CN113954233A - 一种磷石膏预制件的制备方法及磷石膏预制件 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种磷石膏预制件的制备方法是以磷石膏混凝土代替传统水泥混凝土，以玄武岩纤维筋代替传统钢筋，设计的磷石膏混凝土的配方，可确保磷石膏混凝土与玄武岩纤维筋之间有机结合，使磷石膏预制件力学性能满足使用要求，并有效防止磷石膏中有害成分对加筋材料的腐蚀，保证其耐久性。以磷石膏预制件代替钢筋混凝土预制件，开发了磷石膏综合利用新途径，达到变废为宝的目的。本发明提供的磷石膏预制件采用本申请的制备方法制得，生产方法简单，成本低，具有重量轻、承载力高和造价低等特点，可广泛应用于我国公路工程和市政工程建设，实现磷石膏高价值化利用。

Description

一种磷石膏预制件的制备方法及磷石膏预制件

技术领域

本发明涉及工程建设及磷化工领域，具体涉及一种磷石膏预制件的制备方 法及磷石膏预制件。

背景技术

磷石膏是磷肥和湿法磷酸生产中的一种副产物，其主要成分除硫酸钙外， 还含有少量未分解的磷矿粉、游离磷酸、磷酸铁、磷酸铝、以及与石膏共晶的 磷酸氢钙和氟硅酸盐等杂质。我国磷肥需求量大，每年产生数以亿吨计的磷石 膏，不仅占用大量的土地资源，而且造成严重的环境污染。

目前，全国磷石膏的处理仍以厂区堆置、矿区填埋为主，存在严重的环境 污染隐患；磷石膏综合利用率仅20％左右，远低于国家发展改革委要求，迫切 需要开发磷石膏固废利用新途径。

另一方面，我国公路工程和市政工程建设快速发展，需要大量混凝土预制 件，如何有效利用磷石膏制作预制件，不仅可以满足工程建设需求，而且可实 现磷石膏高价值化利用，达到变废为宝的目的。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足和环保要求，提出一种磷石 膏预制件的制备方法及磷石膏预制件。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供的一种磷石膏预制件的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，按照预制件的设计图纸制作预制件模具；

步骤S2，在预制件模具的下部布置玄武岩纤维筋；

步骤S3，将磷石膏混凝土搅拌均匀，铺设在预制件模具中，机械振捣密实 后进行表面收平；

步骤S4，将步骤S3得到的磷石膏预制件(连同模具)，在温度为74±5℃ 下蒸汽养护4～5小时；

步骤S5，将步骤S4得到的磷石膏预制件模具脱去膜具，自然条件下养护不 少于7天，制得磷石膏预制件。

进一步的，步骤S3中，所述磷石膏混凝土包括如下质量份数的组分：磷石 膏20～45份、矿粉2～10份、水泥0.5～5份和集料20～60份。

进一步的，步骤S3中，所述集料为磷石膏集料或者碎石集料，所述磷石膏 集料或碎石集料的粒径为1～3cm。

进一步的，步骤S2中，在距离预制件模具的底部10～30mm左右高度，在 同一水平面等间距平行布置适当数量的玄武岩纤维筋，位于两侧的所述玄武岩 纤维筋距离所述预制件模具的侧壁1～3cm。这里适当数量的玄武岩纤维筋是根 据预制件承载力要求计算确定的。

进一步的，步骤S2中，所述玄武岩纤维筋的长度为所述磷石膏预制件跨度 -2～+10cm。

进一步的，步骤S2中，将所述玄武岩纤维筋的两端弯折成90°角，长度 2～10cm弯勾。

进一步的，所述玄武岩纤维筋的直径范围为6mm～22mm。

本发明还提供了一种磷石膏预制件，采用上述制备方法得到的。

进一步的，所述磷石膏预制件的承载力不小于磷石膏预制件使用荷载要求。

进一步的，所述磷石膏预制件包括磷石膏矩形板和磷石膏电缆沟盖板。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本发明提供的一种磷石膏预制件的制备方法是以磷石膏混凝土和玄 武岩纤维筋为主要材料，按照预制件的结构尺寸设计磷石膏预制件，并使其承 载力满足行人和非机动车使用要求，或满足机动车使用要求。以磷石膏混凝土 代替传统水泥混凝土，以玄武岩纤维筋代替传统钢筋，设计的磷石膏混凝土配 方，可确保磷石膏混凝土与玄武岩纤维筋相互的胶结作用，保证预制件力学性 能的同时，有效防止磷石膏中有害成分对加筋材料的腐蚀，耐久性好，而且以 磷石膏预制件代替钢筋混凝土预制件，开发了磷石膏综合利用新途径，达到变 废为宝的目的。

(2)本发明提供的一种磷石膏预制件采用本申请的制备方法制得，生产 方法简单，成本低，可批量生产，比传统混凝土预制件比较，磷石膏预制件具 有重量轻、承载力高和造价低等特点，可广泛应用于我国公路工程和市政工程 建设，实现磷石膏高价值化利用。

附图说明

图1为实施例1制备的磷石膏矩形板(600cm×99cm×40cm)的设计图；

图2为实施例2制备的磷石膏电缆沟盖板(50cm×50cm×10cm)的设计图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，将结合磷石膏预制件的结 构设计、配合比设计及制备方法进行详细描述。

1.磷石膏预制件结构设计方法

本发明磷石膏预制件结构设计方法是，以磷石膏混凝土和玄武岩纤维筋为 主要材料，按照预制件的结构尺寸设计磷石膏预制件，并使其承载力满足行人 和非机动车使用要求，或满足机动车使用要求。以磷石膏混凝土代替水泥混凝 土，其强度不低于20MPa。以玄武岩纤维筋代替钢筋，在保证预制件力学性能 的同时，有效防止磷石膏中有害成分对加筋材料的腐蚀，达到提高磷石膏预制 件耐久性的目的。玄武岩纤维筋的直径以6～22mm为宜，设置根数根据预制件 承载力要求计算确定，设置位置为预制件受拉区接近最大拉应力部位，设置方 向与预制件拉应力方向一致。

确定玄武岩纤维筋数量的计算公式如下：

混凝土受压区高度计算公式如下：

∑X＝0，α₁f_cbx＝f_yA_s-f_y'A_s'

正截面受弯承载力计算公式如下：

受压区高度应符合下列公式：

2α'≤x≤ξ_bh₀

纵向受力钢筋的截面面积满足：

A_s≥ρ_minbh

式中：M－弯矩设计值；

α₁－系数，按《混凝土结构设计规范》(GB-50010-2010(2015版))规范 第6.2.6条的规定计算；

f_c－磷石膏混凝土轴心抗压强度设计值；

A_s、A'_s－受拉区、受压区纵向钢筋的截面面积；

b－矩形截面的宽度；

h－矩形截面的高度；

h₀－截面有效高度；

α'、α'_s－受压区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离；

ρ_min－最小配筋率。

2.磷石膏混凝土配合比设计方法

磷石膏混凝土组成材料为磷石膏、矿粉、水泥和集料，其配合比设计方法 是，以一定比例的磷石膏、矿粉和水泥为结合料，以具有一定级配的磷石膏球 状体为集料，通过合理的配合比设计制作成抗压强度不小于20MPa的磷石膏混 凝土。其设计方法和程序如下：

(1)不掺磷石膏集料的磷石膏混合料理论设计强度，按照磷石膏混凝土设 计强度提高20％计算，达到24MPa。

(2)以磷石膏为基材，以水泥和矿粉为激发剂和固化剂，合理选择用量， 其中水泥掺量份数为0.5～5份，矿粉掺量份数为2～10份，配制磷石膏混合料。

(3)将上述材料拌和均匀后装入2组150mm×150mm×150mm试模中,蒸养 后拆模，然后进行第一组试模抗压强度试验；第二组蒸养后拆模，再自然养生 7d后，进行抗压强度试验。

(4)如7d强度满足设计要求，就以此配合比为磷石膏混合料配合比。

(5)按照磷石膏混合料的配合比，在质量份数为20～60份范围内加入30 份，40份和50份三种比例的磷石膏集料或碎石集料，粒径为1～3cm，拌制磷石 膏混凝土，每种比例留样2组试件分别进行蒸养完成后及7d抗压强度，选择7d 强度合格，综合效果最佳的配合比为磷石膏混凝土的配合比。如3种比例磷石 膏集料或碎石集料掺入后都不满足强度要求，根据不同集料掺量的磷石膏混凝 土强度变化规律，调整集料掺量，直到强度合格为止。

3.磷石膏预制件制备方法

磷石膏预制件制备方法，按以下工艺和程序进行：

(1)按照磷石膏预制件的结构尺寸制作模具；

(2)在距预制件模具底部10～30mm左右高度，在同一水平面等间距布置 适当数量的玄武岩纤维筋，其长度为预制件跨度-2～+10cm，对于承载力要求较 高的预制件，两端可设置90°角，长度2～10cm弯勾。玄武岩纤维筋的数量和 直径根据磷石膏预制件的承载力要求计算确定。

(3)按照磷石膏混凝土配合比依次加入磷石膏、磷石膏集料或碎石集料、 水泥、矿粉，采用强制式混凝土搅拌机搅拌均匀。

(4)将拌和均匀的磷石膏混凝土倒入模具中，经机械振捣密实后人工进行 表面收平，确保表面平整。

(5)在74±5℃温度对磷石膏预制件蒸汽养生4.5±0.5h，然后脱模。

(6)脱模后自然养生7d以上，待其强度达到设计要求时即可投入应用。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

磷石膏矩形板项目：设计要求长度600cm，宽度99cm，厚度40cm，磷石膏 混凝土设计强度25MPa，承载力不小于180kN，可承担公路车辆荷载。

采用本发明的制备方法制备磷石膏矩形板(600cm×99cm×40cm)，制备 方法步骤如下：

步骤S1，按照图1所示的磷石膏矩形板的结构尺寸制作模具；

步骤S2，在距预制件模具底部25mm左右高度，在同一水平面纵向等间距 布置9根直径为ф20mm，长度为603mm玄武岩纤维筋；将9根玄武岩纤维筋 的两端折成90°角，长度8cm的弯勾，且位于两侧的玄武岩纤维筋距离预制件模 具的侧壁2.5cm～5cm。在横向以20cm间距等间距布设31根ф6mm横向连接玄 武岩纤维筋。

步骤S3，将拌和均匀的磷石膏混凝土倒入模具中，经机械振捣密实后人工 进行表面收平，确保表面平整光洁；

其中，加料顺序为按照磷石膏混凝土配合比，依次加入适当数量的磷石膏、 碎石集料、水泥和矿粉，采用强制式混凝土搅拌机搅拌均匀。磷石膏48份，碎 石集料45份，水泥2份和矿粉5份。

步骤S4，将步骤S3得到的磷石膏预制件连同模具，在温度为74±5℃下蒸 汽养护4～5小时；

步骤S5，将步骤S4得到的磷石膏预制件脱去膜具，自然条件下养护7天以 上，制得磷石膏矩形板。

将本实施例制备得到的磷石膏矩形板(尺寸：600cm×99cm×40cm)与常规 钢筋混凝土矩形板性能比较，磷石膏矩形板承载力较常规矩形板提升61％，重 量降低18％，成本降低42％，说明磷石膏矩形板具有造价低，承载力性能显著 提升，质量较轻更有利于施工等特点，可广泛应用于公路工程和市政工程建设。

实施例2：

磷石膏电缆沟盖板预制件项目：设计要求宽度50cm，长度50～100cm，厚 度10cm，磷石膏混凝土设计强度20Mpa。

采用本发明的制备方法制备磷石膏电缆沟盖板预制件(50cm×50cm×10cm)， 制备方法步骤如下：

步骤S1，按照图1所示的电缆沟预制件的结构尺寸制作模具；

步骤S2，在距预制件模具底部25mm左右高度，在同一水平面等间距布置 5根直径为ф6mm，长度为57cm的玄武岩纤维筋；将5根玄武岩纤维筋的两端 折成90°角，长度6cm弯勾，且位于两边的玄武岩纤维筋距离预制件模具的侧壁 2.5cm。在横向以10cm间距等间距布设6根ф6mm横向连接玄武岩纤维筋。

步骤S3，将拌和均匀的磷石膏混凝土倒入模具中，经机械振捣密实后人工 进行表面收平，确保表面平整光洁；

其中，加料顺序为按照磷石膏混凝土配合比，依次加入适当数量的磷石膏、 磷石膏集料、水泥、矿粉，采用强制式混凝土搅拌机搅拌均匀。磷石膏49份、 磷石膏集料45份、水泥1份和矿粉5份。

步骤S4，将步骤S3得到的磷石膏预制件模具，在温度为74±5℃下蒸汽养 护4～5小时；

步骤S5，将步骤S4得到的磷石膏预制件脱去膜具，自然条件下养护7天以 上，制得磷石膏电缆沟盖板。

将本实施例制备得到的磷石膏电缆沟盖板(尺寸：50cm×50cm×10cm)与 常规钢筋混凝土隧道电缆沟盖板性能比较，磷石膏电缆沟盖板承载力较常规盖 板提升17％，重量降低18.7％，成本降低8.9％，说明磷石膏电缆沟盖板具有造 价低，承载力性能显著提升，质量较轻更有利于施工。

本实施例制备的磷石膏电缆沟盖板可在公路隧道工程和市政工程广泛应 用，完全满足行人和/或非机动车荷载要求。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磷石膏预制件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、按照预制件的设计图纸制作预制件模具；

S2、在预制件模具的接近底部位置布置适当数量的玄武岩纤维筋；

S3、将磷石膏混凝土搅拌均匀，铺设在预制件模具中，机械振捣密实后进行表面收平；

S4、将步骤S3得到的磷石膏预制件模具，在温度为74±5℃下蒸汽养护4～5小时；

S5、将步骤S4得到的磷石膏预制件模具脱去膜具，自然条件下养护不少于7天，制得磷石膏预制件。

2.如权利要求1所述的一种磷石膏预制件的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述磷石膏混凝土包括如下质量份数的组分：磷石膏20～45份、矿粉2～10份、水泥0.5～5份和集料20～60份。

3.如权利要求2所述的一种磷石膏预制件的制备方法，其特征在于：所述集料包括磷石膏集料或碎石集料，所述集料的粒径为1～3cm。

4.如权利要求1所述的一种磷石膏预制件的制备方法，其特征在于：步骤S2中，在距离预制件模具的底部10～30mm左右高度，在同一水平面等间距的平行布置适当数量的玄武岩纤维筋，以满足预制件承载力要求，玄武岩纤维筋两端距离所述预制件模具的侧壁1～3cm。

5.如权利要求4所述的一种磷石膏预制件的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述玄武岩纤维筋的长度为所述磷石膏预制件跨度-2～+10cm。

6.如权利要求4所述的一种磷石膏预制件的制备方法，其特征在于：步骤S2中，将所述玄武岩纤维筋的两端弯折成90°角，长度2～10cm弯勾。

7.如权利要求4所述的一种磷石膏预制件的制备方法，其特征在于：所述玄武岩纤维筋的直径范围为6mm～22mm。

8.一种磷石膏预制件，其特征在于：采用如权利要求1-7任一项制备方法制得。

9.如权利要求8所述的一种磷石膏预制件，其特征在于：所述磷石膏预制件承载力不小于其使用荷载要求。

10.如权利要求9所述的一种磷石膏预制件，其特征在于：所述磷石膏预制件包括磷石膏矩形板和磷石膏电缆沟盖板。

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