Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Кафедра «Строительные материалы и специальные технологии»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ

Методические указания для лабораторной работы по дисциплине

«Дорожные и строительные материалы»

Составители: Е.В. Гурова, В.Д. Галдина

Омск

СибАДИ

2014

1

УДК 691:16 ББК 39.311.45

Рецензент канд. техн. наук, доц. В.Г. Степанец

Работа одобрена научно-методическим советом направления 270800.62 «Строительство» факультета «Автомобильные дороги и мосты» в качестве методических указаний для лабораторной работы по дисциплине «Дорожные и строительные материалы».

Определение технических свойств нефтяных битумов: методические указания для лабораторной работы по дисциплине «Дорожные и строительные материалы» / сост.: Е.В. Гурова, В.Д. Галдина. − Омск: СибАДИ, 2014. – 40 с.

В методических указаниях приведены: технические требования к вязким и жидким дорожным битумам и строительным битумам; методы определения фи- зико-химических свойств битумов; правила техники безопасности при выполнении лабораторной работы; приложения со справочными таблицами; библиографический список.

При составлении методических указаний использованы действующие нор- мативно-технические документы.

Методические указания рекомендованы для студентов направления «Строительство», а также направления «Техносферная безопасность», студентов специальностей «Строительство уникальных зданий и сооружений», «Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей».

Рис. 10. Табл. 9. Прил. 2. Библиогр.: 16 назв.

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

Битумы – это органические вяжущие вещества, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов нафтенового, ароматического и метанового рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных [1].

По генезису (происхождению) битумы бывают:

а) природные, встречающиеся в природе или в чистом виде (редко), или (чаще) входящие в состав каменных материалов (например, битумные пески, известняки, доломиты и др.);

б) сланцевые, получаемые в результате деструктивной переработки горючих сланцев;

в) нефтяные,представляющие собойпродуктпереработкинефти. Нефтяные битумы, как наиболее широко применяемые органические вяжущие, получают путем переработки тяжелых остаточных фракций нефти (гудронов, мазутов, асфальтов деасфальтизации, кре-

кинг-остатков и др.).

В зависимости от технологии получения нефтяные битумы делят на следующие основные виды:

-остаточные, получаемые после атмосферно-вакуумной перегонки нефти и отбора из нее светлых нефтепродуктов;

-окисленные, получаемые окислением нефтяных остатков;

-компаундированные, получаемые путем смешения нефтяных остатков с экстрактами от очистки масляных фракций, окисленными или остаточными битумами.

По консистенции при нормальной температуре битумы могут быть твердыми, вязкими и жидкими.

По области применения в строительстве нефтяные битумы де-

лятся на дорожные, строительные, кровельные и специальные.

Нефтяные битумы широко применяются для строительства дорожных покрытий, тротуаров, полов, изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов, защиты от коррозии бетонов, металла и других материалов.

Общие требования, предъявляемые к битумам, сводятся к тому, чтобы они легко объединялись с каменными материалами, образуя прочную и водостойкую пленку; обладали вязкостью, позволяющей в период объединения с каменными материалами хорошо его смачивать и обволакивать, а в период работы связывать минеральные частицы в прочный монолит; были стабильными во времени, т.е. не изменяли резко своих свойств в процессе эксплуатации [1, 2].

3

Важнейшим механическим свойством любого битума, вне зависимости от его происхождения, вида и технологии получения, является вязкость.

Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление силам, вызывающим относительное перемещение ее слоев.

Допустим, что к поверхности слоя жидкости толщиной n по площадке F приложена сдвигающая сила Р, в результате чего самый верхний слой придет в движение со скоростью W. Все последующие смежные слои в результате проявления внутреннего молекулярного трения будут тормозиться, двигаться с тем меньшей скоростью, чем глубже рассматриваемый слой (рис. 1).

В результате по глубине потока возникает градиент скорости, dW/dn, величина которого определяется величиной внутреннего трения данной жидкости. По закону Ньютона сдвигающая сила Р будет пропорциональна градиенту скорости dW/dn (или скорости сдвига) и поверхности соприкосновения данных слоев жидкости F:

где = Р / F – напряжение сдвига, Па; dW/dn – скорость сдвига, с-1;– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения или абсолютной вязкости, коэффициентом динамической вязкости или просто вязкостью, Па с (Н см2 ).

Величины Р и могут быть положительны или отрицательны в зависимости от выбранного направления отсчета n. В формулах (1) и

(2) фигурирует абсолютное значение градиента скорости dW/dn.

4

Из уравнения (2) видно, что в принципе определение коэффициента вязкости просто: необходимо приложить к исследуемой жидкости определенное напряжение сдвига и замерить образовавшийся при этом градиент скорости dW/dn. То есть

Однако конструктивно определение коэффициента вязкости довольно сложно. Поэтому для практических целей производят определение условной вязкости, что отражено в соответствующих разделах методических указаний.

Целью настоящей лабораторной работы является ознакомление студентов с техническими требованиями к битумам, методами их испытания и установление марки битума по результатам определения физико-химических свойств.

Лабораторная работа выполняется в течение четырехчасового занятия, на котором определяют следующие свойства битума:

-глубину проникания иглы (пенетрацию) при температурах 25 и 0 °С для вязких дорожных битумов и пенетрацию при 25 °С для строительных битумов;

-растяжимость (дуктильность) при температуре 25 °С;

-температуру размягчения;

-температуру хрупкости для вязких дорожных битумов;

-температуру вспышки;

-индекс пенетрации для вязких дорожных битумов.

Методы определения указанных показателей, изложенные в соответствии с [3, 4, 5, 6, 8], приведены в настоящих методических указаниях. Методы определения свойств вязких дорожных и строительных битумов, которые требуют длительного времени для испытаний или использования токсичных продуктов (изменение температуры размягчения и массы после прогрева, растворимость в толуоле или хлороформе), а также методы определения свойств жидких дорожных битумов студенты изучают по методическим указаниям и норматив- но-техническим документам [7, 9, 10, 11, 12].

Защита лабораторной работы проводится на следующем занятии путем устного или письменного опроса по контрольным вопросам.

5