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★前言

高強(qiáng)度硫磺砂漿是指硫磺加熱到一定溫度時(shí)，將石英砂及石英粉按一定比例配合，形成的一種新型熱塑性材料。它具有及其優(yōu)異的性能，在土木工程領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用前景。

★硫磺砂漿的組份

一、硫磺

硫磺是硫磺砂漿的膠粘劑，通常的硫磺分為純硫磺和改性硫磺。純硫磺在常溫下為淡黃色固體，比重2.07，熔點(diǎn)112.8℃，沸點(diǎn)為444.6℃，在不同的溫度下，將形成不同的同素異形體和三態(tài)。固態(tài)的斜方硫加溫至95.5℃形成固態(tài)單斜硫，加溫至119.25℃，形成液態(tài)黃色硫，加溫至160℃形成褐色液態(tài)硫，加溫至444.6℃，形成氣態(tài)硫，加溫至1000℃，形成氣態(tài)硫蒸氣。

熔融的硫磺，其粘度變化較為復(fù)雜。粘度與其溫度的變化情況見(jiàn)表1: 當(dāng)溫度為115℃時(shí)，粘度為0.0125Pa.s;160度時(shí)為0.0066Pa.s;165℃時(shí)其粘度增加1000倍以上;198.8℃時(shí)，其粘度高達(dá)90Pa.s，增加10000倍以上。因此硫磺在施工過(guò)程中溫度應(yīng)介于115~160℃之間，易于操作施工。硫磺的強(qiáng)度隨溫度的不同而變化，在20~40℃時(shí)其強(qiáng)度最大。

表1：硫磺溫度與粘度變化情況

純硫磺在熔融、冷卻、凝固過(guò)程中，由于晶格變化，當(dāng)從單斜硫轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈搅驎r(shí)，體積縮小，形成收縮應(yīng)力。是硫磺的耐熱穩(wěn)定性及其他特性(如粘度、強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度等)大為降低。在冷熱交替及干燥環(huán)境中結(jié)構(gòu)極易破壞。為了防止和減少單斜硫轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈搅?，在硫磺中加入少量的聚硫橡膠形成硫磺膠泥，它的耐熱穩(wěn)定性、粘結(jié)強(qiáng)度及其沖擊性能均有大幅度提高(見(jiàn)表2)，硫的工程特性見(jiàn)表3。

表2：聚硫橡膠對(duì)硫磺膠泥性能的影響

表3：硫的工程特性

硫是可燃材料，在有氧的條件下燃燒成SO2，易發(fā)生火災(zāi)，又放出刺激氣味，不利于大量用于民用或工業(yè)建筑上。為了彌補(bǔ)這些不足，已研究的緩凝劑有苯乙烯、順丁烯二酸、三甲苯磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽及溴酸鹽、不飽和碳水化合物等。

硫磺砂漿所用的硫磺選用工業(yè)粉狀硫磺或塊狀硫，要求純度高、雜質(zhì)少、水份少、含量應(yīng)不少于98%、水分小于1%，否則熬制時(shí)間長(zhǎng)，影響硫磺砂漿的性質(zhì)。

二、石英粉

在硫磺砂漿中，摻入一定量的耐酸粉料石英粉，可以提高硫磺的耐酸性，增加強(qiáng)度，改善其他性質(zhì)，如可燃性等，減少體積收縮。

質(zhì)量要求：耐酸率不小于95%，細(xì)度要求通過(guò)0.16mm篩孔篩余率不大于5%;通過(guò)0.08mm篩孔篩余率為10%~30%;含水率不大于0.5%，使用前必須烘干。

三、石英砂

要求耐酸率不抵于94%，含水率小于0.5%，含泥量不大于1%，1mm篩孔篩余量不大于5%，使用前需烘干脫水。

★硫磺砂漿的性能

一、強(qiáng)度

硫磺砂漿在不到一天的時(shí)間內(nèi)，就可達(dá)到100%的抗拉強(qiáng)度，其主要原因是因?yàn)榱蚧堑挠不抢鋮s時(shí)的固化過(guò)程和普通混凝土的水化硬化有本質(zhì)的區(qū)別。三種不同的配合比所所形成的硫磺砂漿的力學(xué)性能見(jiàn)表4。

表4 硫磺砂漿的物理力學(xué)性能

二、硫磺砂漿對(duì)鋼筋的影響

為了解硫磺砂漿對(duì)鋼筋是否有銹蝕問(wèn)題，曾將鐵絲埋入硫磺砂漿中進(jìn)行觀(guān)察，經(jīng)兩年后，其外露鐵絲已經(jīng)銹蝕，但內(nèi)部鐵絲卻無(wú)銹蝕現(xiàn)象，證明硫磺砂漿中進(jìn)行配筋是可行的。

三、硫磺砂漿內(nèi)應(yīng)力及對(duì)其使用性的影響

當(dāng)溫度變化時(shí)，硫磺砂漿試件產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的大小取決于試件的尺寸，其產(chǎn)生的原因是由于硫磺具有導(dǎo)熱性低和溫度膨脹系數(shù)高的特點(diǎn)。試件成型后外表比內(nèi)部冷卻的快，因此在外表產(chǎn)生拉應(yīng)力而內(nèi)部核心受壓應(yīng)力。因此，當(dāng)需要對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)考慮試件的幾何尺寸，最好取相同的尺寸試件進(jìn)行比較。

四、溫度對(duì)硫磺砂漿的影響

大量的試驗(yàn)資料表明，當(dāng)溫度在20~80℃范圍時(shí)，膨脹值上升平緩，但超過(guò)80℃特別是90℃時(shí)，其膨脹值將直線(xiàn)上升(見(jiàn)下圖)，開(kāi)始由斜方體(固態(tài))向單斜體或液態(tài)的斜方體變化，硫磺砂漿出現(xiàn)明顯的軟化。當(dāng)試件表面裸露較多時(shí)，由于有充足的氧氣而發(fā)生燃燒，生成由刺激氣味SO2。如果硫磺砂漿墊層被普通混凝土或其他物體包圍，表面裸露很少，則不能完全燃燒。因此要獲得相同的軟化效果和相同下沉量，必須嚴(yán)格限定相同的施工條件及外部環(huán)境。

★硫磺砂漿的技術(shù)要求

為了在工程中廣泛應(yīng)用硫磺材料，硫磺砂漿必須具有一定的技術(shù)性能，見(jiàn)表5。

表5硫磺砂漿的技術(shù)性能

★硫磺砂漿施工中常見(jiàn)的通病及防治措施

在澆筑硫磺砂漿的表面用錘輕擊可聽(tīng)見(jiàn)空鼓聲，由松動(dòng)或脫落現(xiàn)象與其相鄰的部位輕敲一下也很容易脫落。

一、原因分析

1、基層質(zhì)量不好，造成空鼓。

2、砂漿熬制質(zhì)量不好，如熬制時(shí)間不夠、氣體沒(méi)能完全排除，造成空鼓。

二、防治措施

1、硫磺砂漿熬制溫度必須適度(140~160℃)，對(duì)原材料進(jìn)行外觀(guān)檢查。

2、硫磺砂漿的澆筑溫度應(yīng)保持在135~145℃，最好砂漿做成預(yù)制塊，再拿到現(xiàn)場(chǎng)熔化使用。為提高流動(dòng)度，二次熔化時(shí)可另加硫磺5%~10%。

3、硫磺砂漿是一種可以重復(fù)使用的材料，發(fā)現(xiàn)有空鼓或粘結(jié)不牢時(shí)，可將其清除干凈后重新澆筑。

★結(jié)束語(yǔ)

硫磺砂漿以其強(qiáng)度快速生成，其抗凍性能、抗疲勞性能和承受重復(fù)荷載的能力都極為優(yōu)異而被廣泛用于土木工程的各個(gè)領(lǐng)域。如在公路工程領(lǐng)域，用硫磺砂漿做為大梁的臨時(shí)支座，預(yù)埋電阻絲的硫磺砂漿用于更換大梁支座，以及用硫磺砂漿“樁靴法”處理斷樁等方法得到應(yīng)用。