laboratornyj praktikum bitumy-asfaltobeton

3

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ВЯЗКИХ НЕФТЯНЫХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ

1.1. Общие сведения

Нефтяные битумы представляют собой материалы черного или темно-коричневого цвета – смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных.

При нормальной температуре нефтяные битумы – вязкопластичные или твердые вещества. При повышении температуры они размягчаются и становятся текучими, жидкими материалами. При понижении температуры вязкость их увеличивается, они становятся твердыми и хрупкими.

Битумы применяются как вяжущее для асфальтобетона, для составления битумных эмульсий, получения кровельных и гидроизоляционных материалов, гидроизоляции в общестроительных работах и др.

Различают несколько видов нефтяных битумов:

дорожные,

строительные,

кровельные,

изоляционные,

специальные.

Взависимости от вязкости при нормальной температуре битумы разделяют на твердые, вязкие и жидкие.

Взависимости от глубины проникания иглы при 25 оС вязкие дорожные нефтяные битумы подразделяются на следующие марки: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300, БН 60/90, БН 90/130, 130/200, БН 200/300, Область применения вязких дорожных битумов представлена в табл. 1 прил. 1.

Основные требования к вязким дорожным битумам приведены

втабл. 2 прил. 1.

1.2. Определение глубины проникания иглы

Приборы: пенетрометр, термометр с интервалом измеряемых температур 0…50 оС, кристаллизатор с водой, секундомер.

Глубина проникания характеризует вязкость битума, способность сопротивляться прониканию в него другого, более твердого тела. Вязкость битумов определяют на специальном приборе – пе-

4

нетрометре (рис. 1.1) по глубине проникания иглы в битум при определенной температуре. Для дорожных битумов глубину проникания определяют при 25 и 0 оС.

Пенетрометр состоит из основания и стойки, на которой крепится круглая шкала 5 со стрелкой 6, связанной с кремальерой 7. Кремальера при перемещении приводит в движение стрелку. Перемещение кремальеры в вертикальном направления на 0,1 мм соответствует одному делении шкалы.

Рис. 1.1. Пенетрометр:

1 – столик; 2- игла;

3 –пусковая кнопка;

4 –подвижный стержень;

5 – циферблат;

6 – стрелка;

7 – кремальера;

8 – кронштейн;

9 –стойка; 10 – зеркало;

11 - подставка

На нижнем кронштейне закреплен подвижный стержень 4, который удерживается пусковой кнопкой 3, с грузом, и иглой 2. При нажатии на кнопку она позволяет стержню свободно опускаться

вниз; при прекращении нажатия она фиксирует положение стержня. Масса подвижной части (стержня, груза и иглы) должна составлять 100 г при определении пенетрации при 25 °С и 200 г – при 0°С. Длина стальной иглы - 50,8 мм, диаметр – 1…1,2 мм.

К основанию пенетрометра прикреплен столик 1, на который устанавливается кристаллизатор с испытуемым битумом. Зеркало 10 служит для точного подведения иглы к поверхности битума.

Битум предварительно расплавляют до текучего состояния и наливают его в небольшую медную чашечку диаметром 5,5 см и высотой 4 см и охлаждают при температуре не ниже 18…22 °С в течение 1 ч.

Затем чашку с битумом помещают в воду с температурой 25 °С (0 оС) и выдерживают при этой температуре 1 ч (колебания температуры воды в ванне не должны превышать ±0,1°С).

После того как битум приобрел температуру воды (25 или

5

0 оС), его в кристаллизаторе с водой с такой же температурой 25 (0 оС) помещают на столик пенетрометра и подводят иглу прибора в соприкосновение с поверхностью битума. Опускают кремальеру до верхнего края подвижного стержня и устанавливают стрелку в положение «0», вращая ее по часовой стрелке.

Одновременно нажимают на кнопку, давая возможность стержню с иглой свободно опускаться в битум, и включают секундомер (или отмечают время). Свободное погружение стержня должно продолжаться 5 с при определении пенетрации при 25 °С (60 с при 0оС). По истечении этого времени кнопку отпускают.

Между подвижным стержнем и кремальерой образовался зазор, равный глубине погружения иглы. Кремальеру приводят в соприкосновение с верхним краем стержня. Вместе с кремальерой передвигается и стрелка, показывая глубину погружения иглы.

Показателем пенетрации служит число делений шкалы (цена деления 0,1 мм).

Опыт повторяют несколько раз, опуская иглу в новых точках поверхности битума, ближе к середине чашки. После каждого погружения иглу очищают от битума бензином и насухо вытирают. Среднее из трех определений дает величину пенетрации битума. Расхождение между результатами отдельных (параллельных) испытаний не должно превышать 5% величины меньшего из них.

Во время проведения опыта нужно строго следить зa температурой воды, в которой находится битум, подливая горячую воду для поддержания температуры 25°С.

Показатель глубины проникания характеризует основное свойство битума – вязкость – и входит в обозначение марки всех видов битумов.

1.3. Определение температуры размягчения

Приборы: прибор "кольцо и шар", термометр с интервалом измеряемых температур 0…100 оС, газовая горелка, секундомер

Одним из показателей теплоустойчивости битума является температура, при которой он переходит в текучее состояние – температура размягчения битума. Температуру размягчения битума определяют методом, который называют "кольцо и шар".

Прибор для определения температуры размягчения по методу "кольцо и шар" представляет собой приспособление (рис. 1.2, а), состоящее из трех горизонтально расположенных металлических дисков, соединенных на разной высоте вертикальными стержнями. Расстояние между двумя нижними дисками равно 2,54 см. В среднем

6

диске имеется два круглых отверстия, в каждое из которых вставляются латунные кольца, заполненные битумом. Размеры колец следующие: внутренний диаметр 15,88 мм, высота 6,25 мм, толщина стенок 2,38 мм.

В отверстие верхнего диска вставляется термометр. Его устанавливают так, чтобы его ртутный шарик находился на уровне колец.

Рис. 1.2. Определение температуры размягчения битума по методу «кольцо и шар»:

а – прибор; б – кольцо с битумом и шариком до испытания; в – кольцо и шарик в момент размягчения битума; 1 – стакан; 2 – 4 – диски;

5 – термометр;

6 - стержни

Латунные кольца, установленные на металлическую пластинку, смазанную смесью талька с глицерином, заполняют расплавленным битумом. После охлаждения избыток битума срезают нагретым ножом.

Затем кольца, заполненные битумом, вставляют в отверстие среднего диска, а на поверхность битума помещают стальные шарики диаметром 9,53 мм и массой 3,5±0,05 г (рис 1.2, б). Прибор с битумом ставят в стакан, наполненный дистиллированной водой с температурой +5°С, на 15 мин. За это время битум в кольцах приобретает температуру +5°С.

После этого прибор с водой ставят на нагревательный прибор (например, на газовую горелку с асбестовой сеткой) и начинают нагревать со скоростью 5° С в 1 мин.

При нагревании битум начинает размягчаться и под действием веса шарика каплей вытекает из кольца (рис. 1.2 в). Температуру, при которой битумная капля коснется нижней пластинки, принимают за температуру размягчения битума (как среднее арифметическое двух показателей).

Если температура размягчения битума будет выше 80°С, то

7

вместо воды применяют глицерин, и образец выдерживают перед испытанием не при 5, а при 32°С.

1.4. Определение растяжимости

Приборы : дуктилометр, термометр с интервалом измеряемых температур 0…50 оС.

Пластичность битума характеризуется его растяжимостью – способностью вытягиваться в тонкую нить под действием приложенной растягивающей силы.

Величина растяжимости (дуктильности) определяется длиной нити в см, в которую вытягивается битумный образец до разрыва при определенной температуре и скорости вытягивания. Для дорожных битумов растяжимость определяют при 25 и 0 оС.

Растяжимость битумов определяют в приборе дуктилометре (рис. 1.3), который представляет собой вытянутую металлическую ванну. Внутри вдоль прибора по направляющему винтовому стержню 1 при включении мотора передвигаются салазки 2, за которые закрепляется один конец битумного образца. В дуктилометре имеется шкала 3 длиной 100 см, по которой скользит указатель-стрелка, показывающая перемещение салазок и удлинение образца.

Образцы битума изготавливают, заливая расплавленный битум в разборные латунные формы, состоящие из четырех частей (рис. 1.4). Размеры битумного образца: длина 7,5 см, сечение в его самой узкой части – 1x1 см.

Формы в собранном виде помечают на металлическую пластинку, которую вместе с боковыми съемными частями формы с внутренней стороны смазывают смесью талька с глицерином во избежание прилипания к ним битума. Расплавленный битум наливают в форму вровень с ее краями. Битум охлаждают в течение 30 мин при температуре 18…22°С, после чего избыток срезают горячим ножом.

Образцы битума в формах помещают на 1,5 ч в воду с температурой 25±0,1°C (0±0,1°C).

Дуктилометр заполняют водой с температурой 25°С (0 оС) и поддерживают эту температуру в течение всего опыта. Допускаются колебания температуры ±0,1°С. Образцы битума помещают в дуктилометр. Одно кольцо закрепляется на неподвижной части прибора, а другое – на подвижных салазках. Боковые части формы снимаются. Испытанию подвергаются одновременно три образца.

Вода в дуктилометре должна быть не менее чем на 2,5 см выше образцов.

8

Рис. 1.3. Дуктилометр:

1 – направляющий винтовой стержень; 2 – салазки; 3 – шкала

Рис. 1.4. Формы для образцов при испытании на растяжимость

Устанавливают скорость 5 см/мин (при 25 оС) или 0,5 см/мин (0оС) и включают мотор. Салазки начинают перемещаться с заданной скоростью, растягивая битумные образцы. В момент разрыва определяют по шкале длину нити в см, которая и является показателем растяжимости битума. Окончательный результат определяют как среднее арифметическое испытания трех образцов.

1.5. Определение температуры хрупкости

Приборы: прибор Фрааса, секундомер.

Температуру хрупкости битумов определяют на приборе Фрааса (рис. 1.5), в котором с помощью твердой углекислоты понижают температуру.

На поверхность латунной пластинки размером 40х20 мм и толщиной 0,15 мм наносят тонкий слой битума (0,4 г битума на

9

пластинку). Приготовленную пробу битума закрепляют в захваты прибора пленкой наружу, помещают в прибор и охлаждают со скоростью 4 оС в минуту. Начиная с температуры 0оС, через каждый 1°С пластинку с битумом изгибают и распрямляют. За температуру хрупкости принимают показания термометра в момент появления первой трещины на битуме при изгибании пластинки. Проводят не менее трех испытаний. Температура хрупкости дорожных битумов колеблется в пределах от -5 до -20°С. Чем ниже температура хрупкости, тем выше качество битума. С таким битумом покрытие более морозоустойчиво, на нем об-

разуется меньше трещин.

Рис. 1.5. Прибор Фрааса:

1 – термометр;

2 – сосуд Дюара;

3 – пластинка с битумом

1.6. Определение температуры вспышки

Приборы: прибор для определения температуры вспышки, термометр.

Испытания проводят в открытом тигле, определяя температуру, при которой пары битума, нагреваемого в стандартных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Этот показатель нужен для установления режима плавления битума и приготовления из него горячего асфальтобетона, мастик и т.п.

Испытание битума ведут в приборе (рис. 1.6), состоящем из наполненного песком большого тигля, обогреваемого горелкой, и внутреннего тигля, в который наливают расплавленный битум. Во внутренний тигель погружают термометр в вертикальном положении, причем ртутный шарик должен находиться в центре тигля приблизительно на одном расстоянии от дна тигля и от уровня битума.

10

Рис. 1.6. Прибор для определения температуры вспышки битума:

1 – газовая горелка;

2 –тигель с песком;

3 – зажигательное приспособление;

4 – термометр;

5 –штатив;

6 – тигель с битумом

Прибор и все его части устанавливают и закрепляют в штативе. Наружный тигель нагревают пламенем газовой горелки со скоростью 10 оС в минуту. За 40 оС до ожидаемой температуры вспышки скорость нагревания уменьшают до 4 оС в минуту; за 10 оС до ожидаемой температуры вспышки медленно проводят пламенем зажигательного приспособления по краю тигля на расстоянии 10…14 мм от поверхности битума и параллельно этой поверхности. Длина пламени должна быть 3…4 мм; время продвижения пламени от одной стороны тигля до другой стороны составляет 2…3 с.

За температуру вспышки битума принимают температуру, показываемую термометром при появлении синего пламени хотя бы над частью его поверхности.

1.7. Определение изменения температуры размягчения после прогрева

Приборы: чашки металлические цилиндрические с плоским дном диаметром 128 мм, высотой 15 мм или чашки стеклянные с наружным диаметром 100 мм, шкаф сушильный с терморегулятором, сито металлическое с сеткой № 07, термометр с интервалом измеряемых температур 0…200 оС, эксикатор, весы лабораторные технические.

Перед испытанием пробу битума при необходимости обезво-

11

живают нагреванием до температуры на 80…100 оС выше температуры размягчения, но не ниже 125 оС и не выше 180 оС, не допуская перегрева, перемешивая стеклянной палочкой. Битум, обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния, процеживают через металлическое сито и перемешивают для полного удаления пузырьков воздуха.

Тщательно вымытые чашки помещают не менее чем на 30 мин в сушильный шкаф при 105±1 оС. Затем чашки охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают с погрешностью не более 0,01 мм.

Битум наливают не менее чем в две чашки (в металлические по 50±0,1 г, стеклянные по 28±0,1 г в каждую) и при осторожном наклоне чашки распределяют его по дну равномерным слоем (приблизительно 4 мм). После охлаждения битума до комнатной температуры в эксикаторе пробы взвешивают с погрешностью не более 0,01 г. Взвешенные пробы устанавливают на горизонтальную решетку сушильного шкафа, предварительно нагретого до 163±1 оС. Температуру контролируют термометром, ртутный резервуар которого находится на уровне чашек. Во время испытания сушильный шкаф не открывают. Прогрев битума продолжается 5 ч. Так как при установлении проб температура сушильного шкафа понижается, то 5 ч отсчитывают от момента достижения 163 оС. Время достижения заданной температуры не должно превышать 15 мин.

По истечении 5 ч чашки с битумом вынимают из сушильного шкафа, устанавливают в эксикаторе и после охлаждения до комнатной температуры взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

Изменение массы битума после прогрева (Х) в процентах вычисляют по формуле

X (m m1)100%,

m

где Х – количество испарившегося разжижителя, %; m - масса жидкого битума до испытания, г;

m1 - масса жидкого битума после испытания, г.

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение двух параллельных определений.

Для определения изменения температуры размягчения после прогрева содержимое чашек расплавляют в сушильном шкафу при 163±1 оС и после перемешивания проводят испытания по п.3 ( см. стр. 5). Изменение температуры размягчения после прогрева вычисляют как разность температур размягчения,