Структурирующая добавка на основе технической серы
Подготовил Огородников А.А.
К началу 2018 года объем общемировой добычи нефти превысил 100 млн баррелей в сутки, по результатам 2019 года эту же отметку превысил объем потребления нефти и продуктов её переработки. На фоне роста потребления и переработки нефтепродуктов увеличиваются объемы производства технической серы, учитывая это, прогнозируется, что в ближайшее время рынок технической серы столкнётся с определенными трудностями, которые ведут к увеличению объемов складирования данного отхода.
Основными областями использования технической серы является сельское хозяйство и строительная отрасль. В строительстве техническую серу используют в качестве вяжущего (до 25 % в составе смеси) и для замены части битума при устройстве покрытия дорог (до 30 мас. %).
Техническая сера является альтернативным сырьём, имеющим большой потенциал для разработки на её основе передовых технологий производства строительных материалов с целью достижения принципиально новых характеристик конечным продуктом.
Сера является термопластическим вяжущим, цементы и бетоны на её основе отличаются: быстрым набором прочности при сжатии (до 60 Мпа), повышенной стойкостью к агрессивным средам, низким водопоглощением и значительной морозостойкостью. Основными недостатками данных продуктов является сильная усадка при переходе серы из жидкой фазы в твердую, в процессе которого происходит кристаллизация и перекристаллизация, что обусловлено низким температурным порогом плавления в 112,8 градусов С. Вследствие изменения плотности в процессе межфазного перехода образуются растягивающие напряжения, приводящие к образованию микро- и макротрещин в объеме композита.
Полимерная сера нерастворима в органических растворителях, обладает хорошей адгезией к минеральным заполнителям, эластична. Получение полимерной серной композиции происходит посредством объемной температурной обработки (150-180 градусов С и более), что в большинстве случаев оказывает негативное влияние на структуру изделия, а также сопровождается выделением при нагреве вредных оксидов серы.
Учитывая перечисленные особенности технической серы, перспективным является применение золь-гель технологии для получения технологических добавок на её основе. На основе имеющихся наработок, можно сделать вывод, что применение золя на основе технической серы является эффективным методом по повышению эксплуатационных характеристик изделий на минеральной основе.
Особый интерес представляют исследования, посвященные вопросу структурной модификации цементных композитов, т.к. цементное вяжущее занимает лидирующие позиции по объемам использования в строительной отрасли. Так, распространенным способом модифицирования структуры цементных композиций является введение высокоактивных нанокомпонентов на основе аморфизированных оксидов. В качестве нанодобавок в бетоне находят применение различные нанодисперсные частицы, золи, гели и суспензии.
Анализ наиболее распространенных технологий по получению нанодисперсных добавок показал, что значительными преимуществами обладает технология получения модификаторов по золь-гель методу, т.к. применение подобной технологии позволяет обеспечивать высокую чистоту материалов и гомогенность получаемого продукта, регулировать микроструктуру материалов на начальной стадии процесса, изменять реологические свойства полученных смесей в широких пределах. Уникальность свойств золей проявляется в механизме образования слоев на гидратирующих частицах цемента, состоящих из мицелл или макромолекул золя – структурированных коллоидных частиц. Таким образом, применение золь-гель метода для получения модифицирующих добавок на основе технической серы и использование минеральных вяжущих, включая цементные, является актуальной научной и практической задачей.
По материалам ежемесячного научно-технического и производственного журнала «Строительные материалы», № 7-2019.
