НОВЫЕ МОДИФИКАТОРЫ СЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРОБЕТОНОВ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ

Уникальные свойства серы, способность к быстрому набору прочности при остывании расплава определяют возможность создания энергосберегающих технологий серных строительных материалов, производство которых в настоящее время интенсивно развивается.

Сегодня производство серы превышает спрос на нее. Большие запасы серы накоплены в Украине, России, Узбекистане. Особенно широкие перспективы использования серы для технических нужд открываются в Западном Казахстане в связи с освоением Тенгизского и других нефтегазоконденсатных месторождений, где сера вырабатывается как попутный продукт и практически не используется. Значительная часть нефти и газа, добываемого на Казахстанском секторе Каспийского моря, относится к высокосернистым. По различным оценкам, количество извлеченной из нефти серы на Тенгизе составляет более 9 млн. т., ежегодный прирост запасов составляет 1,5—2 млн. т., и уже существует проблема поиска путей ее утилизации. Утилизация серы является важнейшей и неотложной как экономической, так и экологической задачей. В шельфовой части Каспия, где есть крупнейшее месторождение «Кашаган», содержание серы в нефти составляет до 40 %, и с началом освоения этого месторождения проблема переработки и утилизации серы займет первостепенное значение.

Серобетон — композиционный материал, который отличается от обычного бетона тем, что вместо портландцемента и воды для его производства используют модифицированную серу (20—40 %), так называемый серный цемент. В качестве наполнителей и заполнителей, как и в обычном бетоне, применяют щебень, песок, гравий, отходы производства — металлургические шлаки, отсевы дробления щебеночно-дробильных заводов и т. д.

Однако применение серы в качестве связующего требует соблюдения определенных условий при формировании серобетона и изделий из него. Известно, что под действием температурных перепадов, солнечной радиации и других атмосферных воздействий структурное состояние серы может изменяться за счет перехода ее молекул из одного аллотропного состояния в другое.

Рисунок 1. Аллотропическое изменения серы в зависимости от температуры

Такие изменения вызывают появление опасных внутренних напряжений, которые могут привести к нарушению целости материала и сокращению долговечности конструкций. Кроме того, сера является хрупким материалом, что приводит к более высокой хрупкости серных бетонов по сравнению с цементными бетонами.

Таблица 1.

Сравнительные характеристики серного и цементного бетонов

^*Серный бетон «Сульфуркрит».

^**цементный бетон на мытом дробленом до 60 % равии с размером фракции 19 мм.

Для устранения перечисленных недостатков в серное вяжущее вводят различные пластифицирующие и структурирующие добавки — модификаторы.

В данной статье представлены рецептура серобетона с свежим модификатором серы — органосульфидным полимером (не перепутывать с полимерной сероватой), который сможет содержать органические радикалы различной природы, такую как ненасыщенные категории, и высочайшее численность серы (60—80 %). Полимер различается неплохой совместимостью с сероватой, разрешает регулировать процесс ее кристаллизации в составе серобетона и образование однородной мелкокристаллической текстуры.

Содержание серы в измененном серобетоне — 25—30 %, а полимерного модификатора в сере — 5—10 %. Материал не горюч, не токсичен. Высокий уровень эксплуатационных качеств материала ориентируется улучшенным признаком стабильности на сжатие серобетона (сто МПа против литературных 30—70 МПа), стремительным твердением (20—30 час) и высочайшей водостойкостью.

Серный бетон обладает стойкостью к воздействию кислот и солей, является высокопрочным и термопластичным структурным бетоном. Изменения, произошедшие после 14-дневной выдержки в 10 % соляной кислоте серного бетона и бетона на портландцементе, показаны на рисунке 2. Как видно из рисунка, бетон на основе серы практически нетронут, в то время как обычный бетон сильно поврежден.

слева — серный бетон; справа — бетон на основе портландцемента

Рисунок 2. Результат воздействия 10 % соляной кислоты на бетоны

Таким образом для повышения прочности и предотвращения выщелачивания отходов в состав полимерсерного материала в качестве модификатора необходимо вводить различные добавки. Кроме того, для повышения трещиностойкости, физико-механических и эксплуатационных свойств в композиции дополнительно вводятся различные наполнители или волокна. Модифицированное серное вяжущее обеспечивает надежную герметизацию отходов и позволяет получать изделия, имеющие достаточно высокие показатели механических свойств, высокую био-, термо- и радиационную стойкость. К тому же, учитывая, что многие страны Европы и Северной Америки озабочены проблемой загрязнения атмосферы бетонной пылью, выделяемой при сносе зданий из бетонных конструкций, возможность переработки серобетона оказалась дополнительным фактором, обусловившим его применение в производстве некоторых ЖБИ. Единственным ограничителем является неустойчивость серобетона к воздействию высоких температур (свыше 1200С).

Список литературы:

1.            Баженов Б. Бетонполимеры. // М.: Стройиздат, 1983.

2.            Грошин А.П., Е.В. Королев, Е.Г. Калинкин. Структура и свойства модифицированного серного вяжущего. // Строит. материалы, 2005.

3.            Патуроев В.В., Полимербетоны. Москва.: Стройиздат, 1978.