СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕРОБЕТОНА Российский патент 2021 года по МПК C04B28/36 C04B12/00 C04B111/20 

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к изготовлению бетонных изделий и дорожных покрытий.

Серобетон — это композитный современный материал, в основу которого входят инертные заполнители и наполнители, выполняющие функции структурного каркаса, и вяжущее — техническая сера с модифицирующими добавками.

Конструкции, изготовленные из серобетона, обладают высокими теплоизоляционными свойствами, прочностью, они устойчивы к химическому воздействию кислот, солей, масел и пр. При необходимости, учитывая проектные требования, прочность изделий может быть повышена методом введения в состав растворов (до 7%) стекловолокнистой фибры.

Известен способ производства бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы (патент РФ на изобретение №2655859, опубл. 29.05.2018), включающий загрузку компонентов в бункеры, подогрев компонентов, дозирование компонентов и перемешивание их в смесителе. При этом компоненты смеси загружают в три бункера, в два из которых загружают инертные компоненты, а в один серу. В бункерах с загруженными компонентами производят первую стадию нагрева. Из подогретых бункеров через питатели каждый компонент смеси направляют в свой шнек-подогреватель. В шнеках-подогревателях производят вторую стадию нагрева компонентов. Из шнеков-подогревателей все компоненты смеси направляют в многокомпонентный дозатор для взвешивания. После чего из многокомпонентного дозатора через загрузочное окно с затвором компоненты направляют в по меньшей мере один подогреваемый смеситель, в котором производят третью стадию нагрева, в процессе которой смесь нагревают до 130-140ºС. Перемешивают и после этого через разгрузочную течку с затвором выгружают из смесителя.

Известен способ (патент РФ на изобретение № 2223991, опубликован 20.02.2004), включающий модифицирование серы, перемешивание модифицированной серы с битумом и смешение полученного серобитума с минеральным наполнителем, причем предварительно нагревают битум до температуры 125-170°С и активируют его кавитационно-акустическим воздействием, затем проводят модифицирование серы путем введения в нее 0,5-10,0 мас.% активированного битума и кавитационно-акустического воздействия в течение 5-15 мин при температуре 125-170°С, после чего проводят перемешивание модифицированной серы и активированного битума в весовых соотношениях (0,03-1):1 кавитационно-акустическим воздействием при кратности циркуляции 3-10.

К недостаткам известного способа относится необходимость предварительной активации битума, что усложняет технологию, а также недостаточная прочность получаемого материала.

Известен способ получения смеси для серного бетона (патент РФ на изобретение №2401819, опубл. 20.10.2010г), включающий модифицирование серы путем введения в нее битума в количестве 1-8 мас.% при температуре 125-155°С и воздействия в течение 1-10 мин ультразвуком низкой частоты; перемешивание модифицированной серы с разогретой до 125-155°С смесью минерального наполнителя - песка, щебня и золы-уноса с расплавленной серой в весовом соотношении золы-уноса с серой (0,2-3,0):1, при весовом соотношении модифицированной серы к указанной смеси (0,001-0,05):1. Для получения смеси для серного бетона для дорожного покрытия в указанную разогретую смесь минерального наполнителя и расплавленной серы дополнительно вводят 5-20 мас.% битума.

Недостатком известных решений являются значительные энергетические затраты для разогрева всех компонентов входящих в состав серобетона и дальнейшего его поддержания в разогретом состоянии до полного использования. Кроме того, для доставки горячего серобетона к месту применения требуется применение специальных машин.

Заявляемое изобретение направлено на снижение энергетических затрат на изготовление серобетона и упрощение процесса доставки компонентов смеси к месту укладки дорожного покрытия.

Технический результат – упрощение и удешевление процесса изготовления серобетона, ускорение процесса набора прочности серобетона, повышение производительности.

Технический результат достигается за счет того, что способ изготовления бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы включает дозирование минеральных наполнителей и серы, перемешивание их в смесителе, выгрузку из смесителя и формование при температуре окружающей среды с последующим высокочастотным воздействием широкополосным излучателем с частотой 40-50 кГц в течение 3-10 минут для обеспечения перехода серы из твердого агрегатного состояния в жидкое, охлаждением и схватыванием вяжущего за счет контакта с минеральным наполнителем.

Серобетон по настоящему изобретению включает техническую серу, смешиваемую с минеральным наполнителем (песок карьерный, щебень карьерный) при любой температуре окружающей среды. Техническая сера, используемая в качестве связующего, обеспечивает стойкость состава к агрессивным средам, повышенную морозостойкость, а также высокий предел прочности к изгибающим нагрузкам.

Песок и щебень являются наполнителями и обеспечивают прочностные характеристики состава.

При этом для модификации серы могут быть использованы различные модификаторы на основе диеновых углеводородов (дициклопентадиен), олефиновые углеводороды, отходы переработки нефти.

Полученную смесь выгружают в формы, осуществляют обработку в течение 3-10 минут широкополосным излучателем направленного действия мощностью не менее 50 кВт с диапазоном рабочих частот 40-50 кГц с последующим охлаждением в течение 5-10 минут, готовые образцы извлекают из формы. В целом продолжительность обработки зависит от мощности излучателя.

Таким же образом может быть получено дорожное покрытие. При этом дополнительно смесь может быть утрамбована с применением вибратора. В случае укладки дорожного покрытия оборудование устанавливается на асфальтоукладчик P5770C ABG или его аналог.

Высокочастотное воздействие электромагнитных волн с резонансной частотой близкой к резонансной частоте атомов серы (43,33 кГц) позволяет избирательно осуществить нагрев только серы, входящей в состав смеси, до температуры плавления, при этом контакт серы в расплавленном состоянии с не нагретым минеральным наполнителем после выключения излучателя, обеспечивает ее быстрое охлаждение и затвердевание.

Ниже представлена таблица, иллюстрирующая примеры использования предлагаемого способа:

Таблица 1

Пример 1 Пример 2 Пример 3 Состав смеси Техническая сера, мас.ч. 1 1 1 Щебень, мас.ч. 4,5 3,4 2,5 Песок, мас.ч. 4,2 3,2 2,3 Характеристики готовых образцов Предел прочности на сжатие, МПа 85 83 80 Предел прочности на изгиб, МПа 11,5 11,3 11,0 Предел прочности на растяжение, МПа 8 8 7 Время набора прочности, мин 3 5 6

Испытания на прочность проводились со скоростью сжатия 1000 Н/с с помощью пресса, в который помещали изготовленные испытуемые образцы. Испытания проводились до полного разрушения образцов.

Для приготовления смеси для серного бетона использовали песок карьерный, например, песок из отсевов дробления, крупность зерен которого составляет до 5 мм, и щебень карьерный крупностью зерен 5- 40 мм.

Полученный состав серобетона обладает высокими прочностными показателями и малым временем набора прочности.

Предлагаемый способ характеризуется возможностью применения в широком диапазоне температур от - 30 до +50 °С.

Предлагаемый способ позволяет повысить энергоэффективность процесса формования изделий и укладки дорожного покрытия из серобетона за счет исключения необходимости предварительного нагрева компонентов смеси. Кроме того, изделия, полученные настоящим способом характеризуются высокой скоростью набора прочности и готовности изделий к эксплуатации.

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к изготовлению бетонных изделий и дорожных покрытий. Способ изготовления бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы включает дозирование минеральных наполнителей и серы, перемешивание их в смесителе, выгрузку из смесителя и формование при температуре окружающей среды с последующим высокочастотным воздействием широкополосным излучателем с частотой 40-50 кГц в течение 3-10 минут для обеспечения перехода серы из твердого агрегатного состояния в жидкое, охлаждением и схватыванием вяжущего за счет контакта с минеральным наполнителем. Технический результат – упрощение и удешевление процесса изготовления серобетона, ускорение процесса набора прочности серобетона, повышение производительности. 1 табл.

Способ изготовления бетона с использованием в качестве вяжущего технической серы, включающий дозирование минеральных наполнителей и серы, перемешивание их в смесителе, выгрузку из смесителя и формование при температуре окружающей среды, отличающийся тем, что после формования осуществляют высокочастотное воздействие широкополосным излучателем с частотой 40-50 кГц в течение 3-10 минут для обеспечения перехода серы из твердого агрегатного состояния в жидкое с последующим охлаждением и схватыванием вяжущего за счет контакта с минеральным наполнителем.