Сера: новые технологии в строительстве

Региональное управление / РЭЭ №6, 2018

Сера: новые технологии в строительстве

Васильев Юрий Эммануилович

В результате переработки нефти, природного газа и цветных металлов в качестве техногенного отхода получают техническую серу. Соединения серы по своему отрицательному воздействию на окружающую среду занимают одно из первых мест среди загрязняющих веществ. Однако сегодня сере нашли применение, дающее возможность не загрязнять окружающую среду и к тому же получать прибыль. Об этом нам рассказывает заведующий кафедрой дорожно-строительных материалов Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ), д.т.н., профессор Юрий Эммануилович Васильев.

Заведующий кафедрой дорожно-строительных материалов  МАДИ

Васильев Юрий Эммануилович

– Юрий Эммануилович, расскажите, пожалуйста, о разрабатываемом на вашей кафедре инновационном продукте – серобетоне.
– Серобетон – это современный композитный материал, в основу которого входят инертные заполнители и наполнители, выполняющие функции структурного каркаса, и вяжущее – модифицированная техническая сера. Это инновационный экологически чистый материал. Он характеризуется высокими строительно-техническими и эксплуатационными характеристиками. Материал предполагает «горячую» технологию: его производство может быть организовано на действующих асфальтобетонных заводах. В этом случае это типичное сезонное производство сможет осуществлять выпуск продукции в круглогодичном режиме.
Основными преимуществами серобетона перед традиционным бетоном на основе портландцемента являются его более высокие прочностные характеристики, высокая химическая стойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, низкое водопоглощение, быстрый набор прочности. При этом набор прочности может осуществляться при любой температуре окружающего воздуха, в том числе и на морозе. Существует возможность его вторичной переработки.

– Давно ли Вы обратили внимание на серу, как на компонент для новых строительных материалов?
– Этой проблематикой мы занимаемся с 2000 года. Начали с литых сероасфальтобетонных смесей, которые использовали в рамках текущего ремонта дорожных покрытий в Москве. Затем освоили технологию получения и применения серобетонных и сероасфальтобетонных смесей.

– Материал позиционируется, как бетон специального назначения. Почему?
– Свойства серобетона выигрышно смотрятся на фоне других материалов. Традиционный цементобетон, на основе портландцемента, имеет ряд отрицательных моментов, которые в северных районах имеют принципиальное значение. При этом можно отметить следующие особенности серобетона:
– при производстве этого материала не используется цемент, который во время транспортирования и хранения может слеживаться и терять активность. Модифицированная техническая сера может транспортироваться и храниться без каких-либо ограничений;
– технология не предполагает применение воды, что позволяет организовать производство при пониженных температурах, а также применение в качестве заполнителей местных материалов, которые по причине возможного увеличения водопотребности не могут быть использованы в традиционных бетонах;
– при использовании этого материала имеется возможность в течение первых суток получить строительный материал, характеризующийся прочностью, с высокой морозостойкостью, водостойкостью и водонепроницаемостью, предназначенный для транспортного, гидротехнического и иных видов строительства. Этот материал является абсолютным диэлектриком;
– для того чтобы бетонная смесь на основе портландцемента схватилась и набрала проектную прочность, необходимо 28 суток, в течение которых должны быть обеспечены определенные температурно-влажностные условия. Изделия из серобетона можно использовать уже на следующие сутки, что крайне актуально в условиях ограниченного строительного сезона в северных регионах.
Серобетон – это разновидность полимербетона. Но стоимость его в разы меньше, чем у полимербетона.
В связи с этим, если, например, мы говорим о Северном морском пути, то это порты и вся портовая инфраструктура, связанные с эксплуатацией в агрессивных средах. Их развитие требует использования материалов с повышенной коррозионной стойкостью, которую серобетон успешно может реализовать.

– Насколько сера является экологически безопасным продуктом?
– Мы с детства, как правило, негативно относимся к сере, прежде всего за счет ее присутствия в таких токсичных соединениях как сероводород и диоксид серы. Но сама сера является экологически безопасным продуктом. Она, как компонент, входит, например, во многие продукты питания и лекарственные средства.
Однако общеизвестны экологические проблемы, например, Норильска. Речь идет о том, что Норникель выпускает в атмосферу ежегодно до двух миллионов тонн диоксида серы, а это вещество второго класса опасности. Диоксид можно переработать в серную кислоту, но в регионе в таком количестве серная кислота не требуется, а хранить и транспортировать ее сложно, то целесообразности в ее производстве нет.
Можно еще диоксид серы перерабатывать в техническую серу, которую успешно можно использовать в качестве вяжущего материала для возведения конструкций и сооружений в транспортном и гидротехническом строительстве. Но в настоящее время, к сожалению, бытует мнение, что скорее всего спроса на нее не будет. Однако, в северных регионах, где нет ни цемента, ни битума, ни кондиционных каменных материалов, эта техническая сера может стать реальным источником ценнейшего строительного материала.
С такой же проблемой в ближайшее время могут столкнуться на Чукотке, где собираются разрабатывать Баимское месторождение меди, которое рассматривается как крупнейшее в мире, а медь там залегает в виде сульфидов. В результате, при разработке месторождения, может образовываться значительное количество серы.
Разработанные в настоящее время составы модифицированной серы обеспечивают возможность организации экологически чистого производства серобетонных смесей. При этом необходимо выполнение одного единственного условия: технологические температуры не должны превышать 160ºС.
В настоящее время в стране утверждены четыре предварительных национальных стандарта на производство серобетона и сероасфальтобетона, которые в частности регламентируют технологические температуры производства этих материалов в пределах 130–155ºС. Если на заводе будут соблюдать температурный режим в соответствии с требованиями нормативных документов и не будут перегревать материал, то с точки зрения экологии какие-либо проблемы не проявятся.

– А как происходит этот процесс переработки отходов с месторождений полезных ископаемых?
– При переработке нефти, природного газа и цветных металлов может быть получена техническая сера, которая для ее использования в сероасфальтобетонных и серобетонных смесях должна подвергнуться модификации. Для этого разработана и реализована на практике технология модификации технической серы.
Это небольшая установка для производства модифицированной серы. Она может быть размещена рядом с газо- или нефтеперерабатывающим, металлургическим предприятием. В настоящее время такая установка успешно работает в Астраханской области. Ее производительность до 15 тысяч тонн в год (при работе в одну смену). Подобные установки могут быть легко тиражированы для различных регионов.
А затем на любом асфальтобетонном заводе можно организовать выпуск серобетонных и сероасфальтобетонных смесей.
– Какова эффективность применения данных материалов?
В сероасфальтобетоне до 30% битума заменяют модифицированной серой, поэтому экономия строится главным образом на разнице стоимости битума и модифицированной серы.
Если взять серобетон, то при цене серы 7,5 тысяч рублей за тонну, можно говорить о сопоставлении цены обыкновенного цементобетона и серобетона. Если сера становится дороже, то соответственно и серобетон по цене будет превосходить цементобетон, но в любом случае серобетон остается дешевле, чем полимербетон, а с учетом ускорения ввода объектов и повышенной стойкости стоимость серобетона будет конкурентоспособной с цементобетоном.

– Производство серобетона – это международно апробированная технология?
– Да, это направление активно разрабатывают в Канаде, в США, в Польше, в Японии, в Южной Корее. Уж насколько японцы бережно относятся к экологии, но, тем не менее, они осуществляют применение серобетона для изготовления изделий различного назначения.
На западе лидер разработок, связанных с серой, – фирма Shell. Сероасфальтобетон там признан разновидностью теплого асфальтового бетона, который сегодня считается самым передовым и инновационным материалом. Если традиционный асфальтобетон мы изготавливаем при 160ºС или больше, то теплые смеси можно изготавливать при 130–140ºС, транспортировать их на большие расстояния и укладывать при меньших температурах.

– А как развивается эта технология в России?
– В настоящее время в России действуют четыре предварительных стандарта на серобетон и сероасфальтобетон. Таким образом, необходимая нормативная база для организации производства этих материалов имеется.
Экспертным советом Минтранса России серосодержащие композиционные материалы признаны инновационными.
Как оказалось, сера является очень хорошим материалом для капсулирования и нейтрализации токсичных и радиоактивных отходов. Это еще одно новое направление применения серы.
Еще одно перспективное направление использования серы для северных регионов – это вспененная сера, которая успешно может быть применена в качестве теплоизоляционных конструктивных слоев дорожных одежд на вечномерзлых грунтах.

– Какие еще северные регионы могут быть заинтересованы в применении серы?
– В первую очередь это арктические регионы и районы Крайнего севера, серобетон может быть успешно применен за счет его очевидных преимуществ. В частности интерес к этому материалу проявляют в Красноярском крае, в Республике Саха (Якутия), Чукотском Автономном округе.

Беседовала Екатерина Сергеева

Хотите читать больше подобных новостей?

Подпишитесь на электронную рассылку!

Свежий выпуск РЭЭ с доставкой прямо в почтовый ящик