МОДИФИЦИРОВАННЫЙ СЕРНЫЙ БЕТОН ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ДОРОЖНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Серные цементы и бетоны обладают рядом положительных свойств, к которым, в первую очередь, относятся: быстрый набор прочности, связанный с периодом остывания смеси, относительно высокая прочность при сжатии (до 60 МПа), стойкость к воздействию агрессивных сред, низкое водопоглощение и, следовательно, высокая морозостойкость [1].

В работе приведены исследования свойств мелкозернистых серных бетонов с применением минеральных материалов осадочного происхождения Республики Татарстан. Речь идет о маловостребованных отсевах дробления карбонатного щебня.

На первом этапе был осуществлен подбор составов серных бетонов. Далее, исходя из сравнительного анализа показателей физико-механических свойств бетонов, определяли оптимальный состав. Далее производили модификацию серного бетона дициклотетраполисульфидом и определяли физико-механические показатели.

Модификация серного вяжущего и бетона необходима, поскольку  при охлаждении, расплав серы подвержен  процессу  кристаллизации и перекристаллизации. При этом, изменение его плотности обуславливает усадочные деформации за счет возникновения внутренних напряжений, вызывающих микро- и макротрещины в теле бетона [2].

Интересными особенностями обладают материалы, полученные при использовании полимерной серы. В полимерной сере имеются спиралеобразные цепи, состоящие до 10⁴ – 10⁶ атомов серы. Такая сера обладает высокой адгезией к минеральным наполнителям и пластичностью. Однако полимерное состояние серы неустойчиво и через некоторое время начинается процесс кристаллизации.

Для получения устойчивого полимера серу модифицируют различными химическими добавками-стабилизаторами способствующих образованию устойчивых сополимеров [3,4].

Для исследования физико-механических свойств серных бетонов были разработаны экспериментальные составы  и определены их свойства.

Наполнение серы тонкодисперсными материалами оказывает положительное воздействие на ее структуру, что отражается на повышении прочностных показателей. Поэтому для разработки составов серного бетона, нами были применены материалы, сочетающие в своем гранулометрическом составе как тонкодисперсные частицы, крупностью менее 0,071 мм, так и частицы песчаных фракций, с размером зерен до 5 мм.

Соотношение исходных компонентов смеси - серы и минеральных материалов определялось опытным путем. Так, на этапе смешения производилась визуальная оценка консистенции и подвижности серобетонных смесей. При достижении смесью пластического состояния дозировку серы прекращали, и производили смешение компонентов с последующим формованием серобетонных образцов-призм. Таким образом состав, содержащий карбонатный отсев включал 25 масс. % серы (таблица 1.1).

Далее были определены физико-механические показатели серного бетона. Установлено, что бетоны на карбонатных наполнителях имеют средний показатель предела прочности при сжатии, равный 44 МПа, что согласно требованиям ГОСТ 26633-2012 соответствует классу В 30.

Согласно требованиям ГОСТ 6665-91, разработанный состав (таблица 1.1) может применяться только для производства камней бортовых (тротуарных) марки  БР 100.20.8.

Далее, в нашей работе была произведена модификация серобетонной смеси добавкой дициклотетраполисульфида и, дополнительно, для повышения показателя предела прочности при изгибе, в состав вводили резиновую крошку.

Серобетонную смесь, модифицированную дициклотетраполисульфидом готовили в следующей последовательности. Расчетное количество серы нагревали до 155 ⁰С. Далее в полученный расплав вводили 20 масс. % модификатора и перемешивали в течение 15 мин. За данный период модификатор полностью растворялся в сере, что визуально оценивалось по изменению цвета расплава. Дальнейший процесс формирования серобетонной смеси заключался в выполнении операции, приведенных выше. Затем, в готовую смесь водили резиновую крошку в количестве 1,5 масс. % от массы вводимой серы.

Характерной особенностью полученной смеси  являлось то, что при заполнении ею формооснастки проявлялась большая удобоукладываемость в сравнении с исходной серобетонной смесью.

Далее были произведены оценка предела прочности при сжатии и растяжении при изгибе полученных образцов, а также определен коэффициент химической стойкости бетона в растворе соли.

Установлено, что предел прочности при сжатии, образцов, модифицированных дициклотетраполисульфидом имеет среднее значение, равное 58 МПа, что соответствует классу бетона B 40. При этом, средний предел прочности на растяжение при изгибе равен также увеличился и составил12 МПа (таблица 1.1).

Вероятно, развитая, пористая структура частиц резиновой крошки и высокая проникающая способность расплава серы обуславливают синергетический эффект микроармирования на границе раздела фаз матрица-наполнитель.      

Далее определяли коэффициент химической стойкости серных бетонов. В качестве агрессивной среды был применен насыщенной водный раствор хлориды натрия, приготовленный согласно требованиям ГОСТ 25246-82 "Бетоны химически стойкие".

Из справочных данных известно, что растворимость хлорида натрия в воде при температуре 20 °С составляет 31,6 г в 100 г воды. Учитывая, это нами был приготовлен раствор соли для испытаний с приведенным соотношением компонентов.

В полученный раствор погружали образцы серного бетона. Перед погружением в среду замеряли размеры образцов металлической линейкой или штангенциркулем с погрешностью до 1 мм.

Определяли массу образцов взвешиванием с погрешностью до 0,01 г.

Согласно требованиям ГОСТ, 25881-83, продолжительность выдерживания образцов в среде принимают равной 360 сут при промежуточных сроках 30, 60, 90, 180, 270 сут.

В нашем эксперименте продолжительность выдержки составляла 60 суток.

Далее, после  истечения установленного срока нахождения в условиях воздействия среды образцы извлекали из емкости, ополаскивали водопроводной водой, протирали тканью, затем измеряли, и определяли прочность на растяжение при изгибе.

Как видно из таблицы 1.1 серные бетоны характеризуются высокой химической стойкостью к раствору хлорида натрия. При этом компонентный состав: наличие или отсутствие модификатора не оказывают влияния на стойкость в агрессивной среде. Так, коэффициент стойкости серных бетонов является максимальным и равен 1.

Согласно классификации в ГОСТ 25246-82 "Бетоны химически стойкие" исследуемые бетоны можно классифицировать как высокостойкие. Немодифицированный серный бетон относятся к химически стойкому бетону марки М 300. Серный бетон, модифицированный дициклотетраполисульфидом и резиновой крошкой - к марке М 400.

Модифицированный серный бетон может применяться для производства камней бортовых (дорожных) марки  БР 100.30.15, 30.18, 45,18, 60.20. 

Согласно требованиям СТО НОСТРОЙ 2.25.103-2013 состав модифицированного бетона  может применяться и для производства водоотводных прикормочных лотков  всех марок, а согласно ГОСТ 21924.2-84 разработанный бетон может применяться для производства всех типов дорожных плит с ненапрягаемой арматурой.

Таблица 1.1.

Физико-механические показатели свойств серных бетонов

Список литературы:

1. Патуроев В.В., Волгушев А.М., Орловский Ю.И.  Серные бетоны и бетоны пропитанные серой. //обз. инф.  Сер.7 Вып.1 ВНИИС Госстроя СССР. - М., 1985 - 59с.
2. Ю.И. Орловский и др. Усталостная прочность серных бетонов // Бетон и железобетон 1994 - № 5. 
3.  Реакции серы с органическими соединениями / Под ред. А.И.Воронкова.-Новосибирск: Наука, 1979.-368с.
4. Получения и свойства органических соединений серы/ Под ред. А.И.Беленького - М.: Химия, 1998 - 506 с.