СОСТАВ ДЛЯ СЕРНЫХ БЕТОНОВ
SULPHUR CONCRETE COMPOSITION

Изобретение относится к способам получения серобетона, применяемого при производстве строительных материалов и других конструкций и сооружений.
Известны способы получения серобетонной смеси, включающей серное вяжущее и наполнитель. В качестве серного вяжущего используют смесь серы или серосодержащих отходов и модификатора: гач - побочный продукт нефтепереработки [Авторское свидетельство СССР N 1477714, кл. C04B 28/36, 1989]; жидкий отход производства полистирола [патент РФ №2088549, C04B 28/36, C04B 28/36, C04B 22:08, C04B 16:08, опубл. 17.05.1994]; бициклический терпен - пинен [патент РФ №2306285, опубл. 2007.09.20]. В качестве наполнителя - щебень, песок и др.
Недостатком данных способов является относительно не высокая прочность получаемого материала за счет возникновения больших внутренних напряжений при остывании серобетонной смеси, а также токсичность применяемых компонентов.
Наиболее близким по технической сущности является состав для серных бетонов на основе серного вяжущего и заполнителя в массовом соотношении 20:80. Серное вяжущее получают путем смешивания газовой серы и мазута до получения однородной эмульсии в массовом соотношении 5:1. Заполнитель содержит щебень и остатки дробления щебня различного фракционного состава (Патент РФ №2356867 C04B 28/36, опубл. 27.05.2009, бюл. №15).
Недостатками прототипа являются низкая морозостойкость состава. Кроме того применение в качестве наполнителя щебня - целевой продукции значительно увеличивает себестоимость производства серобетона.
Задача изобретения состоит в разработке состава для серных бетонов, обладающего комплексом свойств: большой механической прочностью, высокой скоростью твердения в естественных условиях, влагостойкостью, морозостойкостью, а также низкой себестоимостью изготовления.
Поставленная задача решается тем, что в составе для серных бетонов, содержащем мазут и газовую серу, согласно изобретению, дополнительно содержит отработанный и регенерированный проппант в виде гранулированных алюмосиликатных порошков с размером гранул от 0,2 до 2 мм и полимерную добавку - измельченные вторичные отходы полиэтилентерефталата, при следующем соотношении компонентов, % мас.:
газовая сера - 11-21;
мазут - 3,85;
полимерная добавка - 0,15;
проппант - 75-85.
Состав получают путем предварительного смешивания при температуре 140°C мазута, газовой серы и измельченных вторичных отходов полиэтилентерефталата. Полученная смесь вводится в отработанный и регенерированный проппант, нагретый до 175°C. Перемешивание смеси осуществляется механизированным способом в смесителе при температуре 140-160°C.
В качестве полимерной добавки используют вторичные отходы полиэтилентерефталата, в виде использованных пластиковых емкостей, а также непосредственно отходы производства полиэтилентерефталата, в виде мелкодисперсного порошка и бракованного гранулята. Отходы полиэтилентерефталата термически деструктируют при температуре 260-280°C, остужают и измельчают до получения порошка с размером частиц до 0,07 мм.
Проппант представляет собой гранулированные алюмосиликатные порошки с размером гранул от 0,2 до 2 мм, получаемые путем высокотемпературного обжига специального фракционированного глинозема [ГОСТ Р 51761-2005 Проппанты алюмосиликатные. Технические условия]. Гранулы проппанта характеризуются высокой механической прочностью: один квадратный сантиметр получаемого проппанта удерживает, не разрушаясь до 8 тонн груза. Проппант широко используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта. Отработанный проппант представляет собой многотонный нефтесодержащий отход, вывозимый в специальные амбары, где хранится годами, загрязняя окружающую среду.
Регенерацию отработанного проппанта осуществляют в специальных установках путем промывки нефтесодержащих гранул проппанта в водном 0,5-1% мас. растворе ПАВ, при температуре рабочего раствора 60-100°C. Регенерированный проппант представляет собой гранулы с высокоразвитой удельной поверхностью.
Пример 1. Для проведения опыта готовились образцы серных бетонов в соответствии с составом заявляемой смеси (мас.%: газовая сера - 16; мазут - 3,85; полимерная добавка - 0,15; проппант - 80) и прототипом. Из полученных смесей изготавливали образцы 150Х150Х150 мм. Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным физико-механическим показателям: предел прочности на сжатие [ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам] и коэффициент морозостойкости [ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования]. Повторность опыта пятикратная. Результаты исследований представлены в табл.1.
Таблица 1
№ п/п
Наименование показателей
Прототип
Заявляемый состав
1
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,35
2,51
2
Предел прочности на сжатие, МПа
47,5
51,3
5
Коэффициент морозостойкости, циклы
150
250
Как видно из табл.1, заявляемый состав для серных бетонов обладает более высокими показателями предела прочности и коэффициента морозостойкости по сравнению с образцами, приготовленными в соответствии с рекомендациями, указанными в прототипе.
Пример 2. Опыт ставился по схеме примера 1. Готовились образцы серного бетона в соответствии с составом заявляемой смеси, с различным процентным соотношением входящих компонентов (табл.2).
Таблица 2
Составы по заявляемому изобретению
№ состава
Содержание компонента, мас.%
Газовая сера
Битум
Полиэтилентерефталат
Проппант
1
5
3,85
0,15
2
11
3,85
0,15
3
16
3,85
0,15
Остальное
4
21
3,85
0,15
5
25
3,85
0,15
Сравнительный анализ полученных образцов проводили по основным физико-механическим показателям, указанным в примере 1. Результаты представлены в табл.3.
Таблица 3
№ п/п
Наименование показателей
№состава
1
2
3
4
5
1
Средняя плотность, г/см<sup>3</sup>
2,29
2,36
2,51
2,49
2,37
2
Предел прочности на сжатие, МПа
44,7
46,8
51,3
50,9
47,1
5
Коэффициент морозостойкости, циклы
200
200
250
250
200
Как видно из табл.3, с увеличением доли проппанта в смеси наблюдается повышение коэффициента морозостойкости, в то же время наибольшие значения предела прочности наблюдаются при содержании проппанта в диапазоне от 75 до 85 мас.%.
Таким образом, на основании полученных данных можно сделать выводы о том, что оптимальным является следующий состав для серных бетонов, мас.%: газовая сера - 11-21; мазут - 3,85; полимерная добавка -0,15; проппант - 75-85.