硫磺砂浆在轨枕锚固螺旋道钉中的应用

硫磺砂浆在轨枕锚固螺旋道钉中的应用

硫磺砂浆在轨枕锚固螺旋道钉中的应用

摘要：通过在南疆吐库二线铁路便线施工时的工程实例，简单叙述了硫磺砂浆的性能、配制及应用。

关键词：硫磺砂浆；配制；应用

中国分类号：TH17 文献标识码：A

硫磺砂浆是将细集料加热到一定温度并脱水后，再将水泥按比例配比加入，最后加入硫磺和石蜡，形成一种新型热塑性材料，它具有硬化快、高早强、处理方便、可回收等优异的性能，在铁路工程施工中，已经有了广泛的应用。

1、硫磺砂浆的组分

1.1、硫磺

硫磺是硫磺砂浆的胶粘剂,通常选用的硫磺为纯硫磺，要求纯度高、杂质少、水份少、含量应不少于98%、水分小于1%,避免熬制时间太长，影响硫磺砂浆的性质。

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℃形成固态单斜硫,加温至119.25℃，形成液态黄色硫,加温至160℃形成褐色液态硫,加温至444.6℃，形成气态硫，加温至1000℃,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℃时,粘度为

0.0125Pa.s；160℃时为0.0066Pa.s；165℃时其粘度增加1000倍以上；198.8℃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℃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/℃

导热系数0.27W/(m℃)

容重 1.995g/ cm3

1.2、水泥

在硫磺砂浆中，掺入一定量的普通硅酸盐水泥42.5，增加强度，降低可燃性，减少体积收缩。

表3 选用水泥物理力学性能指标

细度（%） 3天抗折(Mpa) 3天抗压(Mpa) 安定性 (沸煮法) 初凝终凝

3.0 5.1 23.3 合格 2h52min 3h47min

1.3、细骨料

试验中细骨料采用的是河砂，使用前烘干脱水过1.18mm筛，要求耐酸率不低于94%，含泥量不大于5%。

1.4、石蜡

硫磺胶结材料是热塑冷固性材料，当硫磺由液态变为固态时，物

料脆化，为了防止脆化需加入增韧剂；试验和施工中我们采用工业用石蜡作为增韧剂,在硫磺砂浆溶制过程中石蜡还能抑制一定量SO2气体的释放，但配制前应破成小碎块。

2、硫磺砂浆的配制

2.1、配合比设计

2.1.1硫磺砂浆在不到一天的时间内,就可达到100%的强度,其

主要原因是因为硫磺的硬化是冷却时的固化过程，和普通砂浆相比本质区别如下：

1）、硫磺砂浆拌制过程靠升温才能完成、无需养护、硬化速度快、靠冷却硬化和高早强；

2）、普通水泥砂浆拌制过程简单、需养护、硬化速度慢、靠水化硬化和强度高时成本增加。

2.1.2、考虑到锚固螺旋道钉的强度要求与可溶性相结合和经济性，我们选择采用硫磺砂浆进行螺旋道钉锚固，并设计了四个不同的硫磺砂浆配合比（见表4），

表4：四个不同的配合比

配合比编号硫磺(%) 细集料(%) 水泥(%) 石蜡(%)

1# 43 43 13 1

2# 38 50 11 1

3# 34 55 10 1

4# 31 59 9 1

2.2、熔制方法

按照配合比称好各种材料的一次熔制量。先倒入砂子加热到100～120℃时，将水泥倒入加热到130℃，最后加入硫磺和石腊，继续搅拌加热到160℃，熔浆由稀变稠成液胶状时，即可使用。火力要控制，不得太猛，熔制过程应要不断搅拌。试模与熔制地点距离不宜过远，以上试验时应尽量在室外进行。

2.3、熔制效果

根据不同配合比的硫磺砂浆目测熔制效果如下：

1）、1#配合比的流动性大，但浆体有轻微离析现象；

2）、2#配合比的流动性较好，浆体较均匀；

2）、3#配合比的流动性好，浆体均匀；

4）、4#配合比的流动性较小，浆体均匀。

2.4、常见问题的预防

硫磺砂浆试验和施工过程中，有时会出现起层和凹陷等现象，原因分析及预防措施如下：

1）、起层是因为试模（或者锚孔）内含有杂质和灌入时未一次灌完形成上下分层而造成的，所以在灌入时必须将试模(或锚孔)清理干净后并一次性将其灌满；

2）、在硫磺砂浆试验时，由于硫磺砂浆对温度的敏感性，硫磺含量高时浆体内外部冷却温度的差异，使内外硬化不均匀形成凹陷，为了避免此现象，室内配合比选定试验过程中应注意硫磺砂浆的硬化情况，选用各项性能最佳的配合比用于现场施工中。

3、硫磺砂浆的性能

3.1、强度

通过现场模拟，根据四个不同配合比的硫磺砂浆，分别制作了试件并测得各项力学性能结果（见表5），决定选用3#配合比用于现场施工；

表5：硫磺砂浆的强度

配合比编号硫磺含量（%）抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 抗拔强度（kN）

1# 43 26.2 5.2 29.2

2# 38 33.7 6.9 43.8

3# 34 45.3 8.4 66.2

4# 31 41.3 8.0 65.4

3.2、可溶性好

通过试验表明，当温度在20～80℃范围时，硫磺砂浆无软化现