Материал: Материаловедение. лабораторный практикум. Черкасов С.В., Адоньева Л.Н
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ВЯЗКОГО НЕФТЯНОГО БИТУМА
8.1. Общие сведения
Битумы представляют собой сложные смеси углеводородов и их неметаллических производных с кислородом, азотом, серой. Битумы бывают природными и искусственными. Нефтяные битумы - продукты переработки нефти и ее смолистых производных. По консистенции битумы бывают вязкими и жидкими. По назначению нефтяные битумы подразделяются на строительные, кровельные и дорожные. Дорожные битумы используются при изготовлении дорожных и аэродромных покрытий; кровельные - для кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов; строительные - для приклеивающих и изоляционных мастик, асфальтовых бетонов и растворов, применяющихся для устройства полов в промышленных цехах и складских помещениях, плоской кровли, стяжек.
Физико-механические свойства нефтяных битумов приведены в табл. 35. Таблица 35
Физико-механические свойства нефтяных битумов
Марка |
Температура размягче- |
Растяжимость при |
Глубина проника- |
битума |
ния, °С, не ниже |
25°С, см не менее |
ния иглы при 25°С |
|
Строительные битумы |
|
|
БН 50/50 |
50…60 |
40 |
41...60 |
БН 70/30 |
70…80 |
3 |
21...40 |
БН 90/10 |
90…105 |
1 |
5...20 |
|
Кровельные битумы |
|
|
БНК 45/180 |
40...50 |
не нормируется |
140...220 |
БНК 45/190 |
40...50 |
то же |
160...220 |
БНК 90/40 |
85...95 |
то же |
35...45 |
БНК 90/30 |
85...95 |
то же |
25...35 |
|
Дорожные битумы |
|
|
БНД 200/300 |
35 |
- |
201...300 |
БНД 130/200 |
40 |
70 |
131...200 |
БНД 90/130 |
43 |
65 |
91...130 |
БНД 60/90 |
47 |
55 |
61...90 |
БНД 40/60 |
51 |
45 |
40...60 |
БН 200/300 |
33 |
- |
201...300 |
БН 130/200 |
38 |
80 |
131...200 |
БН 90/130 |
41 |
80 |
91...130 |
БН 60/90 |
45 |
70 |
61...90 |
Вязкие битумы подразделяются на марки. Марку битума оценивают по глубине проникания иглы при температуре + 25 °С или 0 °С, температуре размягчения, растяжимости, температуре хрупкости и температуре вспышки.
61
Марку вязкого битума обозначают БНД, БНК или БН с указанием индекса. Для дорожного битума, цифры индекса показывают интервал изменения глубины проникания иглы, а для кровельного и строительного битумов первая цифра индекса (числитель) указывает среднее значение температуры размягчения, а вторая (знаменатель) – среднее значение глубины проникания иглы.
8.2. Цель работы
Ознакомиться с методиками оценки основных качественных показателей вязкого нефтяного битума.
8.3.Порядок выполнения работы
8.3.1.Определение глубины проникания иглы
Показатель глубины проникания иглы является характеристикой условной вязкости битума. Этот показатель является основным при разделении битумов на марки. Чем меньше глубина проникания иглы, тем больше прочность битума.
Глубина проникания иглы определяется на приборе пенетрометре (рис. 27) путем измерения глубины погружения иглы прибора в образец битума под нагрузкой 100 гс в течение 5 с при температуре +25 °С или в течение 60 с при температуре 0 °С.
4
5
6 
7 8 3 
2
1
Рис. 27. Определение
глубины проникания иглы:
1– чашка с битумом;
2– кристаллизатор;
3– штатив;
4– кремальера;
5– лимб со стрелкой
6– стопорная кнопка;
7– стержень;
8– игла (d=1мм)
Предварительно обезвоженный и расплавленный битум заливают в металлическую чашку. Чашку с битумом охлаждают на воздухе при те мпературе 25±5°С. Затем чашку помещают в воду с температурой +25°С и выдерживают перед испыта-
нием 60...75 мин.
В момент испытания чашку с битумом помешают в кристаллизатор, наполненный водой той же температуры. Иглу пенетрометра приводят в соприкосновение с поверхностью битума. После этого снимают начальный показатель по лимбу прибора, включают секундомер и одновременно нажимают стопорную кнопку пенетрометра, давая игле свободно входить в образец в течение 5 с. Затем кнопку отпускают, опускают кремальеру прибора и снимают отсчет по лимбу. Разность второго и первого показателей дает величину глубины проникания. Определение повторяют не менее трех раз в местах, отстоящих друг от друга на 10 мм. Кончик
62
иглы после каждого определения отмывают от битума бен зином и насухо протирают тканью.
За глубину проникания принимают среднее арифметическое из трех результатов определений.
Результаты записывают в виде табл. 36.
Таблица 36 Результаты определения глубины проникания иглы (пенетрации)
|
Начальный |
Конечный |
Показатель |
Средний |
Номер |
показатель |
показатель |
пенетрации |
показатель |
опыта |
по лимбу n1, |
по лимбу, n2 , |
опыта,(n2- n1), |
пенетрации, |
|
градусы |
градусы |
градусы |
градусы |
|
шкалы |
шкалы |
шкалы |
шкалы |
|
|
|
|
|
8.3.2. Определение температуры размягчения битума |
|||||||
Температура размягчения битума является условной |
характеристикой |
||||||
перехода битума из полутвердого в текучее состояние. |
Чем выше температура |
||||||
размягчения, тем больше прочность пленки битума. |
|
|
|
|
|||
Для определения температуры размягчения используют прибор "кольцо |
|||||||
- шар" (рис. 28). |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Рис. 28. Определение |
Предварительно |
расплавлен- |
||||
|
температуры |
ный битум заливают с некоторым |
|||||
5 |
размягчения битума: |
||||||
2 |
1 |
– кольцо с битумом; |
избытком в два латунных кольца с |
||||
внутренним диаметром 17,7 мм. По- |
|||||||
1 |
2 |
– стальной шарик; |
сле охлаждения избыток битума сре- |
||||
4 |
3 |
– термометр; |
зают нагретым ножом вровень с |
||||
6 |
4 |
– контрольный диск; |
краями колец. Кольца с битумом ус- |
||||
5 |
– стакан с водой; |
танавливают |
в |
отверстия среднего |
|||
|
6 |
– электроплита |
диска прибора, |
помещают прибор в |
|||
|
|
|
химический |
стакан, |
наполненный |
||
водой. На каждое кольцо пинцетом устанавливается стальной шарик (диамет- |
|||||||
ром 9,5 мм, массой 3,5 г). Если температура размягчения 80...110 °С, то стакан |
|||||||
заполняют смесью воды и глицерина, если более 110 °С - то глицерином. |
|||||||
Жидкость в стакане подогревают на электроплитке так, чтобы скорость подъема температуры составляла 5 °С в минуту. Температура, при которой битум под действием шарика коснется нижнего контрольного диска подставки прибора, соответствует температуре размягчения битума.
63
За показатель температуры размягчения принимают среднее арифметическое по результатам 2-х определений.
8.3.3. Определение растяжимости битума
Показателем растяжимости является абсолютное удлинение стандартного образца "восьмерки" до момента его разрыва. Для определения растяжимости применяют прибор дуктилометр (рис. 29).
Расплавленный и обезвоженный битум наливают в три предварительно смазанные техническим вазелином формы – "восьмерки". Охлаждают битум в формах 30...40 мин до окружающей температуры не ниже +18 °С. После этого излишек битума срезают нагретым ножом вровень с краями форм. Образцы помещают затем в ванну дуктилометра с водой, имеющей температуру 25 °С. Высота воды над слоем битума должна составлять 25 мм. Через час выдержки в воде образцы устанавливают в проушины дуктилометра, включают двигатель дуктилометра и производят растяжение битума со скоростью 5 см/мин. Образцы растягивают до наступления разрыва битума. В момент разрыва снимают отсчет по линейке в сантиметрах. Показатель растяжимости определяют как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов- "восьмерок".
а)
1 |
3 |
2 |
4 |
5 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
Рис. 29. Определение растяжимости битума: |
|
|
|
а – дуктилометр; б – образец, |
|
|
|
1 – емкость с водой; 2 – растягиваемый образец; |
3– стационарный элемент крепления образца;
4– «салазки»; 5 – линейка
Показатель растяжимости битума влияет на устойчивость битума к старению и его когезионную прочность.
64
Приборы, инструменты, материалы: представительная проба неф-
тяного вязкого битума, ручной пенетрометр, металлическая чашка цилиндрической формы для заливки обезвоженного и расплавленного битума, секундомер, прибор "Кольцо и шар", два латунных кольца, спиртовой термометр на 100 °С, электроплитка с закрытой спиралью, дуктилометр, три латунные фор- мы-"восьмерки", две металлические пластинки.
Аттестационные вопросы
1.Что представляют собой битумы?
2.Как подразделяются битумы по назначению?
3.По каким показателям определяют марку битума
впроизводственных условиях?
4.Для каких целей используют битум в строительстве?
5.Опишите методику определения глубины проникания иглы (пенетрации) при определении условной вязкости битума.
6.Как определяется температура размягчения битума на приборе "кольцо - шар"?
7.Что является показателем растяжимости битума и его определение?
Литература: [ 1, 2, 6, 7 ].
65