Влияние технической серы на свойства фторангидритовой композиции

Техногенные отходы, образующиеся в результате антропогенной деятельности человека в промышленном масштабе, такие как техническая сера и фторангидрит, представляют определенную проблему как с точки зрения складирования, так и утилизации. Свойства данных техногенных отходов позволяют предположить возможность формирования композиционных строительных материалов на их основе, обладающих оптимальными механическими и электротехническими характеристиками. Проведен ряд исследований, направленных на использование рассматриваемых промышленных отходов в качестве компонентов строительных материалов, при этом отмечается повышение эксплуатационных свойств полученных изделий и расширение функционального назначения при совмещении нескольких техногенных компонентов. Варьирование содержания дисперсного компонента в виде технической серы в составе композиций позволило достичь повышения ряда физико-технических и электротехнических показателей изделий. В целях изучения закономерностей изменения физико-технических и физико-химических свойств материала применен комплекс стандартных методов для определения механических характеристик в совокупности с современными методами физико-химического анализа, такими как растровая электронная микроскопия, энергодисперсионный, рентгеновский анализ и инфракрасная спектроскопия. По результатам проведенных исследований установлено, что при введении 10% технической серы на 28-е сут твердения показатель прочности при сжатии в среднем равен 35,65 МПа, водостойкость составляет 0,69, удельное объемное сопротивление 35,4 кОм·см. Положительное изменение характеристик обусловлено взаимодействием между реакционноспособными полиморфными модификациями серы, образующимися в результате перехода α-серы в β-серу при ее термоактивации, с компонентами фторангидрита. Полученные результаты доказывают возможность формирования строительного материала, компонентный состав которого полностью представлен отходами промышленного производства, а технические и экономические параметры не уступают аналогам.

А.Н. ГУМЕНЮК, инженер, старший преподаватель (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
И.С. ПОЛЯНСКИХ, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.Ф. ГОРДИНА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
К.Д. ПЕСТЕРЕВА, студентка бакалавриата (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова (426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7)

1. Курмангалиева А.И., Аниканова Л.А., Волкова О.В., Кудяков А.И., Саркисов Ю.С., Абзаев Ю.А. Активация процессов твердения фторангидритовых композиций химическими добавками солей натрия // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2020. Т. 63. № 8. С. 73–80. DOI: 10.6060/ivkkt.20206308.6137
1. Kurmangalieva A.I., Anikanova L.A., Volkova O.V., Kudyakov A.I., Sarkisov Y.S., Abzaev Y.A. Activation of hardening processes of fluorogypsum compositions by chemical additives of sodium salts. Russian Journal of Chemistry and Chemical Technology. 2020. Vol. 63. No. 8, pp. 73–80. DOI 10.6060/ivkkt.20206308.6137
2. Manjit Singh, Mridul Garg Making of anhydrite cement from waste gypsum. Cement and Concrete Research. 2000. No. 30, pp. 571–577. DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00209-X
3. Kamarou M., Korob N., Kwapinski W., Romanovski V. High-quality gypsum binders based on synthetic calcium sulfate dihydrate produced from industrial waste. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021. No. 100, pp. 324–332. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.05.006
4. Romanovski V., Klyndyuk A., Kamarou M. Green approach for low-energy direct synthesis of anhydrite from industrial wastes of lime mud and spent sulfuric acid. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9 (6). https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106711
5. Gijbels K., Pontikes Y., Samyn P., Schreurs S., Schroeyers W. Effect of NaOH content on hydration, mineralogy, porosity and strength in alkali/sulfate-activated binders from ground granulated blast furnace slag and phosphogypsum. Constructions. 2020. Vol. 10 (2). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106054
6. Azad N.M, Samarakoon S.M. Utilization of industrial by-products/waste to manufacture geopolymer cement/concrete. Sustainability. 2021. Vol. 13 (2). 873. https://doi.org/10.3390/su13020873
7. Singh M., Garg M. Activation of fluorogypsum for building materials. Journal of Scientific and Industrial Research. 2009. No. 68, pp. 130–134.
8. Korolev E.V., Smirnov V.A., Evstigneev A.V. Nanostructure of matrices of sulfur building composites: methodology, methods, instrumentation. Nanotechnology in construction: scientific online journal. 2014. No. 6, pp. 106–148. DOI: 10.15828/2075-8545-2014-6-6-106-148
9. Скрипунов Д.А., Филатова О.Е., Алехина М.Н., Власова Н.Е. Современное состояние производства и использования серы в России // Химическая промышленность сегодня. 2014. № 12. С. 6–14.
9. Skripunov D.A., Filatova O.E., Alekhina M.N., Vlasova N.E. The current state of production and use of sulfur in Russia. Chemical industry today. 2014. No. 12, pp. 6–14. (In Russian).
10. Скрипунов Д.А., Филатова О.Е. и др. Проблема избыточной серы в газах, пути решения. Газохим 2011: Материалы II Международной конференции. Москва: Газпром ВНИИГАЗ. 2011.
10. Skripunov D.A., Filatova O.E. and others. The problem of excess gas sulfur, solutions. Gasochem 2011: materials of the II International Conference. Moscow: Gazprom VNIIGAZ. 2011. (In Rusian).
11. Moon J., Kalb P.D., Milian L. Characterization of a sustainable sulfur polymer concrete using activated fillers. Cement and Concrete Composites. 2016. Vol. 67, pp. 20–29. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2015.12.002
12. Галдина В.Д. Серобитумные вяжущие: Монография. Омск: СибАДИ, 2011. 124 с.
12. Galdina V.D. Serobitumnye vyazhushchie [Sulfur-bituminous binders: monograph]. Omsk: SibADI, 2011. 124 p.
13. Diez S., Hoefling A., Theato P., Pauer W. Mechanical and electrical properties of sulfur-containing polymeric materials prepared via inverse vulcanization. Polymers. 2017. Vol. 9(2). https://doi.org/10.3390/polym9020059
14. Rasheed M.F., Rahim A., Irfan-ul-Hassan M. et al. Sulfur concrete made with waste marble and slag powders: 100% recycled and waterless concrete. Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29, pp. 65655–65669.
15. Dugarte M., Martinez-Arguelles G., Torres J. Experimental evaluation of modified sulfur concrete for achieving sustainability in industry applications. Sustainability. 2019. No. 11. https://doi.org/10.3390/su11010070
16. Milica M. Vlahovic, Sanja P. Martinovic, Tamara Dj. Boljanac, Predrag B. Jovanic, Tatjana D. Volkov-Husovic. Durability of sulfur concrete in various aggressive environments. Construction and Building Materials. 2011. No. 25, pp. 3926–3934. doi:10.1016/j.conbuildmat.2011.04.024
17. Rimkevicius M., Kaminskas A. Mechaniskai aktyvinto ekstrakcino pusvandenio fosfogipso savybes. J. Civ. Eng. Manag. 2003. No. 9, pp. 49–54.
18. Kosenko N.F., Belyakov A.S., Smirnova M.A. Effect of mechanical activation procedure on the phase composition of gypsum. Inorganic Materials. 2010. No. 5, pp. 545–550.
19. Кудяков А.И., Аниканова Л.А., Редлих В.В., Саркисов Ю.С. Влияние сульфата и сульфита натрия на процессы структурообразования фторангидритовых композиций // Строительные материалы. 2012. № 10. С. 50–52.
19. Kudyakov A.I., Anikanova L.A., Redlich V.V. Influence of sodium sulfate and sulfite on the processes of structure formation of fluoroanhydrite compositions. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 10, pp. 50–52. (In Rusian).
20. Будников П.П., Зорин С.П. Ангидритовый цемент. M.: Государственное издательство литературы по строительным материалам, 1954. 93 c.
20. Budnikov P.P., Zorin S.P. Angidritovyy tsement [Anhydrite cement]. Moscow: State publishing house of literature on building materials.1954. 93 p.
21. Аниканова Л.А., Кудяков А.И., Ковлер К. Управление процессами структурообразования вяжущих, стеновых и отделочных материалов на основе фторангидритового сырья. Повышение качества и эффективности строительных и специальных материалов: Сборник Национальной научно-технической конференции с международным участием. 18–22 февраля 2019 г. Новосибирск. С. 106–110.
21. Anikanova L.A., Kudyakov A.I., Kovler K. Сontrol of the structure formation of binding, wall and decorating materials based on fluoroanhydrite raw materials. In the collection: improving the quality and efficiency of building and special materials. Collection of the National Scientific and Technical Conference with International Participation. 2019. pp. 106–110. (In Rusian)
22. Аниканова Л.А. Эффективность использования фторангидрита в производстве стеновых и отделочных материалов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 1. С. 163–171.
22. Anikanova L.A. Efficient use of acid fluoride in walling and finishing material production. Vestnik of Tomsk state university of architecture and building. 2015. No. 1, pp. 163–171.
23. Бондаренко С.А. Модифицированное фторангидритовое вяжущее и строительные материалы на его основе: Дис. ... канд. техн. наук. Челябинск. 2008. 146 с.
23. Bondarenko S.A. Modified fluoroanhydrite binder and building materials based on it. Diss… Candidate of sciences (Engineering). Chelyabinsk. 2008. 146 p. (In Rusian).
24. Joseph C.G., Taufiq-Yap Y.H., Krishnan V., Li Puma G. Application of modified red mud in environmentally-benign applications: A review paper. Environmental Engineering Research. 2022. Vol. 25 (1). https://doi.org/10.4491/eer.2019.374
25. Arunothayan A.R., Nematollahi B., Ranade R., Khayat K.H., Sanjayan J.G. Digital fabrication of eco-friendly ultra-high-performance fiber-reinforced concrete. Cement and Concrete Composites. 2022. Vol. 125. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104281
26. Rosales J, Gázquez M, Cabrera M, Bolivar JP, Francisco Agrela. Application of phosphogypsum for the improvement of eco-efficient cements. Waste and Byproducts in Cement-Based Materials. Innovative Sustainable Materials for a Circular Economy. Woodhead Publishing Series in Civil and Structural Engineering. 2021, pp. 153–189. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820549-5.00016-4
27. Патуроев В.В. Полимербетоны. М.: Стройиздат; НИИ бетона и железобетона, 1987. 286 с.
27. Paturoev V.V. Polimerbetony [Polymer concretes]. Moscow: Stroyizdat, Research Institute of Concrete and Reinforced Concrete. 1987. 286 p.
28. Romanovski V., Klyndyuk A., Kamarou M. Green approach for low-energy direct synthesis of anhydrite from industrial wastes of lime mud and spent sulfuric acid. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9 (6). https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106711
29. Zhakupova G, Sadenova M.A., Varbanov P.S., Possible alternatives for cost-effective neutralisation of fluoroanhydrite minimising environmental impact. Chemical Engineering Transactions. 2019. Vol. 76. DOI: 10.3303/CET1976179
30. Rajković M., Tošković D.V. Investigation of the possibilities of phosphogypsum application for building partitioning walls-elements of a prefabricated house. Acta Periodica Technologica. 2002. Iss. 33, pp. 71–92. https://doi.org/10.2298/APT0233071R
31. Биспен Т.А., Масленников И.Г., Молдавский Д.Д. Получение фтористого водорода и плавиковой кислоты высокой чистоты // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института. 2016. № 33 (59). 13–18.
31. Bispen T.A., Maslennikov I.G., Moldavsky D.D. Obtaining hydrogen fluoride and high purity hydrofluoric acid. Izvestiya of the St. Petersburg State Technological Institute. 2016. No. 33 (59), pp. 13–18. (In Rusian).
32. Патент на изобретение 2760962 C1, 01.12.2021. Многофункциональный состав на основе термопластичного отхода топливно-энергетического комплекса и способ его приготовления / Гуменюк А.Н., Гордина А.Ф. Заявка № 2020133692 от 13.10.2020.
32. Patent for an invention. 2760962 C1, 12/01/2021. Multifunctional composition based on thermoplastic waste from the fuel and energy complex and method for its preparation. Gumenyuk A.N., Gordina A.F. Application No. 2020133692 dated 10/13/2020. (In Rusian).
33. Гуменюк А.Н., Полянских И.С., Первушин Г.Н., Гордина А.Ф., Яковлев Г.И., Хазеев Д.Р. Структурирующая добавка на основе отхода производства для минеральных вяжущих // Строительные материалы. 2019. № 7. С. 41–46. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-41-46
33. Gumeniuk A.N., Polyanskikh I.S., Pervushin G.N., Gordina A.F., Yakovlev G.I., Khazeev D.R. Structuring additive based on production waste for mineral binders. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 7, pp. 41–46. (In Rusian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-41-46
34. Kamarou M., Korob N., Kwapinski W., Romanovski V. High-quality gypsum binders based on synthetic calcium sulfate dihydrate produced from industrial waste. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021. Vol. 100, pp. 324-332. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.05.006
35. Dehghanpour H., Yilmaz K., Ipek M. Evaluation of recycled nano carbon black and waste erosion wires in electrically conductive concretes. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 221, pp. 109–121. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.06.025
36. Hong S.H., Choi J.S., Yuan T.F., Yoon Y.S. Mechanical and electrical characteristics of lightweight aggregate concrete reinforced with steel fibers. Materials. 2021. Vol. 14 (21). https://doi.org/10.3390/ma14216505
37. Schultz J. Conductive material prevents build-up of static electricity. AORN journal. 1970. Vol. 27 (6), pp. 1226–1228. https://doi.org/10.1016/S0001-2092(07)60644-9
38. Garcia-Macias E., D’Alessandro A., Castro-Trigue-ro R., Pérez-Mira D., Ubertini F. Micromechanics modeling of the electrical conductivity of carbon nanotube cement-matrix composites. Composites Part B: Engineering. 2016. Vol. 108, pp. 451–469. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.10.025
39. Hong S.-H., Choi J.-S., Yuan T.-F., Yoon Y.-S. Mechanical and electrical characteristics of lightweight aggregate concrete reinforced with steel fibers. Materials. 2021. 14. 6505. https://doi.org/10.3390/ma14216505
40. Brencich A., Lątka D., Matysek P., Orban Z., Sterpi E. Compressive strength of solid clay brickwork of masonry bridges: Estimate through Schmidt Hammer tests. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 306. 124494. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124494