СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРОБЕТОННОЙ СМЕСИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЛИ КОНСТРУКЦИЙ
METHOD FOR PRODUCING A SULPHUR CONCRETE MIXTURE FOR MANUFACTURING PRODUCTS OR STRUCTURES

Настоящее изобретение относится к строительству, а именно к изготовлению строительных материалов и конструкций, и может быть использовано в производстве серобетонных смесей и изделий.
В соответствии с предстандартом РФ/1/«Серобетонная смесь - рационально подобранная смесь технической модифицированной серы и заполнителей (щебня, песка и др.), приготовленная при температуре 130-155°С». Таким образом, термин относится к горячему, псевдожидкому, готовому к укладке в форму материалу.
В данном патенте кроме «горячей» смеси по предстандарту ПНСТ /1/ будет использоваться термин «холодная серобетонная смесь» (далее по тексту ХСБС) это механическая смесь порошка серы и заполнителей, приготовленная при температуре наружного воздуха, которая остается холодной до начала процесса разогревания и расплавления серы. ХСБС по форме и содержанию является аналогом «сухой» цементобетонной смеси, которая превращается в «бетонную» смесь после затворения и смешивания с водой. В отличие от сухой цементобетонной смеси, ХСБС не нуждается в затворении водой, а превращается в серобетонную смесь после разогревания выше 140°С.
Серобетон, материал образующийся при остывании и затвердевании серобетонной смеси, имеет определенные преимущества перед цементным бетоном, прежде всего в тех случаях, когда требуется проводить работы при отрицательной температуре, а также в предельно сжатые сроки.
Известны серобетонные смеси и серобетонные изделия, производимые из них /2/. Серобетонную смесь получают путем смешивания разогретых инертных материалов и расплавленной серы. Горячую смесь разливают в горячие формы. Недостаток известного способа - высокая энергоемкость получения готовых изделий, за счет того, что необходимо разогревать и поддерживать температуру всех механизмов и оборудования, участвующих в процессе изготовления: смесители, бункеры, дозаторы, перегружатели, транспортные средства и др. Сера в расплаве достаточно вязкий материал, что затрудняет получить качественно смешанную смесь, особенно с добавкой фибры и тонко дисперсных добавок. Кроме того, получаемый известным способом серобетон, характеризующийся высокой прочностью на сжатие, водонепроницаемостью и химической стойкостью, обладает хрупкостью, низкой прочностью на растяжение и дает большую величину усадки при остывании смеси в изделии. Также, способ не позволяет получать в качестве полуфабриката ХСБС для возможности изготавливать конструкции в отдаленном от завода месте, в заранее определенное время, в том числе, в условиях Арктики.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ получения серобетонной смеси и серобетонных изделий /3/, который реализуют на заводе, обычно асфальтобетонном, путем разогрева инертных материалов и добавок (щебень, песок и др.) в сушильном барабане до температуры 160°С. Затем инертные материалы смешивают между собой в смесителе, после чего, в смеситель подают гранулированную серу, которая расплавляется в массе горячих инертных материалов. Полученную массу перемешивают три минуты и получают готовую серобетонную смесь. Смесь выгружают в бетонораздатчик или специальное транспортное средство (кохер) с возможностью поддержания необходимой температуры. Таким образом, исключается процесс размола серы, который считается достаточно сложным из-за взрывоопасности порошковой серы.
Недостатки способа следующие: повышенный расход энергии, за счет того, что необходимо разогревать и поддерживать температуру всех механизмов и оборудования, участвующих в процессе изготовления: смесителей, бункеров, дозаторов, перегружателей, транспортных средств и др. Сера в расплаве достаточно вязкий материал, что затрудняет получить качественно смешанную смесь с добавкой фибры и тонкодисперсных добавок. Кроме описанного способа, для изготовления серобетонных изделий используют полуфабрикаты: щебень серобетонный, крошку серобетонную, гранулированную серу. Общим недостатком указанных продуктов является высокая энергоемкость в изготовлении и в переработке в конечное изделие, так как приходится дважды расплавлять серосодержащий материал. Кроме того, способ не позволяет получать в качестве полуфабриката ХСБС для возможности изготавливать конструкции в отдаленном от завода месте, в отдаленное время.
В настоящее время основная трудность в изготовлении серобетонных изделий заключается в необходимости поддержания высокой температуры на всей технологической линии, в том числе, смесителей, дозаторов, бункеров, перегрузчиков, транспортных средств и др. Все эти условия имеются на асфальтобетонных заводах, однако на этих заводах отсутствует оборудование для армирования и бетонирования изделий. В то же время, на заводах ЖБИ нет горячих стендов и др.
Целью предлагаемого способа является повышение эффективности использования серобетона за счет снижения энергозатрат, повышения прочности изделий, технологичности приготовления и расширения области применения в строительстве за счет возможности приготовления ХСБС на заводах сухих строительных смесей и на заводах ЖБИ.
Техническая задача предложения заключается в создании способа изготовления серобетонной смеси, максимально приближенного к условиям существующих производств бетонных изделий и строительных площадок, в том числе отдаленных.
Техническая задача решается тем, что способ получения серобетонной смеси, включающий разогрев инертных материалов, смешивание с серой, расплавление серы и образование серобетонной смеси, согласно изобретению, включает две стадии, при этом, на первой стадии серу измельчают, одновременно смешивая ее с инертными и модифицирующими добавками при температуре окружающего воздуха с получением холодной сухой серобетонной смеси ХСБС, на второй стадии полученную смесь расплавляют, нагревая ее до температуры 140-160°С. Смешивание и измельчение серы в составе инертных материалов естественной влажности исключает опасность взрыва. Нагрев и расплавление холодной смеси производят в термоустановке с горячими стенками и змеевиком с перегретым паром или горячим воздухом с температурой до 200°С.
С целью снижения энергоемкости получения серобетона, в качестве инертного материала в ХСБС вводят материалы с низкой удельной теплоемкостью, например, песок и/или керамзит, или отработанные гранулы силикагеля, с содержанием масла и нефти более 15%, в том числе токсичных материалов с целью их консервации.
В состав ХСБС, в качестве заполнителя, может входить стеклобой и стеклянная фибра, которые в обычных бетонах не применяются из-за высокой щелочной агрессивности цементного камня.
Холодную сухую смесь могут приготавливать без крупного заполнителя, например, керамзитового щебня, который вводят в смесь, разогретую до температуры 160°С, получая готовую серобетонную смесь.
Для снижения хрупкости и повышения прочности на растяжение, серобетонная смесь содержит в качестве добавки термопластичные материалы с температурой плавления близкой к сере, например, отходы производства или вторичный полиэтилен.
При необходимости получения легкого высокопористого материала, например, пеносеры, в состав ХСБС вводят фосфогипс, который вспучивается и выделяет жидкость, которая закипает при температуре близкой к плавлению серы. Вспучивающийся материал приводит смесь в высокопористое состояние с плотностью менее 1.2 тс/куб м. В состав ХСБС могут входить материалы содержащие связанную воду, например, песок естественной влажности или бентонитовые пасты. При нагревании до 110°С такая вода превращается в пар, который образует мелкие поры в серобетоне.
Холодную серобетонную смесь на месте ее приготовления загружают в кохеры и транспортируют на место ее использования, причем процесс разогревания и расплавления серного компонента и перемешивание смеси начинают в расчетное время при подъезде к объекту.
Изделия и конструкции получают из серобетонной смеси, которую разогревают до температуры 140-160С и расплавляют в термоустановке со змеевиком с перегретым паром или воздухом.
С целью снижения энергоемкости и трудоемкости процесса изготовления и расширения области применения, изделия могут получать путем разогрева до температуры 140-160С и расплавления серобетонной смеси непосредственно в опалубке.
При изготовлении дорожного покрытия разогрев смеси осуществляют путем прессования ее горячим штампом, или разогрева инфракрасным или ультразвуковым излучателем.
В качестве опалубки используют грунтовые стенки скважины, например, предварительно пробуренной для изготовления буровой сваи.
Несмотря на то, что сера является хрупким и низкопрочным материалом, процесс ее измельчения в порошок представляет серьезную трудность, т.к. из-за взрывоопасности серного порошка помол должен проходить в присутствии инертного газа и др. В предлагаемом способе помол осуществляется одновременно со смешиванием, причем мелющими телами являются также инертные материалы, например, песок. Помол может производиться во влажном состоянии. Эти меры исключают опасность взрыва. Другим подходом к повышению взрывобезопастности является способ, когда серу вводят в холодную смесь в виде гранул, а перемешивание производят уже после расплавления серы в составе горячей серобетонной смеси, нагретой до 140-160°С.
Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 - показана схема получения ХСБС на заводе сухих смесей; на фиг. 2 - схема возведения буровой сваи, на фиг. 3 - то же, с использованием обсадных труб для крепления стенок скважины.
Предлагаемый способ реализуется в следующей технологической последовательности. На заводе сухих смесей в бункерах 1 накапливают запас серного материала 2 в виде комовой или порошковой серы, или в виде гранул, или серосодержащих отходов и различных инертных заполнителей 3 и добавок 4 (пластифицирующих, модифицирующих, антипиренов и др.). При необходимости некоторые компоненты перед смешиванием проходят операцию сушки в барабанах 5 и измельчения в мельницах 6. Подготовленные составляющие подаются через дозаторы в интенсивный смеситель 7 или мельницу, где тщательно смешиваются, доизмельчаются, механоактивируются и превращаются в готовую ХСБС 8. После перемешивания, полученная ХСБС пакетируется в упаковочном агрегате 9 в мешки или бигбеги. ХСБС готова к транспортированию и хранению при температуре от +30 до -30.
Примеры реализации способа.
Пример №1
На заводах железобетонных изделий ХСБС расплавляют специальным термонагревательным устройством, вмонтированным в бетонораздаточном бункере, и затем подают на стенд для изготовления серобетонных изделий, например, дорожных плит на стендах безопалубочного формования, где она формуется с помощью виброукладчика. Предлагаемый состав и технология ХСБС отличается тем, что благодаря плотной упаковке частиц при вибрации расплава, обладает меньшей величиной усадки, что очень важно для применения в массивных конструкциях.
Пример №2
Тротуарную плитку штампуют на прессе горячим штампом из ХСБС.
Одним из главных недостатков серобетона считается его высокая термоусадка, совершенно естественная для материала, который затвердевает при высокой температуре, а затем, при остывании до температуры эксплуатации в изделии образуются трещины от температурных деформаций. Предлагаемый состав и технология ХСБС отличается тем, что благодаря плотной упаковке частиц при штамповке расплава, обладает меньшей величиной усадки.
Пример №3
Изготовление буровых свай из серобетонной смеси на стройплощадке. ХСБС 8 загружается в бетонораздаточный бункер 11, установленный над устьем буровой скважины 12 под сваю. В бункере 11 ХСБС разогревается непосредственно в устьевом патрубке 13 термонагревательным устройством 14 и выгружается в виде горячей серобетонной смеси 15 непосредственно в скважину под буровую сваю. В процессе остывания смесь 15 превращается в серобетон 16, надежно связанный с армокаркасом 17 и окружающим грунтом 18. В варианте бурения скважины под защитой обсадных труб 19, ХСБС 8 засыпают в скважину 12, в которой предварительно установлены арматурный каркас 17 и инвентарные термоэлементы 13, которые расплавляют смесь 8 и постепенно извлекаются из скважины.
Пример №4
В 3Д-принтере ХСБС накапливают в бункере, из которого она поступает в термокамеру, где она расплавляется непосредственно на выходе из сопла.
Источники
1. ПНСТ 105-2016 «Смеси серобетонные и серобетон».
2. Интернет-ресурс: Serobetonstroy.ru
3. Патент РФ №2430053С1 Серобетонная смесь и способ ее получения, МПК С04В 28/36, С01В 17/00, В82В 1/00, С04В 111/20, опубл. 27.09.2011, Бюл. №27.