Серный бетон производство

Серобетон

Серобетон – искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую серобетонную смесь. По составу, серобетон, композиционный материал состоящий из , в состав которого входит серное вяжущее, инертные заполнители и наполнители.

Спектр применяемых инертных наполнителей и заполнителей широк. В этом качестве могут использоваться применяться щебень, песок, гравий, металлургические шлаки и прочие породы, так же применяемые для традиционного бетона.

В результате научных экспериментов было установлено, что предпочтительно использование модифицированной серы при производстве сернистых бетонов на её основе.

Серобетон начал активно исследоваться в Северной Америке в 70-х годах 20-го века, когда было доказано, что серобетон и сероасфальт безопасны для окружающей среды. Позднее уже в 80-90-х годах с увеличением добычи углеводородов выросла и добыча серы как продукта, сопутствующего нефти и газу. Поиск новых направлений (областей) методов использования серы стали вести крупные нефтяные и газовые компании. В результате появились новые разработки по производству и применению бетона и асфальта на основе серного вяжущего. Уже тогда были выявлены его преимущества по отношению к традиционному бетону на основе портландцемента. Позже экспериментально было установлено, что предпочтительно использование модифицированной серы. Свойства серобетона является следствием его внутренней структуры, которая довольно подробно была изучена североамериканскими учеными. Сера без добавления наполнителя представляет собой вещество с гомогенной структурой, что означает плотное расположение молекул относительно друг друга. Присутствие наполнителя приводит к тому, что молекулы серы «скрепляют» молекулы наполнителя и заполняют внутренние пространства получаемого вещества таким образом, что пористость становится почти незаметной (даже под микроскопом). Низкая пористость серобетона во многом обусловила сферы его применения. Это касается использования серобетона как основного материала для сооружения хранилищ отходов, коллекторов и очистительных установок сточных вод, свай, труб, канализационных лотков, различных сборных конструкций, словом, всех подземных инженерных коммуникации, а так же морских сооружений и плотин.

Основными преимуществами серобетона перед обычным являются его более высокие прочностные характеристики (на сжатие и на изгиб), возможность этого материала работать на растяжение, высокая химическая (коррозийная) стойкость, низкое водопоглощение, водонепроницаемость, морозостойкость, быстрый набор прочности, отвердение на морозе, возможность вторичной переработки, незначительная усадка.

При этом по себестоимости обычный бетон и серобетон приблизительно равны, но изготовление серобетона возможно даже на мелких песках (обычный бетон просто развалится на таком песке либо потребует громадного перерасхода вяжущего вещества). И если традиционные бетоны как минимум трехкомпонентные, то серобетон состоит из двух: сера и любой из наполнителей.

Однако необходимо отметить, что свойства серобетона в большей степени, нежели в случае с цементным бетоном, зависят от точного соблюдения и контроля технологического процесса и контроля качества входного сырья и на всех этапах производства. В настоящее время строительные материалы на основе серы в нашей стране производятся небольшими фирмами, как правило, в кустарных условиях. Эти производства могут нанести серьезный ущерб имиджу материалов на основе серы. В результате дилетантского подхода и отсутствию сверхточного оборудования, способного регулировать нагрев смеси в пределах плюс-минус один градус, «кустарные» серобетоны могут достигнув температуры 150 градусов выделять сероводород и сернистый ангидрид – газы, которые обладают нервно-паралитическим действием и представляют угрозу человеку. Поэтому особую актуальность приобретает создание производств, которые могут выпускать большие объемы серобетона в строгом соответствии с обязательными технологическими стандартами.

Производя серобетон, асфальтобетонный завод может быть загружен на работой круглогодично.

Сравнительная характеристика свойств серного
и портландцементного бетонов

Типовые результаты физических испытаний

Сероасфальт и серобетон – необычное применение отходов газо- и нефтедобычи

Как появился серобетон?

В 2017 г. Россия удерживает место в первой тройке стран по нефте- и газодобыче. Весь объем добычи этих углеводородов, важных для жизни современного общества проходит обязательную очистку от растворенной в них серы. И сотни тысяч тонн этого вещества были отходами этого производства. В природном газе в 1 куб. м содержится около 6 – 8 гр. серы, в нефти – от 1,5 до 7 % от всей массы. Поэтому в РФ каждый год попутно «добывается» до 500 – 550 тыс. тонн серы. И это количество продолжает увеличиваться.

Во второй половине прошлого века ведущие американские компании по добыче нефти и газа в результате проведенных исследований пришли к выводу, что введение серы в обычные бетонные и асфальтобетонные смеси вреда человеку и природе не наносит. Наоборот, улучшает качественные показатели практически всех видов бетонов.

И эти результаты сразу вошли в патенты на изобретения:

1977 г. – «Производство серобетона»;

1980 г. – «Серобетон, раствор и похожие материалы»;

1983 г. – «Модифицированный серный цемент»;

1991 г. – «Гранулированный и модифицированный серобетон» и мн. др.

Но серу просто добавлять в бетонные или асфальтные смеси нельзя. Причины этого:

Хрупкость – куски серы легко крошатся уже при небольшом давлении, также будет крошиться и бетон.

Горючесть – но только в присутствии пламени и пр.

Качественный бетон можно получить только модифицировав серу. Для этого используют разные виды модификаторов. Например, один из них – полимерный дициклопентадин – снижает пожароопасность серы.

Уход за уложенным в опалубку серобетоном много проще, чем за обычным бетоном. После укладки, пока смесь не застыла ее нужно утрамбовать. Для этого используется трамбовка или обычный вибратор. После остывания смеси дальше ее уплотнять нет необходимости. Как ухаживают за традиционным бетоном описано тут.

Для модификации серы используют 4 группы добавок:

Антипирены – повышают пожарную стойкость и снижают горючесть.

Антисептики – увеличивают стойкость к биологическому воздействию.

Пластификаторы – снижают хрупкость, замедляют скорость кристаллизации.

Стабилизаторы – увеличивают стойкость к внешним условиям, в основном к атмосферным.

Модифицированная сера получила название серополимерное вяжущее (СПВ) или сероцемент.

Производство серобетонных смесей

В 1970-х стало ясно, что производство смесей возможно на традиционных асфальтовых заводах и почти по той же технологии.

Оборудование для производства серобетона и сероасфальта может быть как стационарным, так и мобильным – завод может переехать на другую строительную площадку.

Как и в традиционном процессе, главный его элемент – бетоносмеситель. От обычных он отличается подогревом смеси до достаточно высокой температуры около 140 – 180 градусов.

Еще одно отличие – полный отказ от использования воды, а это значит, что работы можно вести в морозы.

Серобетоны без проблем укладываются также в самую сильную жару. О проблемах работы в этих условиях с обычным бетоном читайте здесь.

Некоторые разновидности серобетона

Серобетон относится к группе геополимерных бетонов. Разновидностей этого материала так же много, как и видов бетона. Некоторые из них:

серобетон гидрофобный, т. е. отталкивающий воду, применяется для фундаментов в условиях «мокрых грунтов»;

пеносеробетон – химически стойкий ячеистый бетон с малой теплопроводностью;

серобетон ускоренного набора номинальной прочности – от нескольких минут до часов;

морозостойкость бетона при 100% влажности – увеличена на 500 – 600%, т. е. в 5 – 6 раз и т. д.

Одним из применений сероцемента является пропитка пористых строительных материалов с резким повышением их основных свойств.

Серобетонные растворы прекрасно работают при ремонте сколов, трещин, частичного разрушения железобетонных конструкций в гидротехнике.

Высокая адгезия дает возможность применять их практически со всеми видам материалов, используемых в строительстве.

Отработавшие или забракованные серобетонные изделия могут быть многократно полностью переработаны на новое использовании. Их дробят и засыпают в «серобетономешалку», после чего из смеси формуют новое изделие.

Модификаторы серы и серу можно добавлять прямо в процессе перемешивания бетонной смеси.

К недостаткам серного бетона можно отнести жесткие требования к технологии производства, а также поддержание раствора при температуре 140 ºС. Но это пока. Работы в этом направлении продолжаются.

Характеристики и применение серобетона

Еще во второй половине 20 века в ходе исследований удалось выяснить, что добавление серы в бетон и асфальтобетон придает готовым конструкциям лучшие характеристики, не неся никакого вреда человеку. Благодаря этому появился серобетон (также его называют сероасфальтом, сероцементом). Это композитный строительный материал, применимый в самых разных сферах.

Особенности состава серобетона

Основу серобетона составляют инертные наполнители, а также заполнители, которые выполняют роль надежного структурного каркаса. В качестве вяжущего используется техническая сера. По сути, сера представляет собой термопласт, поэтому и бетон, изготовленный с ее добавлением, также можно назвать термопластовым.

Однако просто так вводить серу в бетонный раствор нельзя по нескольким причинам:

• Из-за повышенной хрупкости твердой серы. Она начинает крошиться даже при незначительном давлении. А значит и готовый бетон будет получаться хрупким.
• Из-за горючести материала. Однако такие свойства появляются у серы только при непосредственном контакте с огнем.

Поэтому для строительных смесей может использоваться только модифицированная сера. Есть несколько методов ее модификации:

• Физическая. В состав вводят структурообразующие заполнители.
• Температурная. Сера подвергается фазовым изменениям свойств в ходе повышения и понижения температурного режима.
• Химическая. В расплавленную серу добавляются стабилизаторы, а также пластификаторы.

Чаще всего применяется именно химический метод модифицирования. Благодаря присадкам можно регулировать свойства жидких смесей и задавать необходимые характеристики, которыми будут обладать бетоны после затвердевания.

Полезно! Серобетон должен соответствовать ГОСТ 25246-82, в котором говорится о химически устойчивых бетонах.

В состав серобетона можно добавлять 4 типа присадок:

• Антипирены. Необходимы для снижения горючести.
• Антисептики. Защищают смесь от биологического воздействия.
• Пластификаторы. Значительно снижают параметры хрупкости, предотвращают процесс кристаллизации серы.
• Стабилизаторы. Позволяют увеличить устойчивость материала к атмосферным изменениям.

Благодаря таким добавкам можно создавать разные типы строительного материала.

Виды серобетона и типы заполнителя

Разновидностей серобетона не меньше, чем у классического бетона. Наибольшей популярностью пользуются следующие виды:

• Гидрофобный серобетон. Хорошо отталкивает воду, благодаря чему часто применяется при монтаже фундаментов на «мокрых грунтах».
• Пеносеробетон. Разновидность ячеистого бетона с повышенной химической стойкостью и пониженной теплопроводностью.
• Серобетон быстро твердеющий. Для достижения номинальных прочностных характеристик требуется от 2-3 минут до 2-3 часов.

На показатели серобетона и сферу его применения оказывает влияние и тип выбранного заполнителя. Чаще всего в качестве крупного заполнителя в сероцемент добавляют щебень размером до 40 мм. Если необходимо создать особо тяжелую смесь, то добавляется металлическая стружка (также можно использовать свинцовую дробь). В процессе производства легких бетонов требуются пористые заполнители, которые отвечают стандартам ГОСТ 32496-2013. К ним можно отнести керамзитовый или шунгизитовый гравий, различные шлаки, а также аглопоритовый щебень. Природный кварцевый песок (обогащенный, фракционированный, дробленный) применяется в виде мелкозернистого заполнителя.

Также в качестве заполнителя может использоваться фибра, когда требуется армирование серобетона. Для изготовления фибросеробетона применимо волокно любого типа. Его в составе должно быть около 5-7% от объема серы. В качестве фибры подойдет стеклянное, полиэфирное и другое волокно. В итоге можно создавать высокопрочные конструкции, которые по своим характеристикам будут превосходить обычный бетон.

Характеристики серобетона и сравнение с цементным бетоном

При температуре от +15 до +20 градусов сера является твердым кристаллическим веществом с низкой электро- и теплопроводностью. Она не способна растворяться в воде. При этом сера может создавать связи почти со всеми элементами органического и неорганического типа. Она плавится при +120 градусах, а если повысить температуру до +445 градусов, то только в этом случае сера начнет кипеть.

Если сравнивать характеристики серобетона и обычных строительных смесей, то получается, что:

• Прочность на сжатие у серобетона доходит до 102 МПа, тогда как у цементного бетона максимальный показатель составляет 40 МПа.
• Предел прочности у смесей с добавлением серы в 5,5 раз выше (22 МПа).
• Прочность на сгиб у обычного бетона составляет не более 7,5 МПа, а у серобетона доходит до 30 МПа.
• Время набора прочности у обычных бетонов составляет 28 дней. Серобетону требуется максимум несколько дней.
• Серобетон обладает более низкой теплопроводностью.
• У цементного бетона довольно низкий показатель химической стойкости. Если же используется добавка в виде серы, то материал приобретает необходимую устойчивость.

Также серобетон на 100% водонепроницаем, поэтому даже при абсолютной влажности, морозостойкость конструкции повышается на 500-600%. Поэтому не удивительно, что такие более современные составы обладают огромным количеством плюсов.

Преимущества серобетона

Помимо очевидного превосходства перед обычными бетонами и отличных характеристик, стоит выделить:

• низкую цену состава;
• переработку конструкций из серобетона для вторичного использования;
• устойчивость даже к очень агрессивным средам;
• возможность быстрого набора прочности даже при условии низких температур;
• повышенную износостойкость.

Полезно! Серобетон по диэлектрическим характеристикам часто используется вместо полимербетонов, так как его стоимость в 3-4 раза ниже.

Но есть и свои недостатки. Например, приготовить серобетон в домашних условиях очень сложно, так как для смеси серу придется расплавить при температуре более +140 градусов. Для производства материала требуются установки, стоимость которых может доходить до 12 миллионов рублей. Оборудование также будет обеспечивать безопасное производство, так как в процессе выделяется сероводород.

Сфера применения

Обычно серобетон используется в тех сферах, где нужны высокопрочные конструкции или покрытия, которые быстро набирают прочность. Поэтому данная разновидность бетона получила широкое распространение при монтаже:

• Сборных бетонных конструкций, таких как бордюры, плиты фундамента, шпалы, столбы ЛЭП и прочее.
• Дорожных покрытий разного типа, включая площадки аэропортов или дороги в зонах с низким температурным режимом. Так как серобетон химически устойчив, он не разрушается от используемых реагентов и прочих соединений, присутствующих на таких покрытиях.

• Подземных конструкций. Например, серобетон отлично подходит для строительства свайных фундаментов, ограждений, тоннелей, стен в опускных колодцах. Также строительный материал используется при возведении заглубленных конструкций, таких как хранилища сыпучих материалов негорючего типа.
• Труб самотечных или напорных канализаций, трубопроводов. При этом по ним могут идти не только обычные, но и токсичные сточные воды.
• Полов в складских, промышленных и других сооружениях.
• Кровель (верхнего перекрытия), уклон которых может доходить до 2,5%. При этом серобетон может использоваться для построек любого типа и назначения.
• Несущих и ограждающих конструкций с классом огнестойкости V.
• Различных типов покрытий (плит, настилов, рам, прогонов).

Также этот строительный материал широко применяется при необходимости утилизации отходов. Молекулы серобетона способны буквально цементировать или запирать частицы различных радиоактивных отходов. Поэтому именно этот материал используется для их захоронения. В составе некоторых металлов есть оксиды, которые активно взаимодействуют с модифицированной серой и за счет этого не проникают в окружающую среду. Таким образом при помощи серобетона может осуществляться утилизация кадмия, ртути и других опасных веществ.

Также при помощи этого материала выполняется пропитка высокопористых бетонов с целью усовершенствования их свойств. Серобетон можно использовать при ремонте трещин и других дефектов в готовых изделиях и конструкциях. Но для каждой сферы применения необходимо правильно подобрать состав, так как серный бетон тоже бывает тяжелым, легким и других типов.

Маркировка серобетона

При проектировании объектов необходимо четко понимать, какими характеристиками будет обладать готовая конструкция. Если учесть среднюю плотность композитного материала, то он может быть нескольких категорий:

• Особо тяжелый серобетон. Плотность материала составляет более 2,8 г/см 3 . У таких составов может быть марка D2500 или больше. Также на таких смесях должна указываться классификация СбС О.
• Тяжелый (СбС Т). Плотность состава должна быть в пределах 1,8-2,8 г/см 3 . Маркируется D2000-D
• Легкий (СбС Л). Показатель плотности менее 1,8 г/см 3 . Соответственно и маркировка будет от D800 до D

Полезно! Подробнее о классификации серобетона и технических нормах его применения можно также прочитать в ПНСТ 105-2016.

Также материал классифицируется по удобоукладываемости. Соответственно должна быть указана группа подвижности, индекс прочности и иногда уровень морозостойкости. Исходя из этого серобетон маркируется:

• Ж – жесткий;
• П – подвижный;
• Л – литой.

По классу прочности сероцемент может быть:

• прочным (маркируется от В10 до В60);
• высокопрочным (маркировка более В60).

Предположим речь идет о подвижной смеси, которая будет использоваться для производства тяжелого бетона с классом прочности В25, морозостойкостью F2200 и классом водонепроницаемости W4. В этом случае маркировка будет следующей: СбС Т-П-В25 F2200 W4.

Официальный сайт ООО НПП «ПромСпецМаш» — SeroBeton.com
+7 (961) 131-44-84

Серобетонные смеси и изделия на их основе

В рамках деятельности организации ведутся следующие работы в сфере разработки серобетона и номенклатурных изделий из него:

• оздание банка рецептур серобетона на основе минералогической базы различных регионов РФ.
• Подбор составов серобетонов для использования в различных отраслях промышленности: атомной (утилизация), гидротехнические сооружения и.т.д.
• Инженерно-технические разработки по проектированию специализированного оборудования для производства номенклатурных изделий из серобетона.

Области применения серного бетона

Физико-механические свойства серобетона

Серьезной проблемой, связанной с обеспечением надежности и долговечности строительных конструкций, является обеспечение высоких параметров морозостойкости, водостойкости и коррозионной стойкости бетонных изделий и конструкций, прежде всего работающих в условиях знакопеременных температур, а также под действием агрессивных сред.

Проблема долговечности бетонных покрытий особенно актуальна для строительных конструкций, применяемых в транспортом, гидротехническом, мелиоративном строительстве, а также изделий и конструкций, используемых при прокладке различных инженерных коммуникаций. Длительный набор прочности бетоном на основе портландцементного вяжущего (в течение 28 суток) часто создает серьезные проблемы с эксплуатацией отремонтированных участков дорог.

Замена портландцемента при производстве бетона ан полимерные вяжущие значительно повышают строительно-технические свойства материала, и прежде всего его морозостойкость и коррозионную устойчивость.

Серобетон характеризуется высокой стойкостью в кислых (в которых традиционных цементобетон быстро разрушается) и основных средах. Серобетон в соответствии с ГОСТ 25246-82 «Бетоны химически стойкие. Технические условия» следует относить к высокостойким бетонам. По диэлектрическим показателям серобетон не уступает большинству видов полимербетонов. Поэтому серобетон может применяться наравне с полимербетонами, но имея при этом существенно (в 3 и более раза) меньшую стоимость.

Серобетонные смеси и изделия на их основе

Серобетонные изделия и конструкции обеспечивают надежную долговечную работу в условиях попеременного замораживания и оттаивания, агрессивного воздействия, в том числе со стороны применяемых противогололедных реагентов.

Экспериментальные образцы из серобетона произведенные на ООО НПП «ПромСпецМаш»

Наиболее перспективны серобетоны для изготовления конструкций, в период эксплуатации которых предъявляются повышенные требования по стойкости к агрессивным средам, морозо- и атмосферостойкости, водонепроницаемости. К таким конструкциям относятся: элементы дорожных покрытий (тротуарные плиты, бортовые камни, дорожные ограждения), конструкции, подверженные солевой агрессии (полы, сливные лотки, фундаменты), инженерные сооружения (элементы коллекторов, трубы, элементы смотровых колодцев, элементы очистных сооружений и др.).

Высокое качество изделий, простота технологии получения, а также низкая стоимость расходуемых материалов позволяют серобетонам быть конкурентно способными по отношению к строительным материалам на традиционных вяжущих материалах.

Бордюрный камень

Бордюрный камень изготовленный с применением модифицированной серы

Водоотливные (водоотводные) лотки

Водоотливные (водоотводные) лотки изготовленные с применением модифицированной серы

ФБС (Фундаментные блоки)

ФБС (Фундаментные блоки) из серобетона

Тротуарная плитка

Тротуарная плитка изготовленная с применением модифицированной серы

Отбойники

Отбойники дорожные из серобетона

Утяжелители для трубопроводов

Утяжелители для трубопроводов изготовленные из серобетона

Опубликовал: Маресьев Игорь Александрович

Контент-менеджер Пресс-Центра ООО НПП «ПромСпецМаш»

Тонны серобетона

13 марта 2014
Материал опубликован в № 1–2 корпоративного журнала «Газпром»

«Газпром» выходит на рынок строительных материалов

Ценность и экономическая эффективность инноваций неизменно возрастают, когда благодаря их использованию удается одновременно решить сразу несколько задач. Таким примером является проект «Газпрома» по разработке и внедрению производства серного модифицированного вяжущего (СМВ), а также материалов и конструкций на его основе. Реализация этого проекта позволит «Газпрому» преодолеть производственные трудности, возникающие при добыче газа на высокосернистых месторождениях, параллельно обеспечив создание и развитие в России новой перспективной подотрасли, связанной с производством стройматериалов.

Сера в дорогах

О комплексном эффекте нового газпромовского инновационного проекта рассказал Председатель Правления компании Алексей Миллер на заседании Президиума Совета при Президенте России по модернизации экономики и инновационному развитию 17 мая 2013 года. Он пояснил, что «основным сдерживающим фактором увеличения добычи на Астраханском и Оренбургском месторождениях является значительное количество выделяемой из газа серы в условиях ограниченного спроса на нее на внешних рынках и на внутреннем рынке. В наших институтах разработаны технологии модификации асфальта на основе серы, которые позволяют увеличить прочность и пластичность асфальта, увеличить межремонтные сроки дорог до 5–7 лет со значительным экономическим эффектом для дорожного строительства… эта технология могла бы, на наш взгляд, дать тройной эффект. Во-первых, снизить экологическую нагрузку в Астрахани и Оренбурге, где накоплены очень большие объемы серы. Во-вторых, повысить рентабельность добычи газа на этих месторождениях. И, в-третьих, существенно улучшить качество дорог, особенно в регионах с резкими перепадами температуры, а также удешевить строительство дорог».

Метод модифицирования битума серой сам по себе не новый и получил первое промышленное использование еще 100 лет назад, однако масштабные работы в этом направлении в нашей стране и за рубежом начались только в 1970-е годы. В 1986 году в СССР была даже выпущена «Инструкция по применению добавок серы в горячих асфальтобетонных смесях». В связи с известными событиями дальнейшее развитие этих проектов в России застопорилось и до практического воплощения они не дошли, но эстафету подхватил «Газпром». В 1998 году «Газпром ВНИИГАЗ» начал исследования по использованию серы в дорожном строительстве, а впервые сероасфальтобетон был уложен в октябре — декабре 2002 года при ремонте дорожного покрытия моста в Крылатском. Работы проводились в экстремальных условиях (дождь, снег, минусовые температуры), а заключительная их часть — при температуре ниже минус 20 градусов, когда укладка обычного асфальтобетона фактически невозможна. В июне 2010 года сероасфальтобетон был положен на участке 50–51 км МКАД, на что потребовалось 558 т материала. Участок благополучно выдержал даже экстремальную летнюю жару. Таким образом, опытным путем было подтверждено качественное превосходство сероасфальта, который изготавливается путем добавления в битум СМВ, перед традиционным дорожным покрытием.

В настоящее время преимущество использования СМВ в дорожном строительстве сомнений не вызывает, и не случайно на упомянутом выше заседании Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев поручил Министерству транспорта проработать с «Газпромом» вопрос о реализации в регионах с разным температурным режимом ряда пилотных проектов строительства дорог из сероасфальтобетона.

Материал повышенной прочности

В то же время надо отметить, что при всех достоинствах сероасфальтобетона его производство даже в промышленных масштабах не решает ключевой для «Газпрома» проблемы — перепроизводства серы при добыче газа на Астраханском и Оренбургском месторождениях. Объемы «лишней» серы, то есть той, которую невозможно реализовать, достигают 2–3 млн т в год, а в случае роста добычи на обоих месторождениях эта цифра станет еще больше. И даже если весь асфальтобетон, производимый в России, будет наполнен СМВ, на его изготовление уйдет лишь около 100–200 тыс. т серы в год. Это обусловлено тем, что процент содержания самой серы в сероасфальтобетоне крайне невелик. Как показывают исследования, содержание 40% серы является границей ее положительного влияния на свойства серного битумного вяжущего (обычная дозировка — от 10 до 30%), при этом сама доля такого вяжущего в общей консистенции асфальтобетона составляет максимум 7% (обычно 5–6%).

Учитывая этот фактор, «Газпром» параллельно с производством сероасфальтобетона намерен заняться и выпуском серобетона для строительных целей в рамках единой программы «Создание и развитие подотрасли промышленности строительных и дорожно-строительных материалов на основе серного вяжущего». Разработчиком и исполнителем программы является ООО «Газпром сера» — оператор «Газпрома» по реализации этого вида продукции. Реализация программы также направлена на достижение комплексного эффекта, позволяющего решить и чисто газпромовские задачи, и многие проблемы отечественной стройиндустрии.

Такого рода перспективы связаны с особенностями производства и применения серобетона. Как уже отмечалось, доля 16-го элемента в сероасфальте невелика. Иное дело — серобетон. Здесь сера является главным структурообразующим материалом, основным вяжущим элементом, заменяющим цемент. Ее доля в вяжущем веществе составляет свыше 90%. В настоящее время в России производится порядка 60 млн т цемента. Если стройматериалы из серы закроют хотя бы 10% рынка, то в производство будет вовлечено свыше 5 млн т этого элемента, что позволит полностью справиться с проблемой имеющегося на сегодняшний день переизбытка серы и увеличить добычу газа на высокосернистых месторождения, причем не только газпромовских.

При этом для отечественной стройиндустрии плюсы также очевидны. Помимо увеличения физических объемов выпуска стройматериалов в условиях постоянно растущего спроса на них, использование серобетона в строительной отрасли существенно повысит надежность возводимых из него объектов. Основными преимуществами серобетона в сравнении с обычным являются: быстрый набор прочности, ее сохранение и более высокие прочностные характеристики (на сжатие и на изгиб), возможность этого материала эффективно работать на растяжение, высокая химическая (коррозийная) стойкость, стойкость в кислых и солевых средах и морозостойкость, в несколько раз превосходящая традиционный бетон. К этим характеристикам можно добавить низкую теплопроводность и низкое водопоглощение, водонепроницаемость, отвердение на морозе, возможность вторичной переработки, незначительную усадку и высокую адгезию (эффект сцепления поверхностей разнородных тел). Здесь, как и в случае с сероасфальтом, мы видим, что серобетон дает фору своему собрату из портландцемента (далее цемента) в отношении более высокой надежности сделанных из него конструкций, а также проведения самих работ. Обычный бетон нельзя класть на морозе (либо его надо специально разогревать), тогда как серобетон отвердевает при любой температуре в диапазоне от плюс 40 до минус 40.

Свойства серобетона являются следствием его внутренней структуры, которая довольно подробно изучена североамериканскими учеными. Сера без добавления наполнителя представляет собой вещество с гомогенной структурой, что означает плотное расположение молекул относительно друг друга. Присутствие наполнителя приводит к тому, что молекулы серы «скрепляют» молекулы наполнителя и заполняют внутренние пространства получаемого вещества таким образом, что пористость становится почти незаметной (даже под микроскопом).

Низкая пористость серобетона во многом обусловила сферы его применения. Это касается использования серобетона как основного материала для хранилищ отходов, коллекторов сточных вод, очистительных установок, свай, труб, канализационных лотков, различных сборных конструкций, словом, всех подземных инженерных коммуникаций, а также морских сооружений и плотин. Для газовой промышленности серобетон также может быть интересен, являясь идеальным материалом для строительства пригрузов (утяжелителей бетонных охватывающих, УБО) для газопроводов, дорожных плит и свай, которые используются при обустройстве месторождений, и т. д.

Стоит добавить, что серобетон удобен и в изготовлении. Любой, кому хотя бы раз приходилось делать строительный раствор, знает, что требуется три компонента: цемент, песок и вода. Для приготовления серобетона вода не нужна, да и песок можно использовать практически любой. Если в случае с цементом требуется песок, крупность которого должна быть 2,4, то для серобетона этот показатель может быть меньше 1. Иными словами, для серобетона годятся пылеватые пески, по сути дела барханные, а вот обычный бетон на таком песке развалится. Выходит, что качественные конструкции или сооружения можно производить на местных материалах.

Астрахань ждет ОПП

Однако необходимо отметить, что свойства серобетона в большей степени, нежели в случае с цементным бетоном, зависят от соблюдения технологического процесса и контроля качества входного сырья на всех этапах производства. В настоящее время строительные материалы на основе серы в нашей стране производятся небольшими фирмами, как правило, в кустарных условиях. Эти производства могут подпортить репутацию материалов на основе серы. В результате такого дилетантского подхода и отсутствия точного оборудования, способного регулировать нагрев смеси в пределах плюс-минус 1 градус, «кустарные» серобетоны могут, достигнув температуры 150 градусов, выделять сероводород и сернистый ангидрид — газы, которые обладают нервно-паралитическим действием и представляют угрозу для человека. Поэтому особую актуальность приобретает создание производств, которые могут выпускать большие объемы серобетона в строгом соответствии с технологическими стандартами.

Именно в этом направлении сейчас и двигается «Газпром сера». На первом этапе стоит задача создания функционального комплекса опытно-промышленного производства (ОПП). На его базе будут выполняться: разработка составов и производство СМВ, смесей серобетонов и сероасфальтов, отработка технологий производства материалов и конструкций на основе серы, проектирование и промышленные испытания конструкций, материалов, машин, оборудования. Сотрудниками предприятия в настоящее время осуществляются НИОКР и разработка нормативно-технической документации, касающейся производства новых видов продукции, а также планируется обучение специалистов, которые в дальнейшем будут задействованы в производстве материалов и конструкций из серы. Словом, это будет научно-исследовательский и образовательный центр, испытательный полигон и производственное предприятие в одном лице. По словам заместителя начальника Департамента маркетинга, переработки газа и жидких углеводородов ОАО «Газпром», генерального директора «Газпром сера» Марата Гараева, «ОПП предполагается оснастить новейшим оборудованием на основе экологически безвредных и безлюдных технологий. Основными видами выпускаемой и реализуемой продукции станут СМВ в гранулированном виде (сейчас разработчики ориентируются на объемы порядка 120 тыс. т в год, которые со временем могут быть увеличены), серобетонные и сероасфальтовые смеси, плиты для покрытия временных и постоянных дорог, сваи квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой, охватывающие утяжелители газопроводов. Все виды конструкций будут изготавливаться строго в соответствии с ГОСТом».

К настоящему времени специалисты «Газпром серы» совместно с институтом «ЛЕННИИГИПРОХИМ» подготовили ТЭО, обоснование инвестиций и основные технические решения по каждому из производств. В ближайшее время должен пройти конкурс по выбору проектировщика предприятия. Проектирование и выход на площадку строительства должны быть завершены в текущем году, а ввод в эксплуатацию предприятия ожидается в 2016-м. Местом его дислокации намечена Астрахань, в перспективе предполагается появления таких предприятий и в Оренбурге.

Это будет следующий этап программы — развитие сети производителей серосодержащих материалов и изделий из них. На этой стадии потребуется государственная поддержка. Основная помощь, которую могли бы оказать органы власти, — это включение проекта по использованию серы в народном хозяйстве в федеральную целевую программу. Это позволит участникам программы привлекать кредиты на льготных условиях, а признание серосодержащих материалов инновационными даст возможность их производителям получить налоговые послабления. Эта тема была обсуждена на встрече генерального директора «Газпром сера» Марата Гараева и заместителя министра экономического развития РФ Андрея Клепача 21 августа 2013 года, по итогам которой в текущем году можно будет ожидать положительного результата.

Николай Хренков

Справка

Серное модифицированное вяжущее (СМВ) — это минеральное термопластическое вещество, изготовленное из технической серы и модификатора. Способ его получения включает в себя расплавление серы в среде двуокиси углерода, нагревание расплава до температуры 135–140 °С и добавление в него модификатора в виде ненасыщенных органических соединений (олефиновых углеводородов), в частности, дициклопентадиена, в пропорции 93–98% — сера, 2–7% — модификатор. Добавление модификаторов позволяет регулировать свойства серы — снижать температуру плавления, замедлять кристаллизацию, улучшать совместимость с наполнителями. В итоге полученное таким образом вещество становится прочным (не ломается, не рвется) и пластичным.

Серобетон — это композиционный строительный материал, в состав которого входит серное вяжущее, инертные заполнители и наполнители. Спектр применения инертных заполнителей и наполнителей широк. В этом качестве могут использоваться щебень, песок, гравий, металлургические шлаки и прочие породы, применяемые для традиционного бетона.

Серобетон начали активно исследовать в Северной Америке в 70-х годах ХХ века, когда было доказано, что серобетон и сероасфальт безопасны для окружающей среды. Позднее, уже в 1980–1990-х годах, с увеличением добычи углеводородов выросла и добыча серы как продукта, сопутствующего нефти и газу. Поиск новых методов использования серы стали вести крупные нефтяные и газовые компании. В результате появились новые разработки по производству и применению бетона и асфальта на основе серного вяжущего. Уже тогда были выявлены его преимущества по отношению к традиционному бетону на основе портландцемента. Позже экспериментально было установлено, что предпочтительно использование модифицированной серы.

Серобетон, свойства, преимущества и применение

Серобетон, свойства, преимущества и применение.

По сравнению с обычным бетоном серобетон обладает целым рядом преимуществ: высокой прочностью (на сжатие и на изгиб), возможностью работать на растяжение, высокой коррозионной, химической и биологической стойкостью, низким водопоглощением, высокой морозостойкостью, быстрым набором прочности, способностью твердеть на морозе, возможность повторного использования, низкой ценой.

Серобетон:

Серобетон – искусственный камневидный материал , представляющий собой затвердевшую серобетонную смесь. По составу серобетон – композиционный материал, в состав которого входит серное вяжущее и инертные наполнители. Спектр применяемых инертных наполнителей и наполнителей широк. В этом качестве могут использоваться щебень, песок, гравий, металлургические шлаки и прочие породы также применяемые для традиционного бетона .

Свойства серобетона являются следствием его внутренней структуры. Сера без добавления наполнителя представляет собой вещество с гомогенной структурой, что означает плотное расположение молекул относительно друг друга. Присутствие наполнителя приводит к тому, что молекулы серы «скрепляют» молекулы наполнителя и заполняют внутренние пространства получаемого вещества таким образом, что пористость становится почти незаметной (даже под микроскопом). Низкая пористость серобетона во многом обусловила сферы его применения. Это касается использования серобетона как основного материала для сооружения хранилищ отходов, коллекторов и очистительных установок сточных вод, свай , труб , канализационных лотков, различных сборных конструкций, словом, всех подземных инженерных коммуникации, а так же морских сооружений и плотин.

По себестоимости обычный бетон и серобетон приблизительно равны, но изготовление серобетона возможно даже на мелких песках (обычный бетон просто развалится на таком песке либо потребует громадного перерасхода вяжущего вещества). И если традиционные бетоны как минимум трехкомпонентные, то серобетон состоит из двух: сера и любой из наполнителей.

Однако необходимо отметить, что свойства серобетона в большей степени, нежели в случае с цементным бетоном, зависят от точного соблюдения и контроля технологического процесса и контроля качества входного сырья и на всех этапах производства. Серобетон экологически безопасен при соблюдении температурного режима приготовления – до 150 0 С. При температуре свыше 150 0 С происходит эмиссия сероводорода и диоксида серы как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации изделия.

Преимущества серобетона перед обычным бетоном:

– высокая прочность (на сжатие и на изгиб),

– возможность этого материала работать на растяжение,

– высокая коррозионная, химическая и биологическая стойкость,

– низкое водопоглощение,

– высокая морозостойкость,

– быстрый набор прочности,

– способность твердеть на морозе,

– возможность повторного использования (вторичной переработки),

– незначительная усадка,

– низкая цена.

Сравнение характеристик серобетона с цементобетоном:

Применение серобетона:

– в конструкциях зданий и сооружений, в период эксплуатации которых предъявляются повышенные требования по стойкости к агрессивным средам, морозо- и атмосферостойкости, непроницаемости, износостойкости (в т.ч. элементы дорожных покрытий: плиты, тротуарные плитки, торцовые шашки, бортовые камни, дорожные ограждения; конструкции, подверженные солевой агрессии: полы, сливные лотки, фундаменты; инженерных сооружений: коллекторные кольца, канализационные трубы, очистные сооружения),

– в промышленных, сель­скохозяйственных, складских сооружениях как для сыпучих, так и жидких материалов.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com.

ооо инжиниринг астрахань серобетон
производство серобетона и сероасфальта
серобетон википедия купить недостатки производство

Серный бетон: характеристики и применение

Серный бетон

Сера – один из самых распространенных материалов на Земле. Поэтому вопрос использования ее в строительстве был предрешен. Надо было только придумать как. Особенно актуальным этот вопрос стал в связи с бурным развитием нефтехимической отрасли, где сера является отходом производства и ее нужно как-то утилизировать. И придумали. Использовать серу в качестве связующего вещества при производстве строительных материалов. Вяжущие свойства серы были известны давно, еще в XVII веке, а может и раньше. Тогда с ее помощью соединяли металл с камнем при производстве корабельных якорей. А с 70-х годов прошлого века сначала в США, а потом и в СССР сера стала активно изучаться на предмет применения ее в строительстве. Результаты получились весьма обнадеживающие.

Преимущества и недостатки серного бетона

Серобетон превзошел своего цементного собрата почти по всем показателям (за исключением термостойкости). Судите сами: по влагостойкости — на 20%, по кислотостойкости — в 3,5 раза, по морозоустойчивости – в 6 раз, по стойкости к истиранию – в 6 раз, по прочности на сжатие – в 2-3 раза, по прочности на изгиб – в 2 раза, по прочности на растяжение на 20…100%, по скорости набора прочности – в 80 раз. Добавим сюда еще, что формовка серобетона возможна и при отрицательных температурах. К недостаткам, помимо низкой стойкости к высоким температурам, можно отнести необходимость поддержания температуры раствора выше 140 грС (сера — термопластичный материал) и жесткие требования к точности соблюдения технологического процесса.

Состав серного бетона

Наполнителями для серобетона могут служить те же материалы, что и для цементного бетона: песок, гравий, щебенка, шлаки, керамзит, аглопорит и т.п. Исключение составляют материалы, боящиеся высокой температуры – пенополистирол, например. Серный цемент представляет из себя гранулы модифицированной серы, которую, для смешивания с наполнителями, нужно расплавить при температуре выше 140 грС. Наполнители также предварительно нагревают, чтобы они не остудили серу в момент смешивания. Вода не используется (какая уж тут вода при 140 грС), поэтому пористость серного бетона неразличима даже под микроскопом. Для повышения прочности используют стекловолоконную фибру в количестве до 5% от общей массы или ее аналоги.

Кислотоупорный бетон

Вяжущим для кислотоупорного бетона является жидкое стекло с полимерной добавкой. Для повышения плотности бетона вводят наполнители: кислотостойкие минеральные порошки, получаемые измельчением чистого кварцевого песка, базальта, андезита, диабаза и т.п. В качестве отвердителязаполнителя — кварцевый песок, щебень из кварцита, андезита, гранита и других стойких пород. После укладки с вибрированием бетон выдерживает не менее 10 сут на воздухе (без поливки) при 15-20°С. После отвердения рекомендуется поверхность бетона «окислить», т.е. смочить раствором соляной или серной кислот. Кислотоупорный бетон хорошо выдерживает действие концентрированных кислот; вода разрушает его за 5-10 лет, щелочные растворы разрушают быстрее. Кислотоупорный бетон применяют в качестве защитных слоев (футеровок) по металлу и железобетону. используют кремнефтористый натрий, в качестве

Способ получения серного цемента

Способ получения серного цемента

Изобретение относится к области производства композиционных материалов на основе серного цемента для изготовления строительных материалов и может быть использовано в промышленно-гражданском строительстве. Однородный раствор серы и модификатора обрабатывают вращающимся электромагнитным полем аппарата вихревого слоя В150К-01 при температуре 140-150oС в течение 5 — 20 с. Соотношение компонентов раствора, мас.%: сера 90 — 98; модификатор 2 — 10. В качестве модификатора используют нефтяной остаток, например мазут. Модификатор может быть использован без предварительной обработки или предварительно обработанный вращающимся электромагнитным полем при температуре 300 — 350oС в течение 10 — 60 с. Технический результат — интенсификация процесса получения серного цемента и упрощение технологии его производства. 1 с. и 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области производства композиционных материалов на основе серного цемента для изготовления строительных материалов и может быть использовано в промышленно-гражданском и дорожном строительстве.

Известен способ получения серного цемента (сополимерной или модифицированной серы) («Серополимерный бетон. Руководство по производству». Институт серы США. 1994 г.) путем химического взаимодействия серы с дициклопентадиеном (ДЦПД), приводящего к образованию сополимерной серы, состоящей из длинных цепочек полисульфидов. Реакция полимеризации серы с ДЦПД происходит при перемешивании серы и модификатора в интервале температур 130-149,5oC в течение 30-40 мин. Такой серый цемент, при горячем смешении с инертными составляющими, не образует серобетон, в котором имеется модифицированная сера. При отвердении образуется прочный серобетон, не реагирующий на изменения температуры и других воздействий окружающей среды.Недостатками известного способа являются длительность процесса и высокая токсичность ДЦПД. Предельно допустимая концентрация ДЦПД составляет 1 мг/м3 и, кроме того, ДЦПД взрыво-и пожароопасен. Наиболее близким аналогом к описанному способу (прототипом) является способ получения сополимерной серы (патент Великобритании N 1576515, МПК C 01 В 17/00), где в качестве модификатора используется олефиновый углеводородный полимерный материал, полученный из нефти. Способ заключается в перемешивании серы с химическим модификатором при температуре 130-149,5oC в течение 15-40 мин. Нарушение режима дозирования химического вещества или нагрева реактора и смеси выше 150oC приводит к экзотермической реакции. При этом происходит сильное выделение сероводорода, вспенивание смеси и ухудшение продукта. Особенно актуально вышеописанное в том случае, когда предлагается готовить концентрат, в котором химическое вещество предварительно реагирует с меньшим количеством серы, чем необходимо в готовой смеси. Для повышения огнестойкости серного цемента вводят добавки, например, 1,5,9 циклододекатриена или продукта реакции дифеноксифосфиновой кислоты с серой и метилстиролом.Недостатками данного способа являются сложность дозирования химических веществ, а также необходимость соблюдения температурного режима, поскольку передозировка добавок или перегрев реактора выше 150oC приводит к экзотермической реакции, что в свою очередь ведет к усиленному образованию и выделению сероводорода, вспениванию смеси и ухудшению качества продукта.Целью настоящего изобретения является интенсификация процесса получения серного цемента и упрощение технологии его производства.Поставленная цель достигается тем, что получение серного цемента осуществляют обработкой однородного раствора серы и модификатора вращающимся электромагнитным полем аппарата вихревого слоя В 150К-01 при температуре 140-150oC в течение 5-20 с. При этом соотношение компонентов раствора следующее, мас.%: Сера — 90-98 Модификатор — 2 — 10 Химическое взаимодействие серы с модификатором в аппарате вихревого слоя происходит без заметного увеличения теплового эффекта, что значительно упрощает технологию производства серного цемента и не приводит к выбросу вредных веществ, например сероводорода.В качестве модификатора могут быть использованы нефтяные остатки атмосферной перегонки парафинистых нефтей, а также остаток их вакуумной перегонки с плотностью близкой к 1000 кг/м3, иодным числом 0.7 мг на 100 г КОН, например мазут.Для повышения иодного числа (т.е. для увеличения содержания олефиновых углеводородов) модификатора перед смешением с серой нефтяной остаток предварительно обрабатывают при температуре 300-350oC в течение 10-60 с вращающимся электромагнитным полем в аппарате вихревого слоя В150К-01. При этом иодное число обработанного мазута увеличивается по сравнению с исходным в 2,5-5 раз. Использование нефтяного остатка в качестве модификатора обусловлено его химическим взаимодействием с серой, которое выражается в присоединении его к концам полимерной серы, насыщении ее связей, обрыве процесса полимеризации и стабилизации ее в этом состоянии. Такие условия создаются в аппарате вихревого слоя серии В150К-01, в рабочей зоне которого создается мощное вращающееся электромагнитное поле, которое подхватывает помещенные в ней ферромагнитные мелкие стержни (иголки), заставляя их вращаться. В результате взаимодействия поля с иголками генерируется ряд эффектов (магнитострикция, кавитация, электролиз, образование микродуги и др.), которые совместно с ударами иголок интенсифицируют проведение реакции серы с модификатором, разрывая мономолекулярные связи и стимулируя образование серного цемента.Качество полученного серного цемента оценивали по методике получения полимерной серы Казанского химико-технологического университета, где по разнице содержания общей серы, определяемой сжиганием навески в токе кислорода, и экстрагированной серы, определяемой экстракцией исходной навески гексаном, находили количество полимерной серы, которая и определяла свойства серного цемента.Пример 1.Используют газовую серу Астраханского газоконденсатного месторождения, имеющую следующую характеристику: Содержание серы, мас.% — 99,98 Количество золы, % — 0,02 Плотность, кг/м3 — 1860 Содержание сероводорода, мас.% — 0,001 Применяют модификатор, мазут — остаток атмосферной перегонки стабильного конденсата Астраханского газоконденсатного месторождения, предварительно пропущенный через аппарат вихревого слоя при температуре 300-350oC в течение 10-60 с. Модификатор имеет следующую характеристику: Плотность, кг/м3 — 899 — 960 Вязкость при 60oC сст — 33,2 — 40,5 Иодное число, мг на 100 г КОН — 1,86 — 3,50 Газовую серу в количестве 1800 г разогревают до температуры 140-150oC, вводят модификатор в количестве 2% от массы серы, разогретый также до 120-150oC, перемешивают в течение 1-2 мин до образования однородного раствора и помещают в капсулу аппарата вихревого слоя на 5 с. Полученный серный цемент разливают в формы и после охлаждения в течение суток анализируют на содержание полимерной серы.Содержание полимерной серы составляет 15%.Пример 2. Условия опыта аналогичны примеру 1. Вводимый модификатор составляет 5% от массы серы. Продолжительность пребывания серы в аппарате составляет 10 с.Содержание полимерной серы составляет 72%.Пример 3.Условия опыта аналогичны примеру 1. Вводимый модификатор составляет 10% от массы серы. Продолжительность пребывания смеси в аппарате составляет 20 с.Содержание полимерной серы составляет 21%.Таким образом, введение модификатора в количестве 2-10 мас.% и обработка смеси в аппарате под воздействием переменного электромагнитного поля в течение 5-20 с обеспечивают получение серного цемента с содержанием полимерной серы 15-72%, что является достаточным для получения высококачественных серных бетонов. Полученный серный цемент имеет следующую характеристику: Содержание полимерной серы, мас.% — 15-72 Плотность, кг/м3 — 1789 Содержание сероводорода, мас.% — Отсутствие и может без дополнительной переработки применяться в качестве вяжущего при изготовлении серобетонных изделий. Таким образом, предлагаемый способ получения серного цемента в аппарате вихревого слоя позволяет сократить продолжительность реакции по сравнению с прототипом более чем в 100 раз, что приводит к значительной экономии энергозатрат. Использование в качестве модификатора серы тяжелого остатка, представляющего собой сложную смесь высокомолекулярных соединений, позволяет получать качественный серный цемент без специальных дорогостоящих и дефицитных добавок, что также приводит к значительному удешевлению серного цемента и упрощению технологии его производства.

Формула изобретения
1. Способ получения серного цемента путем взаимодействия серы и модификатора на основе нефти при температуре 140 — 150oС, отличающийся тем, что на однородный раствор серы и модификатора в течение 5 — 2 с воздействуют вращающимся электромагнитным полем в аппарате вихревого слоя при следующем соотношении, мас.%: Сера — 90 — 98 Модификатор — 2 — 10 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модификатора используют модифицированный нефтяной остаток, например мазут, предварительно обработанный вращающимся электромагнитным полем.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обработку нефтяного остатка вращающимся электромагнитным полем проводят в течение 10 — 60 с при температуре 300 — 350oС.