СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕРОБЕТОНА
METHOD FOR MANUFACTURING SULFUR CONCRETE

Изобретение  относится  к  области  производства  строительных  материалов,  в частности  к  изготовлению  бетонных  изделий  и  дорожных  покрытий.
Серобетон — это композитный современный материал, в основу которого входят инертные заполнители и наполнители, выполняющие функции структурного каркаса, и вяжущее — техническая сера с модифицирующими добавками.
Конструкции, изготовленные из серобетона, обладают высокими теплоизоляционными свойствами, прочностью, они устойчивы к химическому воздействию кислот, солей, масел и пр. При необходимости, учитывая проектные требования, прочность изделий может быть повышена методом введения в состав растворов (до 7%) стекловолокнистой фибры.
Известен способ  производства  бетона  с использованием  в  качестве  вяжущего  технической  серы (патент РФ на изобретение №2655859, опубл. 29.05.2018),  включающий загрузку компонентов  в  бункеры,  подогрев  компонентов,  дозирование  компонентов  и перемешивание  их  в  смесителе.  При  этом  компоненты  смеси  загружают  в  три бункера, в два из которых загружают инертные компоненты, а в один серу. В бункерах с  загруженными  компонентами  производят  первую  стадию  нагрева.  Из  подогретых бункеров  через  питатели  каждый  компонент  смеси  направляют  в  свой  шнек-подогреватель.  В  шнеках-подогревателях  производят  вторую  стадию  нагрева компонентов.  Из  шнеков-подогревателей  все  компоненты  смеси  направляют  в многокомпонентный  дозатор  для  взвешивания.  После  чего  из  многокомпонентного дозатора  через  загрузочное  окно  с  затвором  компоненты  направляют  в  по  меньшей мере один подогреваемый смеситель, в котором производят третью стадию нагрева, в процессе которой смесь нагревают до 130-140ºС. Перемешивают и после этого через разгрузочную  течку  с  затвором  выгружают  из  смесителя.
Известен способ (патент РФ на изобретение № 2223991, опубликован 20.02.2004), включающий модифицирование серы, перемешивание модифицированной серы с битумом и смешение полученного серобитума с минеральным наполнителем, причем предварительно нагревают битум до температуры 125-170°С и активируют его кавитационно-акустическим воздействием, затем проводят модифицирование серы путем введения в нее 0,5-10,0 мас.% активированного битума и кавитационно-акустического воздействия в течение 5-15 мин при температуре 125-170°С, после чего проводят перемешивание модифицированной серы и активированного битума в весовых соотношениях (0,03-1):1 кавитационно-акустическим воздействием при кратности циркуляции 3-10.
К недостаткам известного способа относится необходимость предварительной активации битума, что усложняет технологию, а также недостаточная прочность получаемого материала.
Известен  способ получения смеси для серного бетона (патент РФ на изобретение №2401819, опубл. 20.10.2010г), включающий  модифицирование  серы  путем введения  в  нее  битума  в  количестве  1-8  мас.%  при  температуре  125-155°С  и воздействия  в  течение  1-10  мин  ультразвуком  низкой  частоты;  перемешивание модифицированной  серы  с  разогретой  до  125-155°С  смесью  минерального наполнителя  -  песка,  щебня  и  золы-уноса  с  расплавленной  серой  в  весовом соотношении  золы-уноса  с  серой  (0,2-3,0):1,  при  весовом  соотношении модифицированной серы к указанной смеси  (0,001-0,05):1. Для получения смеси для серного бетона для дорожного покрытия в указанную разогретую смесь минерального наполнителя и  расплавленной  серы  дополнительно  вводят  5-20 мас.%  битума.
Недостатком известных решений являются значительные энергетические затраты для разогрева всех компонентов входящих в состав серобетона и дальнейшего его поддержания в разогретом состоянии до полного использования. Кроме того, для  доставки горячего серобетона к месту применения требуется применение специальных машин.
Заявляемое изобретение направлено на снижение энергетических затрат на изготовление серобетона и упрощение процесса доставки компонентов смеси к месту укладки дорожного покрытия.
Технический результат – упрощение и удешевление процесса изготовления серобетона, ускорение процесса набора прочности серобетона, повышение производительности.
Технический результат достигается за счет того, что способ изготовления бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы включает дозирование минеральных наполнителей и серы, перемешивание их в смесителе, выгрузку из смесителя и формование при температуре окружающей среды с последующим высокочастотным воздействием широкополосным излучателем с частотой 40-50 кГц в течение 3-10 минут для обеспечения перехода серы из твердого агрегатного состояния в жидкое, охлаждением и схватыванием вяжущего за счет контакта с минеральным наполнителем.
Серобетон по настоящему изобретению включает техническую серу, смешиваемую с минеральным наполнителем (песок карьерный, щебень карьерный) при любой температуре окружающей среды. Техническая  сера, используемая в качестве связующего, обеспечивает стойкость состава к агрессивным средам, повышенную морозостойкость, а также высокий предел прочности к изгибающим нагрузкам.
Песок и щебень являются наполнителями и обеспечивают прочностные характеристики состава.
При этом для модификации серы могут быть использованы различные модификаторы на основе диеновых углеводородов (дициклопентадиен), олефиновые углеводороды, отходы переработки нефти.
Полученную смесь выгружают в формы,  осуществляют обработку в течение 3-10 минут широкополосным излучателем направленного действия мощностью не менее 50 кВт с диапазоном рабочих частот 40-50 кГц с последующим охлаждением в течение 5-10 минут, готовые образцы извлекают из формы. В целом продолжительность обработки зависит от мощности излучателя.
Таким же образом может быть получено дорожное покрытие. При этом дополнительно смесь может быть утрамбована с применением вибратора. В случае укладки дорожного покрытия оборудование устанавливается на асфальтоукладчик P5770C ABG   или  его аналог.
Высокочастотное воздействие электромагнитных волн с резонансной частотой близкой к резонансной частоте атомов серы (43,33 кГц)  позволяет избирательно осуществить нагрев только серы, входящей в состав смеси, до температуры плавления, при этом  контакт серы в расплавленном состоянии с не нагретым минеральным наполнителем после выключения излучателя, обеспечивает ее быстрое охлаждение и затвердевание.
Ниже представлена таблица, иллюстрирующая примеры использования предлагаемого способа:
Таблица 1
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Состав смеси
Техническая сера, мас.ч.
1
1
1
Щебень, мас.ч.
4,5
3,4
2,5
Песок, мас.ч.
4,2
3,2
2,3
Характеристики готовых образцов
Предел прочности на сжатие, МПа
85
83
80
Предел прочности на изгиб, МПа
11,5
11,3
11,0
Предел прочности на растяжение, МПа
8
8
7
Время набора прочности, мин
3
5
6
Испытания на прочность проводились со скоростью сжатия 1000 Н/с с помощью пресса, в который помещали изготовленные испытуемые образцы. Испытания проводились до полного разрушения образцов.
Для приготовления смеси для серного бетона использовали песок карьерный, например, песок из отсевов дробления, крупность зерен которого составляет до 5 мм, и щебень карьерный крупностью зерен 5- 40 мм.
Полученный состав серобетона обладает высокими прочностными показателями и малым временем набора прочности.
Предлагаемый способ характеризуется возможностью применения в широком диапазоне температур  от - 30 до +50 °С.
Предлагаемый способ позволяет повысить энергоэффективность процесса формования изделий и укладки дорожного покрытия из серобетона за счет исключения необходимости предварительного нагрева компонентов смеси. Кроме того, изделия, полученные настоящим способом характеризуются высокой скоростью набора прочности  и готовности изделий к эксплуатации.