ИННОВАЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ИННОВАЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Васильев Ю.Э., д.т.н., — Научный руководитель ОНИЛ «Цемент» МАДИ

Кроме того, до недавнего времени не уделяли должного внимания износному воздействию на дорожные бетонные покрытия со стороны шипованных шин транспортных средств. Так, принято было считать, что колейность Кроме того, до недавнего времени не уделяли должного внимания износному воздействию на дорожные бетонные покрытия со стороны шипованных шин транспортных средств. Так, принято было считать, что колейность свойственна исключительно асфальтобетонным дорожным покрытиям, а для цементобетонных покрытий такой дефект не рассматривался (хотя еще в 70-х годах прошлого века Л.П. Васильев отмечал возможность появления колейности на бетонных покрытиях под действием шипованных шин). При этом износ дорожного покрытия, как показывают проведенные в МАДИ исследования, связан не только с воздействием шипованной резины, но, прежде всего, с совокупным воздействием шипованной резины и противогололедных реагентов. Известно, что под воздействием противогололедных реагентов разрушается в первую очередь поверхностный слой цементобетонного покрытия, который и призван воспринимать деструктивное воздействие со стороны шипованной резины. Наблюдается в чистом виде синергетический эффект, когда совокупность факторов усиливает их взаимное воздействие на рассматриваемый объект.

В связи с этим, в качестве реальной альтернативы цементобетону может выступать серобетон, который  характеризуется существенно большей

химической стойкостью по отношению к противогололедным реагентам, значительной морозостойкостью и износостойкостью. В связи с этим можно с уверенностью утверждать, что проявление износной колеи на покрытиях, выполненных из серобетона маловероятно.

Отсутствие в составе серобетона цемента и воды обеспечивает формирование плотного материала, характеризующегося высокими параметрами морозостойкости, не достижимыми для традиционных бетонов на основе портландцемента. Серобетон представляет собой фактически разновидность полимербетона, но существенно уступает последнему в цене.

Какие же могут быть рассмотрены преимущества и недостатки серобетона.

Первая и на сегодняшний день достаточно серьезная особенность заключается в существенно меньших энергозатратах на производство серобетона по сравнению с цементобетоном, что связано с гигантской энергоемкостью портландцемента от 3,4 ГДж/т при «сухом способе» производства и до 6,7 ГДж/т при «мокром способе» производства цемента. Кроме того, достаточно большие затраты энергии связаны с обеспечением процесса набора прочности бетонных изделий, в том числе в ходе тепловлажностной обработки. При производстве серобетона необходимы также соответствующие энергетические затраты, связанные с тем, что производство серобетонных смесей представляет собой «горячий» процесс при температурах 120-140 °С. Однако, суммарные энергозатраты на производство 1 тонны цементобетона составляют’ около 2 500 МДж/т, в то время как применительно к серобетону эта величина составляет около 250 МДж/т, т.е. около 10 %.

При этом в процессе производства портландцемента в атмосферу выделяются парниковые газы в процессе декарбонизации исходных материалов и сгорания топлива. Так в странах СНГ общий удельный выброс углекислоты (СО?) составляет около 0,81 г при производстве одной тонны портландцемента. При производстве серобетона парниковые газы образуются только в процессе работы сушильного барабана в значительно меньшем количестве.

При этом следует отметить, что производство серобетона возможно организовать на любом асфальтобетонном заводе после его модернизации в минимальных объемах, связанных с обеспечением хранения серы, системы ее подачи в технологический процесс и системы дозирования. Также необходимо иметь ввиду, что в климатических условиях нашей страны асфальтобетонные заводы представляют собой сезонное производство. Освоение технологии производства серобетонных смесей обеспечивает перевод асфальтобетонного завода на круглогодичный режим работы.

Однако сера имеет ряд недостатков, которые могут снизить интерес к композиционным материалам на ее основе. Это, прежде всего, вопросы экологии и процессы, связанные с перекристаллизацией серы в процессе формирования серобетонного изделия, что связано с тем, что расплав серы кристаллизуется при температуре 119,3 °С с образованием моноклинной [3-модификации с плотностью 1,96 г/см\ а при температуре 95,6 °С сера переходит в ромбическую α-модификацию серы, имеющую плотность 2,07 г/см». Указанные процессы вызывают существенные линейные и объемные усадочные деформации материала, что неминуемо приводит к существенным деструктивным изменениям. В результате этого известно, что производство серобетонных изделий на технической (немодифицированной) сере не обеспечивает, как правило, возможность производства серобетонных изделий и конструкций.

Исключить указанные проблемы возможно за счет модификации серы.

В настоящее время существует достаточно много технологических решений по модификации серы. Наиболее широко за рубежом применяется технология модификации с использованием дициклопентадиена (ДЦПД), что обеспечивает получение сополимерной серы с высокими технологическими показателями. Однако, данная модифицированная сера не обеспечивает, как правило,  стойкости композитов, полученных на сере модифицированной по данной  технологии   в  щелочных  средах,  а  также  имеются   нарекания   на некоторую токсичность получаемого продукта.

Разработанная в МАДИ (совместно с НПП «Промспецмаш» и «Газпром-ВНИИГАЗ») техпология модификации серы за счет применения комплексного модификатора на основе этилиденнорборнена (ЕНБ) обеспечивает при зачительно меньших количествах модификатора повышение стойкости серобетона в кислых и основных средах, а иноке исключает т   оксичность получаемого материала.

Данная технология модификации серы обеспечивает получение экологически чистого материала, что подтверждено соответствующими заключениями Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии        (ВНИРО) и Московского государственного университета инженерной экологии (МГУИЭ).

Профицит серы в количестве 5 млн. тонн не может в значительной степени конкурировать по объему с портландцементом, однако в условиях эксплуатации бетонных конструкций при знакопеременных температурах и агрессивных средах широкое использование серобетона является краппе актуальным.

При этом следует отметить, что решением Экспертного совета Минтранса России по повышению инноиационности государственных закупок в транспортном комплексе серобетон признан инновационным материалом (Проткол от 30.10.2013 №9).

Имеется поручение Председателя Правительства РФ по итогам заседания президиума Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России 17 мая 2013 г. Минтрансу России обеспечить совместно с ОАО «Газпром» peaлизацию пилотных проектов по строительству участков дорог в регионах с различными климатическими условиями с применением материалов с добавлением серы. Однако, не менее актуальным является вопрос применения серы при производстве серобетонных смесей и конструкций на их основе.

При этом следует отметить, что традиционные бетоны на основе портландцементного вяжущего чувствительны к качеству заполни гелей. Как наличие в песке повышенного содержания пылеватых и глинистых частиц неминуемо вызывает повышение водопотребности бетонной смеси и как следствие снижение прочностных показателей, а также морозостойкости и коррозионной стойкости. Отсутствие воды в составе серобетонной смеси позволяет рассматривать пылеватые и глинистые частицы исключительно как тонкодисперсный наполнитель, наличие которою никоим образом негативно не сказывается на свойствах серобетона.

Проведенные в последнее время исследования показали целесообразность и эффективность направленного регулирования процесса кристаллизации серы. В частности, добавки фуллеренов обеспечивают повышение прочности и износостойкости серобетона до 40 %.

Кроме того, при производстве серобетонных изделий может широко применяться композиционная арматура, в том числе стеклополимерная, которая ограничено применяется в традиционных бетонах, щелочная среда в которых вызывает разрушения стекла.

Исследования в области производства серосодержащих композиционных материалов проводились и проводятся в НИЖБ, MГСУ, ВНИИГАЗ и других организациях.

В настоящее время намечено проведение широкомасштабных исследований наномодифицированной серы и композиционных материалов на ее основе совместно со специалистами МГУ им. М.В. Ломоносова и РХТУ им. Д.И. Менделеева.

 
Помощь в подборе добавки для бетона