Любой человек, когда-либо имевший дело со строительством, хорошо знает, что произойдет с мешком цемента, перезимовавшим на открытом воздухе. Цемент подвергнется слёживанию и потеряет свою активность (активность цемента – термин, обозначающий способность этого материала выполнять функцию скрепления, связывания, склеивания всех компонентов смеси — прим. ред). Кроме того, для формирования изделий и конструкций из бетона на основе портландцемента (отличающегося от других цементов повышенной степенью прочности и морозоустойчивости) требуется по меньшей мере 28 суток «парниковых» условий, обеспечивающих необходимые температурно-влажностные условия, или необходимо осуществить достаточно энергоёмкую термо-влажностную обработку. В связи с этим при осуществлении работ с использованием портландцемента в условиях Арктики возникают значительные логистические и технические трудности, в том числе из-за значительных расстояний перевозки и достаточно короткого строительного сезона.

Всё вышеизложенное является серьёзной проблемой, и поэтому для организации строительных работ в суровых условиях Арктики могут быть предложены новые материалы на основе серного вяжущего – гранулированной модифицированной серы (ГМС).

Исходное сырьё для ГМС — техническая сера, которую получают при очистке природного газа или нефти, а также на металлургических предприятиях. В частности, значительное количество серы имеется на предприятиях ПАО «ГМК „Норильский никель”» [1]. В 2019 году был запущен «Серный проект» [2], в ходе которого было намечено организовать выпуск технической серы в объёме до 280 тысяч тонн в год. Этого объёма серы хватило бы для производства 1,9 млн тонн или 780 тысяч кубических метров серобетона. Однако в последнее время ПАО «ГМК „Норильский никель”» несколько переориентировался на организацию выпуска серной кислоты.

Правда, с большой вероятностью те объёмы серной кислоты, которые планируется производить — а это потенциально более 20 % объёмов международной торговли — могут оказаться не востребованными рынком [3, 4]. Ставка на выпуск и продажу серной кислоты в условиях Норильска не просто экономически нерациональна, но и ставит под угрозу непрерывность производственных процессов [4]. В связи с этим представляется, что значительно эффективней было бы организовать выпуск технической серы с последующим производством композиционных материалов на её основе (сероасфальтобетон, серобетон), как крайне востребованных в Арктическом регионе и обеспечивающих получение значительного экономического эффекта.

ГМС не подвержена коррозии в процессе длительного транспортирования и хранения, а также обеспечивает возможность бетону, сделанному на её основе, формироваться и приобретать необходимые свойства в течение нескольких часов по мере остывания. При этом следует отметить, что производство бетона на основе серного вяжущего осуществляется в процессе «горячей» технологии на оборудовании асфальтобетонного завода при технологических температурах 130–150 °С.

Бетон на основе серного вяжущего не содержит в своём составе воду, что в конечном счёте определяет его физико-механические и химические свойства. На этот материал в 2021 году разработан и введён в действие государственный стандарт ГОСТ Р 59613-2021 «Серобетонные смеси и серобетон. Технические условия». В таблице приведены сравнительные характеристики серобетона и бетона на основе портландцемента.

Кроме того, серобетон является диэлектриком, что вызвало существенный интерес у железнодорожников в связи с тем, что на электрифицированных железных дорогах наблюдается значительная электрохимическая коррозия мачт контактной сети, которую можно предотвратить как раз за счёт применения изделий из серобетона. Также имеется опыт производства железнодорожных шпал из серобетона [5].

Существует возможность использования серобетона для постройки корпусов судов вместо применяемого в настоящее время железобетона [6]. В связи с этим возможно было бы рассмотреть использование серобетона в технологических процессах строящейся судоверфи на Кольском полуострове, неподалёку от Мурманска, и в посёлке Белокаменка для создания морских платформ [7]. Эффективность такого технического решения проявилась бы в высокой коррозионной устойчивости материала в морской воде и отсутствии обрастания корпуса плавсредства ракушками и микроорганизмами.

Ещё одна отличительная особенность серобетона заключается в том, что в связи с отсутствием воды в составе бетона может быть существенно расширена номенклатура инертных заполнителей (щебня, гравия, песка) за счёт массового использования местных (в том числе техногенных) каменных материалов. Здесь надо уточнить, что для бетонов на основе портландцементов не все заполнители одинаково удачны. Среди них могут находиться и так называемые «вредные примеси», вызывающие возрастание водопотребности бетонной смеси либо коррозию бетона, накладывающие существенные ограничения на использование заполнителей для бетона. А вот для серобетона «вредные примеси» таковыми не являются. Пылеватые, илистые и глинистые частицы, рассматриваемые в качестве «вредных примесей» для бетона на основе портландцемента, для серобетона являются исключительно тонким наполнителем и материалы, их содержащие, могут быть успешно применены.

В 2019 году в лаборатории на территории Жатайской судоверфи (РС(Я)) была приготовлена серобетонная смесь, которую отформовали, и образцы в горячем состоянии были вынесены на мороз с температурой минус 46 °С. Через некоторое время образцы серобетона были испытаны с целью оценки прочности на сжатие, которая составила более 45 МПа.

Применительно к серобетонным смесям могут рассматриваться различные технологические решения, в том числе:

• производство мелкоштучных изделий из жёстких и особо жёстких серобетонных смесей методом вибропрессования;
• производство изделий и конструкций из подвижных серобетонных смесей методом пластического виброформования;
• производство конструкций из литых серобетонных смесей методом 3D-печати;
• производство конструкций из подвижных и литых серобетонных смесей по технологии монолитного бетонирования.

Также следует отметить, что изделия и конструкции из серобетона можно эффективно армировать композитной (стеклопластиковой, базальтовой) арматурой или осуществлять дисперсное армирование композитными волокнами.

Фактически серобетон является разновидностью полимербетона, но имеет практически на порядок меньшую стоимость сопоставимую со стоимостью бетона на основе портландцемента.
Таким образом, вполне возможно рекомендовать широкое использование серобетона в транспортном, гидротехническом, инженерном строительстве в условиях Арктической зоны.

DOI: 10.51823/74670_2022_2_100