Главная страница
Навигация по странице:

  • 1.2 Определение глубины проникания иглы Глубину проникания иглы (пенетрацию)

  • Рисунок 1.1 - Пенетрометр Подготовка к испытанию

  • 1.3 Определение температуры размягчения по кольцу и шару Температуру размягчения битума

  • Рисунок 1.2 – Прибор «Кольцо и Шар» 7 Подготовка к испытанию

  • 1.4 Определение растяжимости Растяжимость (дуктильность)

  • Рисунок 1.4 – Форма для битума «восьмерка» Подготовка к испытанию

  • 1.5 Определение температуры хрупкости Температуру хрупкости

  • Рисунок 1.5 – Прибор Фрааса

  • 1.6 Определение интервала пластичности

  • 1.7 Контрольные вопросы

  • 1. ЛР_№1-Испытания_битумов. Лабораторная работа 1 1 Методы испытаний твердых и вязких нефтяных битумов 1 Общие сведения Битумы (от лат bitumen смола)


    Скачать 0.49 Mb.
    НазваниеЛабораторная работа 1 1 Методы испытаний твердых и вязких нефтяных битумов 1 Общие сведения Битумы (от лат bitumen смола)
    Анкор1. ЛР_№1-Испытания_битумов.pdf
    Дата19.12.2017
    Размер0.49 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файла1. ЛР_№1-Испытания_битумов.pdf
    ТипЛабораторная работа
    #8265

    2
    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
    1 Методы испытаний твердых и вязких нефтяных битумов
    1.1 Общие сведения
    Битумы (от лат. bitumen – смола)

    группа природных или искусствен- ных веществ черного или темно-бурого цвета, изменяющих свои свойства в за- висимости от температуры. Нефтяные битумы – продукты переработки нефти и ее тяжелых асфальтосмолистых остатков, обладающие характерными вяжу- щими и пластическими свойствами.
    Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов, главным образом метанового (C
    n
    H
    2n+2
    ), нафтенового (C
    n
    H
    2n
    ) и ароматического (C
    n
    H
    2n-6
    ) рядов, и их неметаллических производных (соединений углеводородов с серой, кислородом, азотом). Соотношение между основными группами углеводородов
    (групповой состав) определяет свойства битумов. Масла придают им подвиж- ность и текучесть; смолы − растяжимость и эластичность; асфальтены и их модификации (карбены и карбоиды) – вязкость и твердость.
    По составу и консистенции при обычной и повышенных температурах нефтяные битумы классифицируют на твердые (пластичные и хрупкие), вязкие и жидкие (разжиженные и остаточные). Важнейшими показателями качества твердых и вязких битумов являются: глубина проникания иглы, растяжимость, температура размягчения и температура хрупкости, методики определения ко- торых рассматриваются в настоящей лабораторной работе.
    По области применения твердые и вязкие нефтяные битумы разделяют на:

    строительные марок БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10, применяемые для различных видов строительных работ (перед чертой цифра указывает мини- мальное значение температуры размягчения, после черты – среднее значение глубины проникания иглы);

    кровельные марок БНК 40/180, БНК 45/190 (пропиточные) и БНК 90/30
    (покровный), используемые для производства рулонных (пергамина и руберои- да) и мастичных кровельных материалов (перед чертой цифра указывает сред- нее значение температуры размягчения, после черты – среднее значение глуби- ны проникания иглы);

    изоляционные марок БНИ-IV-3, БНИ-IV, БНИ-V, применяемые для изоляции трубопроводов от грунтовой коррозии;

    дорожные марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200,
    БНД 200/300, БН 60/90, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300, используемые в ка- честве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных и аэро- дромных покрытий (цифры перед и после черты указывают пределы глубины проникания иглы при 25 ºС).
    Основные показатели качества твердых и вязких нефтяных битумов при- ведены в таблице 1.1. Эти свойства определяют в соответствии с требованиями государственных стандартов с использованием аппаратуры и реактивов, удовле- творяющих требованиям действующей нормативно-технической документации.

    3
    Таблица 1.1

    Основные свойства твердых и вязких нефтяных битумов
    Марка битума
    Глубина проникания иглы, 0,1 мм, при
    Растяжимость, см, не менее, при
    Температура, ºС
    25 ºС
    0 ºС, не менее
    25 ºС
    0 ºС размягчения хрупкости
    Битумы нефтяные строительные твердые (ГОСТ 6617)
    БН 50/50 41-60

    40

    50-60

    БН 70/30 21-40

    3,0

    70-80

    БН 90/10 5-20

    1,0

    90-105

    Битумы нефтяные кровельные твердые (ГОСТ 9548)
    БНК 40/180 160-210



    37-44

    БНК 45/190 160-220



    40-50

    БНК 90/30 25-35



    80-95 не выше −10
    Битумы нефтяные изоляционные твердые (ГОСТ 9812)
    БНИ-IV-3 30-50 15 4,0

    65-75

    БНИ-IV
    25-40 12 3,0

    75-85

    БНИ-V
    20-40 9
    2,0

    90-100

    Битумы нефтяные дорожные вязкие (ГОСТ 22245)
    БНД 40/60 40-60 13 45

    не ниже 51 не выше −12
    БНД 60/90 61-90 20 55 3,5 не ниже 47 не выше −15
    БНД 90/130 91-130 28 65 4,0 не ниже 43 не выше −17
    БНД 130/200 131-200 35 70 6,0 не ниже 40 не выше −18
    БНД 200/300 201-300 45

    20 не ниже 35 не выше −20
    БН 60/90 60-90 10 70
    − не ниже 45 не выше −6
    БН 90/130 91-130 15 80
    − не ниже 41 не выше −10
    БН 130/200 131-200 18 80
    − не ниже 38 не выше −12
    БН 200/300 201-300 33

    − не ниже 33 не выше −14
    1.2 Определение глубины проникания иглы
    Глубину проникания иглы (пенетрацию) определяют по методике
    ГОСТ 11501 по глубине погружения иглы пенетрометра в образец битума при действии на нее груза 100 г в течение 5 с при t = 25 о
    С или 200 г в течение 60 с при t = 0 о
    С.
    Пенетрацию битума выражают в единицах, соответствующих десятым до- лям миллиметра (0,1 мм). Она характеризует его вязкость, точнее текучесть
    (величину, обратную вязкости).
    Аппаратура и реактивы:
    − пенетрометр с иглой и дополнительным грузом (рисунок 1.1);
    − чашка металлическая (пенетрационная);
    − баня водяная (для термостатирования);
    термометры ртутные стеклянные;
    − кристаллизатор;
    − сито с металлической сеткой № 07;
    − палочка стеклянная;
    − секундомер.

    4 1 – кремальера; 2 – плунжер; 3 – прижимная кнопка;
    4 – дополнительный груз; 5 – игла; 6 – столик
    Рисунок 1.1 - Пенетрометр
    Подготовка к испытанию. Испытуемый битум нагревают до подвижно- го состояния, осторожно перемешивая стеклянной палочкой. Время нагревания битума не должно превышать 30 мин, а температура 160 °С.
    После этого битум через сито вливают в две пенетрационные чашки с плоским дном так, чтобы поверхность битума была не более чем на 5 мм ниже верхнего края чашки, и тщательно перемешивают до полного удаления воздуха.
    Чашки с битумом охлаждают на воздухе при 18-30 °С в течение 60-90 мин.
    Затем их помещают в водяную баню для термостатирования при заданной тем- пературе испытания на 60-90 мин.
    Проведение испытания. Пенетрационную чашку с термостатированным битумом помещают в кристаллизатор, наполненный водой так, чтобы высота жидкости над поверхностью битума была не менее 10 мм. Температура воды в сосуде должна соответствовать температуре испытания.
    Сосуд устанавливают на столик пенетрометра и подводят острие иглы к поверхности битума так, чтобы игла слегка касалась ее.
    Кремальеру пенетрометра доводят до верхней площадки плунжера, несу- щего иглу, устанавливают стрелку на нуль или отмечают ее положение на шка- ле. После этого одновременно включают секундомер и нажимают кнопку пене-

    5 трометра, давая игле свободно входить в испытуемый образец в течение 5 с, по истечении которых отпускают кнопку. После этого доводят кремальеру вновь до верхней площадки плунжера с иглой и отмечают показание стрелки на шка- ле пенетрометра.
    Определение повторяют не менее трех раз в различных точках, отстоя- щих от краев чашки и друг от друга не менее чем на 10 мм. После каждого по- гружения иглу вынимают из гнезда, отмывают ее растворителем и насухо вы- тирают в направлении острия.
    Обработка результатов. Результаты не менее трех определений глу- бины проникания иглы заносят в таблицу 1.2. За результат испытания при
    25 °С принимают среднее арифметическое значение полученных определений, округленное до целого числа. При этом расхождение между наибольшим и наименьшим определением не должно превышать значений, указанных в таб- лице 1.3.
    Таблица 1.2 – Результаты определения глубины проникания иглы
    Температура испытания
    Номер опыта
    Глубина проникания иглы (пенетрация), 0,1 мм
    Отдельное значение
    Среднее значение
    1 2
    3
    Таблица 1.3 – Допускаемые расхождения результатов испытаний
    Глубина проникания иглы
    (пенетрация) при 25 °С, 0,1 мм
    Допускаемые расхождения между наибольшим и наименьшим определением, 0,1 мм
    До 50 2
    Св. 50 " 150 4
    " 150 " 250 6
    " 250 3 % среднего арифметического значения
    Если расхождения результатов определений превышают значения, ука- занные в таблице 1.2, то испытания повторяют на другом параллельно подго- товленном образце. Если разница между тремя значениями вновь превысит значения, указанные в табл. 1.3, то испытание повторяют.
    Если испытания проводят при другой температуре, то расхождения меж- ду полученными результатами могут отличаться от указанных в таблице 1.3.
    1.3 Определение температуры размягчения по кольцу и шару
    Температуру размягчения битума определяют по методике
    ГОСТ 11506 на приборе «Кольцо и Шар» (КиШ), измерением температуры при которой шарик собственным весом продавит слой битума, залитого в кольцо, и коснется нижней пластинки прибора.

    6
    Температура размягчения характеризует верхний температурный предел применения битума (термостойкость).
    Аппаратура и реактивы:
    − прибор КиШ (рисунок 1.2), представляющий собой штатив, поддер- живающий две металлические пластинки, расстояние между которыми
    25,0-25,4 мм (верхняя пластинка имеет три отверстия: два для помещения колец и третье - для термометра);
    − кольца латунные;
    − шарики стальные;
    − стакан из термостойкого стекла;
    − пластинка полированная металлическая или стеклянная;
    − термометр ртутный;
    − сито с металлической сеткой № 07;
    − нож для срезания битума;
    − горелка газовая или плитка электрическая;
    − смазка – смесь талька с глицерином (1:3 по массе);
    − секундомер;
    − палочка стеклянная или металлическая для перемешивания битума;
    − вода дистиллированная. а) – положение шарика в начале испытания; б) – то же, после испытания
    Рисунок 1.2 – Прибор «Кольцо и Шар»

    7
    Подготовка к испытанию. Перед испытанием образец битума осторож- но нагревают до подвижного состояния, процеживают через сито и затем тща- тельно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. Температура нагрева битума должна быть не ниже 120 °С и не выше 180 °С.
    Битум наливают с некоторым избытком в два кольца, помещенные на пластинку, покрытую смесью талька с глицерином.
    После охлаждения колец с битумом на воздухе в течение 30 мин при
    (25±10) °С избыток битума срезают нагретым ножом вровень с краями колец.
    Проведение испытания. Кольца с битумом помещают в отверстия верх- ней пластинки прибора КиШ. В среднее отверстие верхней пластинки вставля- ют термометр так, чтобы нижняя точка ртутного резервуара была на одном уровне с нижней поверхностью битума в кольцах. Прибор помещают в стек- лянный стакан, заполненный дистиллированной или свежевскипяченной водой, температура которой (5±1) °С, уровень воды над поверхностью колец не менее
    50 мм.
    По истечении 15 мин прибор вынимают из стакана, на каждое кольцо в центре поверхности битума помещают стальной шарик, также охлажденный в до (5±1) °С, после чего опускают прибор обратно в стакан.
    Стакан устанавливают на нагревательный прибор. Температура воды в бане после первых 3 мин подогрева должна подниматься со скоростью
    (5±0,5) °С в минуту.
    Для каждого кольца и шарика отмечают температуру, при которой вы- давливаемый шариком битум коснется нижней пластинки. Схема испытаний показана на рисунке 1.2, результаты испытаний заносят в таблицу 1.4.
    За окончательный результат принимают среднее арифметическое значе- ние двух параллельных определений, округленное до целого числа.
    Таблица 1.4 – Результаты определения температуры размягчения
    Температура битума в начале опыта, °С
    Скорость нагрева воды, °С/мин
    Температура размягчения по кольцу
    №1 по кольцу
    №2 среднее значение
    1.4 Определение растяжимости
    Растяжимость (дуктильность) битума определяют по методике ГОСТ
    11505 измерением максимальной длины, на которую может растянуться без разрыва битум, залитый в форму для стандартных образцов – «восьмерок», по- ловинки которых раздвигаются с постоянной скоростью (5 см/мин) при задан- ной температуре 25 о
    С или 0 о
    С.
    Растяжимость характеризует пластичность и эластичность вязких би- тумов.

    8
    Аппаратура и реактивы:
    − дуктилометр (рисунок 1.3);
    − формы латунные для битума – «восьмерки» (рисунок 1.4);
    − термометр ртутный стеклянный;
    − нож для среза битума;
    − сито с металлической сеткой № 07;
    − пластинка полированная металлическая или стеклянная;
    − смазка – смесь талька с глицерином (1:3 по массе).
    1 – неподвижная каретка; 2 – половинка формы «восьмерки»;
    3 – образец битума; 4 – подвижная каретка; 5 – линейка
    Рисунок 1.3 - Дуктилометр
    Рисунок 1.4 – Форма для битума «восьмерка»
    Подготовка к испытанию. Перед испытанием битум нагревают до по- движного состояния, процеживают через металлическое сито и тщательно пе- ремешивают до полного удаления пузырьков воздуха. Температура нагрева би- тума должна быть не выше 160 °С.
    Полированную металлическую или стеклянную пластинку и внутренние боковые стенки вкладышей «восьмерки» смазывают. Затем собирают форму на пластинке.
    Проведение испытания. Битум наливают в три формы тонкой струей с некоторым избытком и оставляют охлаждаться на воздухе в течение 30-40 мин

    9 при комнатной температуре, а затем срезают излишек битума горячим острым ножом вровень с краями формы.
    Формы с битумом, не снимая с пластинки, помещают для термостатиро- вания в ванну дуктилометра, предварительно заполненную водой. Температура воды должна соответствовать температуре испытаний. Высота слоя воды над битумом должна быть не менее 25 мм.
    По истечении 1 ч формы с битумом вынимают из воды, снимают с пла- стинки и закрепляют в дуктилометре одним концом на неподвижной части ка- ретки, а другим – на подвижной. После этого отнимают боковые части форм, включают мотор дуктилометра и наблюдают за растяжением битума. Скорость растяжения должна быть 5 см/мин.
    1.4.5 Обработка результатов. За растяжимость битума принимают дли- ну нити битума в сантиметрах, отмеченную указателем в момент ее разрыва.
    Результаты испытаний заносят в таблицу 1.5. За окончательный результат при- нимают среднее арифметическое значение трех параллельных определений.
    При растяжимости до 10,0 см результат округляют до 0,1 см, при боль- шем значении результат округляют до целого числа.
    Таблица 1.5 – Результаты определения растяжимости
    Показатель
    Номер формы «восьмерки» Среднее значение
    1 2
    3
    Температура битума, °С
    Скорость растяжения битума, см/мин
    Удлинение к моменту разрыва, см
    1.5 Определение температуры хрупкости
    Температуру хрупкости битума определяют по методике ГОСТ 11507 измерением температуры, при которой появляются трещины в тонком слое охлаждаемого битума, нанесенного на стальную пластинку стандартного при- бора (прибор Фрааса) при ее изгибе и распрямлении.
    Температура хрупкости характеризует нижний температурный предел применения битума. С повышением температуры хрупкости битума увеличива- ется склонность асфальтобетонного покрытия к образованию трещин, дефор- мациям и разрушениям, связанным с его выкрашиванием.
    Аппаратура и реактивы:

    аппарат Фрааса (рисунок 4.5), в который входят: устройство для сгиба- ния пластинки, состоящее из двух концентрических трубок из теплоизоляцион- ного материала, и приспособления для перемещения внутренней трубки отно- сительно внешней трубки; пластинки стальные длиной (41 ± 0,05) мм, шириной
    (20 ± 0,2) мм и толщиной (0,15 ± 0,02) мм; пробирка стеклянная диаметром (37

    10
    ± 1) мм, высотой около 210 мм, в которую вставляется изгибающее устройство; устройство для охлаждения, состоящее из несеребреного сосуда Дьюара, снаб- женного резиновой пробкой с прорезями для пробирки с изгибающим устрой- ством для подачи охлаждающего агента, и отводящей трубки;
    1

    сосуд Дьюара, 2

    пластинка; 3

    пробирка;
    4

    устройство для сгибания пластинки; 5 − термометр; а – начальное положение пластинки; б – конечное положение пластинки
    Рисунок 1.5 – Прибор Фрааса

    термометр ртутный стеклянный с диапазоном измерения от минус 35 до плюс 30 °С, ценой деления 1 °С и погрешностью ± 0,5 °С;

    устройство для расплавления битума на пластинке, состоящее из двух металлических плиток любой формы (60×60 мм), расположенных друг над дру- гом на расстоянии примерно 50 мм. Верхняя плитка толщиной 5 мм, нижняя - отражатель толщиной 1-2 мм.

    секундомер.

    сито с металлической сеткой № 07;

    плитка керамическая размером для выдерживания пластинок после рас- плавления битума;

    кальций хлористый технический;

    толуол нефтяной, или толуол каменноугольный, или керосин освети- тельный;

    11

    охлаждающая смесь: этиловый технический регенерированный спирт или сырец или технический изооктан с твердой углекислотой; жидкий азот или жидкая углекислота;

    весы лабораторные 3-го класса точности;

    держатель для помещения пластинок в пазы захватов.
    Подготовка к испытаниям. Образец битума при наличии влаги обезво- живают осторожным нагреванием без перегрева до температуры на 80-100 °С выше температуры размягчения, но не ниже 120 °С и не выше 180 °С при пере- мешивании стеклянной палочкой. Обезвоженный и расплавленный до подвиж- ного состояния битум процеживают через металлическое сито и тщательно пе- ремешивают по полного удаления пузырьков воздуха.
    Две стальные пластинки тщательно промывают толуолом или керосином, высушивают и взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.
    Испытанием на изгиб вручную устанавливают, в какую сторону изгибает- ся стальная пластинка. Наносят (0,40 ± 0,01) г битума на выпуклую при изгибе сторону пластинки.
    Пластинку с навеской битума кладут на верхнюю плитку устройства для расплавления битума и осторожно нагревают нижнюю плитку-отражатель газо- вой горелкой или другим источником тепла до тех пор, пока битум не растечет- ся равномерно по поверхности пластинки.
    Пламенем шириной около 5 мм и длиной 5-10 мм осторожно прогревают поверхность, удаляют возможные пузырьки воздуха и получают гладкое, рав- номерное покрытие. При этом следует избегать местных перегревов. Время расплавления и распределения битума составляет 5-10 мин.
    Подготовленные пластинки с битумом сдвигают на гладкую плоскую го- ризонтально установленную керамическую плитку. Защищенные от пыли пла- стинки с битумом выдерживают при комнатной температуре не менее 30 мин.
    В захваты устройства для сгибания (при расстоянии между пазами захва- тов (40,0 ± 0,1 мм) вставляют пластинку так, чтобы битумный слой был распо- ложен наружу.
    При этом надо избегать образования трещин в битумном покрытии при сгибании пластинки. Если покрытие треснуло, то в устройство для сгибания помещают пластинку с другим покрытием.
    Собирают устройство для охлаждения и сосуд Дьюара заполняют изоок- таном или спиртом, примерно, на 1/2 высоты.
    Проведение испытания. Устройство для сгибания пластинки вставляют в стеклянную пробирку с небольшим количеством хлористого кальция.
    Термометр или термопару устанавливают так, чтобы ртутный резервуар термометра или рабочий конец термопары находились на уровне середины стальной пластинки. Температура в пробирке к началу испытания должна быть не ниже 15 °С.

    12
    Вводят порциями охлаждающий агент и понижают температуру в про- бирке со скоростью 1 °С/мин, при этом допускаемые отклонения не должны превышать ± 1 °С за 10 мин.
    Сгибать пластинку начинают при температуре, примерно, на 10 °С выше ожидаемой температуры хрупкости.
    Сгибают и распрямляют пластинку равномерным вращением рукоятки со скоростью около 1 об/с сначала в одну сторону до достижения максимального прогиба пластинки (при уменьшении расстояния между пазами захватов до (36,5
    ± 0,1) мм), а затем в обратную сторону до достижения исходного положения.
    Весь процесс сгибания и распрямления пластинки должен заканчиваться за 20-24 с. Операцию повторяют в начале каждой минуты и отмечают темпера- туру в момент появления первой трещины. Для уточнения появления трещины допускается кратковременно извлекать пробирку с битумом из сосуда Дьюара или широкой пробирки.
    В ходе испытания устройство для сгибания нельзя вынимать из пробирки.
    Аналогичные испытания проводят с другой пластинкой с битумом, при этом сгибать пластинку начинают при температуре на 10 °С выше температуры появления трещины на первой пластинке.
    Если полученные значения различаются на величину, превышающую
    3 °С, то проводят третье определение.
    Время с момента нанесения битумного покрытия до конца испытания не должно превышать 4 ч.
    Обработка результатов. За температуру хрупкости принимают среднее арифметическое значение двух определений, округленное до целого числа.
    Два результата определения, полученные одним исполнителем на одном и том же аппарате и пробе битума (сходимость) признаются достоверными (с
    95 %-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превы- шает 3 ºС, а полученные в двух разных лабораториях (воспроизводимость)

    8 ºС.
    1.6 Определение интервала пластичности
    Интервал пластичности (температурный интервал превращения) Т
    пл
    , °С, определяют как разность температуры размягчения и хрупкости битума
    хр
    разм
    пл
    Т
    T
    T


    ,
    (1) где Т
    разм
    температура размягчения, о
    С;
    Т
    хр
    – температура хрупкости, о
    С.
    Интервал пластичности характеризует способность битума сохранять свои вязкопластические свойства при изменении температуры. Битумы с широ- ким интервалом пластичности обладают более высокой стойкостью к образова-

    13 нию трещин при низких зимних температурах и устойчивостью против сдвига при повышенных летних. Кроме этого, с увеличением Т
    пл
    повышаются адгези- онные свойства битумов, что объясняется повышенным содержанием в них ароматических соединений и смол.
    Таким образом, чем больше Т
    пл
    , тем лучше качество вязкого дорожного битума и выше дорожно-эксплуатационные свойства асфальтобетонного по- крытия.
    1.7 Контрольные вопросы
    1 Перечислите основные показатели, по которым оценивают качество твердых и вязких битумов.
    2 Изложите методику определения глубины проникания иглы. Влияние группового состава битума на это свойство.
    4 Опишите последовательность определения растяжимости битума. Вли- яние масел, смол и асфальтенов на это свойство.
    3 Назовите температуры при которых определяют глубину проникания иглы и растяжимость дорожных, строительных и кровельных битумов.
    5 Изложите методику определения температуры размягчения битума.
    Влияние группового состава битума на это свойство.
    6 Опишите методику определения температуры хрупкости битума. Влия- ние масел, смол и асфальтенов на это свойство.
    7 Интервал пластичности вязких дорожных битумов и его влияние на до- рожно-строительные свойства битумов.
    8 Расскажите как температура влияет на глубину проникания иглы и рас- тяжимость.
    написать администратору сайта