量百分含量应在40%至60%之间。

　　本项目对过硫磷石膏矿渣水泥进行了完整的过硫磷石膏矿渣水泥的性能检测，包括水化机理、标准稠度、凝结时间、安定性、长期强度、体积稳定性、抗硫酸盐性能、抗淡水侵蚀性能、抗冻融性能、抗碳化性能、钢筋锈蚀实验、重金属浸出等项目，完成了过硫磷石膏矿渣水泥的研制，并进行了完整的性能检测。

　　2.过硫磷石膏矿渣水泥应用于水泥稳定层

　　本项目中，过硫磷石膏矿渣水泥应用于水泥稳定层，确立了过硫磷石膏矿渣水泥水稳层的成套设计、生产工艺，并对水稳层进行了完整的检测，在满足交通部《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20～2015）规定的基础上，对过硫磷石膏矿渣水泥水稳层对环境产生的影响进行了较为细致的研究。

　　3.三个公路水泥稳定层的工程应用

　　本成果已完成了三个公路工程项目的建设，一是三峡昌耀管廊建设有限公司内部道路；二是2018年7月施工的宜昌市晓黄路；三是2019年1月至7月施工的龙泉镇柏临河大道一期工程。从目前完成的项目可以看出，利用过硫磷石膏矿渣水泥配置公路基层中的水泥稳定层，可大规模消耗磷石膏固废，将对大力消耗宜昌市磷石膏库存量起到极大的作用，具有很好的社会效益。

　　三、关键技术和创新点

　　本项目采用水泥熟料或钢渣作为碱性激发剂，矿渣、磷石膏（质量占比40%-60%）作为原料，开发了具有水硬性的过硫磷石膏矿渣水泥。阐明了过硫磷石膏矿渣水泥的水化硬化机理和对磷石膏的包裹机理，奠定了该水泥强度和耐久性的理论基础。确立了过硫磷石膏矿渣水泥用于制备公路半刚性基层的生产和施工工艺，以及控制环境影响的相关标准限值。

　　四、经济与社会效益

　　本项目成果目前已经在三项工程中得到应用：一是三峡昌耀管廊建设有限公司内部道路，该路段全长148米，消耗磷石膏150吨左右；二是宜昌市晓黄路，该路段全长200米，消耗磷石膏200吨左右；三是宜昌市龙泉镇柏临河大道一期工程，该路段全场2.14公里，消耗磷石膏2117吨。

　　采用磷石膏制备过硫磷石膏矿渣水泥应用于公路半刚性基层，对消耗宜昌市磷石膏库存量起到了极大的作用，具有很好的社会效益。经计算，采用磷石膏配置过硫磷石膏矿渣水泥并应用于公路半刚性基层中，每立方米基层的总成本较普通硅酸盐水泥更低，本项目成果具有很好的经济效益。

建成后的柏临河大道一期工程

　　五、总结

　　本项目成果已获得授权发明专利7项，完成相关专着2本，为固废磷石膏的大宗消耗提出了新的思路，并形成具有自主知识产权的过硫磷石膏矿渣水泥制备及其应用公路半刚性基层的关键技术，掌握了磷石膏水泥道路稳定层的产品配方和生产工艺等，为日后磷石膏水泥的进一步应用和更多道路水稳层的设计、施工和跟踪监测打下了坚实的基础。