ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

люється термометром, ртутний резервуар якого знаходиться на рівні чашок.

По закінченні визначеного стандартом часу витримування чашки дістають з шафи або вакуум-термостата і встановлюють в ексікатор для охолодження на 30 хв і зважують з точністю 0,01 г. Визначають кількість розріджувача, що випаровується

де m – наважка бітуму до випробування, г; m1 – маса бітуму після випробування, г.

Зарезультат випробуванняприймаютьсереднє арифметичне двох визначень при розходженні між ними не більше 1,5 %. Залишок розріджувача, що не випарувався, використовують для визначення температури розм’якшеності.

Розрахунок складу розрідженого бітуму. Така необхідність виникає при виготовленні рідких бітумів шляхом змішування в’язкого бітуму з розріджувачами. Орієнтовну концентрацію розріджувача визначають, користуючись даними табл. 6.6. Для уточнення складу бітума виконують спеціальні випробування. Попередньо підготовлений в’язкий бітум заливають в металевий ківш в кількості (150 ± 0,01) г, додаючи до нього при постійному перемішуванні прийняту кількість розріджувача.

Рис. 6.14. Графік для експериментального визначення складу рідкого бітуму

221

Перемішування має забезпечувати однорідність суміші. Визначають умовну в’язкість одержаного розрідженого бітуму в стандартному віскозиметрі за вказаною вище методикою. Якщо умовна в’язкість в’яжучого нижче за необхідну, то готують ще дві проби бітуму з вмістом розріджувача на 1–2 % нижчим від прийнятого перший раз. Якщо умовна в’язкість вище необхідної, то готують дві додаткові проби розрідженого бітуму з вмістом розріджувача на 1–2 % більшим від прийнятого перший раз.

Таблиця 6.6

Рекомендована кількість розріджувачів для отримання рідких бітумів з в’язких

Після визначення в’язкості всіх проб будують графічну залежність умовної в’язкості від вмісту розріджувача (рис. 6.14). Для цього на вісі ординат відкладають в логарифмічному масштабі показники умовної в’язкості, а на вісь абсцис у звичайному масштабі відкладають вміст розріджувача. З осі ординат від точки, що відповідає необхідній в’язкості, проводять лінію, паралельну осі абсцис до перетину з прямою залежності умовної в’язкості від вмісту розріджувача. З точки перетину опускають перпендикуляр на вісь абсцис, що і дає відкоректоване значення вмісту розріджувача. Отриманий бітум випробовують для визначення його властивостей та встановленя їх відповідності вимогам табл. 6.6.

222

6.4. Бітумні емульсії

Бітумні емульсії являють собою рідину темно-коричневого (чорного) кольору, яку отримують шляхом диспергування (роздрібнення) бітуму на частинки розміром 1–10 мкм у водному розчині емульгатора з додаванням кислоти або лугу.

Емульгатор – поверхнево-активна речовина (ПАР), що знижує поверхневий натяг між в’яжучим і водою і тим самим створює умови для диспергування в’яжучого, стабілізує емульсію і регулює її розпад, а також сприяє зчепленню в’яжучого з мінеральним матеріалом. Залежно від виду емульгатора емульсії бувають бітумні аніонні (ЕБА), бітумні катіонні (ЕБК).

Катіонні емульсії (ЕБК) виготовляються з використанням катіонних емульгаторів на основі вищих аліфатичних амінів (моноамінів, діамінів і поліамінів) або четвертинних солей амонієвих сполук з додаванням кислоти.

Аніонні емульсії (ЕБА) виготовляються з використанням аніонних емульгаторів на основі вищих природних або синтетичних жирних кислот, кубових залишків цих кислот з додаванням лугу.

Кожний з видів емульсій залежно від змішуваності з мінеральними матеріалами (характеристикою змішуваності є швидкість розпаду емульсії на поверхні кам’яного матеріалу) поділяється на такі марки:

–швидкорозпадні (ЕБК-Ш, ЕБА-Ш),

–середньорозпадні (ЕБК-С, ЕБА-С),

–повільнорозпадні (ЕБК-П, ЕБА-П).

Швидкість розпаду залежить від емульгатора, властивостей кам’яних матеріалів, температури повітря. Швидкість розпаду можна регулювати введенням добавок, які утримують луги і кислоти. Аніонактивні емульсії стійкі при рН = 7–11, катіонактивні – при рН = 3–6. Зі збільшенням рН стійкість аніонактивних емульсій збільшується, катіонактивних зменшується.

Емульсії швидкорозпадні не змішуються із сумішами як пористого, так і щільного зернового складів. Емульсії середньорозпадні змішуються з сумішами пористого зернового складу та не змішуються із сумішами щільного зернового складу. Емульсії повільнорозпадні змішуються із сумішами як пористого, так і щільного зернового складів.

223

Роботи з будівництва та ремонту доріг з використанням емульсій можливо виконувати при знижених температурах (не нижче +5 °С) та використовувати вологі кам’яні матеріали. Застосування емульсій в дорожньому будівництві має базуватись на ДБН В.2.3-4, а також відповідно до діючих нормативних документів на ці види робіт.

Швидкорозпадні емульсії (ЕБА-Ш, ЕБК-Ш) застосовуються в технологіях, що базуються на розливі емульсії: для влаштування поверхневих обробок, підґрунтовки, ямкового ремонту (способом пошарового розподілу емульсії та щебеню), просочування.

Середньорозпадні емульсії (ЕБА-С, ЕБК-С) застосовуються для влаштування тонкошарових покриттів з литого мікроасфальту, приготування чорного щебеню і пористих щебеневих сумішей, просочування, ямкового ремонту (з використанням мінеральних матеріалів, оброблених емульсією).

Повільнорозпадні емульсії (ЕБА-П, ЕБК-П) використовують для приготування емульсійно-мінеральних сумішей, холодного асфальтобетону, литих холодних асфальтобетонів, холодного регенерованого асфальтобетону, укріплення ґрунтів.

Для оцінки якості емульсії визначають: показник водневих іонів; однорідність, вміст бітуму з емульгатором, умовну в’язкість, стійкість при зберіганні та транспортуванні, зчеплюваність виділеного з емульсії бітуму з поверхнею мінерального матеріалу; швидкість розпаду (змішуваність з мінеральними матеріалами різних складів), коефіцієнт розпаду (табл. 6.7).

Таблиця 6.7

Технічні вимоги до дорожніх бітумних емульсій

224

Закінчення табл. 6.7

Перед проведенням випробування кожну пробу емульсії ретельно перемішують і фільтрують крізь дротяне сито з отворами 1,25 мм, яке має бути змочене розчином кислоти (для ЕБК) або лугу (для ЕБА).

Зовнішній вигляд емульсії визначається візуальним обстеженням поверхні скляної палички або фарфорового шпателю після їх занурення в емульсію. Поверхня має бути вкрита блискучою однорідною плівкою емульсії темно-коричневого (чорного) кольору. Не спостерігаються частинки чи нитки непроемульгованого бітуму.

Показник концентрації водневих іонів (рН) емульсії визна-

чається потенціометричним методом за допомогою рН-метрів, рНтестерів. Електроди приладів з метою запобігання налипання емульсії слід промивати кислим розчином (рН = 1,5–4) при

225

випробуванні емульсій типу ЕБК або лужним розчином рН = 8 – 10 при випробуваннях ЕБА, після чого електрод промивається дистильованою водою. Максимальне розходження між результатами двох паралельних випробувань не повинно перевищувати 0,02 рН.

Однорідність емульсії характеризується розмірами і вмістом часток емульгованого бітуму і визначається шляхом фільтрування (200 ± 0,01) г емульсії через попередньо висушене, охолоджене і зважене з похибкою до 0,01 г дротяне сито з отворами 0,14 мм. Однорідність визначають за залишком на цьому ситі. Даний показник в значній мірі обумовлює в’язкість, стійкість та адгезійні властивості емульсії. Після зважування сито ретельно змочують розчином лугу (для ЕБА) або кислоти (для ЕБК). Сито поміщують у воронку (d = 110–120 мм), яку закріплюють на штативі, і дають краплям стекти. Під воронку ставлять посудину ємністю не менше 2 л. В скляний стакан відважують з похибкою до 0,01 г 200 г попередньо змішаної емульсії. Наважку емульсії рівномірно пропускають через сито, не допускаючи при цьому розбризкування емульсії при проціджуванні. Одночасно з емульсією вливають розчин кислоти (катіонна емульсія) або лугу (аніонна емульсія). Звільнений від емульсії стакан і скляну паличку промивають тим же розчином, утримуючи його над ситом. Залишок на ситі також промивають розчином лугу або кислоти до одержання прозорої води. Ставлять сито на чашку, висушують до постійної маси при температурі 105–110 °С, охолоджують в ексикаторі до кімнатної температури, а потім зважують сито з чашкою з похибкою до 0,01 г.

Однорідність емульсії (%) визначають за формулою

Розходження між результатами паралельних випробувань не повинно перевищувати 0,05 %. За результат приймають середнє арифметичне значення двох паралельних визначень.

226

Вміст бітуму з емульгатором визначається шляхом випа-

ровування води. Чисту чашку разом зі скляною паличкою зважують, наливають в неї (30 ± 2,0) г емульсії, зважують чашку з емульсією та паличкою з похибкою не більш 0,01 г. Чашку з емульсією і скляною паличкою встановлюють на піщану баню і починають випаровування. При випаровуванні емульсію періодично перемішують паличкою, попереджаючи розбризкування. Коли припиняється виділення пузирьків пару та поверхня стає дзеркальною, випаровування вважається таким, що закінчилося. Чашку охолоджують в ексикаторі, а потім зважують разом зі скляною паличкою.

Вміст бітуму з емульгатором (%) розраховують за виразом

де m1 – маса чашки з паличкою, г;

m2 – маса чашки з паличкою та емульсією, г;

m3 – маса чашки з паличкою та залишком після випробування, г. Розходження між результатами паралельних визначень не повинно перевищувати 0,5 %. За результат випробувань приймають

середнє арифметичне двох паралельних визначень.

Визначення умовної в’язкості проводять за такою ж мето-

дикою, як і для рідких бітумів (розд. 6.3) з такими доповненнями: умовна в’язкість емульсії визначається на апараті (віскозиметр) з діаметром отвору робочого циліндра 3 мм, при температурі (20 ±

± 0,5) °С або 4 мм, при температурі (25 ± 0,5) °С. За результат приймають середньоарифметичне значення двох вимірювань, виконаних в однакових умовах.

Стійкість при зберіганні визначається зміною однорідності емульсії по залишку на ситі 0,14 мм після її зберігання при температурі (20 ± 5) °С протягом 7 та 14 діб. У чотири скляних циліндри ємкістю 250 мл наливають по (200 ± 0,01) г попередньо перемішаної емульсії. Циліндри щільно закривають і залишають у спокої при кімнатній температурі. Після 7 діб проводять випробування емульсії на однорідність з двох циліндрів за методикою визначення однорідності. Перед випробуванням емульсію у

227

циліндрах перемішують скляною паличкою близько 10 с. Після 14 діб визначають однорідність емульсії з двох інших циліндрів.

Стійкість при транспортуванні оцінюють за зміною однорідності емульсії після струшування протягом 2 год у спеціальному приладі, який здійснює близько 130 зворотнопоступальних рухів за 1 хв. Емульсію ретельно перемішують і наливають по 200 мл у дві чисті сухі колби ємністю по 250 мл кожна, які щільно закривають пробками, колби встановлюють на площадку приладу і закріплюють затискачами.

Прилад вмикають в електричну мережу і вимикають після закінчення випробування. Після спаду піни, що утворилась, проводять випробування емульсії з кожної колби за методикою визначення однорідності.

Зчеплювання в’яжучого, виділеного з емульсії, визначають за величиною поверхні щебеню (у відсотках), на якій збереглася плівка в’яжучого після кип’ятіння в дистильованій воді. Випробування на зчеплення для катіонних емульсій виконують на трьох попередньо промитих зернах гранітного щебеню фракції (20–40) мм, а для аніонних емульсій – на трьох попередньо промитих зернах щебеню з карбонатних порід фракції (20–40) мм.

Кожне зерно щебеню обв’язують ниткою або тонким дротом, занурюють на 1–2 с в склянку з дистильованою водою, а потім 2–3 рази в емульсію, після чого виймають і підвішують на штативі. При умовній в’язкості емульсії більше 35 с (діаметр отвору циліндру віскозиметру 3 мм) або 11 с (діаметр отвору робочого циліндру віскозиметра 4 мм), перед зануренням щебеню в емульсію її попередньо нагрівають до 40 °С.

Зерна щебеню випробовують через добу після обробки в’яжучим. Для цього хімічну склянку заповнюють на 2/3 об’єму дистильованою водою і доводять до небурхливого кипіння. Кожне зерно щебеню по черзі опускають у киплячу воду так, щоб воно не торкалось стінок та дна склянки, і витримують протягом 30 хв. В’яжуче, яке спливло на поверхню в процесі кип’ятіння, видаляють фільтрувальним папером. Після кип’ятіння зерно щебеню переносять у склянку з холодною водою і візуально (у відсотках) оцінюють якість зчеплення. За показник зчеплюваності приймають середньоарифметичне трьох паралельних випробувань.

228

Змішуваність емульсії з мінеральними матеріалами (швид-

кість розпаду) визначається шляхом змішування з мінеральними матеріалами пористого та щільного зернових складів і візуальною оцінкою здатності емульсії створювати з ними однорідні суміші, тобто покривати рівномірною плівкою в’яжучого зерна мінерального матеріалу.

Емульсію вводять у суміш мінеральних матеріалів щільного зернового складу, яку готують із 135 г гранітного щебеню фракції (5–10) мм, 100 г кварцового піску крупного або середньої крупності і 15 г мінерального порошку згідно з ГОСТ 16557. Суміш зволожують 75 мл води і ретельно перемішують. При постійному перемішуванні у суміш вливають 55 мл емульсії.

Після 45 с від початку внесення емульсії перемішування припиняють і візуально оцінюють отриману суміш. Якщо емульсія розподілилась рівномірно, вкривши суцільною плівкою поверхню зерен мінерального матеріалу, то вважають, що вона витримала випробування, і її відносять до повільнорозпадної емульсії.

Якщо бітум з емульсією не покрив зерна мінерального матеріалу суцільною плівкою, а утворив згустки бітуму, залишивши зерна матеріалу повністю або частково необробленими, вважають, що ця емульсія не змішується з мінеральними сумішами щільного складу.

У цьому випадку емульсію випробовують на змішуваність з мінеральними матеріалами пористого складу. Для цього готують суміш з 162,5 г гранітного щебеню фракції (5–10) мм, 87,5 г кварцового піску крупного або середньої крупності. Суміш зволожують 5 мл води, перемішують і, продовжуючи перемішувати, додають 22,5 мл емульсії.

Через 45 с від початку введення емульсії в суміш візуально оцінюють результат змішування. Якщо емульсія розподілилась на зернах мінерального матеріалу рівномірно вкривши суцільною плівкою їх поверхню, то вважають, що вона змішується із сумішами пористого складу і її відносять до середньорозпадних емульсій, якщо ні, – до швидкорозпадних.

Коефіцієнт розпаду визначається шляхом введення в (50 ± 2) г

емульсії кварцового піску з вмістом SiO2 не менш 98 %. Гранулометричний склад піску характеризується повними задишка-

229

ми: на ситі 0,315–0 %, на ситі 0,14 – 80–90 %; на ситі 0,071– 95 – 100 %. Пісок рівномірно засипається в чашку з емульсією при постійному перемішуванні до повного руйнування емульсії і утворення тістоподібної маси, що не прилипає до стінок чашки.

Коефіцієнт розпаду Кр емульсії у відсотках з точністю до 0,1 %

де m1 – маса чашки зі шпателем, г;

m2 – маса чашки зі шпателем та емульсією, г;

m3 – маса чашки зі шпателем, емульсією та піском, г. Коефіцієнт розпаду визначається як середньоарифметичне

трьох випробувань. Допустиме відхилення окремих результатів від середньоарифметичного (при використанні одного піску) не повинно бути більше 5.

6.5. Кам’яновугільні в’яжучі

Поряд з в’яжучими нафтового походження в дорожньому будівництві використовуються кам’яновугільні в’яжучі, властивості яких за звичай гірші ніж бітумів, а вплив на навколишнє середовище є шкідливим. Їх використання обумовлено тим, що сировинна база країни кам’яновугільних в’яжучих (родовища кам’яного вугілля) суттєво перевищує сировинну базу виробництва нафтових бітумів. Крім того, існують різні види дорожніх робіт та одягів, коли використання кам’яновугільних в’яжучих є цілком виправданим і дозволяється відповідними нормативно-технічними документами.

Кам’янговугільні в’яжучі використовують для знепилювання та підгрунтовки основ та нижніх шарів покриттів; укріплення ґрунтів шляхом їх змішування з в’яжучим; улаштування шарів дорожньої конструкції шляхом їх просочування в’яжучим; улаштування основ та покриттів із сумішей в’яжучих з мінеральними матеріалами шляхом змішування на дорозі або в установці; влаштування поверхневої обробки; виробництва в установках чорнощебеневих та дьогтебетонних сумішей (холодних і гарячих).

230