ВЯЖУЩЕЕ Российский патент 2004 года по МПК C04B28/36 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении вяжущего для растворов и бетонов, конструкций из них.

Известны серные бетоны, приготовленные на основе вяжущего с использованием кристаллической (ромбической) серы в качестве связующего, которые обладают рядом положительных свойств: быстрым набором прочности, связанным с быстрым остыванием смеси, относительно высокой прочностью на сжатие (до 60 МПа), стойкостью к воздействию агрессивных сред, низким водопоглощением и, следовательно, высокой морозостойкостью [1]. Однако при переходе из расплава в твердое состояние вследствие происходящих при этом процессов кристаллизации и перекристаллизации серы происходит изменение ее плотности, что ведет к усадочным деформациям. Усадочные деформации вызывают растягивающие напряжения в растворах и бетонах, приводящие к трещинам и микротрещинам и, в конечном счете, к снижению прочности бетонов в процессе эксплуатации.

Известны также серные вяжущие бетоны, использующие не кристаллическую серу, а ее μ-модификацию, пластическую (полимерную), которая образуется при нагревании расплава серы до температуры 180°С с последующим ее резким охлаждением. При использовании полимерной серы в вяжущих и бетонах возникающие в материале внутренние напряжения гораздо ниже, чем в вяжущем с кристаллической серой, однако состояние полимерной серы неустойчиво, она вскоре образует кристаллы ромбической серы, и для ее стабилизации используют различные стабилизаторы. Так, в DE № 2634852 А, опубл. 09.02.1978 [2] описано вяжущее, содержащее серу, наполнитель - известняк, стабилизатор полимерной серы - серосодержащий полимер. Указанное вяжущее является наиболее близким аналогом.

Целью изобретения является повышение прочности серобетона на основе серного вяжущего.

Поставленная цель достигается за счет того, что вяжущее, включающее серу, наполнитель - известняк, стабилизатор полимерной серы - серосодержащий полимер, содержит известняк доломитизированный, в качестве серосодержащего полимера - тетраполисульфид, при следующем содержании исходных компонентов, мас.%:

Известняк доломитизированный 50,0-66,7

Сера элементарная 26,7-49,5

Тетраполисульфид 0,3-10,0

Для указанного вяжущего были использованы:

Сера - ГОСТ 127-76 Сера техническая; известняк доломитизированный - ГОСТ 8267-93, щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ; выбор известнякового наполнителя обусловлен его пористостью и гидрофобностью; при взаимодействии серы и наполнителя на границе фаз происходят адсорбционные процессы и избирательная фильтрация серы в глубь минерального зерна, приводящие к формированию структурно-механических связей, образованию структур повышенной прочности.

Тетрасульфид - сополимер серы с дициклопентадиеном (ДЦПД) - новое вещество со структурой, показанной на фиг.1, на фиг.2 приведена схема получения этого вещества.

Сополимер серы и ДЦПД представляет собой твердый сыпучий пластичный материал. Указанный полимер в соответствии с [3] был получен реакцией сополимеризации дициклопентадиена с элементарной серой, взятых в мольных соотношениях 1: 0,5, которые нагревались при перемешивании при температуре (132±2)°С в течение 4, 5 часов. При этом реакция серы с ДЦПД шла по схеме, отраженной на фиг.2. Затем производилась вакуумная отгонка не вступившего в реакцию ДЦПД. Полученный продукт охлаждался при нормальных условиях. В результате получался сополимер с тетрасульфидными фрагментами, термически относительно стабильными, с содержанием общей серы 49,28%. Как показывает ИК-спектроскопия, углеродный скелет дициклопентадиена не претерпел кардинальных изменений. Данные ЯМР-спектроскопии указывают на то, что в ходе сополимеризации в алкадиене прореагировала одна двойная связь, вторая же осталась незатронутой. Это обстоятельство обусловливает химическое взаимодействие тетраполисульфида с элементарной серой. Кроме того, полисульфиды являются катализаторами (активаторами) серы, элементарная сера при их действии приобретает большую реакционную способность, обусловленную раскрытием циклических молекул серы S8 и преобразованием их в полимерные цепочки, более реакционноспособные, чем циклические молекулы. Таким образом, тетраполисульфид оказывает двойное действие: является инициатором образования полимерной серы, оказывая каталитическое действие, и является стабилизатором полимерной модификации серы.

Образцы сероцемента готовили следующим образом. Расплав серы нагревали до температуры 155°С, при которой она имеет минимальную вязкость, и при перемешивании небольшими порциями добавляли определенное количество предварительно измельченного сополимера серы с дицоклопентадиеном. После растворения сополимера серы с ДЦПД в расплаве серы до однородности расплава к нему добавляли нагретый до такой же температуры, как и расплав, молотый (до удельной поверхности 3000 см²/г) известняк доломитизированный. Полученной массой заполняли предварительно нагретые до температуры 150-160°С формы-кубы 2×2×2 см, помещали формы в печи и нагревали до температуры 175-185°С, после чего массу в формах выдерживали при этой температуре 15-30 минут при нормальном атмосферном давлении, формы вынимали из печи и охлаждали при нормальных условиях (комнатной температуре). В результате получали образцы сероцемента с более высокой прочностью на сжатие.

Примеры образцов, изготовленных по предложенной рецептуре и описанной технологии, с различным процентным содержанием компонентов приведены в таблице 1, их прочностные характеристики - в таблице 2. Прочность на сжатие исследовали на разрывной машине Р-5 при скорости движения плиты, равной 20 мм/мин.

Как видно из таблицы, прочностные свойства сероцемента значительно улучшены по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Патуроев В.В., Волгушев А.Н., Орловский Ю.И. Серные бетоны и бетоны, пропитанные серой /обзорная информация/ сер. 7, вып.1, ВНИИС Госстроя СССР. -М.: 1985, с. 59.

2. DЕ № 2634852, 09.02.1978 (ближайший из аналогов).

3. Рылова М.В., Самуилов Я.Д., Кирсанов А.И. Получение полисульфидных полимеров реакцией сополимеризации непредельных соединений с элементарной серой. Казанский Государственный Технологический Университет, Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве. Сборник научных трудов. Всероссийская научно-техническая конференция, Казань, 5-8 октября 2000 года. Казань: Магариф, 2000, с. 12-16.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении вяжущего для растворов и бетонов, конструкций из них. Технический результат - повышение прочности серобетона на основе вяжущего. Вяжущее содержит: наполнитель, серу, серосодержащий стабилизатор полимерной серы, в качестве наполнителя используют известняк доломитизированный, а в качестве указанного стабилизатора - тетраполисульфид, при следующем соотношении компонентов, мас.%: известняк доломитизированный 50,0-66,7; сера 26,7-49,5; тетраполисульфид 0,3-10,0. 2 табл., 2 ил.

Вяжущее, включающее серу, наполнитель - известняк, стабилизатор полимерной серы - серосодержащий полимер, отличающееся тем, что оно содержит известняк доломитизированный и в качестве серосодержащего полимера - тетраполисульфид при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сера 26,7-49,5

Известняк доломитизированный 50,0-66,7

Тетраполисульфид 0,3-10,0