CN102557528A

CN102557528A - 整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法

Info

Publication number: CN102557528A
Application number: CN2012100426950A
Authority: CN
Inventors: 黄崇伟; 徐一峰; 刘伟杰
Original assignee: Shanghai Urban Construction Design Research Institute Co ltd
Current assignee: Shanghai Urban Construction Design Research Institute Group Co Ltd; Shanghai Urban Construction Design Research Institute Co ltd
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，包括：步骤一，将硫磺按质量配合比称量装入容器内熬制；采用间接加热法熬制硫磺，在135℃至140℃下加热硫磺融化、脱水；步骤二，当硫磺完全加热融化后，将干燥的石英砂均匀地加入液态硫磺内，搅拌均匀后再加入石墨和水泥不停搅拌，并升温至150℃至155℃搅拌均匀；步骤三，将聚硫乙胶缓慢、均匀地加入硫磺砂浆中，加强搅拌，排除气泡，温度控制在150℃至170℃；步骤四，熬制3至4小时，待硫磺砂浆液体变得均匀、颜色一致、抱沫完全消失时，浇筑入模，硫磺砂浆冷却后产生强度。本发明获得了性能良好的热敏填料，从而在不同空间分布、时间变化中实现精确模拟板底脱空区域的技术目的。

Description

整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法

技术领域

本发明涉及道路与铁道工程基础技术领域，尤其涉及一种整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法。

背景技术

铁路作为狭长的线形构筑物，受当地地质地貌、路基填料、施工质量控制、行车荷载及温湿外界环境等多方面因素的影响，加上路基土本身和外界影响因素的不均匀性，整体道床均会产生不同程度的不均匀变形。从空间分布形式来分，路基的不均匀变形可以分为纵向不均匀变形和横向不均匀变形。

路基纵向不均匀变形主要由于土质因素、路基土压实度、路基形式差异及路桥过渡段等原因引起；路基横向不均匀变形体现在路基本体在“梯形”土体自重作用下，产生横向“盆状”沉降断面。当路基的不均匀变形过大时，行车荷载和温度荷载不足以使路基的面层与其下部结构层接触，道床板将呈现简支结构或悬臂结构的受力状态，严重影响到道床板的使用寿命。

现有的道床板试验模拟结构与现场工程实际差距较大，室内实验缺乏一种热敏填料，在实验过程中能精确模拟道床板脱空位置、脱空形状及脱空程度，无法精确模拟现场脱空结构的空间分布，影响到模拟试验的精确度。上述试验模拟存在以下技术问题亟待解决：

1、热敏填料技术指标不明

目前室内试验脱空状态采用支承条支撑方法，无法精确模拟路基的空间不均匀变形体现在路基土本身沿纵向、横向的不均匀变化，以及行车荷载作用沿路基横向分布的差异。整体道床板与支承层之间的脱空试验在室内模拟过程中需要填入一种热敏填料，该热敏填料可根据试验温度呈固/液态变化，以便控制结构的脱空程度及脱空状态。本发明致力于寻求一种热敏材料，使其在常温状态具有足够的强度，满足结构施工要求，在通电加热至135～140℃时呈现熔融状态，实现结构层脱空要求。

2、热敏材料的配置方法不明

传统的现场施工可采用硫磺砂浆作为热敏材料，在静载桩帽施工、临时支座上采用较多，将该硫磺砂浆直接运用于室内试验，模拟道床板脱空状态时具有以下的问题尚未解决：①现场施工与室内试验所需条件不一，其热敏填料的热敏技术指标不一，所以两者的配置方法也不一致；②现场临时支座在硫磺砂浆熔融之后即被弃用，而室内试验则要求热敏材料具备反复熔融，所以两者的配置方法也不一致。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种性能良好的整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，使其能满足以下要求：

1、合理配置热敏材料的配合比，要求该热敏材料在常温时具备足够的强度，满足室内试验模型制作的要求。

2、合理配置热敏材料的配合比，使其技术指标在室内试验反复熔融的情况下保持稳定。

3、合理配置热敏材料的配合比，要求该热敏材料在熔融状态下具备施工和易性，满足室内试验模具要求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种性能良好的整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，步骤一，将硫磺按质量配合比称量装入容器内熬制；采用间接加热法熬制硫磺，在135℃至140℃下加热硫磺融化、脱水；步骤二，当硫磺完全加热融化后，将干燥的石英砂均匀地加入液态硫磺内，搅拌均匀后再加入石墨和水泥不停搅拌，并升温至150℃至155℃搅拌均匀；步骤三，将聚硫乙胶缓慢、均匀地加入硫磺砂浆中，加强搅拌，排除气泡，温度控制在150℃至170℃；步骤四，熬制3至4小时，待硫磺砂浆液体变得均匀、颜色一致、抱沫完全消失时，浇筑入模，硫磺砂浆冷却后产生强度。

较佳地，步骤三的温度控制在150℃至160℃。

较佳地，步骤二中的石英砂为石英粉。

本发明的有益效果是：

本发明的整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，通过上述配制工艺，获得了性能良好的硫磺砂浆作为热敏填料，按照任意脱空形式，预先布置在假定的板底脱空区域，待道床板或支撑板实际施工完毕后，通过通电加温的方法将预埋的热敏填料融化，从而在不同空间分布、时间变化中实现精确模拟板底脱空区域的技术目的。

硫磺砂浆在预热条件下呈熔融状态，可以按照现场模具将其做成任意形状，能精确模拟路基在路基土本身沿纵向、横向的不均匀变化，待室内试验模型布设完毕之后通电加温，硫磺砂浆融化即可获得与现场工程较为一致的弯沉盆曲线。

将硫磺砂浆分层填筑，每层设置独立的发热部件(如电阻丝组成的通电加热网)，在试验过程中由上而下加热不同分层的硫磺砂浆，即可精确获得板底脱空形态随时间的变化过程。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的配制方法的配制过程示意图。

图2是本发明的热敏填料在脱空模拟试验结构中的布置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，以硫磺砂浆作为该热敏性材料，硫磺砂浆的配置过程如下：

(1)先将成块的硫磺破碎，按质量配合比称量装入容器内。熬制时，为避免炉火直接加热硫磺导致硫磺升华，采用间接加热法熬制硫磺，以确保熬制温度不至于过高，在135℃至140℃下加热硫磺融化、脱水。边融化边均匀搅拌，防止局部温度过高导致硫磺升华。

(2)当硫磺完全加热融化后，将干燥的石英砂均匀地加入液态硫磺内，搅拌均匀后再加入石墨和水泥不停搅拌，并升温至150℃至155℃搅拌均匀。

(3)将聚硫乙胶缓慢、均匀地加入硫磺砂浆中，加强搅拌，排除气泡，温度控制在150℃至160℃，不能超过170℃，否则聚硫乙胶分解。

(4)熬制3至4小时，待硫磺砂浆液体变得均匀、颜色一致抱沫完全消失时，说明硫磺砂浆熬制完成，可浇筑入模。浇筑入模时密切注意有无沉陷、不密实、分层现象。浇筑时降温至140℃至150℃，同时预埋入一段电阻丝(一根3千瓦的电阻丝平均截成4段，每段做成W型，每个硫磺砂浆临时支座内埋一段)，硫磺砂浆冷却后很快产生强度。

为了在工程中广泛运用硫磺材料，硫磺砂浆必须具有一定的技术性能，如下表所示：

有关硫磺砂浆的组份，硫磺是硫磺砂浆的胶粘剂，通常的硫磺分为纯硫磺和改性硫磺。

纯硫磺在常温下为淡黄色固体，比重2.07，熔点112.8℃，沸点444.60℃，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119.250℃，形成液态黄色硫；加温至160℃，形成褐色液态硫；加温至444.60℃，形成气态硫；加温至1000℃，形成气态硫蒸气。

熔融的硫磺，其粘度变化较为复杂，硫磺温度与粘度变化情况见下表。由下表可知硫磺在施工过程中温度应在115℃至160℃，易于操作施工。硫磺的强度随温度的不同而变化，在20℃至40℃时其强度最大。

纯硫磺在熔融、冷却和凝固过程中，由于晶格变化，当从单斜硫转变为斜方硫时，体积缩小，形成收缩应力，便硫磺的耐热稳定性及其他特性(如粘度、强度、抗冲击强度等)大为降低，在冷热交替及干燥环境中结构极易破坏。为了防止和减少单斜硫转变为斜方硫，在硫磺中加入少量的聚硫橡胶(为硫磺用量的1.7％至3.3％左右)形成硫磺胶泥，它的耐热稳定性、粘结强度及其冲击性能均有大幅度提高(见下表)，硫的工程特性见下表：

硫是可燃材料，在有氧的条件下燃烧成SO₂，易发生火灾，又放出刺激气味，不利于大量用于民用或工业建筑上。为了弥补这些不足，已研究的缓凝剂有苯乙烯、顺丁烯二酸、三甲苯磷酸盐、有机磷酸盐及溴酸盐、不饱和碳水化合物等。

硫磺砂浆所用的硫磺选用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％、水份小于1％，否则熬制时间长，影响硫磺砂浆的性质。

在硫磺砂浆中，掺入一定量的耐酸粉料石英粉或石英砂，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。

石英粉的质量要求：耐酸率不小于95％；细度要求通过0.16毫米筛孔筛，余量不大于5％；通过0.08毫米筛孔筛，余量为10％至30％；含水量不大于0.5％，使用前必须烘干。

石英砂的质量要求：要求耐酸率不低于94％，含水率小于0.5％，含泥量不大于1％，通过1毫米筛孔筛，余量不大于5％，使用前需烘干脱水。

本发明的硫磺砂浆做热敏填料，其应用在脱空模拟试验结构中，如图2所示，包括结构上层1，结构下层2。在结构上层1与结构下层2之间，设置有硫磺砂浆材料的热敏结构层3，热敏结构层3中设置有分区控制的发热部件4(如电阻丝)。

发热部件4中的一个或一部分发热后，融化对应的该分区的热敏结构层3，在结构上层1与结构下层2之间形成分区控制的凸形或凹形的脱空区域。因此本发明的试验模拟结构可以控制脱空区域的分布。

在不同的具体实施中，热敏结构层3包括沿道床板基础深度分布的多个分层，在各分层中分别设置分层控制的发热部件4。因此本发明的试验模拟结构可以控制脱空区域随时间变化。在其他具体实施例中，热敏结构层3还可在道床板基础深度上为厚度均匀分布或厚度不均分布。

另外，热敏结构层3在道床板基础平面上还可以为规则分布或不规则分布。

因此，硫磺砂浆材料的热敏结构层在实施中可以按照现场模具做成任意形状，具有很大的灵活性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，包括以下步骤：

步骤一，将硫磺按质量配合比称量装入容器内熬制；采用间接加热法熬制硫磺，在135℃至140℃下加热硫磺融化、脱水；

步骤二，当硫磺完全加热融化后，将干燥的石英砂均匀地加入液态硫磺内，搅拌均匀后再加入石墨和水泥不停搅拌，并升温至150℃至155℃搅拌均匀；

步骤三，将聚硫乙胶缓慢、均匀地加入硫磺砂浆中，加强搅拌，排除气泡，温度控制在150℃至170℃；

步骤四，熬制3至4小时，待硫磺砂浆液体变得均匀、颜色一致、抱沫完全消失时，浇筑入模，硫磺砂浆冷却后产生强度。

2.如权利要求1所述的整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，其中，步骤三的温度控制在150℃至160℃。

3.如权利要求1所述的整体道床板脱空模拟试验的热敏填料配制方法，其中，步骤二中的石英砂为石英粉。