Приведены результаты экспериментальных исследований основных физико-механических свойств серных композиций (бетоны, растворы, мастики).

Сравнение этих характеристик с аналогичными показателями традиционно применяемых материалов позволяет дать оценку преимуществ или недостатков предлагаемых решений. Приведены специальные свойства серных композиций, в том числе низкий естественный радиоактивный фон, защитные свойства от электромагнитного и радиоактивного излучений. Указано, что применение технической серы наиболее перспективно и экономически выгодно в строительной и дорожной индустрии.

В последние годы в НИИЖБ и ряде других организаций (ВНИИ-ГАЗ, МАДИ, «Норильский никель», Астраханьгазпром) выполнены комплексные исследования по созданию нового поколения термопластичного серного вяжущего (ТПСВ) и разработке композиционных материалов на его основе. Выполнен подбор составов, изучены физико-механические свойства, определены технологические параметры приготовления смеси и формования изделий (см. таблицы 1, 2, 3). Показано, что в области промышленного, гражданского и дорожного строительства наиболее экономически целесообразно применение ТПСВ в качестве вяжущего для бетонов различного назначения, добавок в асфальтобетон и пропиточных составов.

Предпосылками для организации производства ТПСВ и применения его в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве в настоящее время являются обширная сырьевая база в виде технической серы, серосодержащих отходов промышленных производств, серных РУД, а также большая потребность народного хозяйства в новых долговечных, химически стойких материалах.

Строительный рынок готов к реализации технологии. Конкурентоспособность серных бетонов весьма высока по сравнению с цементными и битумными бетонами. Стоимостная экономия в сфере производства составляет до 130 руб. за 1 т смеси. Качество предлагаемой продукции по основным параметрам превышает на 30-50 % показатели продукции, представленной на рынке. Прогнозируемая цена на продукцию значительно, не менее чем на 20 %, ниже предлагаемой на рынке и может быть снижена при промышленном освоении, т.е. прибыльность продукции может оказаться выше прогнозируемых показателей.

Предлагаемая технология полностью обеспечена необходимыми природными и техногенными ресурсами; ограничений, препятствующих осуществлению программы, нет. Мировой рынок серы в последние годы, а также по прогнозам до 2015-2020 гг. будет иметь устойчивую тенденцию превышения производства серы над ее сбытом. Это связано с более глубокой очисткой серы от попутных газов, продуктов нефтепереработки, разработкой серосодержащих газовых и нефтяных месторождений и др. В России наблюдается аналогичная ситуация. Именно поэтому, сегодня в связи с падением цены на серу на мировом рынке становится более выгодным использовать ее в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве.

В производстве предлагаемой продукции и ее реализации имеются заинтересованные коммерческие структуры малого и среднего бизнеса, а также крупные промышленные структуры. Технология защищена патентами, имеется теоретическое и экспериментальное обоснование, подтверждена возможность реализации предлагаемой технологии и определено наличие сырьевой базы для широкого внедрения. В кратчайшие сроки могут быть изготовлены опытные образцы оборудования и подготовлен пакет научно-технической документации для серийного выпуска оборудования и осуществления массового строительства. Реализация проекта осуществляется путем модернизации существующей производственной базы за счет включения нового эффективного оборудования, производство которого базируется на отечественных технологиях и сырье.

Ограничений экологического плана при организации производства не имеется. Более того, предлагаемая технология является экологически благоприятной, т.к. осуществляется утилизация техногенных отходов.

Ведется при научно-техническом сопровождении опытно-промышленная апробация технологии, доработка оборудования и подготовка к серийному выпуску продукции. Совершенствование технологии по результатам опытно-промышленного внедрения планируется осуществлять за счет расширения сырьевой базы с использованием новых химических модификаторов.

Реализация проекта позволит: решить проблему коренного улучшения технологий возведения и качества покрытий автомобильных дорог, повысить их эксплуатационную надежность при одновременном снижении их стоимости; обеспечить химическую и другие отрасли доступным коррозионностойким конструкционным материалом, вовлечь в производство крупнотоннажные отходы предприятий нефте- и газопереработки; улучшить экологическую ситуацию на предприятиях; решить важную социально-экономическую проблему улучшения транспортного обеспечения населения и предприятий. Многократная экономическая окупаемость проекта обеспечивается за период его реализации.

Результаты работ по реализации технологии будут использованы при решении важнейших и актуальных как экологических, так и технических задач, в том числе проблемы комплексной переработки техногенных отходов и попутного сырья (техническая сера, серосодержащие отходы, серные руды, шлаки, золы и многое другое), существенного сокращения отвалов, выбросов в атмосферу. Техническая сера - крупнотоннажное техногенное сырье, не в полной мере потребляемое в традиционных областях и накапливающееся в огромных экологически опасных количествах на нефте- и газоперерабатывающих комплексах России, а также на ряде предприятий химической и металлургической промышленности. По результатам освоения технологии будут созданы условия для выпуска термопластичного серного вяжущего и сухих смесей на его основе, что создаст условия для развития принципиально нового направления в технологии стройиндустрии. Это позволит коренным образом повысить качество строительных конструкций и автомобильных дорог.

Хорошо известно, что в США, Канаде, Франции, Германии, Дании, Польше, Японии, Кувейте и ряде других стран ведутся интенсивные работы по изучению и освоению новых областей применения серы, в том числе в строительстве. В этих странах накоплен богатый опыт практического применения серы в строительстве. Отечественные разработки сопоставимы с достижениями ведущей канадской фирмы «STARcrete», американской фирмы «Proma», а так же отвечает требованиям стандарта США АСТМ С-386-77 в части химической стойкости.

Термопластическое серное вяжущее (ТПСВ) получают из технической серы, модификатора и минерального мелкодисперсного наполнителя путем их совмещения. Характеризуется маркой по прочности на сжатие. В нагретом состоянии обладает подвижностью. Модифицирующие добавки по функциональному значению подразделяют на пластифицирующие, стабилизирующие, антипирены, антисептики, комбинированные.

Серные композиции (бетоны, растворы, мастики) представляют собой искусственный каменный материал из затвердевшей отформованной смеси, состоящей из ТПСВ и заполнителей.

Серные композиции могут быть:

• по зерновому составу - бетоны, растворы, мастики;

• по плотности - легкие, тяжелые, особо тяжелые;

• по структуре - плотные, поризованные, ячеистые, крупнопористые.

Таблица 1

Усредненные показатели физико-механических свойств бетонов на основе ТПСВ

Сероасфальтобетоны. При приготовлении асфальтобетона возможно добавление ТПСВ, что обеспечивает снижение расхода битума, повышение качества покрытия, улучшение удобоукладываемости смеси, снижение стоимости. Количество вводимого в состав смеси серного вяжущего составляет 20-50% и зависит от марки асфальтобетона, марки серного вяжущего, требований к свойствам смеси и затвердевшей серно-битумной композиции.

Конструкции пропитанные. У бетонов с затвердевшей структурой, пропитанных расплавом серы, застывшем непосредственно в поровом пространстве, повышаются плотность, прочность и другие показатели. Пропитка значительно снижает проницаемость для жидкостей и газов, увеличивает морозостойкость, атмосферостойкость, стойкость к воздействию агрессивных сред. Технология пропитки может быть использована для упрочнения любых пористых строительных материалов, в том числе древесины, асбестоцемента, кирпича, природного камня и других.

Таблица 2

Усредненные физико-механические показатели конструкций, пропитанных ТПСВ

Пропитку водным раствором серы следует рассматривать как самостоятельное технологическое решение, позволяющее производить обработку при нормальной температуре, что значительно упрощает ее применение, как в заводских, так и в построечных условиях. Водный раствор серы, используемый в качестве пропиточной композиции, разработан «НИИреактив».

Основные области применения изделий из серных бетонов. Анализ результатов научных исследований, опытного освоения производства изделий из серных бетонов с учетом физико-механических свойств и высокой химической стойкости позволяет выявить целесообразные области применения серного бетона и номенклатуры изделий на его основе: конструкции, подверженные воздействию агрессивной среды; конструкции для предприятий пищевой промышленности и сельскохозяйственного производства, хранилищ сельхозпродукции и др.; элементы конструкций «нулевого» цикла знаний и инженерных сооружений (фундаментные подушки, основания, стеновые, фундаментные и цокольные блоки, сваи, облицовочные плиты, закладные детали при возведении трубопроводов и теплотрасс, пригрузочные блоки нефтегазопроводов, опоры буровых платформ); элементы автодорожного и железнодорожного строительства (шпалы, тротуарные и дорожные щиты, настилы мостов, бортовые и бордюрные камни, сигнальные и оградительные дорожные столбы, укрепительные плитки, элементы водоотводных труб); элементы переходов через водные преграды, обводненные участки, участки временных сухих водотоков (в т.ч. обетонированные стальные трубы газопроводов); изготовление стеновых материалов, кирпича, черепицы; хранилища и контейнеры для утилизации агрессивных отходов, в том числе радиоактивных.

Новое поколение низкофоновых композиционных конструкций на основе ТПСВ. Разработанные составы и технология изготовления конструкций из них обеспечивают долговечность, экологическую безопасность, надежность защиты аппаратуры от фонового радиоактивного излучения. В России низкофоновые композиции на основе ТПСВ разрабатываются впервые. Аналоги в мировой практике имеются, эффективно используются низкофоновые серные композиции в жилищном строительстве.

Таблица 3 Свойства крупнопористого серного бетона

Крупнопористые композиции находят широкое применение при изготовлении различных видов конструкций и изделий, в том числе утеплителей, дренажных элементов.

Композиции для ремонтных работ на основе ТПСВ. К материалам, рекомендуемым для выполнения ремонтных работ, предъявляются специальные требования по физико-механическим показателям, основными из которых являются хорошая адгезия, быстрый набор прочности, термическая совместимость, низкая стоимость, доступность сырья.

Перечисленным требованиям в достаточной мере отвечают составы на основе ТПСВ. Вид композиции определяется в зависимости от типа и характера ремонтируемого дефекта.

Составы для разметки дорог на основе ТПСВ и стеклянных сфер бывают белого или желтого цвета, имеют адгезию к асфальту 5-6 МПа, наносятся при температуре 140-150°С одновременно с асфальтовым покрытием толщиной до 4 мм с дополнительной поверхностной обработкой стеклянными шариками.

Серные руды. В технологическом процессе производства МТПВ и композиций на его основе могут быть использованы серные руды, в том числе месторождений Курильских островов, Камчатки, которые прошли успешные испытания в НИИЖБ и показали хорошие результаты, что дало основание рекомендовать их в качестве исходного сырья при производстве серных композиций.

Производство труб различного назначения - одно из перспективных направлений применения композиций на основе серного вяжущего. При этом используются такие свойства данных композиций, как высокая плотность, водонепроницаемость, быстрый набор прочности, стойкость в некоторых промышленных, бытовых, природных, жидких средах.

Контейнеры для захоронения радиоактивных и токсичных отходов из специальных составов на основе ТПСВ - одно из самых перспективных направлений. Радиоактивные отходы или токсичные материалы могут помещаться в специальные контейнеры, приготовленные из серных бетонов, в естественном или в капсулированном виде, что значительно повышает надежность захоронения. Возможно добавление токсичных материалов в составы замесов при приготовлении серных композиций. Составы серных композиций могут применяться для устройства изолирующих устройств в земле для предохранения фильтрации вредных веществ в окружающий грунт. Бетонирование серными бетонами объектов под водой создает надежную и долговечную защитную структуру над защищаемым объектом.

Композиционный материал на основе ТПСВ для художественного литья и малых архитектурных форм обладает присущей только ему художественной выразительностью, физико-механическими свойствами и возможностями для воплощения авторских замыслов в образно-художественных решениях путем передачи природной красоты его структуры. Материал обладает хорошими декоративными свойствами в сочетании с высокими эксплуатационными характеристиками, многообразием цветовых решений, высоким качеством лицевой поверхности, широким диапазоном фактуры, отвечает высоким эстетическим требованиям. Областью применения материала могут быть декоративные элементы фасадов зданий, архитектурно-лепной декор, художественное литье, элементы благоустройства, декоративные ограждения, элементы фонтанных композиций, реставрационные работы и ряд других направлений.

По итогам проведенных исследований можно сделать вывод о том, что вопросы комплексного крупномасштабного освоения технологии по переработке техногенных отходов и получению долговечных, химически стойких материалов всегда останутся актуальными и востребованными в ближайшей и долгосрочной перспективе при решении как экологических, так и технических задач. Без сомнения, работа будет иметь продолжение по дальнейшему совершенствованию полученных технологических и конструктивных решений.

По материалам конференции «Бетонные и железобетонные конструкции»

C оценкой потенциала спроса на серобетон на российском рынке Вы можете познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Серобетон: анализ потенциального спроса».

www.newchemistry.ru