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2020混凝土科学技术奖
【技术革新类】二等奖: 磷石膏在公路路面基层中的研究与应用
时间:2021-01-13    来源:     分享:
​本项目针对宜昌地区磷石膏固废处理难度大、污染环境、缺乏高效高附加值利用途径的现状,采用磷石膏固废,经粉磨、改性陈化处理,与矿粉、碱性激发剂、碎石、石屑和水等原料混合,配制过硫磷石膏矿渣水泥。





2021年度 混凝土科学技术奖已经启动,欢迎业内企事业单位及从业人员,持续关注协会官方公众号【混凝土科技奖】的相关信息。


2020年度

混凝土科学技术奖•技术革新类

获奖项目展示





2020年度 混凝土科学技术奖工作于2020年6月启动,至12月圆满完成。报名期间共收到有效申报项目61项。经过专家评审委员会的初评及终评,共计39个项目获奖,包括一等奖2项、二等奖15项、三等奖22项,其中“科技进步类”13项、“基础理论类”2项、“技术革新类”24项。



二等奖项目:磷石膏在公路路面基层中的研究与应用



主要完成单位:湖北昌耀新材料股份有限公司


主要完成人:吴赤球、吕伟、龚文辉、胡彪、王玉珍、杨友为


项目概况

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。宜昌地区磷矿石资源丰富,磷化工企业较多,对工业固废磷石膏的处理方式通常采取山谷筑坝堆放,通过建立管道收集回收水循环使用以降低氟、磷污染。由于长期得不到消纳处置,磷石膏堆场占用了大量土地,随着堆存高度越高则向地下水渗透的风险越大。

为提高磷石膏综合利用的附加值,实现磷石膏大量消纳,项目完成单位开展了磷石膏在公路路面基层中的研究。在粉磨后的磷石膏中,掺入适量的CaO进行改性陈化处理,然后与矿粉、碱性激发剂、碎石、石屑和水按照一定比例投入搅拌机进行搅拌,制备出一种磷石膏水泥级配碎石稳定新型材料。

建成后的柏临河大道一期工程

建成后的夷陵区银铃冷链路工程项目

主要创新点

1.材料创新

采用“包裹技术”原理,构建磷石膏-矿渣粉-碱性激发剂的胶凝材料体系,将磷石膏胶凝材料由气硬性胶凝材料转变为水硬性胶凝材料。首先采用中和改性方法对原状磷石膏进行预处理形成改性磷石膏,消解磷石膏中的缓凝因子(水溶性磷、水溶性氟和残留的絮凝剂),然后在搅拌机中与矿渣粉、碱性激发剂及砂石等集料充分搅拌后达到合适的碱度条件,充分激发矿渣粉的水化反应,生成能互相搭接、相互攀附的由针状、棒状的钙矾石和箔片状、纤维状的C-S-H凝胶水化产物构成的三维密实空间,牢固地将物料体系中剩余磷石膏和砂、石等物料结合成一个密实度和强度都逐渐增强的整体,从而实现磷石膏大掺量的方式制备磷石膏矿渣水泥替代普通水泥用于公路基层。

2. 固废资源化利用技术创新

磷石膏矿渣水泥的组成成分中,磷石膏占45%-55%,矿渣粉同属工业固废,碱性激发剂可采用钢渣,配合硅酸盐水泥熟料或石灰,可消纳三种固废,实现大规模、低成本、高附加值的固废资源化利用,具有较高的经济效益和环保效益。

3.工程应用技术创新

本项目技术应用,将级配碎石层7天无侧限抗压强度提高到5~9MPa,高于水泥稳定碎石层的2.5MPa。本项目级配碎石层配制施工方法简单,无需大批专业设备即可实现。

铺设磷石膏矿渣水泥稳定层

磷石膏矿渣水泥稳定层碾压

应用效果

本成果已经成功应用于以下三个公路项目中:

2018年1月完成了三峡昌耀管廊建设有限公司厂内内道路试验段的铺设,该路段全场148米,宽6米,其中水稳层宽7米,设计磷石膏稳定层共两层,下基层和上基层,每层18cm厚,上基层的七天无侧限抗压强度为4.5MPa,下基层的七天无侧限抗压强度为5.5MPa,道路路况良好,未出现道路开裂等质量问题。

本项目技术应用到龙泉镇柏临河大道的路基稳定层中,截止2019年6月18日,已施工完成2.13km,共消耗磷石膏0.9万吨,道路稳定层钻芯取样强度检测结果为16MPa,远远满足道路强度标准,未出现开裂等质量问题。

2019年7月应用到宜昌市伍家岗白城路(0.35km)、武陵区银岭冷链路(0.3km),各消纳磷石膏300吨和250吨,七天无侧限抗压强度、弯沉值以及其他各项检测都符合公路设计相关标准。

2019年10月宜昌市生态环境局委托湖北省环科院对柏临河大道、白城路、银岭冷链路立项研究,主要分析磷石膏稳定层对周边环境影响,检测以上三条道路的土壤、地表水、底泥、地下水及渗滤雨水相关指标,从现有数据分析来看,磷石膏水稳层并未对周边环境表现出污染性。

试验道路铺设

试验道路竣工


企业介绍

湖北昌耀新材料股份有限公司成立于1993年,注册资金8270万元,是一家以电工产品、城市地下综合管廊和海绵城市配套的新型市政环保建材产品研发制造销售为主的混合制企业。公司现拥有一家研发中心和八大生产基地,集研发、生产、销售于一体,主要产品涉及电杆等电工产品、水管和检查井等市政产品、预制箱涵等城市地下综合管廊和海绵城市配套产品、装配式围墙和仿木围栏等园林工艺制品等多个领域。销售网络覆盖全国百余县市,广泛应用于电力、铁路、邮电、通讯、环保、市政及水利建设等领域。

公司工艺设备先进,技术实力雄厚。拥有41项专利,主导和参与《环形混凝土电杆》、《混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法》、《预制混凝土箱涵》等多项国家和行业标准的修订。拥有国内外先进的生产和检测设备200多台套,拥有全自动化的自动环形混凝土电杆生产线、芯模振动自动成型制管生产线、双工位芯模振动成型制管生产线、全自动路面砖生产线、整体式和分体式综合管廊生产线等多条生产线。年产电杆35万根、钢筋混凝土水管120公里、预制箱涵30公里及其他水泥构件和制品15万件。

公司自成立伊始,始终坚持以科技为先导,以创新为动力,秉承“以人为本,顾客至上”的经营理念,大力开发新型环保建材产品,致力于打造中国首家集产品研发、制造、销售、投资、建设于一体的专业城市地下综合管廊、海绵城市集成供应商。

公司生产的磷石膏水稳层、磷石膏生态护坡预制构件、磷石膏市政产品预制构件应用前景覆盖面广。磷石膏水稳层在宜昌地区已有多处完成施工,龙泉柏临河大道、伍家岗白城路、小溪塔银铃冷链路、欧阳修主题公园附属公路、梅子垭棚户区改造工程附属公路、伍家岗柏临河一路等多处所摊铺的稳定层,经检测各项满足设计要求;磷石膏生态护坡预制构件应用广泛,宜昌地区的西陵二路快速道下、三峡坝区园林苗圃基地、枝江七星台、还有武汉、黄冈、钟祥等地均得以运用,所用生态护坡安装之地绿化效果显著而且并无滑坡、水土流失等现象发生;磷石膏市政产品预制构件已应用湖北各地,客户反馈意见满意。

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