Сырьевая смесь для серного бетона и способ ее приготовления
RAW MATERIAL MIXTURE FOR SULFUR CONCRETE AND METHOD OF ITS PREPARING

Группа изобретений относится к строительным материалам на основе модифицированной серы и может быть использована для приготовления бетонных и растворных смесей при строительстве и ремонте различного типа покрытий: бетонных, асфальтобетонных, гидроизоляционных.
Известен способ получения смеси для серного бетона (патент РФ на изобретение №2401819 С1, кл. С04В 28/36, опубл. 20.10.2010), в котором также описан состав смеси для серного бетона. Способ получения смеси для серного бетона включает 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. Модифицированную серу перемешивают 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. Известный способ отличается трудоемкостью и  сложностью процесса получения смеси для серного бетона, а также невысокими показателями прочности на сжатие  серного бетона, полученного из смеси .
Известен способ получения ФиШСБ (фибро-шламо-серо-бетон) (заявка ЕА №201500831 А2, кл. С04В 28/36, опубл. 30.12.2015). В известном способе последовательно на первом этапе получают серное вяжущее - модифицированную серу (сополимер серы), вырабатываемую из комовой серы посредством аппарата вихревого слоя. Затем на втором этапе получают ФиШСБ - в мобильном асфальтовом заводе смешивают и нагревают до температуры не выше 120°С в течение 20-30 мин серное вяжущее и органические добавки с инертными наполнителями: буровой шлам, базальтовую фибру и строительный песок, в результате чего происходит расплавление модифицированной серы (сополимера серы) в среде органических добавок и инертных наполнителей для дисперсного армирования и композита. Известный способ позволяет получить состав серобетона, который устойчив к внешним механическим и температурным воздействиям, агрессивным средам, при этом обладает повышенной трещиностойкостью, гидрофобностью. Недостаток известного способа заключается в том, что этот способ получения серобетона не может быть отнесен к категории безопасных, кроме того, способ отличается длительностью приготовления состава.
Наиболее близкими решениями, принятыми заявителем в качестве прототипов, являются способ приготовления смеси для серного бетона (см. патент РФ №2382009 С2, кл. С04В 28/36, опубл. 20.10.2010) и сырьевая смесь для получения серного бетона (патент РФ №2238010 С2, кл. С04В 28/36, опубл. 20.10.2010). Согласно способу приготовления смеси для серного бетона предварительно нагретую до температуры 160°С смесь заполнителей - щебня фракции до 10 мм и песка крупностью до 3 мм, помещают в обогреваемую мешалку принудительного действия, перемешивают, добавляют вяжущее - нагретую до 160°С смесь серы, наполнителя и модификатора - йода, перемешивают, полученную смесь выгружают в формы или бетоноукладчик, используют в качестве указанной смеси заполнителей базальтовые отсевы, содержащие щебень, песок. Их перемешивание осуществляют в течение 1-2 мин. В указанном вяжущем используют в качестве наполнителя - золу ТЭЦ улавливаемую, серу и йод. Перемешивают указанные вяжущие и смесь заполнителей в течение 2-3 мин. Приготовление известного состава в соответствии с известным способом не относится к категории безопасного производства, кроме того, способ отличается сложностью приготовления. Известная сырьевая смесь содержит, мас. %: песок 24,07-33,64 и базальтовые отсевы - щебень 31,65-44,26, золу ТЭЦ улавливаемую 8,545-17,14, серу техническую 13,550-27,13, йод 0,005-0,01. Известная смесь имеет недостаточно высокий показатель прочности.
Задача, решаемая предлагаемой группой изобретений, заключается в простом приготовлении состава сырьевой смеси, устойчивой к агрессивным средам и устойчивой к динамическим нагрузкам, которая должна отвечать требованиям безопасности и не должна включать токсичные компоненты.
Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, заключается в простоте приготовления состава, повышении предела его прочности и морозостойкости.
Технический результат способа приготовления смеси для серного бетона достигается за счет того, что приготовление смеси включает перемешивание модифицированной серы с минеральным наполнителем, нагретым до 150-155°С, в состав минерального наполнителя входят песок карьерный с крупностью зерен до 5 мм и щебень карьерный с крупностью зерен от 5 до 40 мм, горячую смесь выгружают в формы, охлаждают, при температуре около 40°С образцы извлекают из формы и остужают до комнатной температуры, при следующем соотношении перемешиваемых серы модифицированной, песка карьерного и щебня карьерного, вес. ч.: 1:(2,3÷4,2):(2,5÷4,5) соответственно.
Сырьевая смесь для серного бетона включает щебень и песок, причем для приготовления смеси используют щебень карьерный с крупностью зерен от 5 до 40 мм, песок карьерный с крупностью зерен до 5 мм, дополнительно смесь содержит серу модифицированную, вес. ч.:
песок карьерный
2,3-4,2;
щебень карьерный
2,5-4,5;
сера модифицированная
1,
причем сырьевую смесь для серного бетона получают описанным выше способом.
В предлагаемой сырьевой смеси в качестве связующего применяется сера модифицированная, которая обеспечивает стойкость состава к агрессивным средам. При этом состав обладает повышенной морозостойкостью, а также пределом прочности к изгибающим нагрузкам.
Песок и щебень являются наполнителями и обеспечивают прочностные характеристики состава.
В таблице 1 приведены результаты экспериментальных исследований предлагаемой сырьевой смеси для приготовления серного бетона. 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. В таблице 2 приведены результаты сравнения показателей предела прочности (мПа) для предлагаемого состава смеси для серного бетона, включающего серу - 1 весовую часть; щебень - 4,5 весовых части; песок - 4,2 весовых части, в сравнении с известным (патент RU 2238010 С2) и портланд бетоном марки В35.
Для приготовления сырьевой смеси для серного бетона использовали песок карьерный, например, песок из отсевов дробления, крупность зерен которого составляет до 5 мм, и щебень карьерный, например, гранитный или из габбро-диабаза крупностью зерен от 5 до 40 мм. Физико-химические показатели серы модифицированной должны отвечать требованиям ГОСТ Р 56249-2014, Сера газовая техническая. Технические условия. При этом для модификации серы могут быть использованы различные модификаторы на основе диеновых углеводородов (дициклопентадиен), олефиновые углеводороды, отходы переработки нефти.
Для приготовления образцов нагретые до 155°С 100 кг песка и 200 кг щебня загрузили в смеситель. Далее в полученный минеральный наполнитель при постоянном перемешивании и контроле температуры добавили серу модифицированную, имеющую комнатную температуру, в количестве 60 кг. Затем из горячей смеси (примерно при 145°С) сформовали образцы для испытаний, размер которых составляет 100×100×100 (мм). Охлажденные до 40°С образцы извлекли из формы и по истечении суток исследовали на прочность.
В таблице 1 приняты следующие обозначения: S - сера модифицированная, П - песок, Щ - щебень. Результаты экспериментальных исследований, отображенные в таблице 2, позволяют убедиться в том, что показатель предела прочности приготовленной согласно предложенному способу смеси имеет высокие значения, которые составляют выше 80 МПа. В таблице 2 приведены сравнительные показатели пределов прочности на сжатие, изгиб и растяжение, а также параметры морозостойкости для предложенного состава в сравнении с известными смесями. Показатель морозостойкости характеризует количество циклов замерзания-оттаивания, которое способен выдержать бетон, не теряя своей характеристики прочности. Параметр морозостойкости является наиболее важным для бетонных конструкций, подвергающихся интенсивному воздействию влаги (фундаменты, гидротехнические сооружения). Из таблицы 2 можно видеть, что показатель морозостойкости предложенного состава смеси значительно превышает показатели морозостойкости аналогов.
Таким образом, полученный состав смеси для серного бетона обладает высоким показателем предела прочности, устойчив к агрессивным средам и к динамическим нагрузкам, при этом состав отвечает требованиям безопасности и не включает токсичных компонентов.