本发明涉及道路固化材料的技术领域，具体地指一种磷石膏压固成岩剂及其制备方法与应用。
背景技术：
磷石膏是生产磷肥，磷酸时排放好固体废弃物，每生产1吨磷酸约产生4.5～5吨磷石膏，我国每年都有大量磷石膏产出。磷石膏具有以下特征：磷石膏是一种粉状材料，几乎没有可塑性，磷石膏中残存有磷酸、硫酸和氢氟酸，它是一种酸性副产品(ph<3)；磷石膏中含有25％～30％的自由水，垂直渗透系数为2×10-5～1×10-3。目前，中国磷石膏的有效利用率不足10％，只有极少量的磷石膏被利用生产建筑材料，其余数量巨大的磷石膏作为大宗工业固体废渣堆存，堆存磷石膏不仅占用大量土地，而且磷石膏含有砷、镉、汞等有害重金属化合物对环境造成污染。
水泥稳定级配碎石具有良好的力学性能与板体性，水稳定性与抗冻性，具物源广泛，也可就地形取材，便于原材料和混合料的加工，易于机械摊铺操作，是目前我国道路工程中应用十分广泛的一种基层结构形式。然而，水泥稳定碎石基层抗拉强度低，易导致基层开裂使路面层产生反射裂缝。水泥稳定碎石基层会出现裂缝，是因为施工初期的强度较高以及水泥的水化作用发出的热量，使得该结构干缩和温缩的裂缝。更坏地是当后期铺设路面层时，这些裂缝则会反射至路面，产生反射裂缝，造成或大或小的破坏，从而影响道路的使用寿命和稳定性；水泥稳定碎石基层平整度很难把握，碎石本身都是或在或小的石体都非常小和不稳定。当碎石的级配不符合要求，并且有时还有盐碱粒径碎石存在时，就会导致铺设路面时很难铺放平整，并且碎石不能很好地和水泥等胶凝材料混合并产生离析，水泥稳定级配碎石的强度不够。道路的强度关系到其承载力和使用寿命，水泥稳定碎石基层出现强度不足的原因是基层样芯不达标，而当混合料级配不合理以及水泥灰剂量或细颗粒偏小时都会导致水泥稳定碎石基层强度不够，影响道路的承载力和使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的就是要提供一种固化效果强、稳定性高的磷石膏压固成岩剂，还提供了该磷石膏压固成岩剂制备方法及其应用。
为实现上述目的，本发明提供的一种磷石膏压固成岩剂，它由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.2～9.99：0.01～0.8混合而成；
所述粉状固化剂a由如下原料按重量份数计组成：硅酸盐水泥98～99.9份、海藻酸盐0.01～2份；
所述液体固化剂b由如下原料按重量份数计组成：纳米二氧化硅溶液92～99份、聚丙烯酸弹性乳液1～8份。
优选地，所述的磷石膏压固成岩剂由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.5～9.95：0.05～0.5混合而成；
所述粉状固化剂a由如下原料按重量份数计组成：硅酸盐水泥99.95～99.97份、海藻酸盐0.03～0.05份；
所述液体固化剂b由如下原料按重量份数计组成：纳米二氧化硅溶液95～97份、聚丙烯酸弹性乳液3～5份。
最佳地，所述的磷石膏压固成岩剂由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.5：0.5混合而成；
所述粉状固化剂a由如下原料按重量份数计组成：硅酸盐水泥99.96份、海藻酸盐0.04份；
所述液体固化剂b由如下原料按重量份数计组成：纳米二氧化硅溶液96份、聚丙烯酸弹性乳液4份。
进一步地，所述海藻酸盐为海藻酸钠和/或海藻酸钾。
优选地，所述海藻酸盐为海藻酸钠与海藻酸钾按照质量比为1:0.5～2混合而成。
最佳地，所述海藻酸盐为海藻酸钠与海藻酸钾按照质量比为1:1.2混合而成。
进一步地，所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为5～80％，纳米二氧化硅的粒径为5～80nm。
优选地，所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为20～60％，纳米二氧化硅的粒径为20～60nm。
本发明还提供了一种上述磷石膏压固成岩剂的方法，包括如下步骤：
1)粉状固化剂a的制备：按原料配方将硅酸盐水泥和海藻酸盐混合搅拌均匀，出料；
2)液体固化剂b的制备：按原料配方将纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合搅拌均匀，出料；
3)混合制备：将粉状固化剂a加入液体固化剂b中，按照重量比为粉状固化剂a：液体固化剂b＝9.2～9.99：0.01～0.8混合搅拌均匀，即可。
进一步地，所述步骤1)中混合搅拌的速率为10～100r/min，搅拌时间为10～30min；所述步骤2)中混合搅拌的速率为5～60r/min，搅拌时间为5～35min；所述步骤3)中混合搅拌的速率为5～120r/min，搅拌时间为5～50min。
优选地，所述步骤1)中混合搅拌的速率为20～80r/min，搅拌时间为15～25min；所述步骤2)中混合搅拌的速率为10～50r/min，搅拌时间为15～30min；所述步骤3)中混合搅拌的速率为10～100r/min，搅拌时间为15～35min。
本发明还提供了一种上述磷石膏压固成岩剂的应用，将磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为8～12：100进行搅拌混合形成含水率为12～18％的浆料，然后将浆料在道路表面进行摊铺、碾压，保湿护养3～10天，即形成固化稳定的磷石膏道路基层。
最佳地，所述磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为10：100进行搅拌混合形成含水率为14％的浆料；
其中，所述磷石膏压固成岩剂由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.5：0.5混合而成；
所述粉状固化剂a由如下原料按重量份数计组成：硅酸盐水泥99.96份、海藻酸盐0.04份；
所述液体固化剂b由如下原料按重量份数计组成：纳米二氧化硅溶液96份、聚丙烯酸弹性乳液4份。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明的磷石膏压固成岩剂由粉状固化剂a和液体固化剂b两部分组成，两者配合使用，缺一不可。本发明的粉状固化剂a由硅酸盐水泥和海藻酸盐混合而成，起到的作用是：(1)中和反应，磷石膏中的酸与粉状固化剂中的碱起中和反应，反应产物是碱性水硬性硅酸凝胶；(2)重金属的络合反应：磷石膏粉状固化剂中的海藻酸盐为阴离子化合物，迅速与磷石膏中重金属阳离子反应生成不溶水的大分子重金属的络合物；(3)水硬性硅酸凝胶：由于磷石膏粉状固化剂主要组成为硅酸盐，在磷石膏水泥的体系中迅速水解为以硅酸钙凝胶为主体的水泥石产物，并对气硬性的磷石膏中的二水硫酸钙进行水化反应，形成了水硬性的硅酸盐凝胶体并层层包覆，为进一步与磷石膏固化剂的液体组分b的反应提供了载体。
其二，本发明的液体固化剂b由纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合而成，起到的作用是：液体固化剂b与粉状固化剂a中的水化产物硅酸凝胶在压实功的作用下进行胶体化学反应生成硅氧四面体的结构体，形成孔隙小、密度大的水硬性硅铝酸盐，固结成有强度的岩石结构体，即压固成岩作用。
其三，本发明的磷石膏压固成岩剂固化形成的磷石膏道路基层，道路基层各项性能优于的水泥稳定级配碎石道路基层材料，该磷石膏道路基层由于磷石膏主要成分为二水硫酸钙，稳定在以水硬性硅铝盐凝胶的硅氧四面体和铝氧八面体中的水泥石晶格结构体中，磷石膏和本发明的固化剂在压实功的作用下，发生了胶体化学反应，磷石膏自由水转变为结晶水；孔隙度降低、体积缩小、密度增大，松散的磷石膏和固化剂形成稳定固结的磷石膏道路基层，提高了道路基层的强度和承载力，延长了使用寿命。
其四，本发明的粉状固化剂a所用硅酸盐水泥是普通硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥，海藻酸盐为海藻酸钠和/或海藻酸钾。液体固化剂b所用原料是纳米二氧化硅溶液，聚丙烯酸弹性乳液。本发明磷石膏压固成岩剂的粉状固化剂a呈碱性，与酸性的磷石膏进行混合后发生中和反应，磷石膏中残留的磷、氟化物中和可溶磷和氟，并使其转化为难溶的磷酸钙和氟化钙物质，吸收磷石膏中部分附着水，使其含水量降低，对磷石膏起固化作用。液体固化剂b为纳米二氧化硅材料，粒径小，比表面积大起包覆作用，在压实功的作用下，与磷石膏粉状固化剂的水化产物硅酸盐凝胶进行表面物理化学反应，生成水硬性的硅氧四面体网络结构，并层层包覆磷石膏，磷石膏失去自由水，变成只含结晶水的二水硫酸钙颗粒。
其五，本发明的磷石膏压固成岩剂将磷石膏变废为宝，节约了资源保护了环境，不再开山毁地，传统筑路技术利用不可再生的资源土壤、石头和砂子，对生态环境是破坏的。本发明利用磷石膏为新资源发明的磷石膏固化剂，不需要再开山毁地，代替不可再生的土壤、石头和砂子作为道路基层材料，保护了生态环境。
其六，本发明的养护方法简单、养护时间缩短，节省了道路施工时间，节约了道路建设投资。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：
本发明磷石膏压固成岩剂，它由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.2：0.8混合而成；
粉状固化剂a按重量份数计由硅酸盐水泥98份和海藻酸盐2份组成；所述海藻酸盐为海藻酸钠。
液体固化剂b按重量份数计由纳米二氧化硅溶液92份和聚丙烯酸弹性乳液8份组成；所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为5～20％，纳米二氧化硅的粒径为5～20nm。
本发明磷石膏压固成岩剂的制备方法，包括如下步骤：
1)粉状固化剂a制备过程：
按上述原料配方将硅酸盐水泥和海藻酸盐混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为100r/min，搅拌时间为10min，出料；
2)液体固化剂b制备过程：
按上述原料配方将纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为5r/min，搅拌时间为35min，出料；
3)粉状固化剂a与液体固化剂b的混合制备过程：将粉状固化剂a加入液体固化剂b中，按照重量比为粉状固化剂a：液体固化剂b＝9.2：0.8混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为5r/min，搅拌时间为50min，即可。
上述磷石膏压固成岩剂的应用：将上述实例1制备的将磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为10：100进行搅拌混合形成含水率为12％的浆料，然后将浆料在道路表面进行摊铺、碾压，保湿护养3天，即形成固化稳定的磷石膏道路基层。经测试，上述制备的磷石膏道路基层经过七天无侧限抗压强度≥5mpa，经过浸水14天、28天，其无侧限抗压度会增长，呈现出水硬性特征。
实施例2：
本发明磷石膏压固成岩剂，它由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.99：0.01混合而成；
粉状固化剂a按重量份数计由硅酸盐水泥99.9份和海藻酸盐0.01份组成；所述海藻酸盐为海藻酸钠与海藻酸钾按照质量比为1:0.5混合而成。
液体固化剂b按重量份数计由纳米二氧化硅溶液99份和聚丙烯酸弹性乳液1份组成；所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为20～40％，纳米二氧化硅的粒径为20～40nm。
本发明磷石膏压固成岩剂的制备方法，包括如下步骤：
1)粉状固化剂a制备过程：
按上述原料配方将硅酸盐水泥和海藻酸盐混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为10r/min，搅拌时间为30min，出料；
2)液体固化剂b制备过程：
按上述原料配方将纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为60r/min，搅拌时间为5min，出料；
3)粉状固化剂a与液体固化剂b的混合制备过程：将粉状固化剂a加入液体固化剂b中，按照重量比为粉状固化剂a：液体固化剂b＝9.99：0.01混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为120r/min，搅拌时间为5min，即可。
上述磷石膏压固成岩剂的应用：将上述实例1制备的将磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为8：100进行搅拌混合形成含水率为14％的浆料，然后将浆料在道路表面进行摊铺、碾压，保湿护养10天，即形成固化稳定的磷石膏道路基层。经测试，上述制备的磷石膏道路基层经过七天无侧限抗压强度≥5mpa，经过浸水14天、28天，其无侧限抗压度会增长，呈现出水硬性特征。
实施例3：
本发明磷石膏压固成岩剂，它由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.65：0.35混合而成；
粉状固化剂a按重量份数计由硅酸盐水泥99.95份和海藻酸盐0.05份组成；所述海藻酸盐为海藻酸钾。
液体固化剂b按重量份数计由纳米二氧化硅溶液95份和聚丙烯酸弹性乳液5份组成；所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为60～80％，纳米二氧化硅的粒径为60～80nm。
本发明磷石膏压固成岩剂的制备方法，包括如下步骤：
1)粉状固化剂a制备过程：
按上述原料配方将硅酸盐水泥和海藻酸盐混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为10r/min，搅拌时间为30min，出料；
2)液体固化剂b制备过程：
按上述原料配方将纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为60r/min，搅拌时间为5min，出料；
3)粉状固化剂a与液体固化剂b的混合制备过程：将粉状固化剂a加入液体固化剂b中，按照重量比为粉状固化剂a：液体固化剂b＝9.65：0.35混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为120r/min，搅拌时间为5min，即可。
上述磷石膏压固成岩剂的应用：将上述实例1制备的将磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为10：100进行搅拌混合形成含水率为14％的浆料，然后将浆料在道路表面进行摊铺、碾压，保湿护养10天，即形成固化稳定的磷石膏道路基层。经测试，上述制备的磷石膏道路基层经过七天无侧限抗压强度≥6mpa，经过浸水14天、28天，其无侧限抗压度会增长，呈现出水硬性特征。
实施例4：
本发明磷石膏压固成岩剂，它由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.5：0.5混合而成；
粉状固化剂a按重量份数计由硅酸盐水泥99.95份和海藻酸盐0.05份组成；所述海藻酸盐为海藻酸钠与海藻酸钾按照质量比为1:2混合而成。
液体固化剂b按重量份数计由纳米二氧化硅溶液95份和聚丙烯酸弹性乳液5份组成；所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为60～80％，纳米二氧化硅的粒径为60～80nm。
本发明磷石膏压固成岩剂的制备方法，包括如下步骤：
1)粉状固化剂a制备过程：
按上述原料配方将硅酸盐水泥和海藻酸盐混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为10r/min，搅拌时间为30min，出料；
2)液体固化剂b制备过程：
按上述原料配方将纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为60r/min，搅拌时间为5min，出料；
3)粉状固化剂a与液体固化剂b的混合制备过程：将粉状固化剂a加入液体固化剂b中，按照重量比为粉状固化剂a：液体固化剂b＝9.5：0.5混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为120r/min，搅拌时间为5min，即可。
上述磷石膏压固成岩剂的应用：将上述实例1制备的将磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为12：100进行搅拌混合形成含水率为14％的浆料，然后将浆料在道路表面进行摊铺、碾压，保湿护养10天，即形成固化稳定的磷石膏道路基层。经测试，上述制备的磷石膏道路基层经过七天无侧限抗压强度≥6mpa，经过浸水14天、28天，其无侧限抗压度会增长，呈现出水硬性特征。
实施例5：
本发明磷石膏压固成岩剂，它由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.95：0.05混合而成；
粉状固化剂a按重量份数计由硅酸盐水泥99.97份和海藻酸盐0.03份组成；所述海藻酸盐为海藻酸钠与海藻酸钾按照质量比为1:1.2混合而成。
液体固化剂b按重量份数计由纳米二氧化硅溶液97份和聚丙烯酸弹性乳液3份组成；所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为20～60％，纳米二氧化硅的粒径为20～60nm。
本发明磷石膏压固成岩剂的制备方法，包括如下步骤：
1)粉状固化剂a制备过程：
按上述原料配方将硅酸盐水泥和海藻酸盐混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为20r/min，搅拌时间为20min，出料；
2)液体固化剂b制备过程：
按上述原料配方将纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为20r/min，搅拌时间为25min，出料；
3)粉状固化剂a与液体固化剂b的混合制备过程：将粉状固化剂a加入液体固化剂b中，按照重量比为粉状固化剂a：液体固化剂b＝9.95：0.05混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为60r/min，搅拌时间为25min，即可。
上述磷石膏压固成岩剂的应用：将上述实例1制备的将磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为10：100进行搅拌混合形成含水率为18％的浆料，然后将浆料在道路表面进行摊铺、碾压，保湿护养10天，即形成固化稳定的磷石膏道路基层。经测试，上述制备的磷石膏道路基层经过七天无侧限抗压强度≥7mpa，经过浸水14天、28天，其无侧限抗压度会增长，呈现出水硬性特征。
实施例6：
本发明磷石膏压固成岩剂，它由粉状固化剂a和液体固化剂b按照重量比为9.5：0.5混合而成；
粉状固化剂a按重量份数计由硅酸盐水泥99.96份和海藻酸盐0.04份组成；所述海藻酸盐为海藻酸钠与海藻酸钾按照质量比为1:1.2混合而成。
液体固化剂b按重量份数计由纳米二氧化硅溶液96份和聚丙烯酸弹性乳液4份组成；所述纳米二氧化硅溶液中含有的纳米二氧化硅的质量百分数为20～60％，纳米二氧化硅的粒径为20～60nm。
本发明磷石膏压固成岩剂的制备方法，包括如下步骤：
1)粉状固化剂a制备过程：
按上述原料配方将硅酸盐水泥和海藻酸盐混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为30r/min，搅拌时间为20min，出料；
2)液体固化剂b制备过程：
按上述原料配方将纳米二氧化硅溶液和聚丙烯酸弹性乳液混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为30r/min，搅拌时间为20min，出料；
3)粉状固化剂a与液体固化剂b的混合制备过程：将粉状固化剂a加入液体固化剂b中，按照重量比为粉状固化剂a：液体固化剂b＝9.5：0.5混合搅拌均匀，混合搅拌的速率为60r/min，搅拌时间为25min，即可。
上述磷石膏压固成岩剂的应用：将上述实例1制备的将磷石膏压固成岩剂与磷石膏按重量为10：100进行搅拌混合形成含水率为14％的浆料，然后将浆料在道路表面进行摊铺、碾压，保湿护养7天，即形成固化稳定的磷石膏道路基层。经测试，上述制备的磷石膏道路基层经过七天无侧限抗压强度≥8mpa，经过浸水14天、28天，其无侧限抗压度会增长，呈现出水硬性特征。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。