硫磺混凝土的發(fā)展動(dòng)態(tài)

1、硫磺混凝土的發(fā)展動(dòng)態(tài)摘要：硫磺混凝土作為一種具有特殊性能的建筑材料，其使用前景是十分廣闊的。國(guó)內(nèi)的工程界正在大力開(kāi)發(fā)之中。關(guān)鍵詞：硫磺混凝土，聚合物添加劑，非晶體狀態(tài)，線性膨脹系數(shù)，抗疲勞強(qiáng)度0前言硫磺混凝土作為實(shí)驗(yàn)室研究的課題已經(jīng)有一百多年的歷史了。研究人員把加熱的骨料與熔化的硫磺相拌合，冷卻后所得的產(chǎn)物，其強(qiáng)度之高、耐蝕性之強(qiáng)，以及快凝、抗?jié)B性等特征，深深地吸引了研究人員。然而遺憾的是當(dāng)這種產(chǎn)物暴露在熱循環(huán)的環(huán)境中時(shí)，其耐久性是很差

2、的。19世紀(jì)30年代的進(jìn)一步研究表明，為了避免硫磺混凝土的損壞，必須改善它的結(jié)晶作用。迄今為止，硫磺混凝土盡管有所發(fā)展，但是并未得到大量應(yīng)用。這是因其造價(jià)較高，以及某些硫磺增塑劑或改性劑所造成的不愉快的臭味。自從1984年以來(lái)，美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)(ACI)通過(guò)其第548委員會(huì)頒布了《混凝土中的聚合物》，又通過(guò)其第548D分委員會(huì)頒布了《硫磺混凝土》等技術(shù)規(guī)程，已經(jīng)制訂了使用硫磺混凝土(SC)的指導(dǎo)原則。美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)的第C03

3、委員會(huì)頒布了《抗化學(xué)的非金屬材料》，并正在制訂硫磺混凝土的施工規(guī)范。對(duì)于這個(gè)課題，目前國(guó)外已經(jīng)有了五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法和規(guī)程。1發(fā)展概況1972年加拿大國(guó)家研究委員會(huì)和麥克吉兒(McGill)大學(xué)合作，開(kāi)始了一項(xiàng)研究程序。目的在于開(kāi)發(fā)一種硫磺改性的方法，用以克服其他研究人員所遇到的問(wèn)題。一年后成立了一家私人公司，繼續(xù)開(kāi)發(fā)和最終達(dá)到了大批量生產(chǎn)。第一家硫磺混凝土制造廠于1975年12月開(kāi)始生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件。該廠利用聚合硫磺的一種高度穩(wěn)定的濃縮物

4、，來(lái)改性和穩(wěn)定附加的單質(zhì)硫磺。附加的硫磺并未聚合，也未被聚合物保持在非晶體狀態(tài)。它只允許在物理狀態(tài)下結(jié)晶，在90℃以下是穩(wěn)定的，即斜方晶體的硫磺。然而聚合物確實(shí)阻止了宏觀硫磺晶體的生長(zhǎng)。當(dāng)一份聚合物在液態(tài)硫磺中分解成10份(以重量計(jì))時(shí)，溶液即可冷卻，硫磺晶體一般都小于1微米。這是很重要的。因?yàn)榱蚧堑木€性熱膨脹系數(shù)(7.4105℃)是比較高的，而其熱傳導(dǎo)系數(shù)25gJ.s(△T=1℃)則是較低的(兩者均為在40℃時(shí)的數(shù)值)。當(dāng)溫度變化時(shí)，

5、在這些宏觀晶體之間將會(huì)產(chǎn)生一種恒定的位移，這對(duì)于相鄰的基質(zhì)來(lái)說(shuō)即為膨脹或收縮。這種位移會(huì)逐漸地同其他交叉晶體相斷開(kāi)，造成微觀裂縫，結(jié)構(gòu)上即為嚴(yán)重弱化，并最終形成了劈離平面。在某種實(shí)際生產(chǎn)的硫磺單晶體中，一種類似的機(jī)理可能會(huì)發(fā)生“老化”現(xiàn)象。美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)利用掃描電子顯微技術(shù)，生動(dòng)地揭示了聚合物是如何控制硫磺的結(jié)晶作用并防止宏觀晶體生長(zhǎng)的，從而增加了其耐久性。這項(xiàng)研究還說(shuō)明了聚合物能滿意地對(duì)重其10倍的硫磺進(jìn)行改性。如果硫磺處在一種非晶

6、體狀態(tài)，那么這種硫磺混凝土就已經(jīng)有破壞之處了。有證據(jù)表明，這種破壞的原因是由于隨著非晶體的硫磺逐漸地恢復(fù)到更加穩(wěn)定的斜方晶體時(shí)，產(chǎn)生了宏觀晶體的緣故。在硫磺混凝土中粘結(jié)骨料的硫磺膠結(jié)料是熱塑性的。因此硫磺混凝土可以軋碎，重新熔化后再行澆筑，而不損失強(qiáng)度和其它性能。由于同樣的原因，拌合設(shè)備不必沖洗或清潔。因?yàn)檎辰Y(jié)在攪拌機(jī)壁上的殘余材料，在下一次攪拌作業(yè)中就會(huì)重新熔化。冷卻到110℃左右時(shí)，硫磺混凝土就會(huì)發(fā)生凝固(即硬化)。因此熱的硫磺混凝

7、土拌合物可在很高或很低的環(huán)境中進(jìn)行澆筑，在這種極端的溫度下，水硬性水泥混凝土是肯定不能澆筑的。另外，熱的硫磺混凝土拌合物可在許多小時(shí)內(nèi)保持為液態(tài)而不損壞。在炎熱地區(qū)的氣候條件下，這種熱性質(zhì)具有特別重要的意義。3硫磺混凝土的原材料(1)硫磺。只要雜質(zhì)不多于4%的黏土，或其它遇水膨脹的材料，硫磺的形式和純度就不太重要。硫磺可以是固體的，也可以是液體(熔化狀態(tài))的。這就是說(shuō)由于顏色、含碳量(即灰份)等原因，不能在市場(chǎng)上出售的用于其它目的之不合

8、格硫磺，完全可用于生產(chǎn)硫磺混凝土。(2)骨料。骨料種類很多，包括礫石、碎石、天然的或人工的砂子、礦渣、火山灰和熔骨料種類很多，包括礫石、碎石、天然的或人工的砂子、礦渣、火山灰和熔巖，碎的黏土磚以及大多數(shù)的礦物廢料。巖，碎的黏土磚以及大多數(shù)的礦物廢料。雖然少量的鹽、有機(jī)物或其他雜質(zhì)是允許的，但是骨料中不應(yīng)含有未經(jīng)煅燒的黏土(少于1%是允許的)，或其他膨脹性材料，例如油頁(yè)巖、褐煤和纖維素纖維。未經(jīng)沖洗的海砂和普通的丘砂一般是不適用的。另?yè)?jù)國(guó)

9、外資料報(bào)道，業(yè)已發(fā)現(xiàn)某種白云質(zhì)骨料也是不適用的，但是細(xì)粒砂的廣泛適用性是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。(3)礦物填料。就象地瀝青混凝土那樣，在硫磺混凝土拌合物中，一般都需要細(xì)的礦物填料。為此目的可采用粉煤灰、硅質(zhì)粉、采石場(chǎng)碎石的粉塵，或其他細(xì)粒的不溶性無(wú)機(jī)材料(不含黏土或其他遇水膨脹的物質(zhì))。礦物填料的粒徑最好小于100μm。如果采用人工砂(破碎清潔的毛石或碎石所得的副產(chǎn)品)，因?yàn)樵谶@種砂中的粉塵含量很高，所以不需要礦物填料。(4)專利的聚合物添加劑