16 Июль 2016

 

А.Н. ВОЛГУШЕВ, канд. техн. наук, НИИЖБ, А.П. МАТЮШКИН, директор ГПТИОТС (Москва)

 

Использование местных сырьевых ресурсов в технологии производства строительных конструкций и изделий всегда являлось актуальным в строительстве. Особое значение решение этой проблемы приобретает в районах, крайне удаленных от развитой базы стройиндустрии. К таким районам в России относятся Курильские острова. В состав Курильского архипелага входит 30 довольно крупных островов и более 20 мелких, общей площадью около 15,6 тыс. км2. Протяженность Курильской гряды 1250 км от Японского острова Хокайдо на Юго-Западе до полуострова Камчатка на Северо-Востоке. Почти все острова Курильского архипелага гористы, вулканического происхождения. На островах в разное время были обнаружены месторождения полезных ископаемых, в том числе серы, железной руды, пемзы, вулканических шлаков, базальтов, андезитов, золота, серебра, минеральных вод и др. Запасы серы на островах оцениваются до 5 млн т, а серосодержащего сырья — в 40 млн т.

 

Разработка и освоение природных богатств Курильских островов является одной из важнейших проблем Дальневосточного региона. Для ее решения необходимо выполнить значительный объем капитального строительства различных сооружений, в том числе дорог, объектов перерабатывающего комплекса, и в первую очередь рыбного и сельскохозяйственных производств, морских сооружений, жилья и др. Для обеспечения такого объема строительных работ необходимо располагать хорошей базой по производству строительных материалов.

 

В НИИЖБ разработан новый бесцементный строительный материал на основе термопластического серного вяжущего (ТПСВ), получаемый по технологии НИИЖБ на основе технической серы или серосодержащих отходов. Результаты исследований показали, что композиты на основе ТПСВ характеризуются высокой прочностью (Rсж = 40—60 МПа), водонепроницаемостью (W = 12—20), морозостойкостью (F200—F400), низким водопоглощением (B = 0,5—1,2%), способны быстро набирать прочность, в том числе и при отрицательной температуре и под водой, стойки к солевой агрессии, к действию масел, нефтепродуктов, растворов кислот. Установлено, что композиты на основе ТПСВ могут применяться для конструкций и изделий, эксплуатирующихся в суровых климатических условиях и при воздействии агрессивных сред. Наиболее рациональными направлениями применения композитов на основе ТПСВ являются дорожные и тротуарные покрытия, бордюрные камни, коллекторные кольца, дренажные трубы, сливные лотки, фундаменты, аэродромные покрытия, морские причалы, элементы сельскохозяйственных сооружений и ряд других сооружений, ремонтные работы.

 

На основании опыта и результатов НИИЖБ в области композиций на основе ТПСВ выполнены комплексные научно-исследовательские работы по изучению серных руд и заполнителей Курильских островов. Результаты совместных работ, выполненных НИИЖБ, ГПТИОТС и ИГЕМ АН РФ, убедительно показали возможность использования серных руд и местных заполнителей при решении многих вопросов в реализации строительной программы на Курильских островах.

 

Строительство на Курильских островах дорогостоящее. Основная масса строительных материалов, изделий и конструкций завозится с материка в весьма короткий навигационный период. Разгрузка материалов до последнего времени была рейдовой. Все это приводит к удорожанию строительства, затягиванию сроков ввода объектов в эксплуатацию.

 

Учитывая, что регион Курильских островов богат природной серой, одним из возможных путей решения проблем производства строительных материалов является использование ее для приготовления термопластического серного вяжущего (ТПСВ) и различных конструкций на его основе на технологическом участке, который может быть создан на базе модернизированного оборудования асфальтобетонного завода (АБЗ). Многие элементы конструкций, привозимые с материка, могут быть изготовлены из композитов на основе ТПСВ. Используя месторождения природных легких заполнителей (пемза и шлаки) в сочетании с ТПСВ, возможна организация производства эффективных стеновых материалов. Композиты на основе ТПСВ могут найти применение в дорожном строительстве. Все исследования проводились в НИИЖБ на материалах, доставленных с Курильских островов. В программу исследований входило: оценка характеристик исходного сырья, подбор составов, изучение технологических свойств смеси и разработка технологических приемов ее формования, определение основных физико-механических свойств полученных составов, назначение первоочередной номенклатуры изделий. На основании результатов исследований выполнены работы по составлению технологического регламента, проектированию технологического оборудования и составлению проекта организации производства. Эти работы выполнялись в направлении создания производства ТПСВ на основе серных руд и строительных конструкций различного назначения, как в сборном, так и монолитном вариантах.

 

Основной вопрос, который необходимо было решить, заключался в определении пригодности серных руд для приготовления ТПСВ и композиций на его основе. Содержание в руде серы и сопутствующей минеральной породы является основополагающим показателем. Виды руд и некоторые результаты их исследования приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование острова

Вид руд

Содержание, %

Влажность, %

Прочность при сжатии, МПа

Сера

Минерал

Нормальная

Максимальная

I

90

10

6

15,5

45,5

Кунашир

II

70

30

37

III

81

19

9

13

46

IV

7

93

4,5

8

Утуруп

V

21

79

46

VI

10

90

 

Исследования показали, что руды вида I, II, III, V состоят из серы и минеральной части, включающей песок и вулканический пепел. При разогреве все они переходят в подвижную мастику, которая может быть использована для приготовления серных композиций. Образцы-кубы, отформованные из этих мастик, показали при испытании на сжатие довольно высокие прочностные характеристики. Руды вида IV, VI представляют горную породу, пропитанную серой, поэтому после удаления серы куски руды сохраняют первоначальную форму и геометрические размеры. В исходном виде эти руды не пригодны для приготовления серных композиций. При подборе составов определяли соотношение компонентов, при котором обеспечивались как технологические свойства смеси по подвижности, так и физико-механические свойства затвердевшего состава.

 

Соотношение между составляющими определяли экспериментально -теоретическим путем.

 

Для получения плотного и достаточно прочного бетона необходимо, чтобы мастика заполняла пустоты щебеночно-песчаной смеси. Исходя из этого количество мастики (Ммаст) в составе определяли из выражения:

Ммаст = Пщп· К· Vф· ρмаст,

где Пщп — пустотность щебеночнопесчаной смеси; К — коэффициент раздвижки зерен; Vф — объем формы; ρмаст — средняя плотность мастики.

 

Гранулированное термопластическое серное вяжущее из серных руд вида I, II, III и V может быть получено без особых корректировок их составов. ТПСВ характеризуется видом минеральной части и модифицирующей добавкой.

 

Получение мастичного расплава из серных руд технологически просто, заключается в их разогреве до температуры 150±5оС при перемешивании для предотвращения расслаивания.

 

Гранулирование мастики можно производить на любом из существующих видов грануляторов для серы (см. рисунок).

sm12_04-35

Принципиальная технологическая схема получения серного вяжущего из руд: 1 — бункеры исходных материалов; 2 — ленточный транспортер; 3 — дозатор; 4 — реактор; 5 — гранулятор; 6 — упаковщик гранул; 7— упакованное ТПСВ

 

На основе ТПСВ из серных руд были изготовлены бетонные образцы 4x4x16 см. Составы приготовлены на тяжелых и легких заполнителях, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Тип руды

Вид заполнителя

Плотность, кг/м3

Прочность при сжатии, МПа

I

Тяжелый

2460

33

II

2440

52,2

III

2400

54,4

V

2400

54,7

I

Легкий

1400

39,9

 

Выполненные исследования показали возможность использования местных серных руд и минеральных наполнителей в технологии производства строительных материалов различных составов, в том числе тяжелых, легких, крупнопористых. Практическое применение конструкции из этих составов определяется их высокой прочностью, низким водопоглощением, водонепроницаемостью, стойкостью при воздействии суровых климатических условий и агрессивных сред.

 

Технологические операции по переработке серных руд несложны и технически доступны при минимальных капитальных затратах. На первом этапе освоения производства возможно использование технологического оборудования асфальтобетонных заводов при небольшой их модернизации. Проектирование и изготовление нестандартного оборудования при дальнейшем совершенствовании технологии не вызовут затруднений.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»