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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，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112.8℃，沸點為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表1: 當(dāng)溫度為115℃時，粘度為0.0125Pa.s;160度時為0.0066Pa.s;165℃時其粘度增加1000倍以上;198.8℃時，其粘度高達(dá)90Pa.s，增加10000倍以上。因此硫磺在施工過程中溫度應(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、凝固過程中，由于晶格變化，當(dāng)從單斜硫轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈搅驎r，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(見表2)，硫的工程特性見表3。

表2：聚硫橡膠對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%，否則熬制時間長，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0.16mm篩孔篩余率不大于5%;通過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間內(nèi)，就可達(dá)到100%的抗拉強(qiáng)度，其主要原因是因為硫磺的硬化是冷卻時的固化過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)性能見表4。

表4 硫磺砂漿的物理力學(xué)性能

二、硫磺砂漿對鋼筋的影響

為了解硫磺砂漿對鋼筋是否有銹蝕問題，曾將鐵絲埋入硫磺砂漿中進(jìn)行觀察，經(jīng)兩年后，其外露鐵絲已經(jīng)銹蝕，但內(nèi)部鐵絲卻無銹蝕現(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)力及對其使用性的影響

當(dāng)溫度變化時，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。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)需要對試驗結(jié)果進(jìn)行比較時，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、溫度對硫磺砂漿的影響

大量的試驗資料表明，當(dāng)溫度在20~80℃范圍時，膨脹值上升平緩，但超過80℃特別是90℃時，其膨脹值將直線上升(見下圖)，開始由斜方體(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，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，見表5。

表5硫磺砂漿的技術(shù)性能

★硫磺砂漿施工中常見的通病及防治措施

在澆筑硫磺砂漿的表面用錘輕擊可聽見空鼓聲，由松動或脫落現(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，如熬制時間不夠、氣體沒能完全排除，造成空鼓。

二、防治措施

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

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)場熔化使用。為提高流動度，二次熔化時可另加硫磺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，可將其清除干凈后重新澆筑。

★結(jié)束語

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領(lǐng)域。如在公路工程領(lǐng)域，用硫磺砂漿做為大梁的臨時支座，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。