Исследование модифицированного серного бетона для достижения промышленной устойчивости

Study of modified sulfur concrete to achieve industrial stability
Цитировать:
Исследование модифицированного серного бетона для достижения промышленной устойчивости // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Бекназаров Х.С. [и др.]. 2019. № 5 (62). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/7389 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В работе говорится об использовании модифицированной серы в качестве связующего для серного бетона. Установлено, что модифицированный серобетон достигает примерно 80,2% предела прочности за один день заливки. Это сопротивление продолжает расти со временем, но с меньшей скоростью.

ABSTRACT

We used modified sulfur as a binder for sulfur concrete. It is established that the modified sulfur concrete reaches approximately 80.2% of the ultimate strength per day of pouring. This resistance continues to grow with time, but at a slower rate.

 

Ключевые слова: сера, модификация, серобетон, портландцемент.

Keywords: sulfur, modification, sulfur concrete, portland cement.

 

Введение. Портландцемент (ПЦ) является наиболее широко используемым бетоном в строительной отрасли. Тем не менее ПЦ имеет короткий срок службы в некоторых агрессивных средах, что приводит к необходимости дорогостоящего ремонта.

Сера и ее производные считаются одними из самых важных элементов, используемых в качестве промышленного сырья во всем мире [1]. Серу применяют в основном в сельскохозяйственной промышленности в качестве удобрения и в различных химических процессах, но также возможно ее применение и в обрабатывающей промышленности (фармацевтика, средства личной гигиены, косметика, очистка воды и т.д.). Сера в естественном виде содержится в окружающей среде и находится в числе десяти наиболее распространенных элементов в земной коре [1–3]. Поскольку потребление ископаемого топлива увеличивается во всем мире, при добыче нефти и газа образуется сера в качестве побочного продукта, который используется как связующее в композиционных строительных материалах, таких как асфальт и бетон [4]. Фактически серные цементы были признаны обеспечивающими хорошую устойчивость к химическому воздействию, имеющими быстрое отверждение (то есть достигающими требуемых свойств всего за 24 часа), высокую прочность и усталостную стойкость, очень низкую водопроницаемость и исключительную устойчивость к кислотным и солевым агентам, что позволяет использовать их в высокоагрессивных средах [4,5,6]. Кроме того, механические свойства серных цементов могут быть улучшены за счет включения различных добавок для получения так называемых модифицированных серных цементов.

Целью данного исследования было внедрение местных материалов в промышленное производство модифицированного серобетона (MCБ) с улучшенными характеристиками.

Методическая часть. Элементарная сера с чистотой 99,9%, удельным весом 1,032 г/см3 и другими компонентами использовалась в качестве связующего. Серу модифицировали с пиролизным дистиллятом, состоящим из олефиновых углеводородов. Полученные образцы представляли собой песчано-кремнистый речной гравий в виде мелких и крупных фракций и были получены из местных каменных карьеров с максимальным размером частиц ¾ (рис. 1). 

 

Рисунок 1. Образцы из серного бетона

 

Образцы из серобетона подвергали воздействию растворов серной кислоты (H2SO4) и сульфата аммония (NH4)2SO4 в концентрации 40% для моделирования условий промышленной среды.

Результаты и их обсуждение. Одним из основных преимуществ MCБ перед ПЦ является его долговечность в большинстве кислых и солевых сред, особенно на промышленных предприятиях, где обычный ПЦ имеет короткий срок службы. Помимо промышленных предприятий, MCБ применяют в сооружениях при циклах замораживания и оттаивания, на объектах пищевой промышленности, при изготовлении канализационных труб, дренажных каналов и морских сооружений. Что касается устойчивости, MCБ может считаться экологически чистым материалом, поскольку он может заменить портландцемент в нескольких строительных приложениях.

MCБ развивает около 80% предела прочности при сжатии всего через несколько часов после отливки и обычно от 80 до 95% через 24 часа [7]. В этой работе исследования проводились на двух одинаковых образцах, отвержденных за 3, 7, 14 и 28 дней. Средняя прочность на сжатие и ее эволюция с течением времени для всех образцов показаны в таблице 1. Как видно из таблицы 1, средняя прочность на сжатие, полученная за 3 дня, составила 33 МПа и 41 МПа за 28 дней. Результаты согласуются с процентом прочности на сжатие, рассчитанным как 80,5% по сравнению со значением 28 дней, как приведены в других работах [8,9]. 

Таблица 1.

Прочности на сжатие для образцов MCБ

Время, день

Средняя прочность на сжатие, МПа

Стандартное отклонение, МПа

1

3

33,25

0,16

2

7

37,62

0,67

3

14

39,43

2,23

4

28

41,33

0,98

 

Испытания на долговечность образцов MCБ были проведены путем измерения массы образца через 3, 7, 14 и 28 дней и сравнения ее с начальным значением (до погружения), полученные результаты показаны на рис. 2 и 3. Потеря массы была рассчитана для квадратных образцов MCБ размером 10х10х10 мм, погруженных в 40%-ный раствор серной кислоты и сульфата аммония. Полученные значения изменения массы вследствие погружения были низкими, что говорит о том, что образцы после воздействия кислой и сульфатной сред не показали какого-либо ухудшения, как это было в работе [4]. 

 

Рисунок 2. Изменение массы во время погружения в 40%-ный H2SO4

 

Рисунок 3. Изменение массы во время погружения в 40%-ный (NH4)2SO4

 

Результаты ухудшения свойств MCБ были оценены путем сравнения результатов прочности на сжатие при различном времени погружения в растворы и прочности на сжатие контрольных образцов, погруженных в обычную воду. Была рассчитана потеря массы и прочности на сжатие, полученные результаты приведены в таблице 2. Результаты по прочности на сжатие, по-видимому, слегка зависят от погружения в агрессивные среды, и контрольные образцы ведут себя аналогично другим образцам с увеличением времени погружения, демонстрируя высокую химическую стойкость MCБ. Средние значения массы после погружения в раствор были немного выше в обоих случаях, но оставались в пределах ожидаемых значений. Кроме того, трещин или повреждений не наблюдалось после того, как образцы подвергались экстремальным условиям воздействия во время испытания. Что касается результатов прочности на сжатие, как показано в таблице 2, средние значения снизились на 0,12-0,22% в 40% -ном растворе H2SO4 и на 0,02-0,7% в 40%-ном (NH4)2SO4, аналогично результатам, приведенным в работах [4, 7,8]. 

Таблица 2.

Результаты испытаний на долговечность при погружении образцов в химические растворы: потеря массы и потеря прочности на сжатие после погружения

Время, день

Растворы

Вес до погружения, (г)

Вес после погружения, (г)

Потеря массы, %

Прочности на сжатие до погружения

(МПа)

Прочность на сжатие после погружения

(МП)

Потеря прочности при сжатии (%)

3

40 %-ном Н2SO4

24,5

24,3

0,81

33,25

34,13

-2,64

7

21,4

21,6

-0,93

37,62

37,68

-0,16

14

23,4

23,7

-1,28

39,43

39,38

0,12

28

25,1

25,3

-0,79

41,36

41,27

0,22

3

40 %-ном (NH4)2SO4

23,1

23,1

0

34,53

34,59

-0,17

7

24,4

24,5

-0,40

36,84

37,11

-0,73

14

23,6

23,7

-0,42

40,37

40,36

0,02

28

24,1

24,2

-0,41

41,05

41,15

-0,24


Заключение. Таким образом, полученные результаты дают основания утверждать, что, используя экспериментально полученные данные, можно разрабатывать различные конструкционные строительные материалы и смеси MCБ в зависимости от желаемой прочности на сжатие и для минимизации затрат.

Модифицированный серобетон достигает примерно 80,2% предела прочности за один день заливки. Это сопротивление продолжает расти со временем, но с меньшей скоростью. Никаких значительных изменений в весе единицы или прочности на сжатие не наблюдалось для образцов после испытания на долговечность в двух агрессивных средах, что свидетельствует о высокой химической стойкости MCБ. Результаты прочности на сжатие снизились на 0,12-0,22% в 40%-ном растворе H2SO4 и на 0,02-0,7% в 40%-ном (NH4)2SO4.

 

Список литературы:
1. An Introduction to Sulphur. Available online: https://www.sulphurinstitute.org/learnmore/sulphur101.cfm (accessed on 24 August 2018).
2. Charlson R.J., Anderson T.L., McDuff R.E. The sulfur cycle. Earth Syst. Sci. From biogeochem. Cycles Glob. Chang. 2000. Vol. 72. Р. 343-359.
3. El Gamal M.M., El-Dieb A.S., Mohamed A.M.O., El Sawy K.M. Performance of modified sulfur concrete exposed to actual sewerage environment with variable temperature, humidity and gases. J. Build. Eng. 2017. Vol. 11. No 1-8.
4. Khademi A.G., Imani H. Comparison of Sulfur Concrete, Cement Concrete and Cement-sulfur Concrete and their Properties and Application. Curr. World Environ. 2015. Vol. 10. Р. 63-68.
5. Loov R.E., Vroom A.H., Ward M.A. Sulfur Concrete–A New Construction Material. J. Prestress. Concr. Inst. 1974. Vol. 19. Р. 86-95.
6. Shin M., Kim K., Gwon S.W., Cha S. Durability of sustainable sulfur concrete with fly ash and recycled aggregate against chemical and weathering environments. Constr. Build. Mater. 2014. Vol. 69. Р. 167-176.
7. Vlahovic M.M., Martinovic S.P., Boljanac T.D., Jovanic P.B., Volkov-Husovic T.D. Durability of sulfur concrete in various aggressive environments. Constr. Build. Mater. 2011. Vol. 25. Р. 3926-3934.
8. Vlahovi´c M.M., Savi´c M.M., Martinovi´c S.P., Boljanac T., Volkov-Husovi´c T.D. Use of image analysis for durability testing of sulfur concrete and Portland cement concrete. Mater. Des. 2012. Vol. 34. Р 346-354.
9. National Minerals Information CenterAvailable at: Электронный ресурс. Режим доступа - https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/sulfur /myb1-2015-sulfu.pdf (accessed on 24 August 2018).

 

Информация об авторах

старший научный сотрудник, ООО «Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии», Республика Узбекистан, г. Ташкент

Senior Researcher, Tashkent Research Institute of Chemical Technology LLC, Republic of Uzbekistan, Tashkent

академик, АН РУз, директор ООО Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии Республика Узбекистан, п/о Ибрат

Academician of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Director of LLC “Tashkent Research Institute of Chemical Technology”, the Republic of Uzbekistan, Ibrat

д-р техн. наук, ведущий науч. сотр., Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Dr. Tech. Sciences, Leading Researcher Tashkent Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, начальник отдела технологии Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, Республика Узбекистан, Ташкентская область, Ташкентский р-н, п/о Шуро-базар

Doctor of Technical Sciences Head of Technology Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent region, Tashkent district, p/o Shuro Bazaar

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top