一、引言
我国磷石膏年产量超过8000万吨,综合利用率不足40%,大量堆存带来严峻的环境压力。与此同时,西南地区广泛分布的红黏土具有天然含水率高、收缩性大、承载力低等不良工程特性,直接用作路基填料存在显著风险。
将磷石膏作为添加剂用于红黏土改良,是一条“以废治土”的技术路径。磷石膏主要成分为CaSO₄·2H₂O,在石灰提供的碱性环境中,SO₄²⁻可与铝相矿物反应生成钙矾石(AFt),与C-S-H共同构成胶凝体系。本文通过室内试验与微观分析,系统研究石灰-磷石膏复合稳定红黏土的最佳配合比与改良机理。

二、材料与试验方案
红黏土取自黔南州福泉地区,塑性指数高、天然含水率大。石灰为市售石灰。磷石膏取自瓮福磷矿,主要成分为CaSO₄·2H₂O。
试验设置石灰掺量6%、8%、10%三个水平,磷石膏掺量设小掺量和高掺量两组方案。通过液塑限试验、击实试验、无侧限抗压强度试验和水稳定性试验确定最优配比,并采用XRD和SEM进行微观结构分析。
三、试验结果与微观分析
力学性能:当石灰掺量为6%~8%时,复合稳定土的无侧限抗压强度达到峰值。适量磷石膏的掺入可进一步提高强度,归因于钙矾石的形成填充了孔隙。
XRD分析:XRD图谱证实了水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)等胶凝化合物的生成。随着养护龄期的延长,这些胶凝产物的衍射峰强度逐渐增强,与强度的增长趋势一致。
SEM分析:SEM图像显示,未处理的红黏土呈松散絮状结构,颗粒间缺乏有效胶结。经石灰-磷石膏复合稳定后,土体微观结构发生根本性改变——孔隙中填充了大量针状和网状胶凝物质,将分散的土颗粒胶结成密实的整体。
机理总结:石灰水化提供碱性环境;磷石膏在碱性条件下溶解出SO₄²⁻;红黏土中的活性Al₂O₃在碱性条件下溶出;SO₄²⁻与Al₂O₃和Ca²⁺反应生成钙矾石(AFt);同时活性SiO₂与Ca²⁺反应生成C-S-H凝胶。钙矾石的针状晶体和C-S-H的网状凝胶相互交织,共同构建了致密的微观结构。
四、结语
石灰-磷石膏复合稳定技术为红黏土改良和磷石膏资源化利用提供了有效途径。石灰提供的碱性环境激发了磷石膏和红黏土的火山灰反应,生成的C-S-H和钙矾石胶凝产物填充孔隙、胶结颗粒,从根本上改善了红黏土的工程性能。该技术实现了工业废渣与不良土质的“双向治理”,具有良好的推广应用前景。
