Спеціальні властивості бетонів, модифікованих сіркою

Перша, що стосується цементних бетонів, просочених розплавом сірки, була сформульована в такий спосіб. Кольматація капілярно-пористої структури цементного бетону сіркою, що за своїми властивостями відноситься до діелектриків, повинна привести до підвищення не тільки фізико-механічних, але і діелектричних властивостей цементобетонних виробів при значному підвищенні їхньої водонепроникності і зниженні водопоглинання, що забезпечить стабільність цих властивостей в умовах експлуатації виробів.

Другу гіпотезу, що відноситься до сірчаного бетону, можна сформулювати в такий спосіб. При зв’язуванні щільних мінеральних матеріалів, які характеризуються в сухому стані високим електричним опором, такою гідрофобною речовиною з високими діелектричними характеристиками як сірка, дозволить одержати високощільні водонепроникні бетони з високими діелектричними властивостями.

Питання впливу -випромінювання на зміну властивостей сірки і її використання в композиційних матеріалах, що піддаються дії іонізуючого випромінювання в технічній літературі практично не висвітлені. Відомо, що більшою радіаційною стійкістю володіють мінерали із симетричною структурою, координаційної і каркасної будови. Сірка відома в двох кристалічних модифікаціях: ромбічній і моноклинній, але тільки перша стійка в нормальних умовах.

З огляду на кристалічну будову сірки можна припустити, що її радіаційна стійкість буде не нижче стійкості мінералів класу окислів, що складають основу бетонів і відомих своєю радіаційною стійкістю, а полімерна модифікація сірки і вода приблизно еквівалентні за ефектом дозового фактору нагромадження часток проникаючих випромінювань. Останнє дає підставу припускати високу ефективність полімерсірчаного в’яжучого як радіаційно-захисного матеріалу.

В другому розділі приведені характеристики вихідних матеріалів, технологія виготовлення дослідних зразків, методи і методики їх випробувань.

При виготовленні цементних бетонів, призначених для стабілізації їхніх властивостей шляхом просочення розплавом сірки, використовувалися: портландцемент Миколаївського заводу і кварцовий пісок Ясинецького кар’єру Львівської обл. з модулем крупності 1, 5. Як крупний заповнювач використовувався гранітний щебінь фракцій 5-10 мм Кльосовського кар’єру Рівненської обл.

Як просочувальна речовина і в’яжуче мінеральних компонентів, а також як добавка, у випадку коректування складу сірчаної вапнякової руди використовувалася природна сірка Язівського родовища Львівської обл., що отримується методом підземної виплавки.

Модифікатором сірки при дослідженнях був дициклопентадієн кам’яновугільний (ДЦПД), який отримують при переробці фракцій сирого бензолу на Баглейському коксохімічному заводі Дніпропетровської обл. (ТУ 14-6-137-66).

При виготовленні сірчаної мастики були обрані наступні матеріали: кварцовий пісок, вапнякова сірчана руда, вапняк без вмісту сірки Язівського родовища сірчаних руд і менілітовий сланець родовища Верхнє Синєвидне Львівської обл. з водопоглинанням 0, 4%. Для виготовлення наповнювача матеріали подрібнювалися в кульовому керамічному млині до питомої поверхні 442-516 м2/кг. При дробленні і помелі вапняку, фракції більш 0, 14 мм використовувалися в якості дрібного заповнювача при виготовленні зразків сірчаного бетону. Фракції 5-10 мм використовувалися як крупний заповнювач, щільність 1760 кг/м3, водопоглинання 15%, міцність при стиску 18, 3 МПа.

Армуючим компонентом служили відрізки алюмоборосилікатного скловолокна марки Ж-04 (тип Е) довжиною 0, 03 м, отримані шляхом різання склоровінгу, питомий електроопір 1, 9106 Омм, діелектрична проникність 6, 32 при частоті 106 Гц.

Зразки з цементного бетону, призначені для просочення сіркою, після виготовлення за звичайною технологією і нормальним твердінням, з метою видалення води, піддавалися сушінню до постійної маси з наступним просоченням сіркою при температурі 155 °С (розплав сірки мінімальної в’язкості). Модифікування сірки ДЦПД (5% від маси сірки) проводилося в термостаті з вертикальною мішалкою.

Сірчану мастику і бетон виготовляли за роздільною технологією (рис. 1).

У програму досліджень входило визначення наступних характеристик: питомого електроопору, діелектричної проникності і тангенса кута діелектричних втрат. Дослідження супроводжувалися фізико-механічними дослідженнями зразків-близнюків методами, передбаченими діючими ДСТ. Для виміру питомого електроопору при дії постійного струму використовувався 4-х електродний метод, заснований на вимірі різниці потенціалів між двома точками зразка розміром 0, 04х0, 04х0, 16 і 0, 1х0, 1х0, 4 м, які знаходяться між живильними електродами. Діелектричні характеристики визначали за допомогою куметра типу Е9-4, призначеного для виміру ємності і тангенса кута втрат конденсаторів.

Визначення теплофізичних характеристик: теплопровідності, температуро-провідності, теплоємності і теплової активності здійснювалося за методикою О. Д. Паращенко в НДІБМВ (Київ). Для порівняльного аналізу коефіцієнти теплопровід-ності визначалися за методикою ГОСТ 7076-87 на установках УТСМ-1 (Київ) і Фокіна.

Вимір температурних деформацій зразків проводили кварцовим дилатометром ДКВ-2 (зразки сірки і мастики циліндричної форми, діаметр 0, 005, довжина 0, 05 м) і на пристрої, розробленому Львівською філією НДІБМВ разом з фізико-механічним інститутом АН України (Львів), а на рівні макроструктури (бетон) використовували установку на основі термошафи з автоматичним регулюванням температури і зразки розміром 0, 04х0, 04х0, 16 м.

Лінійні коефіцієнти ослаблення  – випромінювання обчислювалися на основі закону Ламберта-Бугера за результатами вимірів проходження радіоактивного випромінювання (джерело випромінювання ізотоп Со60) через зразок на установках Національних університетів ім. Т. Г. Шевченка (Київ) та ім. І. Я. Франка (Львів).

Статистична оцінка результатів вимірів проводилась за коефіцієнтом варіації при нор-мальному розподілі і довірчій імовірності 0, 95 з обчисленням коефіцієнтів однорідності К=1-3Сv.

Третій розділ присвячений дослідженню діелектричних властивостей цемент-них бетонів, просочених розплавом сірки і сірчаних мастик та бетонів.

Результати вимірів електричних властивостей бетонів, модифікованих сіркою дозволяють зробити наступні висновки.

Високий питомий електроопір сухих цементних бетонів порядку 1011-1012 Омм, знижується у вологих до 104-105 Омм і падає до декількох Омм при