Исследование состава и структуры модифицированного серобетона

Study of composition and structure of modified sulfur concrete
Цитировать:
Бекназаров Х.С., Тураев Х.Х., Хайитова Ж.М. Исследование состава и структуры модифицированного серобетона // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 6 (75). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/9607 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье исследован новый модифицированный серобетон на основе промышленных побочных продуктов госсиполовой смолы и пиролизного дистиллята, а также серы, золоуноса как мелкого наполнителя. Установлено, что микроструктура серного бетона показывает значительную степень упаковки с кремниевыми соединениями и частицами золоуноса.

ABSTRACT

The article explores a new modified sulfur concrete based on industrial by-products of gossypol resin and pyrolysis distillate, as well as sulfur, ash fly as a fine filler. It was established that the microstructure of sulfur concrete shows a significant degree of packing with silicon compounds and particles of ash.

 

Ключевые слова: сера, модификация, серобетон, модифицированная сера.

Keywords: sulfur, modification, sulfur concrete, modified sulfur.

 

Введение. В последние время для эффективной полимеризации серы разработаны десятки органических химических модификаторов. Обычно используемые модификаторы представляют собой дициклопентадиен (ДЦПД), комбинацию ДЦПД, циклопентадиена и дипентена [1], олефиновый полисульфид [6] и 5-этилиден-2-норборнен (ENB) и/или 5-винил-2-норборненен (ВНБ) [5]. При обработке расплавленной серой ненасыщенные углеводороды в органических модификаторах разрушают жидкие кольца S8 и реагируют с образованием длинноцепочечных полимеров. Полимеризованные линейные серные цепи способствуют долговечности. Хотя модифицированный бетон является экологически устойчивым и долговечным, высокая стоимость этих органических модификаторов не позволяет широко его использовать в строительной промышленности [4].

Экспериментальная часть. Вместо используемых в последнее время органических модификаторов в нашей работе в качестве модификатора серы использовался промышленный побочный продукт – госсиполовая смола (хлопкового масла) и пиролизный дистиллят (то есть вторичный продукт при синтезе этилена и пропилена).

Модифицированную серу получали на основе порошковой серы, госсиполовой смолы и пиролизного дистиллята. Сера вступает в реакцию с непредельными соединениями пиролизного дистиллята при температуре от 90 до 160 °С в жидкой фазе с образованием нескольких типов полисульфидных продуктов [3]. При повышении температуры более 90 °C кольца S8 постепенно распадаются на реакционно-активные бирадикалы. С помощью пиролизного дистиллята они достигают достаточной концентрации при температуре около 160 °C, чтобы самопроизвольно полимеризоваться в цепи μ-серы [2]. Полимерная сера имеет более низкую реакционную активность, чем другие исходные соединения, поэтому реакционная способность серы с добавкой снижается при 160 °С по сравнению с серой при 140 °С. Элементный состав модифицированной серы приведен на рис. 1.

 

Рисунок 1. Элементный состав модифицированной серы

 

Изготовление серного бетона проводили по следующему составу: 55 мас.% – песок, 15 мас.% – золоунос, 20 мас.% – сера и 10 мас.% органического модификатора. В работе золоунос (Ангренской ТЭС) использовался в качестве активатора реакции, которая позволяет во время реакции уменьшить количество углеводородного продукта, а также он обеспечивает равномерность реакции полимеризации и одновременно используется компонентом как наполнитель в композиционном материале.

Результаты и их обсуждение. С помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) показаны частицы элементарной серы и золоуноса с изображением неправильных форм частиц измельченной элементарной серы и размера (около 5 микрон или менее в диаметре) и сферических форм частиц золоуноса (рис. 2). На стадии получения серобетона материалы наполнителя и органического модификатора смешивали и нагревали до температуры 170–180 °С в течение 2 часов. Полученные материалы смешали с элементарной серой и измельчили до размера частиц 1 мм. Затем смесь нагревали и перемешивали в расплавленном состоянии при 135–145 °C в течение 2–3 часов и выливали в формы для охлаждения. Средняя плотность образцов раствора составляла 2276 (± 38) кг/м3.

 

 

Рисунок 2. СЭМ-изображения (а) измельченной элементарной серы и (б) летучей золы

Рис. 3 (a) – (б) показывает поверхностно-структурные СЭМ изображения серного бетона. В целом микроструктура показывает значительную степень упаковки с кремниевыми соединениями (нерегулярные крупные частицы) и частицами золоуноса (круглые частицы, рис. 3а), связанными вместе с серой. Как и следовало ожидать от пропорции конструкции смеси, мелкие агрегаты являются доминирующими фазами в микроструктуре серобетона. В результате анализа SEM-EDS обнаружены мелкие агрегаты и частицы золоуноса (рис. 3б). Исследование SEM на серобетон показало равномерно распределенную матрицу серы. Мы обнаружили, что некоторая область хорошо покрыта модифицированной серой, в то время как модифицированные фазы серы каким-то образом отделены и частично прикреплены на поверхности сыпучих материалов.

 

 

Рисунок 3. Микроскопические изображения СЭМ

 

Таким образом, можно сделать вывод, что подходящее покрытие частиц кварца и золоуноса модифицированной серой может быть важным фактором для определения дискретного образования пустот и однородной устойчивой микроструктуры. Непокрытый кварц и золоунос могут служить слабой межфазной переходной зоной для серного бетона. Полное покрытие может быть достигнуто путем увеличения количества серы в конструкции смеси или путем изменения условий смешивания (то есть скорости и температуры смешивания).

Заключение. В исследовании охарактеризован новый модифицированный серобетон с использованием промышленных побочных продуктов госсиполовой смолы и пиролизного дистиллята, а также серы, золоуноса как мелкого наполнителя.

В серии проведенных экспериментов успешно охарактеризован новый возможный устойчивый серобетон, который имеет низкий углеродный след и воздействие на окружающую среду. Результаты этого исследования будут использованы для дальнейшей оптимизации этого нового модифицированного серного бетона. Планируется провести дополнительные испытания на долговечность, включая циклы замораживания – оттаивания, чтобы оценить долговечность.

 

Список литературы:
1. Beaudoin J., Feldman R.F. Durability of porous systems impregnated with dicyclopentadiene-modified sulphur, Int. J. // Cem. Compos. Lightweight Concr. – 1984. – № 6 (1). – P. 13–18.
2. Lin S.-L., Lai J.S., Chian E.S. Modifications of sulfur polymer cement (SPC) stabilization and solidification (S/S) process // Waste Manag. – 1995. – № 15 (5). – P. 441–447.
3. Mohamed A., Gamal M.E., Saiy A.E. Thermo-mechanical Performance of the Newly Developed Sulfur Polymer Concrete. Reclaiming the Desert: towards a Sustainable Environments in Arid Land, Developments in Arid Region Research (DARE). – London : Taylor and Francis Group, 2006. – P. 27–38.
4. Mohamed A.-M.O., Gamal M.E. Hydro-mechanical behavior of a newly developed sulfur polymer concrete // Cem. Concr. Compos. – 2009. – № 31 (3). – P. 186–194.
5. Mohamed A.-M.O., Gamal M.E. Sulfur Concrete for the Construction Industry: a Sustainable Development Approach. – J, Ross Publishing, 2010.
6. Vroom AH. Sulphur cements, process for making same and sulphur concretes made therefrom. – Google Patents, 1981.

 

Информация об авторах

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 хим. наук, профессор, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез

Doctor of Chemical Sciences, Professor, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez

соискатель, Термезский государственный университет, Республика Узбекистан, г. Термез

Applicant, Termez State University, Republic of Uzbekistan, Termez

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