Новые строительные материалы в стройиндустрии и дорожном строительстве
Известно, что композиции с использованием серы и технологии их производства помогают расширить базу стройиндустрии, в том числе за счет использования побочных продуктов многих производства, увеличить долговечность и безотказность эксплуатации сооружений, снизить энергозатраты, сделать полностью безотходное производство.
В НИИЖБ выполнены комплексные исследования по подбору составов, изучению физико-механических свойств и технологических параметров приготовления и формования композиционных материалов на основе термопластичного серного вяжущего (ТПСВ). Изучены технологии пропитки в расплаве серы и приготовления сероасфальтобетонов. Разработаны нормативно-техническая документация, технологические карты производства работ, определены производители и поставщики отечественного и импортного оборудования. Намечены наиболее рациональные области применения композиций на основе ТПСВ в технологии стройиндустрии, дорожном, специальном и других отраслях строительства.
Предпосылками для производства серного вяжущего и применения его в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве являются обширная сырьевая база в виде технической серы и серосодержащих отходов, а также большая потребность народного хозяйства в долговечных, химически стойких материалах. В последнее десятилетие во всех промышленно развитых странах, в том числе и России, наблюдается рост производства технической серы, прежде всего как побочного продукта при переработке и очистке нефти, природных и топочных газов. Уже сейчас в некоторых районах России скопилось большое количество серы, запасы которой с каждым годом будут расти. Серосодержащие отходы вывозят в отвал.
Расширение областей применения серы является неотложной задачей как с экономической, так и с экологической точек зрения. Использование серы и серосодержащих отходов в технологии стройиндустрии России - это перспективное и экономически привлекательное направление. В настоящее время во многих странах мира накоплен богатый опыт практического применения конструкций из серного бетона. Интенсивные работы по определению новых областей их применения продолжаются в Канаде, США, Франции, Германии, Дании, Австрии, Японии, Кувейте и ряде других стран. По оценкам специалистов, мировые ресурсы серы достаточны для обеспечения практически любого спроса. В настоящее время цемент - один из самых распространенных материалов в строительстве, а его производство - самый энергоемкий процесс. Разработка и внедрение новых вяжущих, в том числе и серных, является одним из возможных энергосберегающих приемов.
Основные направления применения серы в технологии стройиндустрии и дорожном строительстве являются:
- изготовление серного вяжущего и конструкций на его основе;
- пропитка изделий в расплаве серы;
- добавление (модификация) в асфальтобетон.
Термопластичное серное вяжущее изготавливают из технической серы или серосодержащего отхода, модификатора и минерального мелкодисперсного наполнителя. Технология производства серного вяжущего значительно проще и дешевле, чем технология производства цемента. По результатам освоения производства ТПСВ могут быть получены следующие показатели по сравнению с цементом аналогичных марок:
- снижение энергозатрат в 1,5-2 раза;
- повышение экологической безопасности производства;
- снижение капитальных затрат на организацию производства на 40-50%;
- получение безотходного производства;
- снижение себестоимости в 1,5-2 раза;
- значительное повышение срока хранения (практически без ограничения).
Серные бетоны представляют собой искусственный каменный материал из затвердевшей отформованной смеси, состоящей из серного вяжущего (20-40%) и заполнителей (60-80%). Приготовление смеси и формовку изделий производят в горячем состоянии при температуре 130-150оС. Серные композиции в зависимости от сочетания инертных заполнителей по крупности могут быть изготовлены в виде бетонов, растворов или мастик. По плотности серные композиции могут быть легкие, тяжелые, особо тяжелые. По структуре серные композиции бывают плотные, поризованные, ячеистые, крупнопористые. Способ уплотнения смеси определяется ее подвижностью и может производиться без внешнего воздействия на смесь (литые смеси), вибрацией, силовым воздействием (прессование, прокат), комбинированным воздействием, набрызгом и др. Жизнеспособность смеси серной композиции при температуре 130-150 оС практически неограничена. Конструкции из композиции на основе ТПСВ могут бетонироваться при отрицательных температурах (до -40 оС) и под водой.
Крупнопористые композиции находят широкое применение при изготовлении различных видов конструкций и изделий, в том числе утеплителей, дренажных элементов. Применение ТПСВ при изготовлении смеси крупнопористой композиции гарантирует низкое содержание влаги в зернах заполнителя, обеспечивает защитную гидрофобную пленку на поверхности заполнителя, предохраняя его от увлажнения в процессе транспортировки и эксплуатации. ТПСВ обладает более высокими прочностными показателями по сравнению с цементом, быстро, за несколько часов достигает проектной прочности, практически водонепроницаемо в отвержденном состоянии, безотходно при производстве, экологически чистое, относится к низкофоновым материалам. Технология получения крупнопористых элементов на основе ТПСВ проста, позволяет получать более дешевые материалы с улучшенными свойствами и эксплуатационными показателями.
Художественное литье и малые архитектурные формы
Материал может применяться при декоративном оформлении, в сочетании с высокими эксплуатационными характеристиками, многообразием цветовых решений, высоким качеством лицевой поверхности и широким диапазоном фактуры отвечает высоким эстетическим требованиям. Составы обладают художественной выразительностью и возможностями для воплощения авторских замыслов в образно-художественных решениях путем передачи природной красоты структуры материала. Материал применяется для оформления декоративных элементов фасадов зданий, архитектурно-лепного декора, художественного литья, элементов благоустройства, декоративных ограждений, элементов фонтанных композиций, реставрационных работ и ряда других направлений.
Составы на ТПСВ могут найти применение при ликвидации последствий стихийных бедствий, захоронении отходов, в том числе и радиоактивных, подводном бетонировании. Трубы и наливные емкости различного назначения - одно из перспективных направлений применения составов на основе ТПСВ, при этом используются такие его свойства, как высокая плотность, водонепроницаемость, быстрый набор прочности, стойкость во многих промышленных, бытовых, природных жидких средах.
Дорожные конструкции (разделительный бордюр, лотки, укрепление откосов, указательные и защитные столбики, плиты, бордюры и др.) эксплуатируются на дорогах в сложных условиях агрессивного воздействия растворов солей и переменных температур. Радикальное решение вопроса повышения долговечности дорожных конструкций может быть получено при изготовлении их из составов на ТПСВ или пропитки в расплаве серы.
Ремонтные работы с помощью составов на основе ТПСВ могут быть эффективно выполнены при любых климатических условиях. К материалам, рекомендуемым для выполнения ремонтных работ, предъявляются специальные требования по физико-механическим показателям, основными из которых являются: хорошая адгезия, быстрый набор прочности, термическая совместимость с основным материалом, низкая стоимость, доступность сырья. Всем этим требованиям отвечают составы на ТПСВ.
Сероасфальтобетон (жесткий, литой) получают по технологии асфальтобетона, снижая расход битума до 50% и заменяя его серой или ТПСВ. При этом достигается снижение расхода битума, повышение качества покрытия, улучшение удобоукладываемости смеси, повышение термостойкости, снижение стоимости.
Пропитку в расплаве серы можно проводить на различную глубину в зависимости от поставленной цели. Различают поверхностную, частичную и полную пропитку. Скорость и глубина пропитки зависят от режима пропитки (нормальное атмосферное давление, вакуум, избыточное давление или их сочетание), продолжительности пропитки, структуры и природы пропитываемого материала (тяжелый, легкий, песчаный бетоны, золобетон, асбестоцемент, кислотоупорная керамика, древесина, природные камни, бумага, картон, тканевый материал, полимерсиликатный бетон и ряд других). Пропитку водным раствором серы по рецептуре НИИреактива следует рассматривать как самостоятельное технологическое решение, позволяющее производить обработку при нормальной температуре, что значительно упрощает ее применение как в заводских, так и в строительных условиях.
По результатам освоения в стройиндустрии и дорожном строительстве производства материалов и изделий с применением ТПСВ могут быть достигнуты следующие основные технико-экономические показатели:
- расширение областей применения и сбыта технической серы и серосодержащих отходов;
- расширение сырьевой базы за счет использования новых материалов, в том числе и промышленных отходов;
- организация нового производства широкой номенклатуры бесцементных, химически стойких конструкций и изделий на основе ТПСВ, расширение номенклатуры и областей применения по сравнению с цементными составами;
- получение конкурентно-способных на мировом рынке технологий;
- снижение расхода энергоресурсов при производстве ТПСВ в 1,5-2 раза по сравнению с цементом;
- снижение себестоимости и отпускной цены на 40-50%;
- снижение расхода цемента и воды на 100% (составы бесцементные и безводные);
- повышение отпускной прочности до проектной и снижение сроков ее достижения;
- увеличение оборачиваемости форм;
- расширение возможности утилизации промышленных отходов (золы, шлаки, бой керамики, серосодержащие отходы и др.);
- повышение теплотехнических свойств ограждающих элементов;
- безотходность производственного процесса изготовления;
- расширение сырьевой базы производства стройматериалов;
- рациональное использование природных ресурсов;
- повышение химической стойкости, исключение защитных покрытий;
- решение некоторых экологических вопросов защиты окружающей среды от твердых отходов и газовых выбросов в атмосферу;
- возможность бетонирования при отрицательных температурах и под водой;
- возможность применения составов на серном вяжущем при выполнении ремонтных и реставрационных работ.
Результаты работ, выполненных НИИЖБ в сотрудничестве с другими организациями, показывают, что создание специализированного производства и применение в строительстве высококоррозийных строительных композиций, содержащих серу и серосодержащие отходы, позволит значительно усовершенствовать технологию и сократить сроки проведения строительных работ, повысить эксплуатационную надежность сооружений, существенно снизить энерго- и трудозатраты, вовлечь в строительный процесс крупномасштабное техногенное сырье, решая тем самым не только технологические, но и экологические проблемы. Разработанная технология базируется на отечественных материалах и оборудовании.
Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что разработанные составы и технологии соответствуют современному мировому уровню, являются патентоспособными. Многие специалисты относят предлагаемую технологию к числу перспективных и экономически привлекательных, способную обеспечить высокую экономическую эффективность и быструю окупаемость вложенных средств.