浅析硫磺砂浆在大型桥梁工程临时支座中的配制与应用.doc

硫磺砂浆的配制及在大型桥梁结构体系转换中的应用
中国水电七局沪蓉西宜长高速公路项目部 王振起 甘露
摘 要:通过工程实例,叙述了硫磺砂浆的性能、配制及其在大型桥梁结构体系转换中应用。
关键词:硫磺砂浆、配制、临时支座、体系转换、应用
硫磺砂浆是指将硫磺加热到一定温度形成液态并充分脱水后加入适当比例的预热干燥耐酸粉料和粒径1.25mm以下的细骨料,形成的一种新型热塑性材料。它具有硬化快、高早强、处理方便、可回收、经济安全等优异性,在土木工程领域尤其在大型桥梁中,有着广泛的应用前景。
1、硫磺砂浆的组份
1.1 硫磺
硫磺是硫磺砂浆的胶粘剂,通常选用的硫磺为工业粉状硫磺或块状硫,要求纯度高、杂质少、水份少、含量应不少于98%、水分小于1%。
硫磺为热施工材料,对温度要求严格。在常温下,硫磺为淡黄色固体,在不同的温度下,将形成不同的同素异形体和三态。固态的斜方硫加温至95.5。C形成固态单斜硫,加温至119.25。C,形成液态黄色硫,加温至160, 。C形成褐色液态硫,加温至444.6。C,形成气态硫,加温至1000。C,形成气态硫蒸气。硫磺的熔化脱水温度为130~150℃;与粉料、细砂的混合温度为140~160℃;温度低时因粘度大不能混匀,温度高达170℃以上时,熔融的硫磺,其粘度变化较为复杂。粘度与其温度的变化情况见表1: 当温度为115。C时,粘度为0.0125Pa.s;160度时为0.0066Pa.s;165。C时其粘度增加1000倍以上;198.8。C时,其粘度高达90Pa.s,增加10000倍以上。因此硫磺在施工过程中温度应介于115~160。C之间,易于操作施工。硫的工程特性见表2
表1 硫磺温度与粘度变化情况
温度/c
115
160
165
198.8
粘度/Pa.s
0.0125
0.0066
6.7
90
表2 硫的工程特性
性质
数值
弹性模量
13.9x103MPa
显微硬度
716MPa
抗弯强度
6~8MPa
抗压强度
25~30MPa
热膨胀系数
55x10-6/。C
导热系数
0.27W/(m。C)
容重
1.995g/ cm3
1.2 水泥(充当耐酸粉料)
在硫磺砂浆中,掺入一定量的耐酸粉料,可以提高硫磺的耐酸性,增加强度,改善其他性质,如可燃性等,减少体积收缩。
质量要求:耐酸率不小于95%,细度要求通过0.16mm筛孔筛余率不大于5%;通过0.08mm筛孔筛余率为8%~20%;含水率不大于0.5%,使用前必须烘干。考虑到工地取材便利,我们选用性能接近的湖北宜都市高坝洲牌普通硅酸盐32.5级水泥,水泥试验指标如下表3:
表3 选用水泥物理力学性能指标
细度(%)
烧失量(%)
含水量(%)
3天抗折(Mpa)
3天抗压(Mpa)
安定性 (沸煮法)
初凝
终凝
8.7
3.8
0.2
3.8
13.5
合格
1h48m
2h39m
1.3 细骨料
要求耐酸率不低于94%,含水率小于0.5%,含泥量不大于1%,1.25mm筛孔筛余量不大于5%,使用前需烘干脱水。实际操作采用指标优良的洞庭湖黄砂过1.25mm筛.其具体试验指标见表4,级配分布见图1:
表4 选用细骨料物理性能指标
表观密度(g/cm3)
堆积密度(g/cm3)
含泥量
(%)
泥块含量(%)
含水率
(%)
空隙率
(%)
2.091
1.199
0.2
0.1
0
42.7
图1 细骨料级配分布情况
通 过 百 分 率 %
100 5 80 45 60 45 40 45 20 45 0
累 计 筛 余 百 分 率 %
2、硫磺砂浆的配制
2.1 配合比设计
硫磺的硬化是冷却时的固化过程,其强度随温度的不同而变化,在20~40。C时其强度最大,和普通砂浆的水化硬化有本质的区别。考虑到桥梁结构体系转换中使用临时支座的强度要求与可熔性的有机结合,我们设计了四种不同的硫磺砂浆配合比,见表5
表5 4种不同的硫磺砂浆配合比
配合比编号
硫磺(kg)
细砂(kg)
水泥(kg)
1#
60
27
13
2#
48
38
14
3#
40
40
20
4#
35
41
24
2.2 硫磺砂浆的熬制方法
①先将硫磺打成2~5cm的小块,按比例称好分批放入锅中,加热130~150℃熔化,边熔边放边搅,注意防止局部过热,以达到充分脱水的目的。
②硫磺脱水后,分批将已搅拌均匀的130℃烘干细骨料、水泥放入锅中不断搅拌、脱水,混合均匀;注意要严格控制熬制温度,一般为140~170℃,最高不超过180℃,约熬制3~4小时。
③待硫磺砂浆熬制均匀、颜色一致、汽泡完全消失时,先取样检查,以确定其熬制质量,如不符合要求时,应继续熬制,直到合格;
④硫磺砂浆质量鉴定,在140℃时,浇入“8”字型抗拉试模中,观察其冷却时应无涌泡、凹陷、不密实、分层现象,将其打断观察,其颈部断面内,肉眼看可见小孔多于5个,说明熬制时间不够,通常延长熬制时间,直到眼见小孔小于或等于5个为止。
图2 硫磺砂浆熬制工艺流程图
140~170℃
2.3 硫磺砂浆的抗压强度
按照4种硫磺砂浆的不同配合比,分别制作成试件,测其抗压强度见表6
表6 硫磺砂浆的抗压强度
配合比编号
配合比
(硫磺:细砂:水泥)
实测抗压强度(Mpa)
1#
60:27:13
26.5
2#
48:38:14
31.6
3#
40:40:20
43.1
4#
35:41:24
51.7
3、硫磺砂浆的固有特性
3.1 硫磺砂浆的优异性
① 硬化快,高早强
通过我们大量的现场模拟试验表明,在温度冷却到110℃以后硫磺砂浆迅速硬化,当降至85℃后硬化基本完成。其硬化还与成型模板的散热性及外部气温环境有关,一般硬化时间在半小时到两小时不等。由于硫磺砂浆的冷却固化与普通砂浆的水化硬化有本质的区别。因此,在不到一天的时间内,就可达到100%的设计抗压强度。四种不同的配合比所形成的硫磺砂浆的力学性能见表7。
表7 4种不同配比硫磺砂浆的物理力学性能
配合比编号<