CC BY
57
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО СЕРНОГО БЕТОНА ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
Бекназаров Хасан Сойибназарович
д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, Республика Узбекистан, Ташкентская область, Ташкентский р-н, п/о Шуро-базар
E-mail: hasan 74@mail. ru
Джалилов Абдулахат Турапович
д-р хим. наук, акад. АН РУз, Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии,
Узбекистан, г. Ташкент
Каримов Масъуд Убайдулла угли
д-р техн. наук, начальник отдела технологии Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, Республика Узбекистан, Ташкентская область, Ташкентский р-н, п/о Шуро-базар
Соттикулов Элёр Сатимбаевич
докторант Ташкентского научно-исследовательского института химической технологии, Республика Узбекистан, Ташкентская область, Ташкентский р-н, п/о Шуро-базар
STUDY OF MODIFIED SULFUR CONCRETE TO ACHIEVE INDUSTRIAL STABILITY
Hasan Beknazarov
Doctor of Technical Sciences Leading Researcher, Tashkent Research Institute of Chemical Technology,
Republic of Uzbekistan, Tashkent region, Tashkent district, p/o Shuro Bazaar
Abdulahat Djalilov
D.Sc., Academician, Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology,
Uzbekistan, Tashkent
Mas'ud Karimov
Doctor of Technical Sciences Head of Technology, Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology,
Republic of Uzbekistan, Tashkent region, Tashkent district, p/o Shuro Bazaar
Elyor Sottikulov
doctoral student, Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent region, Tashkent district, p/o Shuro Bazaar
АННОТАЦИЯ
В работе говорится об использовании модифицированной серы в качестве связующего для серного бетона. Установлено, что модифицированный серобетон достигает примерно 80,2% предела прочности за один день заливки. Это сопротивление продолжает расти со временем, но с меньшей скоростью.
ABSTRACT
We used modified sulfur as a binder for sulfur concrete. It is established that the modified sulfur concrete reaches approximately 80.2% of the ultimate strength per day of pouring. This resistance continues to grow with time, but at a slower rate.
Ключевые слова: сера, модификация, серобетон, портландцемент. Keywords: sulfur, modification, sulfur concrete, portland cement.
Введение. Портландцемент (ПЦ) является наиболее широко используемым бетоном в строительной отрасли. Тем не менее ПЦ имеет короткий срок службы в некоторых агрессивных средах, что приводит к необходимости дорогостоящего ремонта.
Сера и ее производные считаются одними из самых важных элементов, используемых в качестве промышленного сырья во всем мире [1]. Серу применяют в основном в сельскохозяйственной промыш-
Библиографическое описание: Исследование модифицированного серного бетона для достижения промышленной устойчивости // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Бекназаров Х.С. [и др.]. 2019. № 5(62). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7389
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ленности в качестве удобрения и в различных химических процессах, но также возможно ее применение и в обрабатывающей промышленности (фармацевтика, средства личной гигиены, косметика, очистка воды и т.д.). Сера в естественном виде содержится в окружающей среде и находится в числе десяти наиболее распространенных элементов в земной коре [1-3]. Поскольку потребление ископаемого топлива увеличивается во всем мире, при добыче нефти и газа образуется сера в качестве побочного продукта, который используется как связующее в композиционных строительных материалах, таких как асфальт и бетон [4]. Фактически серные цементы были признаны обеспечивающими хорошую устойчивость к химическому воздействию, имеющими быстрое отверждение (то есть достигающими требуемых свойств всего за 24 часа), высокую прочность и усталостную стойкость, очень низкую водопроницаемость и исключительную устойчивость к кислотным
май, 2019 г.
и солевым агентам, что позволяет использовать их в высокоагрессивных средах [4,5,6]. Кроме того, механические свойства серных цементов могут быть улучшены за счет включения различных добавок для получения так называемых модифицированных серных цементов.
Целью данного исследования было внедрение местных материалов в промышленное производство модифицированного серобетона (МСБ) с улучшенными характеристиками.
Методическая часть. Элементарная сера с чистотой 99,9%, удельным весом 1,032 г/см3 и другими компонентами использовалась в качестве связующего. Серу модифицировали с пиролизным дистиллятом, состоящим из олефиновых углеводородов. Полученные образцы представляли собой песчано-кремнистый речной гравий в виде мелких и крупных фракций и были получены из местных каменных карьеров с максимальным размером частиц % (рис. 1).
Рисунок 1. Образцы из серного бетона
Образцы из серобетона подвергали воздействию растворов серной кислоты (И2804) и сульфата аммония (МН4)2804 в концентрации 40% для моделирования условий промышленной среды.
Результаты и их обсуждение. Одним из основных преимуществ МСБ перед ПЦ является его долговечность в большинстве кислых и солевых сред, особенно на промышленных предприятиях, где обычный ПЦ имеет короткий срок службы. Помимо промышленных предприятий, МСБ применяют в сооружениях при циклах замораживания и оттаивания, на объектах пищевой промышленности, при изготовлении канализационных труб, дренажных каналов и морских сооружений. Что касается устойчивости,
МСБ может считаться экологически чистым материалом, поскольку он может заменить портландцемент в нескольких строительных приложениях.
МСБ развивает около 80% предела прочности при сжатии всего через несколько часов после отливки и обычно от 80 до 95% через 24 часа [7]. В этой работе исследования проводились на двух одинаковых образцах, отвержденных за 3, 7, 14 и 28 дней. Средняя прочность на сжатие и ее эволюция с течением времени для всех образцов показаны в таблице 1. Как видно из таблицы 1, средняя прочность на сжатие, полученная за 3 дня, составила 3 3 МПа и 41 МПа за 28 дней. Результаты согласуются с процентом прочности на сжатие, рассчитанным как 80,5% по сравнению со значением 28 дней, как приведены в других работах [8,9].
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
Таблица 1.
Прочности на сжатие для образцов MCБ
№ Время, день Средняя прочность на сжатие, МПа Стандартное отклонение, МПа
1 3 33,25 0,16
2 7 37,62 0,67
3 14 39,43 2,23
4 28 41,33 0,98
Испытания на долговечность образцов МСБ были проведены путем измерения массы образца через 3, 7, 14 и 28 дней и сравнения ее с начальным значением (до погружения), полученные результаты показаны на рис. 2 и 3. Потеря массы была рассчитана для квадратных образцов МСБ размером 10х10х10
мм, погруженных в 40%-ный раствор серной кислоты и сульфата аммония. Полученные значения изменения массы вследствие погружения были низкими, что говорит о том, что образцы после воздействия кислой и сульфатной сред не показали какого-либо ухудшения, как это было в работе [4].
Рисунок 2. Изменение массы во время погружения в 40%-ный Н804
40 % (NH4)2SO4
и
es
W
es
25 24,5 24 .3,5 23 22,5 22
До испыт. I После испыт.
3 7 14 28
Испытуемое время в химическом растворе, день
Рисунок 3. Изменение массы во время погружения в 40%-ный (МИ4)2804
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Результаты ухудшения свойств МСБ были оценены путем сравнения результатов прочности на сжатие при различном времени погружения в растворы и прочности на сжатие контрольных образцов, погруженных в обычную воду. Была рассчитана потеря массы и прочности на сжатие, полученные результаты приведены в таблице 2. Результаты по прочности на сжатие, по-видимому, слегка зависят от погружения в агрессивные среды, и контрольные образцы ведут себя аналогично другим образцам с увеличением времени погружения, демонстрируя высокую химическую стойкость МСБ. Средние значения
май, 2019 г.
массы после погружения в раствор были немного выше в обоих случаях, но оставались в пределах ожидаемых значений. Кроме того, трещин или повреждений не наблюдалось после того, как образцы подвергались экстремальным условиям воздействия во время испытания. Что касается результатов прочности на сжатие, как показано в таблице 2, средние значения снизились на 0,12-0,22% в 40% -ном растворе И2804 и на 0,02-0,7% в 40%-ном (N^^04, аналогично результатам, приведенным в работах [4, 7,8].
Таблица 2.
Результаты испытаний на долговечность при погружении образцов в химические растворы: потеря массы и потеря прочности на сжатие после погружения
Время, день Растворы Вес до погружения, (г) Вес после погружения, (г) Потеря массы, % Прочности на сжатие до погружения (МПа) Прочность на сжатие после погружения (МП) Потеря прочности при сжатии (%)
3 40 %-ном H2SO4 24,5 24,3 0,81 33,25 34,13 -2,64
7 21,4 21,6 -0,93 37,62 37,68 -0,16
14 23,4 23,7 -1,28 39,43 39,38 0,12
28 25,1 25,3 -0,79 41,36 41,27 0,22
3 40 %-ном (NH4)2SO4 23,1 23,1 0 34,53 34,59 -0,17
7 24,4 24,5 -0,40 36,84 37,11 -0,73
14 23,6 23,7 -0,42 40,37 40,36 0,02
28 24,1 24,2 -0,41 41,05 41,15 -0,24
Заключение. Таким образом, полученные результаты дают основания утверждать, что, используя экспериментально полученные данные, можно разрабатывать различные конструкционные строительные материалы и смеси МСБ в зависимости от желаемой прочности на сжатие и для минимизации затрат.
Модифицированный серобетон достигает примерно 80,2% предела прочности за один день за-
ливки. Это сопротивление продолжает расти со временем, но с меньшей скоростью. Никаких значительных изменений в весе единицы или прочности на сжатие не наблюдалось для образцов после испытания на долговечность в двух агрессивных средах, что свидетельствует о высокой химической стойкости МСБ. Результаты прочности на сжатие снизились на 0,12-0,22% в 40%-ном растворе Н2804 и на 0,02-0,7% в 40%-ном (N^^04.
Список литературы:
1. An Introduction to Sulphur. Available online: https://www.sulphurinstitute.org/learnmore/sulphur101.cfm (accessed on 24 August 2018).
2. Charlson R.J., Anderson T.L., McDuff R.E. The sulfur cycle. Earth Syst. Sci. From biogeochem. Cycles Glob. Chang. 2000. Vol. 72. Р. 343-359.
3. El Gamal M.M., El-Dieb A.S., Mohamed A.M.O., El Sawy K.M. Performance of modified sulfur concrete exposed to actual sewerage environment with variable temperature, humidity and gases. J. Build. Eng. 2017. Vol. 11. No 1-8.
4. Khademi A.G., Imani H. Comparison of Sulfur Concrete, Cement Concrete and Cement-sulfur Concrete and their Properties and Application. Curr. World Environ. 2015. Vol. 10. Р. 63-68.
5. Loov R.E., Vroom A.H., Ward M.A. Sulfur Concrete-A New Construction Material. J. Prestress. Concr. Inst. 1974. Vol. 19. Р. 86-95.
6. Shin M., Kim K., Gwon S.W., Cha S. Durability of sustainable sulfur concrete with fly ash and recycled aggregate against chemical and weathering environments. Constr. Build. Mater. 2014. Vol. 69. Р. 167-176.
7. Vlahovic M.M., Martinovic S.P., Boljanac T.D., Jovanic P.B., Volkov-Husovic T.D. Durability of sulfur concrete in various aggressive environments. Constr. Build. Mater. 2011. Vol. 25. Р. 3926-3934.
8. Vlahovi'c M.M., Savi'c M.M., Martinovi'c S.P., Boljanac T., Volkov-Husovi'c T.D. Use of image analysis for durability testing of sulfur concrete and Portland cement concrete. Mater. Des. 2012. Vol. 34. Р 346-354.
9. National Minerals Information CenterAvailable at: Электронный ресурс. Режим доступа - https://miner-als.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/sulfur /myb1-2015-sulfu.pdf (accessed on 24 August 2018).
