МОДИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ РАСПЛАВЛЕННОЙ СЕРОЙ

 

Магилатова А.А. (ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ, г. Волжский, РФ)

 

  Modification of concrete by the melt of sulphur. The results of experience.

 

  Предпосылками для производства и применения в стройиндустрии серных бетонов являются обширная сырьевая база в виде технической серы, а также потребность народного хозяйства в новых долговечных, химически стойких материалах. Серные бетоны, прежде всего, предназначены для изготовления коррозионно-стойких изделий и конструкций, применяемых при строительстве предприятий химической промышленности, а также в дорожном и гидротехническом строительстве.

Вопрос переработки серосодержащих отходов еще не решен. Их использование улучшит экологическую ситуацию, позволив уменьшить площади под отвалы этих отходов.

Цементный бетон представляет собой капиллярно-пористый композиционный материал, состоящий из заполнителей минерального типа, связанных в единый конгломерат затвердевшим цементным гелем. В реальных условиях поры и микродефекты в цементном камне заполнены жидкостью, насыщенной продуктами гидролиза клинкера. При контакте с агрессивными газовыми, жидкими и твердыми средами взаимодействие с бетоном начинается с адсорбции активных элементов среды на границе бетон - среда. Изолировав цементный камень от губительного влияния агрессивной среды, можно многократно увеличить эксплуатационную долговечность бетонного изделия.

Одним из способов решения этой задачи является модификация бетонов расплавленной серой. Застеклованная или аморфизированная сера полимерного типа, заполняющая поры цементного камня, обладая полной водонепроницаемостью и высокой коррозионной стойкостью к растворам солей и слабых кислот, гарантирует высокие эксплуатационные качества бетонов. Для пропитки бетонных изделий серой их обычно погружают в серный расплав, некоторое время там выдерживают, а затем охлаждают на воздухе до нормальной температуры. На наш взгляд, весьма перспективно добавлять серу в бетонную смесь на стадии замеса. Набравшие марочную прочность изделия нагреваются и выдерживаются при температуре 140-150 ºС в течении 1,5 часов, после чего охлаждаются на воздухе. Сера, содержащаяся в бетоне, расплавляется и заполняет собой поры и капилляры, препятствуя миграции влаги и агрессивных веществ и уменьшая поверхность контакта бетона со средой. Таким образом, уменьшение пористости цементного камня за счет заполнения серой пустот и пор приводит к повышению сопротивляемости бетонного изделия разрушающему воздействию окружающей среды.

Для изучения эффективности предлагаемой технологии был проведен эксперимент. В нем сравнивались физические показатели серных и обычного бетонов. Составы бетонов были подобраны по методике оптимизации соотношения составляющих с целью получения наилучших физико-механических показателей.

Таблица 1 – Принятые составы бетонов

Компоненты бетонной смеси	Виды бетонов
	Портландцементный на тяжелых заполнителях (обычный)	Портландцементный на тяжелых заполнителях, модифицированный серой (состав №1)	Портландцементный на тяжелых заполнителях, модифицированный серой (состав №2)
Щебень гранитный	56 %	56 %	56 %
Песок кварцевый	27 %	13,5 %	20,25 %
Портландцемент М600	11 %	11 %	11%
Вода	6 %	6 %	6%
Сера	-	13,5 %	6,75%

 

Опыт производился на бетонных кубах размером 10х10х10 см. По достижении образцами 28–ми дневного возраста они были высушены в печи при температуре 70–80ºС до полной потери влаги. Затем кубики были погружены в воду и выдерживались в ней по полного влагонасыщения. После каждой операции кубики взвешивались. По результатам взвешивания была вычислена пористость образцов. Для обычного бетона средняя пористость составила 11,9 %, для серного бетона (состав №1) – 9,5%, для серного бетона (состав №2) – 9,1%. По всей видимости, уменьшение пористости у образцов, замешанных с добавлением серы, объясняется увеличением пластичности бетонной смеси при добавлении в нее серы. Смесь становится более удобоукладываемой, что положительно сказывается на качестве цементного камня. Для расплавления включений серы в цементном камне и заполнения серным расплавом пор и пустот в бетоне опытные образцы были подвергнуты нагреву в печи до температуры t = 150 ºС и выдерживались при такой температуре  в течении 90 минут. После прокаливания и последующего остывания при комнатной температуре кубы опять погружались в воду, где находились до их полного влагонасыщения. Затем образцы взвешивались. Средняя пористость бетонных кубиков состава №1 уменьшилась до 7,9%, а состава №2 – до 7,6%. В таблице 2 сравнивается пористость серных бетонов до и после нагрева с пористостью обычного бетона.

 

Таблица 2 – Пористость бетонов

Пористость, %	Виды бетонов
	Портландцементный на тяжелых заполнителях (обычный)	Портландцементный на тяжелых заполнителях, модифицированный серой (состав №1)	Портландцементный на тяжелых заполнителях, модифицированный серой (состав №2)
До нагрева	11,9	9,5	9,1
После нагрева		7,9	7,6

 

  Для определения прочностных свойств серных бетонов и сравнения их с обычным тяжелым бетоном образцы были испытаны на сжатие. Получены следующие результаты:

прочность обычного бетона – 18,87МПа;

прочность серного бетона (состав №1) – 16,78МПа;

прочность серного бетона (состав №2) – 18,43МПа.

Таким образом, замена части мелкого заполнителя (песка) порошкообразной серой в процессе замеса приводит к уменьшению пористости цементного камня за счет повышения пластичности и однородности цементного теста. Нагрев бетонного изделия, содержащего в себе частицы серы, до температуры 120ºС и выше расплавляет серу, которая заполняет собой поры и капилляры бетона. Уменьшение общего объема пустот в цементном камне и изоляция оставшихся в нем пор и капилляров друг от друга способствует замедлению миграции влаги в толще бетона. В то же время чрезмерное увеличение доли серы в бетонной смеси за счет других заполнителей приводит к снижению механической прочности изделия. Преимуществом предлагаемого способа перед поверхностной пропиткой готового изделия в расплавленной сере является однородность свойств полученного материала по всему объему и простота изготовления.