Пропитка строительных изделий водным раствором серы

Известно, что обработка строительных изделий пропиточными уплотняющими составами позволяет повысить прочность и плотность материала и тем самым продлить срок службы конструкций.

С этой целью поровое пространство строительных материалов и изделий из них дополнительно, в соответствии с принятым технологическим режимом, пропитывают жидким составом, способным при определенных условиях отверждаться непосредственно в поровом пространстве, образуя дополнительные структурные связи.
Разработкой пропиточных композиций и эффективных технологий пропитки строительных материалов и, прежде всего, самого распространенного из нихбетоназанимаются давно (США, Япония, Франция, Россия и др.), используя для этой цели различные композиции, в том числе на основе мономеров типа стирола, метилметакрилата, расплава серы. Такие бетоны получили техническое название бетонополимеров.
Пропитка бетонов значительно повышает их прочность, плотность, снижает проницаемость для жидкостей и газов, увеличивает морозостойкость, атмосферостойкость, стойкость к воздействию агрессивных сред. В зависимости от поставленной цели пропитку осуществляют путем полного погружения при нормальном атмосферном давлении (вакууме, избыточном давлении) или путем поверхностного нанесения, чем обеспечивают различную скорость пропитки и глубину проникновения пропиточного состава. Различают поверхностную (на глубину 1-2 мм), частичную (до 50% площади поперечного сечения) и полную пропитку. При поверхностной пропитке в конструкции образуется плотный защитный слой, повышающий стойкость бетона к внешним воздействиям, а несущая способность конструкции не увеличивается. Как частичная, так и полная пропитка конструкции повышают одновременно и стойкость к внешним воздействиям, и несущую способность. Основные сравнительные физико-механические свойства бетонов до и после пропитки приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование показателя	Значения показателей
	до пропитки	после пропитки
		расплавом серой	ММА
Средняя плотность, кг/м3	2000-2400	2100-2600	2100-2450
Предел прочности, МПа
— при сжатии	20-40	60-100	90-160
— при изгибе	5-6	14-16	15-20
Модуль упругости, МПа х 104	2,0-2,5	3,0-4,0	3,5-4,5
Водопоглощение, %	6-8	0,1-0,3	0,1-0,25
Морозостойкость, циклы	150-300	700-1000	1000-1500
Водонепроницаемость	В2-В3	В10-В20	В10-В20

Новым направлением применения серы в качестве пропиточной композиции являются водные растворы серы, разработанные и предложенные НИИРЕАКТИВ (г. Уфа) Кроме бетонов, технология пропитки может быть использована для упрочнения любых пористых строительных материалов, в том числе древесины, асбестоцемента, кирпича, природного камня и др.
НИИЖБ совместно с НИИРЕАКТИВ провели испытания образцов, пропитанных водным раствором серы, с целью определения возможности уплотнения структуры бетона и уменьшения водопоглощения.
Исследования по пропитке проводили на растворных образцах, приготовленных из составов с соотношением "цемент-песок", равным 1:3, и водоцементным отношением, равным 1:2, а также на бетонных образцах размером 10х10х10 см. Возраст растворных образцов 12 дней, бетонных 5 месяцев. Растворные образцы через сутки после формования подвергались термовлажностной обработке. Все материалы, применяемые при изготовлении образцов, соответствовали стандартам.
Водный раствор серы, используемый в качестве пропиточной композиции, получен от НИИРЕАКТИВ (ТУ 2229-008-45225481-2002). Раствор имел желтую окраску, плотность раствора 1,14 г/см3. Растворные образцы пропитывали в водном растворе серы при полном погружении в условиях нормального атмосферного давления и температуры. По результатам исследований контролировали изменение веса образцов после пропитки и сушки, прочность на сжатие, водопоглощение. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Показатели	Значения показателей
	контрольные	после пропитки
		2 часа	24 часа
Плотность, г/см3	2,22	2,27	2,31
Изменение веса после
— пропитки, %	–	+6	+7,6
— сушки, %	–	-2,7	-3
Остаток, %	–	+3,3	+4,6
Прочность, кгс/см2	118	177	225
Упрочнение	–	1,5	1,9
Водопоглощение, %
— через 30 мин	7,5	1,18	0,95
— через 24 ч	10,2	1,57	1,13
Снижение водопоглощения
— через 30 мин	–	4,2	7,9
— через 24 ч	–	6,5	9,1

Обработка образцов в режиме пропитка-сушка приводила к повышению плотности, прочности и снижению водопоглощения.

Испытания на разрыв образцов, склеенных водным раствором серы, показали следующие результаты:
Мраморные балочки — 2–2,5 кгс/см2;
Гранитные балочки — 1–1,5 кгс/см2;
Металлические грибки — 0,5–1,0 кгс/см2;

Бетонные образцы подвергали поверхностной пропитке путем нанесения водного раствора серы кистью. В процессе обработки контролировали время впитывания наносимого раствора по высыханию поверхности, а также увеличение веса, глубину пропитки, потерю веса после сушки. Результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3

Число покрытий	Изменение веса, г	Глубина пропитки, мм
2	11	6,5
4	17	9,8
6	20	11,5
8	22	12,7
10	26	15,0

Сравнительные испытания контрольных и пропитанных образцов показали, что количество воды, проходящей в структуру образца после обработки водным раствором серы, в 6-8 меньше. Результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4

Время, ч	Кол-во воды (см3), прошедшей через площадь контакта вода-образец (5 см2)
	контрольные	пропитанные
1	3,92	0
1,5	4,9	0,7
3	9,8	1,5
38	46,0	6

Полученные результаты испытаний позволили рекомендовать водный раствор серы, разработанный НИИРЕАКТИВ, в качестве пропиточной композиции для поверхностной и объемной пропитки строительных конструкций из бетона различных составов, древесины, асбестоцемента и других материалов как на этапе изготовления конструкций, так и при выполнении ремонтно-восстановительных работ. Следует отметить простоту и доступность технологии обработки изделий водным раствором серы.
По данным, полученным НИИРЕАКТИВ в ходе составления технико-экономической справки, себестоимость раствора серы плотностью 1,14 г/см3 составляет около 10 руб. за литр.

Расход раствора серы на один квадратный метр обрабатываемой бетонной поверхности зависит от прочности, плотности и влажности бетона в момент обработки. Если приняты прочность в пределах 20–30 МПа и пористость 4,5–6%, расход раствора серы при глубине пропитки 5-10 мм составит 0,5–1 кг. Удорожание конструкции при этом будет находиться в пределах 5–10 руб. на один квадратный метр без учета затрат на технологические операции производства работ. Стоимость обработки составит не более 2–5% от себестоимости изделия. Эти затраты значительно меньше, чем при применении для пропитки составов на основе полимерных материалов, например, метилметакрилата.
Предлагается два способа обработки изделий раствором серы. По первому способу пропитку осуществляют методом окунания изделий в пропиточную камеру с раствором серы. Такая технологическая схема наиболее подходит для стационарного размещения, например, на действующем заводе железобетонных изделий в качестве дополнительного технологического участка, на котором часть изделий, выпускаемых заводом, может обрабатываться в растворе серы. Возможно использование этого способа при эксплуатации мобильной установки, на которой пропитку изделий выполняют на строительной площадке непосредственно перед их монтажом (например, пропитку свай перед их забивкой или элементов нулевого цикла перед их монтажом). Первый способ используется при обработке сборных, как правило, новых, еще не смонтированных изделий. Глубина пропитки обеспечивается режимом и контролируется по расходу раствора в ванне за цикл пропитки.

По второму способу раствор серы наносят на поверхность конструкций кистью, валиком, распылителем или с помощью другого аналогичного приемом. Способ может применяться как для сборных, еще не смонтированных конструкций, так и для элементов существующих зданий, в т. ч. при их ремонте или реконструкции.
Оба способа технологически просты и доступны для практического применения с минимальными капиталовложениями. Энергозатраты при обработке изделий раствором серы как первым, так и вторым способом минимальны, так как технологические операции осуществляют без нагрева при обычной температуре.
Потребности России в работах по гидроизоляции и упрочнению структуры материала конструкций огромны, в т.ч. и при ремонте и реконструкции. Особым спросом у строителей пользуются технологии с дешевыми материалами и простым оборудованием. Именно этими качествами обладает предлагаемая технология.
По данным НИИРЕАКТИВ, планируется выпуск довольно крупной партии раствора серы в количестве 100 т. Если эта партия предназначена только для нужд строительства, то, условно поделив ее поровну между поверхностной и полной пропитками, можно получить следующие объемы освоения технологии. Полная пропитка требует расхода на 1 м3 бетона примерно 50–70 кг раствора серы, что позволяет обработать около 800 м3 изделий из железобетона. Расход раствора серы на 1 м2 при поверхностной обработке может составить 0,6–0,8 кг. Это позволит обработать более 100 000 м2 поверхности.

Экономическая эффективность предлагаемой технологии по сравнению с пропиткой составами на основе ММА очевидна.
На технологию пропитки раствором серы разработана необходимая техническая документация, в т.ч. "Инструкция по применению", "Технические условия", получены также заключение Минздрава России и сертификат на продукцию.
На основании полученных результатов испытаний и опытного внедрения возможно рекомендовать водный раствор серы в качестве пропиточной композиции для поверхностной и объемной пропитки строительных конструкций из бетона, древесины, асбестоцемента и других материалов как на этапе их изготовления, так и при выполнении ремонтно-восстановительных работ. Следует отметить простоту и доступность технологии обработки изделий водным раствором серы.

Алексей ВОЛГУШЕВ, старший научный сотрудник, к.т.н., ГУП НИИЖБ, Москва,

Исмаил МАССАЛИМОВ, зав. лабораторией, к.ф.м.н., НИИРЕАКТИВ, Уфа,

Рим МУСАВИРОВ, директор, д.х.н., профессор, НИИРЕАКТИВ, Уфа