1 绪论 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.1.1选题背景 (1)1.1.2 选题意义 (2)1.2磷石膏 (2)1.2.1磷石膏的生产 (2)1.2.2磷石膏的形态 (2)1.2.3磷石膏的晶型 (3)1.2.4磷石膏中的杂质 (4)1.2.5杂质对磷石膏的影响 (4)1.3 磷石膏利用现状 (5)1.3.1磷石膏在建筑领域中的应用 (5)1.3.2其他领域利用 (7)1.4磷石膏综合利用存在的问题 (8)1.5 粉煤灰的产生及危害 (9)1.6 国内外粉煤灰综合利用[23] (9)1.6.1粉煤灰利用项目种类和途径 (9)1.6.2粉煤灰综合利用研究新进展 (10)1.6.3粉煤灰开发利用过程中存在的问题 (11)1.7 路面结构及我国路基材料现状 (11)1.7.1路面结构 (11)1.7.2我国路基材料现状 (12)1.8 本文主要工作 (12)1.8.1本文主要研究内容 (12)1.8.2 预期目标 (13)参考文献 (14)1 绪论1.1 选题背景及意义1.1.1选题背景磷石膏是生产磷酸时排出的一种工业副产物，用湿法制备磷酸产生的废渣其主要的成分是与天然石膏物理性质相类似的二水石膏。
目前，全球每年达2.8亿吨的磷石膏排放量，而随着我国磷肥行业的快速发展，磷石膏近年排放量也已达5000万吨左右，占全球石膏排放量的18%，其中得到利用的只有900～1000万吨，达20%左右，利用率相当低。
[1]磷石膏的处理及综合利用目前还比较困难，国内对磷石膏的开发主要是做建材和水泥缓凝剂，年利用率还不到产生量的10％。
据报道，近几年来，随着产能的大幅度增加，甘肃瓮福化工公司每年副产的磷石膏已经达到100万吨以上。
如此大量的磷石膏只能露天堆放，对环境造成严重破坏。
粉煤灰在外省已成为有市场价值的资源，在我省有效利用率却很低。
据省经委有关人士介绍，我省粉煤灰的综合利用领域比较狭窄，仅应用于水泥、新型墙体材料方面。
日积月累，目前全省已有１亿吨的粉煤灰被白白抛弃。
我省是全国燃煤电厂多、粉煤灰产生量大的省份之一，有火电企业25家。
这些火电企业每年产生约220余万吨粉煤灰，除120万吨被水泥、新型建材制品企业综合利用外，其余百余万吨粉煤灰被堆放在露天堆灰场。
大量堆积的粉煤灰有两大危害：一是污染环境，每遇恶劣天气，就成为空气严重污染的重要源头，同时对地下水源造成污染隐患；二是增加了电厂成本。
综上所述，为了保护环境，保护资源，提高我省磷石膏、粉煤灰的利用率，必须开发新的利用途径。
本文以此为基础，研究利用磷石膏，粉煤灰做路面基层材料，这样便有效提高磷石膏，粉煤灰的利用率，解决堆放占地，环境污染等问题，节约成本，降低工程造价。
中广网兰州2011年11月29日消息称甘肃省政府下发《甘肃省“十二五”综合交通发展规划》，规划提出，今后五年甘肃省将以建成西北最重要综合运输枢纽为目标，努力建设“一横六纵”7条综合运输大通道，实现交通运输跨越式发展。
“十二五”末实现公路通车里程13万公里以上，新建高速公路1600公里以上，实现高速公路通车里程3600公里以上，确保完成所有县城至市州政府驻地通二级及以上公路。
可以说，我省的公路事业正经历一个繁荣的大发展时期，公路建设需要大量的沙，石等材料，以路面基层材料为例，普通公路基层厚度一般为40cm，每公里需沙石材料约1.1万吨，而高等级公路基层厚度约为60cm，每公里则需沙石材料约3.4万吨。
若采用磷石膏，粉煤灰修筑路面基层，可节约大量沙、石资源，同时降低工程成本。
1.1.2 选题意义本文主要研究以磷石膏、粉煤灰为胶凝材料体系的路面基层材料，一方面可以有效解决我省磷石膏、粉煤灰利用率低、堆放占地、环境污染等问题，降低建设成本，节省不可再生资源；另一方面正赶上我省“十二五”建设，顺应当前建设的需要。
所以说，本文的研究具有明显的社会效益、经济效益及环保效益；开展以磷石膏、粉煤灰为胶凝材料体系的路面基层材料的研究，并推广应用，是十分有必要的，意义重大。
1.2磷石膏1.2.1磷石膏的生产磷石膏是湿法生产磷酸时产生的工业副产物。
工业上湿法磷酸的生产方法有二水物法、半水-二水物法、二水-半水物法和半水物法等。
由于二水物法具有对磷矿石的品位较低、对设备腐蚀性较小等优点，我国湿法磷酸生产较多采用湿法二水物法。
其主要反应方程式为：Ca5(PO4)3F+5H2SO4+10H2O→5CaSO4·2H2O+3H3PO4+HF湿法二水物法制备磷酸过程中产生的磷石膏，一般为黄白、浅黄、浅灰或黑灰色的细粉状固体，呈酸性，略有异味。
磷石膏主要化学成分是CaSO4·2H2O，含量一般在70%以上。
1.2.2磷石膏的形态磷石膏主要是以四种结晶形态存在：[24](1) 针状晶体晶体的尺寸大小为：长80～500μm、宽20～100μm，厚5～10μm，长宽比约4～5。
在反应料稠度很大时，这种晶体具有悬浮倾向，在料浆脱水时呈中性。
(2) 单分散板状结晶晶体多为平行四边形或截菱形，结晶尺寸为：长40～200μm、宽30～150μm、厚5～10μm、长宽比约为1.3～1.5。
湿法磷酸过滤时，这些晶体具有沿水平“层”相互堆积的倾向，从而产生不利于间隙液体移动的现象。
(3)密实晶体由板状晶体转化而来，当板状晶体厚度增长到几十μm时，即形成密实晶体，它的形成条件与板状晶体相似。
(4)多晶体核晶体是有“毛刺”的密实晶体的聚合体，其形状类似一个50～100μm的球体，这种晶体在湿法磷酸生产时具有良好的过滤性能。
1.2.3磷石膏的晶型根据磷石膏的晶型和杂质可将磷石膏进行分类，出现多种磷石膏的晶型是由诸多因素共同决定的，其中最主要的因素如下[2]:(1) 磷石膏中含有少量的氧化铝杂质，沿c轴方向生长的二水石膏受到抑制主要是由铝杂质影响的，从而在这种情况下，晶体将形成晶核。
(2)磷石膏出现针状的晶体和沿晶芽方向生长结晶的晶核，主要是由磷酸盐的比表面积即反应活性所决定的，其比表面积又是由反应的时间所决定的，而硫酸钙的过饱和度是在较短的时间内出现的。
若硫酸钙的过饱和度低，沿c轴方向增长的二水石膏出现增多的趋势，而且晶型还会生长成针状的;相反，若硫酸钙的过饱和度高时，沿c轴方向增长的二水石膏减少，晶体可能生成晶核。
(3)有些磷石膏的晶体很薄，变薄主要是因为高浓度的P2O5侵蚀磷石膏，同时还会有逆反应产生。
1.2.4磷石膏中的杂质磷石膏含水量一般较高，特别是刚生产出来的磷石膏，其含水率可达20%～40%，且呈弱酸性，pH值在3～4，同时还有刺激性气味溢出，磷石膏陈放时间越长它的物化性能越稳定，且具有一定硬度的块状物，但干燥后的磷石膏是灰色的粉末状固体。
其中，二水石膏(CaSO4·2H2O)是磷石膏的主要成分，同时还含有少量的杂质。
但区分磷石膏和天然石膏主要判断依据是磷石膏中是否含有某些颗粒大小不均匀的特殊杂质。
尽管这些特殊的物质和杂质在磷石膏中所占的比例，相对来说是相当少的，但这含量甚微的物质将直接影响到磷石膏的整个应用。
按杂质的溶解性能，可将杂质分为两种：一是可溶性杂质；二是不溶性杂质。
其中可溶性杂质主要是一些盐类或酸在过滤、洗涤过程中残留下的物质，包括：五氧化二磷、含氟化合物及其一些碱金属元素等；而不溶性杂质是由原料磷矿石引入的，大概占5%，主要包括：共晶五氧化二磷、不溶性的五氧化二磷、一些含氟的化合物及其含镁、铝等金属元素的硫酸盐和磷酸盐等[3]。
1.2.5杂质对磷石膏的影响(1) 不溶性P2O5生产磷酸用的磷矿石原料未完全被溶解，这将导致不溶性五氧化二磷存在工业废渣磷石膏中，但可作为一种惰性填料利用，因此，危害不是很大，但会使机械设备受到腐蚀。
(2)可溶性P2O5磷石膏的酸性(pH=3～4)主要是因为磷石膏中含有可溶性五氧化二磷的酸性物质，它是从没有化合的磷酸中残留下来的，尽管通过多次的过滤和洗涤，但不可避免会保留部分可溶性五氧化二磷。
磷石膏用于建筑业生产时，这些可溶性的五氧化二磷会引起制品表面的粉化，结构松散，进而对制品的强度及外观的光洁度等造成不良的影响。
(3)氟除水溶解过程中存在的碱金属或活性硅，通常氟石也是不溶于水的。
在活性硅或碱金属的作用下，会生成化合物，如Na2SiF6化合物等，同时还会与硫酸钙反应生成硫酸，从而pH值减小，酸性增强，其发生的主要反应方程式为：SiF62-+3CaSO4·2H2O→3CaF2+SiO2+12H++3SO42-从上式可看出，产物中的CaF2不溶性的氟化物主要有CaF2，Na3AlF6等，它们都可以作为一种惰性填料，因此危害不是很大。
(4) 其他杂质除上述杂质外，磷石膏中还含有其它多种杂质，如铅、铜、镉、有机物、碱金属盐等。
其中磷石膏制品抗水化性能差主要是由于磷石膏中的碱金属盐导致的，主要作用机理是由孔隙排出制品表面的碱金属离子随水分逐渐的蒸发而出现表面析晶的现象，这将导致磷石膏制品表面出现粉末状的物质、泛霜、强度下降等。
磷石膏中除含金属杂质还有部分，对制品的影响主要是使利用磷石膏为原料的胶结材料的含水量增加。
1.3 磷石膏利用现状磷石膏大量的堆放，不仅占用大量土地，也对堆场周围环境带来了巨大的威胁。
同时，也增加了磷化肥企业的处置磷石膏的费用，不利于磷化肥行业的可持续发展。
因此，国内外的相关学者就磷石膏的资源化利用问题展开了广泛的研究。
目前，磷石膏已在众多行业中获得一定的利用。
1.3.1磷石膏在建筑领域中的应用(1) 磷石膏用作水泥缓凝剂磷石膏的主要化学成分都是CaSO4·2H2O，同时含有P2O5、F和有机物质等杂质[4]，这些杂质的存在一定程度上限制了磷石膏直接作为水泥缓凝剂的应用。
王显斌[5]等人研究表明：由于磷石膏中含有的可溶磷和氟等杂质会延缓水泥中硅酸三钙和铝酸三钙的早期水化速度，当直接把磷石膏用作水泥缓凝剂时，会造成水泥的凝结时间延长，早期强度的降低，但是对水泥的后期强度基本没有影响。
王显斌的研究结果还表明：磷石膏的来源及熟料的来源不同时，磷石膏对水泥性能的影响也会不同。
此外，磷石膏的含水率较高且粒度细小，直接用于水泥易造成下料仓结块、堵塞而喂料不稳定的现象。
因此，磷石膏一般需要通过一定的改性处理后才可替代天然石膏作为水泥缓凝剂。
郑建国[6]等将生石灰与磷石膏按比例混合、均化，陈化24h以上后制成改性磷石膏。
实验结果表明：加入适量的生石灰改性的磷石膏与天然石膏相比，水泥的凝结时间变化不大，强度却略有增加。
水泥与JM-Ⅲ型高效减水剂的适应性无明显的变化。
J.H.Potsieter[7]等研究表明：石灰乳液洗涤并不能有效的降低磷石膏对水泥凝结时间的延长作用，相对而言，氨水改性效果更加明显。
将磷石膏与熟石灰混合粉磨可以有效的降低磷石膏对水泥凝结时间的延长作用，但是若使用生石灰则效果不明显且会明显降低水泥的抗压强度。