Основные преимущества серных бетонов:

• высокая прочность;

• коррозионная стойкость;

• низкое водопоглощение;

• водонепроницаемость;

• морозостойкость;

• быстрый набор прочности;

• отвердение на морозе;

• повторное использование;

• хорошая адгезия.

Некоторые сравнительные характеристики серобетона по данным иностранных источников

Характеристики	Цементный бетон	Серобетон
Прочность на сжатие	20-40 МРа	85-102 МРа
Предел прочности	2-4 МРа	13-22 МРа
Прочность на сгиб	3-7,5 МРа	10-30 МРа
Время набора на прочность	28 суток	1-1,2 час
Коэффициент термического расширения (1 млн. СМ.С)	27,5-32,5	0,25-2,5
Коэфф. теплопроводности (кал\см. сек)	1,2-1,4	0,05-0,11
Химическая стойкость	низкая	высокая
Водопроницаемость	1\1 млн.см.сек	водонепроницаем

На сегодняшний день разработаны технологии получения новых материалов на основе серы, смонтирована установка для производства серных композиций, получены и исследованы в специализированных лабораториях опытные образцы серобетона и сероасфальтобетонных покрытий. Ведутся работы по внедрению новых технологий - проведены работы по изготовлению изделий из серобетона.

Разработанные технологии интересны тем, что позволяют получить новые материалы по себестоимости значительно ниже традиционной. В связи с этим можно рассчитывать, что новые материалы, учитывая их явные преимущества перед бетонами на портландцементе и асфальтобетонными покрытиями, будут иметь достаточно стабильный сбыт за счет вытеснения с рынка ряда изделий из обычного бетона и значительную долю асфальтобетонных покрытий. В новом материале вместо цемента используется сера с добавкой – модификатором (разработанным нами). Следует заметить, что идея использовать серу в строительстве, появилась еще 100 лет назад, но без модификатора бетон оказался недолговечным и непрочным.

Преимущества материала – его низкая водопроницаемость и высокая коррозийная стойкость, что особенно важно для кислотной среды. В 10%-ной серной кислоте серобетон стоит три года, сохраняя свойства. Серобетон быстро набирает прочностные характеристики (2-3 часа, обычный бетон – 28 дней): прочностные показатели серобетона на сжатие, изгиб намного лучше, чем у обычного бетона, высокая инертность, нулевая водопроницаемость, высокий коэффициент сцепления. Из нового материала также можно изготавливать различные строительные изделия - плиты, сваи, фундаментные блоки и даже памятники.

Памятник в 1,5 человеческих роста может простоять 300 лет. Изделия из серобетона можно изготавливать также с добавлением красителей.

Серный бетон и его технология выгодно отличается от бетона на портландцементе:

• быстрым набором прочности, что обеспечивает высокий оборот формооснастки и повторной формовки;

• безотходностью технологического процесса, ввиду возможности повторного использования брака (некондиционной продукции) путем ее повторного плавления и формовки;

• твердением при низких, отрицательных температурах и подводой;

• более высокими физико-механических и эксплуатационно-техническими показателями: прочностью при сжатии (до 80-100МПа) и изгибе,

• морозостойкостью и стойкостью к агрессивных средам, низким водопоглащением и истираемостью,

• способностью к эффективной пигментации и окрашиваемостью. При этом применение дешевой серы и возможность замены природных заполнителей техногенными отходами промышленности позволяет получить недорогие высокоэффективные бетоны и изделия.

Ниже приведен состав бетона на портландцементе и серного бетона на технической сере, приведена стоимость 1м3 бетона приведенных составов. 

Состав и стоимость 1м3 бетона на портландцементе.

Наименование компонентов	Стоимость компонентов (руб. тонна)	Содержание в 1м3 бетонной смеси, в кг	Себестоимость бетона по материалам в руб. за м3.
Портландцемент М400	4500	400	1800
Песок кварцевый	300	650	195
Гравий дробленый	800	1100	880
вода		150	150
итого			2925

 

                          Состав и стоимость 1м3 серобетона на технической сере.               Табл.2

Наименование компонентов	Ст-ть компонентов Рублей за тонну	Сод-е в 1м3 бетонной смеси кг.  На тонну	Себестоимость по материалам бетона руб. за 1 м3
Сера	500	350	175
Отсев дробления карбонатного щебня	400	400	160
Песок кварцевый	300	250	75
итого			410

 

1 куб. м = 2,1т

Время производственного процесса 15-40 мин. взависимости от варианта и объема.

В данном проекте предлагается решение проблемы утилизации отходов, образующихся при очистке нефти и дизельного топлива от серы и получения на основе этих отходов высококачественного бетона по цене примерно в 5-7 раз ниже и не уступающего по качеству обычному бетону.

Известны апробированные технические решения, позволяющие извлечь серу из углеводородного сырья и продуктов его переработки в виде сероводорода, элементной серы или ее диоксида (гидроочистка, Клауспроцесс и т.п.)

В Германии при крупных тепловых станциях действуют промышленные установки десульфуризации дымовых газов. Каждая из них выпускает до 30 тыс. т/год жидкого диоксида серы, серы или серной кислоты.

Основным направлением использования продуктов обессеривания углеводородного сырья во всем мире до сих пор остается их переработка в серную кислоту, гипс или сульфат аммония. Однако низкая стоимость этих продуктов не обеспечивает рентабельности обессеривания.

Опытно-промышленная проверка технологических процессов утилизации соединений серы, разработанных Институтом катализа СО РАН на Норильском горном комбинате наглядно показала, с одной стороны, их техническую осуществимость, с другой - недостаточную экономическую эффективность производства серной кислоты или элементной серы. Рентабельным оказался вывоз из Норильска только серы очень высокой чистоты

В последние годы рост объемов мирового производства серы происходит лишь за счет увеличения выпуска газовой серы, в то время как добыча природной серы неуклонно снижается. Не исключена ситуация, при которой сера и продукты ее переработки окажутся на рынке полностью обесцененными Особенность производства основного количества серы (около 95 %) как побочного продукта при очистке природного газа, добыча которого сохраняется на постоянном уровне, обуславливает фактическую независимость объемов выпуска серы от спроса на нее.

Для отечественного рынка отмечается устойчивое преобладание предложения серы над спросом. Для успешной реализации природоохранных мероприятий необходимо обеспечить их максимальную экономическую целесообразность. Это может быть достигнуто при использовании серы и ее соединений в качестве сырья для получения полимерных материалов. Сера и ее соединения играют важную роль в производстве высокомолекулярных продуктов, но в большинстве случаев они являются вспомогательными, а не основными составляющими. В промышленности полимерных материалов сера (или ее соединения) применяется в основном при вулканизации каучуков, а также в производстве хлорсульфированного полиэтилена, полисульфидных синтетических каучуков (тиоколов) и катионитов Во многих странах мира широкое развитие получили исследования, направленные на создание новых конструкционных и строительных материалов (прежде всего напольных и дорожных покрытий) на основе элементной серы. В этих композициях сера играет роль полимерного связующего, поэтому такие материалы получили названия полимерсерных бетонов, серопластов и т.д.

В начале 80-х гг. в США и Канаде были созданы компании, производящие серный бетон (Sulfurcrete), который используется в качестве покрытий полов на предприятиях, выпускающих и применяющих минеральные кислоты, где обычный бетон на основе портландцемента быстро коррозирует.

Опытное производство изделий из серного бетона (тротуарная плитка) осуществлялось в России трестом "Спецфундаментстрой" Норильского горнометаллургического комбината. В качестве заполнителей серного бетона могут применяться (в зависимости от назначения изделий) кварцевый песок, гравий, щебень, кислотоупорная силикатная мука, молотый кокс или графитовый порошок, известковая мука, золы ТЭЦ и др.

Полимерсерный бетон обладает комплексом положительных свойств. К ним в первую очередь относятся: быстрый набор прочности, связанный только с периодом остывания серо-бетонной смеси; высокая износостойкость и прочность; стабильность в кислых агрессивных средах; низкое водопоглощение и высокая морозостойкость. Особенностью серных бетонов является возможность повторного использования бракованных конструкций путем их дробления, вторичного расплава и формования.

В отличие от этого обычные цементные или полимерные бетоны после формования изделия утрачивают вяжущие свойства и могут быть использованы в лучшем случае как заполнители (после измельчения брака). Серные бетоны применяются при изготовлении не только сборных, но и монолитных конструкций, а также при различных ремонтных работах.

По химической стойкости и диэлектрическим показателям в сухом состоянии они не уступают большинству видов полимербетонов, а по стоимости значительно ниже наиболее дешевых из них.

В настоящее время определились два основных направления применения серы в строительстве. Первое - получение полимерсерных бетонов по асфальтовой технологии из смесей серы с минеральными заполнителями. Благодаря незначительным отличиям технологии серных бетонов от технологии асфальтобетона производство этого вида СКМ может быть налажено на существующих асфальтовых заводах. Для дорожных покрытий в Канаде применяют битумно-серные бетоны (отношение битума к сере 1:1), а для наиболее ответственных участков . серные бетоны, не содержащие битума. Такие покрытия более прочны, обладают хорошим сцеплением, имеют минимальное водопоглощение и значительно большую долговечность. Большинство этих ограничений снимаются при применении модифицированной серы. Суть модифицирования заключается в химической реакции модифицирующего агента и бирадикалов полимерной серы с образованием межцепных связей. Низкая теплопроводность серы открывает дополнительные возможности применения СКМ.

Введение

В 2004 году, когда строительство Антипинского НПЗ началось на территории одного из крупнейших нефтегазовых субъектов России - Тюменской области, было понятно, что уже это обеспечит ему ряд конкурентных преимуществ на рынке нефтепереработки. Отчасти потому, что на территории Тюменской области сосредоточена основная часть российских запасов нефти (72%) и природного газа (91%). Кроме этого, АНПЗ - единственный промышленный НПЗ в регионе и Уральском федеральном округе. Он расположен вблизи развитой логистической сети - железнодорожной и автомобильной инфраструктуры. При этом АНПЗ подключен к магистральному нефтепроводу АК "Транснефть" общей мощностью 6 млн тонн в год, с учетом развития предприятия, включая третью очередь. И, что очень важно, Тюменский регион отличается высоким спросом на нефтепродукты.

В 2014 году на АНПЗ введена в эксплуатацию установка ЭЛОУ-АТ-3 мощностью 3,7 млн тонн в год, что позволило увеличить переработку сырой нефти до более чем 7,5 млн тонн в год.

При перегонке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть сернистых соединений (70—90%) концентрируется в высококипящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута. Для выпуска дизельного топлива в соответствии с требованиями Евро-53 требуется его очистка от серы и её соединений. На 2 этапе III технологической очереди на АНПЗ будут построены установки по производству водорода и элементарной серы с блоком грануляции. В 2016 г. с вводом в эксплуатацию установки замедленного коксования гудрона с блоком вакуумной перегонки мазута будет достигнуто увеличение глубины переработки нефти до 94%. А это значит, что объемы производства элементарной серы возрастут. Для нефтепереработки сера — побочный продукт, которого с повышением качества топлива и, напротив, снижением качества сырой нефти становится все больше.

Области применения серы

Для того чтобы изготовить, например, автомобиль, нужно израсходовать около 14 кг серы. В производстве тонны целлюлозы используется более 100 кг серы. Много элементарной серы потребляет резиновая промышленность — для вулканизации каучуков. В сельском хозяйстве 16-й элемент таблицы Менделеева применяется как в элементарном виде, так и в различных соединениях, входит в состав минеральных удобрений и препаратов для борьбы с вредителями. Однако основной потребитель серы — химическая промышленность. Подсчитано, что в производстве 88 из 150 важнейших химических продуктов используют либо саму серу, либо ее соединения.

Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты — универсального компонента многих химических реакций. Чтобы получить тонну H₂SO₄, нужно сжечь около 300 кг серы.

На российском рынке недостатка в этом важном сырье нет — превышение предложения над спросом значительно. Внутренний спрос чуть превышает 2 млн тонн, к 2015 году прогнозируется рост до 3,6 млн тонн, однако только два основных производителя серы в стране — Астраханский и Оренбургский газоперерабатывающие комбинаты «Газпрома» — сегодня суммарно производят более 6 млн тонн серы. Излишки отправляются на экспорт, так как на мировом рынке ситуация иная.

Если 4–5 лет назад был некоторый профицит этого сырья, то сейчас даже наблюдается определенный дефицит. Соответственно ведут себя и цены. В 2008-м на пике за тонну серы предлагали $700–800, кризис обрушил стоимость сырья в 10 раз, однако в последние годы фиксируется стабильная положительная динамика — и сегодня сера почти вернулась на докризисные позиции.

В данном проекте предлагается решение проблемы утилизации отходов, образующихся при очистке нефти и дизельного топлива от серы и получения на основе этих отходов высококачественного бетона по цене примерно в 5-7 раз ниже и не уступающего по качеству обычному бетону.

* Стандартный процесс Клауса состоит из термической стадии, в которой треть входящего газа H₂S окисляется кислородом воздуха до SO₂, и последующих (от одной до трех) каталитических стадий, где остаточный сероводород взаимодействует с SO₂ с образованием воды и элементарной серы:  2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O.  Двустадийный метод промышленного получения серы из сероводорода:  • I стадия — термическое окисление сероводорода до диоксида серы: H₂S + 3/2O₂ → SO₂ + H₂O + (0,53 — 0,57) МДж/моль;  • II стадия — каталитическое превращение сероводорода и диоксида серы: 2H₂S + SO₂ → 3/nSn + 2H₂O + (0,087 — 0,154) МДж/моль.

Применение серы в строительстве

Использование серы в строительстве в виде серных мастик и растворов было известно еще в XIX в. В 1859г. А. X. Райт получил патент на применение серных растворов для заливки фундаментных болтов. Серные мастики и растворы использовались в прошлом веке и в России для заливки швов каменных кладок и особенно эффективно для заделки металлических стоек перил лестничных маршей и металлических связей каменных конструкций взамен расплавленного свинца. В дальнейшем, с развитием антикоррозионной службы, серные мастики и растворы, получившие название серных цементов, применяли для заливки швов при футеровке различных емкостей, аппаратов и строительных конструкций штучными кислотоупорными материалами, эксплуатируемых в условиях агрессивного воздействия. В настоящее время при приготовлении серного цемента применяют товарные сорта серы. В качестве наполнителей используют кислотоупорный цемент андезитовую муку, кварцевый песок и другие кислотоупорные минеральные наполнители. Диабазовая мука для приготовления серных цементов непригодна. Пластификаторами служат тиокол-резенит, термопрен или нафталин. Предел прочности серных цементов при сжатии не ниже 30 МПа, при растяжении 2—2,5 МПа. Серные цементы стойки в большинстве кислот (за исключением плавиковой и азотной) и растворах минеральных солей, но не стойки в щелочах и некоторых органических растворителях. Несмотря на сравнительно высокую эффективность серных цементов в производстве антикоррозионных работ, их общее потребление по сравнению с другими материалами было весьма незначительным, в то время как потребность в химически стойких футеровочных и конструкционных материалах непрерывно возрастала. Поэтому внимание многих исследователей было уделено дальнейшему изучению серы с целью расширить ее применение в различных областях строительства. Необходимо добавить, что производство природной и вторичной серы непрерывно возрастает.  Перспектива увеличения производства и снижения стоимости связана не только с увеличением добычи природной серы, но и резким увеличением получения серы при очистке нефти, природного газа, топочных газов и других промышленных выбросов.  Определились два основных направления применения серы: смешивание серы с минеральными заполнителями и получение серных или полимерсерных бетонов по асфальтовой технологии и применение серы для пропитки порового пространства цементного бетона, асбестоцемента, древесины и других пористых строительных материалов.

Перспективы развития и применения серных бетонов с использованием полимерной серы

Яндекс.Директ

Линия для полистиролбетона МЕТЕМПолная линия полистиролбетона 262 700 руб.Срок окупаемости 1 месяц.Обучаем.Мини-заводы·Мобильное оборудование·Автоматизированные линииmetembeton.ru

Выполненные исследования показали, что потенци­альные возможности серы как материала для получении полимерсерных бетонов, бетонов, пропитанных серой, и других пористых материалов далеко не исчерпаны.

Полимерная сера, молекулы которой образуют длин­ные спирали, содержащие 104—105 атомов серы и имею­щие молекулярную массу от 18 до 73 тыс., обладает ря­дом положительных свойств.

Физико-механические свойства полимерной серы зна­чительно отличаются от обычной ромбической и призма­тической. Такая сера нерастворима в органических рас­творителях, имеет более высокие прочностные характе­ристики, лучшую адгезию к минеральным наполнителям и бетону при его пропитке. При твердении полимерсер­ных бетонов и в норовой структуре цементного бетона в такой сере практически не возникает внутренних напря­жений.

По данным Анохина В. В., полимерная сера является аморфно-кристаллическим полимером и подобно каучу­ку ее можно вулканизировать мышьяком, фосфором и др. [3].

При 122°С сера полностью расплавляется и основная масса жидкой серы состоит из модификации 5р с вязко­стью (11—12 Па-с. С повышением температуры до 145— 155°С содержание уменьшается, a Sx возрастает и вязкость уменьшается до (6,5—7) Па-с. При 155°С про­исходит разрыв колец, и сера начинает перестраиваться в полимерные цепи модификации 5ц. Повышение темпе­ратуры до 190°С приводит к полной перестройке в мо­дификацию 5ц и резкому увеличению вязкости, которая при этом достигает (12—55) Ю-7 мкм. Нагрев выше 2Ю°С приводит к уменьшению длины полимерных цепей и увеличению их подвижности и при 400°С сера вновь становится жидкотекучей, имея вязкость около 16 Па-с (см. рис. 18).

Твердую полимерную серу можно получить, если рас­плавленную серу с температурой 190—200°С, при кото­рой практически вся сера перешла в полимерное состоя­ние, резко охладить. Однако полимерная сера — термо­динамически неустойчивый материал, при нормальной температуре она постепенно переходит в обычную ромб и чес кую серу. Таким образом, переход из мономерного в полимерное состояние в сере является фазовым, он но­сит флуктуационный, межфазный характер, как и в кристаллических полимерах. Процесс полимеризации серы протекает по радикальному механизму, доказатель­ствам чего служат парамагнитные свойства расплавов такой серы, свидетельствующие о большой концентрации неспаренных электронов [3].

Для стабилизации полимерной серы в твердом со­стоянии используют различные стабилизаторы структу­ры. Например, фирма «Стауффер Кэмикэл Компани» (США) применяет для этих целей галоге-ны, терпентин, сосновое масло, сосновый деготь и др.

Во ВНИПИсера сравнительно недавно разработан способ получения полимерной серы, который заключает­ся в том, что расплавленную серу, содержащую 3—4% фосфора, нагревают до 190—200°С, а затем резко охлаж­дают в холодной воде. В полученном продукте со­держится до 90% полимерной серы. По данным ВНИПИ - серы стабилизированная фосфором полимерная сера может использоваться в качестве высокоэффективного вяжущего полимерсерных бетонов, покрытий и заливоч­ных композиций, а наполненная асбестом или стеклово­локном как электроизоляционный и конструкционный материал.

Во Львовском филиале НИИСМИ совместно с НИИЖБом разработаны основы технологии получения бетонов, пропитанных полимерной серой, которая вклю­чает следующие операции: расплав серы, содержащий 3—4% по массе фосфора, нагревают до 150—155°С и интенсивно перемешивают. Затем в расплав погружают высушенные до постоянной массы бетонные изделия. После пропитки в течение 3 ч излишек серы сливается из пропиточной камеры и температуру в камере подни­мают до 190—200°С. При этой температуре изделия вы­держивают в течение 1 ч, а затем охлаждают в проточ­ной воде.

Результаты испытаний показали, что образцы, про­питанные стабилизированной полимерной серой, во всех случаях имели показатели прочности, истираемости и стойкости в толуоле выше, чем у образцов, пропитанных обычной серой. Эти интересные данные подтверждают необходимость ускоренного выполнения комплексных исследований и опытно-промышленной проверки бетонов

На полимерсерном вяжущем и цементных бетонов, про­питанных полимерной серой.

Использование полимерной серы позволит получить новые, весьма эффективные материалы, которые во мно­гих случаях не будут уступать полимербетонам и бето - нополимерам на основе синтетических смол и найдут достаточно широкое применение не только в строитель­ной практике, но и во многих других отраслях промыш­ленности.