Глава 1. Характеристика серобетона 1.1. Свойства серобетона Серобетон - это композиционный материал, в состав которого входит серное вяжущее, инертные заполнители и наполнители. Спектр применения инертных наполнителей и заполнителей довольно широк. В этом качестве могут применяться щебень, песок, гравий, металлургические шлаки и прочие породы, применяемые для традиционного бетона. Поскольку основным отличием серобетона от аналогичного строительного материала на основе портландцемента заключается в наличие серноого вяжущего, необходимо упомянуть о свойствах серы. Сера является одним из самых распространенных неметаллов в природе, способных соединятся практически со всеми химическими элементами. Сера и ее соединения могут встречаться во всех агрегатных состояниях вещества (твердом, жидком и газообразном). С точки зрения физических характеристик сера – это твердое кристаллическое вещество, устойчивое в виде двух модификаций: ромбической (плотностью 2,07 г/куб.см.) и моноклинной (плотностью 1,97 г./куб.см.). Сера плохо проводит тепло и электричество, а также плохо растворяется в воде. Свыше 50% мирового объема серы используют для производства серной кислоты, чуть более четверти мирового потребления данного вещества приходится на изготовление серных солей. Перечень отраслей, закупающих оставшуюся серу для собственных нужд, включает резинотехническую промышленность, сельское хозяйство (для производства удобрений), производства красителей, спичек, взрывчатых веществ т.д. На рынке сера чаще всего представляется в комовой, гранулированной и жидкой формах. Сера в жидкой форме первична по отношению к другим формам. Однако издержки связанные с хранением, транспортировкой, разгрузкой, а также с накоплением статического электричества в ходе перевозок, довольно высоки. В то же время, чистота продукта в случае пребывания серы в жидком состоянии значительно выше относительно других товарных форм. Комовая сера производится путем розлива и затвердевания жидкой серы с последующим размалыванием полученных блоков. В результате рыхления и хранения комовой серы возможны потеря массы, загрязнение и увлажнение продукта, что и является основным недостатков данной товарной формы вещества. Безопаснее и удобнее всего хранить гранулированную серу. Затратным в данном случае является сам процесс гранулирования, будь то воздушное, водяное или гранулирование в кипящем слое. Серобетон начал активно исследоваться в Северной Америке в 70-х г.г. 20-го века. Уже тогда были выявлены его преимущества по отношению к традиционному бетону на основе портландцемента. Так, было установлено, что в отличие от цементного он имеет ряд особенных свойств, таких, как низкое водопоглощение, водонепроницаемость, быстрый набор и сохранение высокой прочности, коррозийную стойкость. Но были у серобетонов, изготавливаемых в тот временной период и недостатки – низкая устойчивость к воздействию высоких температур (этот недостаток сохранился и в настоящее время и обуславливается тем, что температура плавления серы 1200С), низкая пожаростойкость и наличие трещин при застывании больших объемов серобетона. С развитием технологий большинство недостатков удалось ликвидировать. Так, было установлено, что добавление к серному вяжущему пластификаторов (в частности полисудьфидов) будет способствовать не только повышению пластичных характеристик раствора, но и уменьшению трещин, а добавка в виде дициклопентадина будет повышать пожаростойкость строительного материала. Таким образом, экспериментально было установлено, что предпочтительно использование модифицированной серы. Свойства серобетона является следствием его внутренней структуры, которая довольно подробно была изучена североамериканскими учеными. Сера без добавления наполнителя представляет собой вещество с гомогенной структурой, что означает плотное расположение молекул относительно друг друга. Присутствие наполнителя приводит к тому, что молекулы серы «скрепляют» молекулы наполнителя и заполняют внутренние пространства получаемого вещества таким образом, что пористость становится почти незаметной (даже под микроскопом). Низкая пористость серобетона во многом обусловила сферы его применения. Это касается использования серобетона как основного материала для хранилищ отходов, коллекторов сточных вод и т.д. Суммируя все вышеописанное, можно условно выделить ряд положительных и отрицательных качеств серобетона.
Таблица 1.1. Оценка качеств серобетона | Положительные свойства | Отрицательные свойства | | Высокая прочность | Низкая термостойкость | | Коррозийная стойкость | | | Низкое водопоглощение | | | Водонепроницаемость | | | Морозостойкость | | | Быстрый набор прочности | | | Отвердение на морозе | | | Возможность вторичной переработки | | | Незначительная усадка | | Источник: сайты зарубежных производителей и компании «Астраханьгазпром» С точки зрения описания качеств преимущества применение серобетона в некоторых областях (для утилизации отходов, сточных вод) перед цементным бетоном очевидны. Ниже представлена сравнительная характеристика основных параметров этих видов бетона. Таблица 1.2. Сравнительная характеристика свойств серного и портландцементного бетонов | Наименование свойства (испытания) | Серобетон | Бетон | | Влагостойкость | 1,0 | 0,8 | | Химическая стойкость (к кислотам) | 84% | 23% | | Морозостойкость (при 100% влажности) | 300 | 50 | | Истираемость,% | 3% | 17% | | Прочность на сжатие, МПа | 55-65 | 15-25 | | Прочность на изгиб, МПа | 10-15 | 6-9 | | Прочность на растяжение, МПа | 5-7 | 3-4 | | Время набора прочности, ч. | 0,3 | 24 | Источник: Journal of Ceramic Processing Research, сайты научно-исследовательских учреждений Примечания: Прочность на сжатие указана для бетона, с момента заливки которого прошло 3 дня. Характеристика «время набора прочности» подразумевает первоначальный (на 50%) набор марочной прочности бетона. Необходимо отметить, что свойства серобетона в большей степени, нежели в случае с цементным бетоном, зависят от технологического процесса и контроля качества входного сырья и на всех этапах производства. Так, по утверждению зарубежных исследователей, не только процентное содержание модификатора в серобетоне, но и его качественный и количественный (по входящим веществам) состав. Например, наличие такого модификатора серы, как смесь дициклопентадина и олигомера, в растворе не должно быть ниже 5%. Опытным путем было установлено, что наиболее эффективно именно это значение, поскольку при увеличении содержания данного модификатора снижается такая характеристика, как пластичность (вязкость) получаемого бетона. Влияет на свойства серобетона также процентное соотношение дициклопентадина и олигомера, наиболее эффективным (с точки зрения все той же пластичности смеси) является пропорция 50:50 или (при 10%-ной доли модификатора) 40:60 в пользу олигомера. Также экспериментально установили, что прочность на сжатие (хоть и незначительно) снижается при чрезмерном увеличении содержания в серобетоне наполнителя. К тому же, для придания серобетону высокой коррозионной стойкости необходимо, чтобы наполнитель содержал от 6 до 20% частиц, размер которых находится в диапазоне 150-250 мм. Стекловолкно, добавление которого в серобетон способствует увеличению прочности конечного продукта и предотвращает его истирание, должно соответствовать следующим требованиям: длина волокон 1-14 см., процентное содержание от объема бетона – не более 5%. Это далеко не полный перечень требований к сырью для производства серобетона. Каждый производитель, равно как и патентодержатель технологии, определяет свои требования в зависимости от характеристик, задаваемых для изготавливаемого строительного материала.
1.2. Технология производства 1.2.1. Технологии производства серобетона: мировая практика Таблица 1.3. Основные патенты США, связанные с серобетоном и технологией его производства | Номер патента | Название патента | Дата опубликования | | | | | | | | | | | | | | | | | Источник: материалы зарубежных СМИ Рис. 1.1. Обобщенный вариант технологии производства серобетона, получивший распространение в мире
1.2.2. Технологии производства серобетона, применяемые в России Рис. 1.2. Технология производства серобетона, разработанная центром инноваций «Химические технологии и оборудование» Рис. 1.3. Технологическая цепочка изготовления изделий из серобетона по технологии, разработанной в ООО «Астраханьгазпром»
Принципиальная схема производства сероасфальта выглядит следующим образом Рис. 1.4. Технологическая схема производства серобитумного вяжущего (на основании совместных разработок «Астраханьгазпром» и Астраханского центра по испытаниям, внедрению, сертификации продукции, стандартизации и метрологии)
| 
