СЕРНЫЙ БЕТОН

Серным бетоном называют композиционный материал, состоящий из заполнителей, сцементированных с помощью элементарной серы. Серное связующее или матрицу обычно модифицируют введением пластификаторов.

Исследование серного бетона было начато в 1934 г., но наиболее интенсивно этими проблемами стали заниматься в 70-е годы, в связи с ростом производства серы, выделяемой из природного газа. Быстрое отверждение и хорошая прочность серного бетона позволяют использовать его для изготовления баков под щелочи, электролитических ячеек, плит перекрытий мостов, полов промышленных зданий, труб, в том числе канализационных, покрытий и т. д.

Например, согласно ASTMC386—77 предусматривается использование серных растворов в качестве химически стойкого материала. Однако существуют еще некоторые практические проблемы, связанные с применением серного бетона, и будущие работы должны быть направлены на их решение.

Технические свойства серы. К факторам, влияющим на механические свойства серного бетона, относятся его чистота, содержание H2S в сере, условия ее охлаждения, температура, уровень нагружения, а также размер образцов. При изготовлении образцов для определения прочности обычно трудно обеспечить постоянство их размеров из-за процессов усадки, которые не удается полностью элиминировать.

Бодуэн и Середа уплотняли порошок серы для получения образцов постоянных размеров с очень низкой пористостью. Этот способ предусматривал процесс разливки расплава серы.

Размеры образцов. С изменением температуры в образцах из серы растет внутреннее напряжение, что обусловлено низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом температурного расширения серы. Снаружи образец охлаждается быстрее, чем изнутри. Это приводит к росту растягивающих напряжений в периферийной части образца, тогда как в его объеме возникает напряжение сжатия. В стандартных испытаниях нужно принимать во внимание силы трения между образцом и плитами пресса. Следовательно, при cоставлении результатов различных испытаний необходимо учитывать также геометрию образца.

Старение. Сера в серном бетоне плавится при температуре 120—130 °С. При охлаждении матрица представлена моноклинной и орторомбической серой. Со временем моноклинная сера переходит в орторомбическую. Это превращение обычно сопровождается ростом прочности образцов при сжатии, продолжающимся вплоть до их двухнедельного возраста.

Пластификаторы. Роль пластификаторов в системах, содержащих серу, изучалась весьма интенсивно с целью устранения недостатков, присущих таким хрупким материалам, как сера. Эти добавки должны обеспечить следующие основные эффекты: снизить температуру плавления серы, замедлить или предотвратить ее кристаллизацию; дать возможность применять ее при более высоких температурах без изменения вязкости.