摘要：以磷石膏—粉煤灰體系作為主要研究對(duì)象，通過(guò)一系列土工試驗(yàn)確定體系的最佳配比，通過(guò)測(cè)定其重金屬離子溶出量及放射線元素活度來(lái)進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)，旨在初步確定磷石膏-粉煤灰體系用作公路路基及基層填料的可行性和可靠性。

　　關(guān)鍵詞：磷石膏,填料,環(huán)境影響評(píng)價(jià)

　　0 前言

　　磷石膏是濕法生產(chǎn)磷酸過(guò)程中產(chǎn)生的一種工業(yè)副產(chǎn)物，作為一種工業(yè)廢料不僅占用大量空間，制約企業(yè)發(fā)展，而且對(duì)環(huán)境有著嚴(yán)重污染。如果能夠?qū)⒘资�膏用于公路的建設(shè)，那么不僅可以解決磷銨生產(chǎn)企業(yè)的廢料再生利用問(wèn)題，減少占地空間，節(jié)約能源，改善環(huán)境，對(duì)企業(yè)發(fā)展、社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)將有著重要的社會(huì)意義，而且還可解決公路建設(shè)中的筑路材料需求，變廢為寶。

　　用磷石膏用作路基填料，國(guó)內(nèi)外均做過(guò)一些嘗試，唐慶黔[1]等對(duì)磷石膏應(yīng)用于路基路面工程的可行性、力學(xué)性能進(jìn)行研究。李玉華[2]等通過(guò)石灰、粉煤灰或石灰、粉煤灰、粘土在最佳含水量下配成的混合料，早期強(qiáng)度低，對(duì)氣溫要求較高，使公路基層鋪筑后不能及時(shí)通車(chē)，為此，研究了工業(yè)廢渣磷石膏對(duì)其性能的影響及作用機(jī)理。磷石膏作筑路材料的研究在美國(guó)廣為開(kāi)展，美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)和邁阿密大學(xué)在研究中發(fā)現(xiàn)[3]，含粘土砂和磷石膏的混合物是良好的筑路材料。但作為一種工業(yè)廢渣，其對(duì)環(huán)境的影響也是一個(gè)必須考慮的因素，因此，需要從室內(nèi)的配合比試驗(yàn)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)來(lái)初步研究磷石膏-粉煤灰體系用作公路路基及基層填料的可行性和可靠性。

　　1 試驗(yàn)原料及配合比試驗(yàn)

　　1.1原材料

　　磷石膏：云南磷化集團(tuán)生產(chǎn)磷酸的副產(chǎn)品，灰白色，主要化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

 

　　1.2磷石膏-粉煤灰結(jié)合料配合比試驗(yàn)

　　1.2.1擊實(shí)試驗(yàn)

　　試驗(yàn)按《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》 (JTG E40-2007) [5]執(zhí)行。試驗(yàn)用料都是現(xiàn)用現(xiàn)配，按預(yù)定含水量制備試樣，試驗(yàn)過(guò)程按常規(guī)擊實(shí)方法進(jìn)行。

　　1.2.2無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

　　無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是依據(jù)交通部《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E51-2009) [6]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。同一配比的試樣個(gè)數(shù)為6個(gè)，最后以6個(gè)樣品的平均值作為測(cè)試結(jié)果，并計(jì)算變異系數(shù)。制成的試樣為圓柱形，直徑為5cm，高5cm。

　　2.試驗(yàn)結(jié)果分析

　　各種配比的擊實(shí)曲線和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1和2所示。

 

　　從以上試驗(yàn)可以看出磷石膏粉煤灰比例為1：1的磷石膏-粉煤灰混合料的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于二灰混合料。消石灰的摻量在6%時(shí)磷石膏-粉煤灰混合料強(qiáng)度最高，消石灰的摻量超過(guò)8%時(shí)磷石膏-粉煤灰混合料7 d強(qiáng)度降低明顯。因此，可以將磷石膏-粉煤灰的配比確定為石灰6%，磷石膏：粉煤灰=1：1，即以石灰：磷石膏：粉煤灰=6：47：47為最終配比。

　　3. 磷石膏等工業(yè)廢渣對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

　　工業(yè)廢渣對(duì)環(huán)境的污染有重金屬離子的污染和放射線元素堆積產(chǎn)生的放射線污染。重金屬是工業(yè)廢渣中最主要的污染成分，重金屬污染物質(zhì)所具有的不可降解性決定了其將長(zhǎng)期存在，并且在工業(yè)廢渣長(zhǎng)時(shí)間被不斷沖刷導(dǎo)致重金屬元素溶出達(dá)到一定濃度時(shí)，可能會(huì)對(duì)其周?chē)�環(huán)境構(gòu)成極大的潛在威脅，危及人體和其它動(dòng)植物。重金屬在環(huán)境中的行為和作用，一般用它們?cè)诃h(huán)境中的溶出總量來(lái)預(yù)測(cè)和說(shuō)明。另外，工業(yè)廢渣的放射性污染也是被廣泛關(guān)注的問(wèn)題。為了評(píng)價(jià)磷石膏作路面基層材料的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)其重金屬離子溶出量及放射線元素活度進(jìn)行測(cè)定。

　　3.1 測(cè)試方法

　　(1) 重金屬溶出濃度的測(cè)定

　　采用原子吸收光譜法對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行測(cè)試，原子吸收光譜法又稱為原子吸收光光度法，它是基于從光源輻射出的具有待測(cè)元素特征譜線的光，通過(guò)樣品蒸時(shí)被蒸汽中待測(cè)元素基態(tài)原子吸收，從而由輻射特征譜線光被減弱的程度來(lái)測(cè)樣品中待測(cè)元素含量的方法。

　　(2)工業(yè)廢渣放射性元素測(cè)定

　　將制備好的工業(yè)廢渣粉體，用RATOM-E型多通道 能譜儀，對(duì)其中R226、TH232、K40的活度進(jìn)行測(cè)量。

　　3.2 重金屬檢測(cè)結(jié)果

　　用原子吸收光譜法云南磷石膏的ETP溶出液中的四種重金屬元素(砷、鎘、鉛、鉻)以及氟離子濃度進(jìn)行了測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。并與美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(EPA)制定的《陸地處置限制法規(guī)》(Land Disposal Restriction)中規(guī)定的重金屬元素的溶出限量進(jìn)行對(duì)比。

 

　　注：樣品均浸入水中36h ，水的體積1L;溶出限量摘自美國(guó)國(guó)家環(huán)保局(EPA)制定的《陸地處置法規(guī)》中重金屬元素的相關(guān)規(guī)定。

　　從以上測(cè)試結(jié)果來(lái)看，磷石膏原料和試件樣品用于路面基層是安全的，而且路面基層處于面層之下，接受沖刷和淋溶作用很少，其溶出物進(jìn)入地面水和地下水的機(jī)會(huì)也少。因此，在路面基層中采用磷石膏作為主要原料是一種工業(yè)廢渣無(wú)害化處理的途徑。

　　3.3 放射性檢測(cè)結(jié)果

　　由于試件的主要原材料為磷石膏和粉煤灰，因此特針對(duì)這兩種材料進(jìn)行反射性檢測(cè)，將樣品各取1公斤送往武漢產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)建材站進(jìn)行放射性檢測(cè)，用 能譜儀對(duì)工業(yè)廢渣粉體的 譜進(jìn)行分析，測(cè)量出其活度，并與建筑主體材料的放射性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比。目前國(guó)內(nèi)外尚沒(méi)有道路材料的放射性標(biāo)準(zhǔn)，因此參照GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》作為檢驗(yàn)依據(jù)，檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

 

　　根據(jù)上表的檢測(cè)結(jié)果，磷石膏和粉煤灰的放射性核素都符合GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》中建筑主體材料要求，使用范圍不受限制。路面基層處于面層之下，其產(chǎn)生的放射性處于一種開(kāi)放的環(huán)境中，可以和作外裝飾用的建材(C類(lèi))的放射性標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)比，經(jīng)過(guò)類(lèi)比，這些材料的放射性標(biāo)準(zhǔn)都合格。因此，這些廢渣用于路面基層是安全的。

　　4. 結(jié)論

　　在無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，得出石灰：磷石膏：粉煤灰=6：47：47這個(gè)配比的強(qiáng)度最高且滿足規(guī)范對(duì)強(qiáng)度的要求，對(duì)磷石膏的重金屬溶出濃度和工業(yè)廢渣放射性元素的測(cè)定也滿足相關(guān)規(guī)定。因此，初步認(rèn)為以磷石膏-粉煤灰體系用作為公路路基及基層的填料技術(shù)上可行和安全上可靠。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 唐慶黔，凌天清，董滿生.工業(yè)廢料磷石膏在路基路面工程中的應(yīng)用[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，10(2)

　　[2] 李玉華，徐風(fēng)廣，吳華明.磷石膏對(duì)石灰粉煤灰公路基層性能的影響[J].建筑石膏與膠凝材料，2002，7

　　[3] Manjit Singh, Treating waste phosphogypsum for cement and plaster manufacture, Cementand Concrete Research[J].2002,32(4):1033~1038.

　　[4] JTG E40-2007，公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

　　[5] JTG E51-2009，公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].