Технологии производства серобетона

Строительный материал – серобетон, известен еще с 17 века. Тогда с его помощью  соединяли металл и камень, что нашло  свое применение в изготовлении корабельных якорей. В период  Первой мировой войны в США были разведаны больший запасы серы. В связи с этим возникла необходимость реализовать ее излишек. В 1921 г. Бэйкон и Дэвис опубликовали работу, в которой описали свойства серы и ее применение  в производстве строительных материалов.

Активные исследования серных вяжущих начались в 70-х г.г.в Северной Америке, когда было доказано, что серобетон и сероасфальт безопасны для окружающей среды. Позднее уже в 80-90-х г.г. с увеличением добычи углеводородов выросла и добыча серы как продукта, сопутствующего нефти и газу. Поиск новых методов утилизации и/или использования серы стали вести крупные  нефтяные и газовые компании. В результате появились новые разработки относительно производства и применения бетона на основе серного вяжущего.

Все изобретения, касающиеся свойств и технологии производства серобетона, в США подлежали патентованию. Почти каждая крупная компания-производитель обладала собственным или приобретенным патентом на технологию производства. Со временем  срок действия патентов прекращался и изобретение становилось доступным для массового использования. Таким образом, в США образовалась определенная хронология патентов на технологию производства серобетона, по которой, несмотря на солидный срок их существования, можно проследить эволюцию процесса изготовления данного строительного материала.

Основные патенты США, связанные с серобетоном и технологией его производства

Источник: материалы зарубежных СМИ
 

Первый патент суммировал весь экспериментальный опыт, имевшийся в то время в Северной Америке относительно производства бетона на основе серного вяжущего. В этом документе впервые упоминалось такое понятие, как модификатор серы для производства более качественного серобетона. В качестве модификатора было предложено использовать полимер дициклопентадин, так его добавление способствовало повышению пожаростойкости материала.

Патент под названием «Модифицированный серный цемент» описывал не только рекомендуемые модификаторы (олигомеры и дициклопентадин), но и сформулировал требования ко всем составляющим серного бетона ввиду их влияния на свойства конечного продукта.

В 1991 г. в США получила огласку технология приготовления гранулированного серобетона. Ее появление было обусловлено потребностью изготовления стройматериала в любое время, в любом месте (из-за необходимости поддержания определенной температуры раствора его использование ограничивалось территориально и по времени).  Принципиально технология получения гранул серобетона заключалась в помещении готовой смеси в агрегат, где бетон подвергался воздействию газа (под высоки давлением) или воды, что и способствовало образования гранул. Для дальнейшего использования, согласно данному патенту, было необходимо всего лишь разогреть гранулы до температуры плавления 140-1500С.

Товарный выпуск серного бетона (и изделий на его основе) первой наладила канадская компания StarCrete (ранее она называлась Sulfurcrete) в 1975 г., которая совместно с Sulfur Innovations Ltd разработала технологию получения бетона на основе модифицированной серы. Согласно данной технологии, расплав серы и модификатора подается на участок приготовления бетона, где перемешивается с заранее подогретыми заполнителями и наполнителями, образуя серобетонную смесь.

В настоящее время изделия под маркой StarCrete широко применяются для изготовления коррозионностойких конструкций, для защиты и ремонта покрытий цементного пола на химических и пищевых производствах и т.д. Позднее была освоена технология, альтернативная той, что была внедрена на предприятии Sulfurcrete. Основное отличие – модифицирующие добавки вводятся непосредственно при перемешивании расплава серы с подогретыми заполнителями и наполнителями.
В течение достаточно длительного количества времени в Северно Америке появилось большое количество исследований и разработок по технологии изготовления и применения серного бетона. Те из них, что нашли широкое применение, отражены в обобщенном варианте технологии производства серобетона, представленном на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Обобщенный вариант технологии производства серобетона, получивший распространение в мире

Наиболее существенным отличием технологии производства серного бетона от цементного аналога является отказ от использования воды в процессе изготовления. В чистом виде при изготовлении серных бетонов сера почти  не применяется. Все модифицирующие ее свойства добавки можно разделить на четыре группы: пластифицирующие, стабилизирующие, антипирены и антисептики.

Пластифицирующие добавки вводят в состав серного вяжущего с целью снижения хрупкости, увеличения прочности и замедления кристаллизации серы при охлаждении. К ним относятся: нафталин, парафин, дициклопентадиен, полистирол, кумароновая смола, сажа, графит.

Стабилизирующие добавки предназначены для изменения структуры серы и повышения ее устойчивости к атмосферным условиям. К ним относятся: дициклопентадиен, тиокол, йод, фосфор, селен, мышьяк, треххлористая сурьма, битум, сажа, нафталин. Антипирены применяют для снижения горючести серных композиций. Антисептики используют для повышения биологической стойкости серных бетонов.

Касательно оборудования, необходимого для производства  серобетона, в Северной Америке еше в 70-80- х г.г. была установлена возможность применения оборудования обычного асфальтового завода. Также и в случае с обычным бетоном оборудование для производства серного бетона может быть стационарным (на таком оборудовании, как правило, изготавливается смесь, применяемая прямо на месте) и мобильным (это относится к передвижным, мобильным заводам). Основным звеном в цепочке технологической оснастки является бетоносмеситель, отличие этого агрегата от того, что применяется при смешивании цементного бетона, - необходимость поддержания высокой температуры.