固化剂稳定磷石膏路面基层材料的力学性能与微观机制研究及工程应用

为解决传统路基材料资源消耗大和磷石膏固废堆积造成的环境问题，Wenyi Chen团队开展固化剂-磷石膏复合材料研究，通过XRD/SEM/MIP表征发现：干养护下13%固化剂掺量使7天抗压强度达5.55 MPa，聚合物分散剂可优化孔隙结构，工程应用显示其成本较石灰粉煤灰稳定土降低14.3%，浸出液重金属含量符合IV类地下水标准，为固废资源化提供新方案。

　　

磷石膏是湿法磷酸工艺的主要副产品，每生产1吨磷肥约产生5吨磷石膏，全球堆存量超60亿吨且年增1.5-2.8亿吨。我国磷石膏综合利用率仅40%，大量堆存导致土地占用和环境污染。传统路基材料如水泥稳定碎石面临资源枯竭和运输成本高的问题，而现有磷石膏在路基中的应用多作为辅助添加剂（掺量<30%），难以实现大规模消纳。针对这一难题，昆明理工大学的Wenyi Chen团队创新性地采用实验室自制固化剂（含玄武岩、生石灰等）作为胶凝材料，系统研究了磷石膏完全替代传统路基材料的可行性。

研究通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和压汞法（MIP）等表征手段，结合不同养护条件（干养护60%湿度 vs 标准养护95%湿度）和配比设计（固化剂10%-20%，分散剂0.1%-1.0%），揭示了材料的水化机理与性能演变规律。

3.1 无侧限抗压强度

干养护下材料强度显著高于标准养护，如C-17试样28天强度提高56%。固化剂含量与强度正相关，20%掺量时7天强度达8.3 MPa。添加0.3%分散剂（C13-DA0.3）可提升早期强度12.6%，但过量分散剂会抑制长期性能。

3.2 干缩特性

材料呈现先膨胀后收缩现象，0.3%分散剂使28天膨胀应变降至419×10^-6，降幅达45.4%。

3.3 微观结构

XRD显示水化产物以钙矾石（Ett）和C-S-H凝胶为主，SEM观察到针状Ett晶体填充孔隙。MIP分析表明20%固化剂使阈值孔径从87.84 nm降至32.39 nm，小毛细孔比例提升58.8%。

4.1 施工技术

云南实体工程应用显示，13%固化剂配比的芯样7天强度达4.3 MPa，铺设厚度建议200-300 mm。

4.2 经济环境效益

成本较石灰粉煤灰稳定土降低14.3%，浸出液中可溶性氟（0.56 mg/L）和磷（0.03 mg/L）含量远低于国家标准。

该研究首次实现磷石膏完全替代传统路基材料，固化剂通过激发硅铝组分反应生成Ett和C-S-H凝胶，形成"交织网络-孔隙填充"双重增强机制。工程应用证实其兼具经济效益（92.7 CNY/m3）与环境安全性，为固废资源化提供了创新解决方案。论文发表于《Results in Engineering》，为路基材料设计及磷石膏大规模消纳提供了理论依据和实践范式。