СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ ДЛЯ СЕРНОГО БЕТОНА (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PREPARING MIXTURE FOR SULPHUR CONCRETE

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к изготовлению бетонных изделий и дорожных покрытий.
Известно множество вариантов способа производства изделий из серного бетона на основе сополимерной серы, полученной путем модифицирования серы дициклопентадиеном. Эта технология существует несколько десятилетий и продолжает совершенствоваться до настоящего времени (например, Патент РФ №2298019, опубликован 27.04.2007). Общим недостатком этих способов является относительно высокая себестоимость, связанная с применением дорогих в сравнении с другими компонентами смеси реагентов, а также их токсичность.
Существуют также альтернативные способы, связанные с использованием более доступных и нетоксичных материалов. Наиболее близким из них к предлагаемому изобретению и поэтому принятым в качестве прототипа является способ (Патент РФ №2223991, опубликован 20.02.2004), включающий модифицирование серы путем ее перемешивания с предварительно активированным битумом и обработки смеси кавитационно-акустическим воздействием.
К недостаткам названного способа относится необходимость предварительной активации битума, что усложняет технологию, а также недостаточная прочность получаемого материала.
Используемый в принятом за прототип способе метод кавитационно-акустического воздействия в последнее время нашел широкое применение в техпроцессах пищевой промышленности и технологиях переработки нефти. Для его реализации обычно используют так называемые роторные импульсные аппараты (РИА). Особенностью их является создание периодических импульсов давления с частотой не боле 2 кГц. Это также может рассматриваться в качестве недостатка принятого за прототип способа, поскольку ограничивает его возможности.
Наконец, анализируемый способ имеет ограниченное применение, а именно производство сероасфальтобетона для дорожных покрытий.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение и удешевление производства при увеличении прочности получаемого материала, а также расширение сферы его применения на производство бетонных изделий.
Указанная задача решается тем, что серу плавят при температуре не менее 125°С (либо при возможности используют промышленный источник жидкой серы), после чего в жидкую серу вводят 1-8 мас.% битума и в течение 1-10 мин воздействуют на нее ультразвуком частотой от 22 до 88 кГц. Ультразвуковое воздействие позволяет осуществить химическую связь между серой и битумом, в результате чего образуется модифицированная сера со стабильной, близкой к моноклинной кристаллической структурой. Далее, полученную таким образом модифицированную серу используют при производстве серного бетона путем введения ее в весовых соотношениях (0,001-0,05):1 в разогретую до 125-155°С и тщательно перемешанную до состояния однородной массы смесь расплавленной серы с минеральными наполнителями. При этом в состав минеральных наполнителей включают золу-унос в весовом соотношении с серой (0,2-3,0):1. Частицы золы-уноса с преобладающим размером порядка 50-60 мкм, т.е. имеющие значительно меньшие размеры, чем частицы песка, обволакиваются тонкой пленкой модифицированной серы, и их масса заполняет промежутки между частицами песка, щебня и прочих твердых минеральных компонентов смеси, связывая их. Это обеспечивает более высокую прочность материала, чем прочность серного бетона, полученного без применения золы-уноса.
В составе минерального наполнителя может использоваться щебень, причем способ допускает использование различных видов и марок щебня (щебень гранитный, гравий, известковый щебень, керамзит), а также разных его фракций (от крупных - 40-70 до отсева), в зависимости от конкретного назначения и марки требуемого серобетона. Возможно также полное отсутствие щебня в составе минерального наполнителя (т.н. пескобетон). Опыты показывают, что получаемый материал малочувствителен к виду применяемого песка. Помимо часто применяемого промытого речного песка возможно использование загрязненного барханного песка с глинистыми включениями, что практически не сказывается на свойствах получаемого материала.
Также в составе минерального наполнителя может использоваться минеральный порошок МП-1, соответствующий требованиям ГОСТ Р 52129-2003.
Таким образом получается серный бетон для производства бетонных изделий, отличающихся высокой прочностью, износостойкостью, морозостойкостью, устойчивостью к воздействию факторов агрессивной среды и другими эксплуатационными преимуществами. А при введении в смесь расплавленной серы с минеральными наполнителями 5-20 мас.% битума получают сероасфальтобетон для дорожных покрытий.
Способ может быть осуществлен с применением стандартного оборудования химических производств (емкостей и трубопроводов, насосов, запорной и регулирующей арматуры, средств теплоизоляции и систем теплообмена и пр.), а также промышленных ультразвуковых установок как погружных, так и проточного типа, обеспечивающих воздействие ультразвуком низкой частоты (от 22 до 88 кГц).
Пример 1 осуществления способа получения смеси для серного бетона.
Получают модифицированную серу, для чего серу плавят, вводят в нее 3 мас.% битума марки БНД 60/90 при температуре серы 140°С и в течение 10 минут подвергают воздействию ультразвука частотой 22 кГц на установке ИЛ 100 - 6/8. Далее в разогретую до температуры 150°С смесь минеральных компонент, содержащую 40 мас.% известкового щебня фракции 5-20 мм, 55 мас.% кварцевого песка и 5 мас.% минерального порошка МП-1, добавляют серу в количестве 10% от массы смеси минеральных компонентов, золу-унос в весовом соотношении с серой 2:1 и модифицированную серу в весовом отношении 0,03:1 ко всей смеси, которую перемешивают до полной гомогенизации.
Пример 2 осуществления способа получения смеси для сероасфальтобетона.
Получают модифицированную серу, для чего серу плавят, вводят в нее 8 мас.% битума марки БНД 60/90 при температуре серы 140°С и в течение 10 минут подвергают воздействию ультразвука частотой 22 кГц на установке ИЛ 100 - 6/8. Далее в разогретую до температуры 150°С смесь минеральных компонент, содержащую 40 мас.% известкового щебня фракции 5-20 мм, 55 мас.% кварцевого песка и 5 мас.% минерального порошка МП-1, добавляют серу в количестве 10% от массы смеси минеральных компонентов, золу-унос в весовом соотношении с серой 2:1, дополнительно 15 мас.% битума и модифицированную серу в весовом отношении 0,03:1 ко всей смеси, которую перемешивают до полной гомогенизации.
При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в упрощении и удешевлении производства при увеличении прочности получаемого материала, а также в расширении сферы его применения на производство бетонных изделий.
Использование изобретения позволяет повысить экономичность производства серобетонных изделий и сероасфальтофых покрытий и улучшить их эксплуатационные характеристики.