книги из ГПНТБ / Волков, М. И. Методы испытания строительных материалов учеб. пособие

I

мерешій, если отклонение результатов параллельных испытаний от среднего арифметического не превышает 10%.

Определение вязкости при постоянной скорости сдвига (y —const) основа­ но на определении сопротивления сдвигу битума, находящегося в зазоре меж­ ду двумя коаксиальными цилиндрами при вращении внутреннего цилиндра с ■определенной скоростью.

Вязкость по этому «методу определяют в ротационных пластовискозиметрах ПВР-1, ПВР-2, сельсинном эластовиокозиметре и др.

Пластовиекозиметр ПВР-1 (рис. 59,а) состоит из корпуса 1, сердечника 2, смонтированного «а прецизионных подшипниках 3, заправочного преоса (в свою очередь состоящего из цилиндра 4, колпачка 5 и поршня 6), синхронного электромотора с редуктором (на чертеже не показаны), с помощью которых сердечнику 2 может быть сообщена частота вращения, стабильно поддержи­ ваемая в течение испытания: 0,192; 0,96; 2,4; 4,8; 120; 600 и 1500 в мин-1, из­ мерительного лимба 7, сидящего на прецизионном подшипнике 8 и имеюще­ го в верхней части барабан для наматывания нити, а я нижней — зубчатое колесо, которое при необходимости можно вводить в зацепление с зубчатым колесом корпуса 1, и торсиона 9, закрепленного одним концом в измеритель­ ном лимбе 7, а другим в станине прибора. Для контроля уровня испытуемого материала предусмотрены смотровые окна с заглушками 10. Комплект торсином допускает измерение напряжения сдвига от 20 до 5000 Па.

Сопротивления сдвигу в пластовискозиметре ПВР-2* измеряют балка­ ми с наклеенными на них тензодатчиками по схеме полумоста. Возникающее усилие может записываться потенциометром ЭПП-09 или осциллографом. Об­ щая схема прибора ПВР-2 показана на рис. 59,6.

Электродвигатель 1 (для ПВР-2) при невключенном электродвигателе 2 вращает ротор последнего. В случае включения электродвигателя 2 двига­ тель 1 от него отсоединяется.

Коробка передач 3 имеет клавишное управление и позволяет последова­ тельно переходить от одной передачи к другой! На валу, выходящем из ко­ робки передач, установлена зубчатая муфта J, которую можно вводить в за­ цепление с муфтой 5. Соединительная муфта 6 служит для крепления хво­ стовика 7 сердечника. Наружный цилиндр 8 связан гибкой нитью 9 со смен­ ными тензометрическими балками 10. Передвижной столик 11 с термостатом может перемещаться по установленной на плите 12 стойке 13.

Порядок определения следующий.

1. Определить по углу закручивания торсиона сопротивление, создавае­ мое узлами трения вискозиметра на холостом ходу при івсех вариантах ско­ рости вращения, применяя торсион наименьшего диаметра.

* Принципиальные схемы приборов ПВР-1 и ПВР-2 аналогичны. Различа­ ются они лишь конструкцией измерительного узла.

2.Корпус 1 и сердечник 2 прибора (рис. 59, а) тщательно промыть авиа­ ционным бензином и высушить; в каждый подшипник 3 ввести по две капли приборного масла МВП; наружные обоймы подшипников 3 слегка смазать смазкой ГОИ-54; сердечник 2 вставить в корпус 1 и закрепить сверху гай­ кой И.

3.Заправочный цилиндр 4 полностью заполнить предварительно подго­ товленным битумом так, чтобы в стакане не образовались воздушные пу­ зырьки; ввинтить его в основание корпуса 1 и затянуть гаечными ключами; на свободный конец цилиндра 4 навинтить колпачок 5, а смотровые окна за­

крыть заглушками.

4. Собранный прибор укрепить верхним хвостовиком сердечника 2 в пат­ роне редуктора и поместить до уровня заглушек на 1 0 мин в термостатирую-

щую жидкость (температура испытания для вязких битумов 60°С, для жид­

ких битумов 40°С).

5. Установить минимальную скорость вращения, при которой предпола­ гается проводить испытание. По истечении 10 мин вынуть прибор из тер­ мостата и открыть заглушку 10.

6 . Включить мотор и, придерживая левой рукой при помощи ключа кор­

пус 1, правой рукой при помощи другого ключа поворачивать колпачок 5 заправного пресса для подачи битума в зазор вискозиметра. Подачу битума прекратить после появления его в нижней части смотрового окна. После этого мотор остановить, смотровое окно закрыть заглушкой 10, а прибор поместить в термостат для выдерживания при температуре испытания на глубину до по­ ловины диаметра заглушки.

7. Торсион нужного диаметра закрепить одним концом на лимбе, а дру-,

8 . Включить мотор для приведения во вращение реірдечника 2. Движение

сердечника 2 передается через слой испытуемого битума корпусу 1. Послед­ ний, будучи соединен с лимбом 7 нитью или зубчатым колесом, приводит к закручиванию торсиона 9. Угол поворота лимба 7 определяют по стрелке. Если он меньше 15 делений шкалы лимба, торсион заменяют на менее жест­ кий, а если угол поворота достигает максимально допустимого для данного торсиона значения, торсион заменяют более жестким. Сердечник 2 следует вращать до тех пор, пока не будет достигнут постоянный во времени угол за­ кручивания торсиона.

9. Результаты испытаний записать по следующей форме:

1

I

і 1

-

132

бана лимба ів см; dc — диаметр рабочей части сердечника в см; I — длина ра­

вприборе без битума в Па.

13.Определить вязкость битума (г[) в Па-с при данной температуре по

формуле

сек-1.

14. Определить показатель вязкости битума при заданной температуре как среднее арифметическое из результатов трех измерений, если отклонение их от среднеарифметического не превышает 1 0 %'

Результаты испытания можно представить в виде графической зависимо­ сти напряжения сдвига от скорости деформации (рис. 60).

Определение комплексной вязкости при периодическом деформировании.

Определение паіраметров, характеризующих процесс деформирования битума -при динамическом воздействии, задаваемом, как правило, по гармоническому закону, позволяет достаточно объективно судить о структурных особенностях битума и его эксплуатационных свойствах. Динамические испытания дают воз­ можность определить количественно упругую и мнимую составляющие комп­ лексной вязкости или комплексного -модуля.

Комплексную вязкость при периодическом деформировании можно оп­ ределить виброореометром1.

Прибор (рис. 61) -состоит из рабочего узла, системы, задающей синусо­ идальные колебания, и регистрирующей аппаратуры.

Рабочий узел, аналогичный узлу, используемому для определения вязко­ сти при постоянной скорости деформирования в пла-сто-вискозиметре .ПВР-1, укреплен на двух подшипниках упорного кронштейна. Интенсивность цикли­ ческого деформирования задается элекгромотрр-ом, на вал которого насажено устройство, позволяющее изменять эксцентриситет и соответственно через коромысло, жестко связанное с внешним цилиндром рабочего узла, амплиту­ ду колебания внешнего цилиндра.

Для регулирования колебаний внутреннего цилиндра к его хвостовику крепится крестовина, на которую навеши-вают сменные грузы в виде метал­

1 Разработан А. И. Исаевым и Г. В. Виноградовым в лаборатории рео­

логии полиме-ро-в ИНХС АН СССР.

133

лических цилиндров разных размеров и веса. Частота колебаний изменяется за счет регулируемого числа оборотов электромотора.

Параметры деформирования регистрируются двумя тензометрическими балочками, связанными соответственно с внутренним и'наружным цилиндрами. Сигналы с тензодатчиков усиливаются, а затем поступают на стрелочные мил­ лиамперметры, измеряющие в электрических величинах амплитуду колебания

внутреннего и наружного цилиндра. Кроме того, сигналы от усилителей до­ полнительно преобразуются и подаются на стрелочный миллиамперметр, из­ меряющий сдвиг по фазе между колебаниями двух цилиндров. Шкала мил­ лиамперметра градуирована ів градусах. Частота колебаний измеряется часто­

частоты. Повторить операцию для амплитуд 0,35, 0,5; 1; 2; 3 мм. При этом показание миллиамперметра, измеряющего сдвиг фаз, должно быть равно ну­ лю. Построить график зависимости показаний миллиамперметра для всех де­ кад усилителя. При правильной работе регистрирующей системы эти зависи­ мости представляют собой семейство прямых.

2. Проверить ,и подготовить рабочий узел прибора (так же, как для вис­ козиметра ПВР-1) (с. 132).

3. Предварительно подготовленный и расплавленный битум залить в ра­ бочий зазор между внутренним и внешним цилиндрами по методике, аналогич­ ной для вискозиметра ПВР-1, исключая операцию вращения внутренне™» цилиндра во время заправки.

134

4. Погрузить рабочий узел до середины заглушек наружного цилиндра в термостатирующую жидкость циркуляционного термостата .или сосуда Дюара и выдержать рабочий узел при заданной температуре в течение 30 мин. Если испытание ведут при положительной температуре, термостатирующей жидко­ стью могут быть вода или глицерин, при отрицательных температурах исполь­ зуется смесь изопропилового спирта с твердой углекислотой.

5. Установить минимальную амплитуду колебания наружного цилиндра по индикатору часового типа с точностью до 0 , 0 1 мм.

6 . Подвесить симметрично на крестовину, жестко соединенную с хвосто­

виком внутреннего цилиндра, максимальный груз в виде двух металлических цилиндров.

7. Включением двигателя сообщить периодические колебания минималь­ ной частоты наружному цилиндру. Через исследуемый битум колебания пере­ даются на внутренний цилиндр рабочего узла. При этом сдвиг по фазе меж­ ду колебаниями внешнего и внутреннего цилиндров должен находиться в диапазоне 60—140 град.

8 . Записать в журнал показания амперметров, соответствующие колеба­

ниям обоих цилиндров, а также сдвиг по фазе. По тарировочным прямым оп­ ределить поворот цилиндров.в мм.

9. Изменяя грузы, подвешенные на внутренний цилиндр, определить эти же параметры во всем рабочем диапазоне частот реометра от 6 до 150 Гц. Ес­

ли необходимо изучить зависимость динамических характеристик битума от амплитуды колебания, то нужно провести измерения во всем диапазоне ча­ стот для данной температуры при различных амплитудах колебания внешнего цилиндра (от меньшей к большей), устанавливаемых увеличением эксцентри­ ситета на валу электродвигателя.

10. Вычислить действительную и мнимую части комплексной вязкости ц*

Ar) и наружного (радиусом Ав ) цилиндров; (р — угол сдвига фаз между ам­ плитудой колебания внутреннего и внешнего цилиндра; со= 2 л/ — круговая ча­

стота; / — частота колебаний ; В — коэффициент, характеризующий жесткость динамометра; А — коэффициент, учитывающий инерцию внутреннего цилинд­ ра и геометрию образца (приводится в паспорте на прибор и зависит от ве­ личины и положения груза, подвешенного на крестовину внутреннего ци­ линдра).

него цилиндра с подвешенным грузом в г-см2.

где К — константа динамометра (тензодатчика), равная моменту, вызы­ вающему смещение связанной с ним измерительной поверхности на радиан.

После подстановки данных и выполнения преобразований уравнение для Н* приобретает следующий вид:

Г)* = ц' — і Г)",

135

12. Результаты измерения и расчета записать в таблицу и показать гра­ фически (рис. 62). Расхождение между результатами трех определений не должно превышать 1 0 %.

В качестве показателя условной вязкости битума принимают глубину проникания стандартной иглы в образец под нагрузкой 100 гс в течение 5 мин при температуре 25°С и под нагрузкой 200 гс в течение 60 сек при температуре 0°С.

Для определения глубины проникания применяют пенетро­ метр (рис. 63). Опорная площадка 1 прибора снабжена тремя установочными винтами для приведения ее в горизонтальное положение. К опорной площадке прикреплены стойка с крон­ штейнами и вращающийся предметный столик для установле­ ния кристаллизатора 2 с металлической чашкой, содержащей испытуемый битум. На верхнем кронштейне укреплены лимб 3, разделенный на 360°, и кремальера 4. На нижнем кронштейне

136

закреплен свободно падающий стержень с иглой 5 и грузом. Стержень удерживается стопорной кнопкой 6 (один градус по лимбу соответствует погружению иглы в образец на 0,1 мм). Последовательность испытания такова.

1. Предварительно приготовленный битум расплавить на песчаной или масляной бане или в термостате, тщательно пе­ ремешивая его стеклянной или металлической палочкой до пол­ ного удаления пузырьков воздуха.

Рис. 62. Зависимость комплексной

2.Залить битум в металлическую чашку цилиндрической формы (дцаметр 55±1 мм, высота 35±1 мм) на высоту не ме­ нее 30 мм.

3.Чашку с битумом охладить на воздухе при температуре 20±2°С и затем поместить ее на 1 ч в водяную баню так, чтобы высота слоя воды над битумом была не менее 25 мм. Темпера­ тура воды в бане должна быть 25±0,5°С или 0±0,5°С. Темпе­ ратура 0+ 0,5°С достигается добавлением в воду льда.

4.Привести столик пенетрометра в горизонтальное положе­ ние при помощи установочных винтов. Чашку с битумом пере­ нести в кристаллизатор, наполненный водой так, чтобы она покрыла битум слоем не менее 10 мм. Кристаллизатор устано­ вить на предметный столик.

5.Пользуясь зеркалом, привести иглу в соприкосновение с поверхностью битума в месте, отстоящем не менее чем на 10 мм от стенок чашки.

6.Довести кремальеру 4 до верхней площадки держателя

стержня 5, несущего иглу, и установить стрелку лимба 3 на ноль или взять отсчет.

137

7.Одновременно включить секундомер и інажать кнопку при­ бора, через 5 сек (60 сек при 0°С) отпустить кнопку.

8.Довести кремальеру до веріхней площадки погрузившего­

ся стержня с иглой и взять отсчет по лимбу. Разность второго и первого отсчета дает глубину проникания.

9. Извлечь иглу из битума и перед новым погружением от­ мыть ее острие бензином или другим растворителем, вытереть насухо по направлению к острию.

10.Определение повторить не менее трех раз в точках, от­ стоящих друг от друга не менее чем на 10 мм.

11.Вычислить среднее арифметическое из трех результатов

определения глубины проникания. Расхождение между ними не должно превышать 5% величины меньшего результата.

Растяжимость битума — это способность образца (в форме восьмерки) к увеличению длины без разрыва оплошности при постоянной скорости деформирования и температуре 25±6,5°С. Показателем растяжимости является абсолютное удлинение об­ разца до момента разрыва в см.

Растяжимость определяют в дуктилометре (рис. 64), кото­ рый состоит из ящика (ванны) 1, выложенного внутри оцинко­ ванной жестью и эмалью. Внутри ящика расположен червяч­ ный винт, на котором крепится подвижная пластина 2 со штифтами. Вторая упорная пластина 3 расположена у торцовой стенки. На салазках укреплена стрелка, передвигающаяся при движении салазок вдоль линейки 4. Испытание рекомендуется вести в следующем порядке.

1.Внутреннюю сторону вкладышей латунной формы-«вось- мерки» (рис. 65) и полированную металлическую или стеклян­ ную поверхность пластины, на которую укладывают формы, покрыть смесью талька с глицерином в соотношении 1:3.

2.Расплавленный битум танкой струей равномерно по длине залить в формы, не допуская образования пузырьков, воздуха. Уровень битума должен быть несколько выше краев формы.

3.Охладить битум в течение 30 мин на воздухе при темпера­ туре 20±2°С. После этого гладко срезать излишек битума горя­ чим ножом от средины к краям (вдоль формы) так, чтобы битум заполнял формы вровень с их краями.

4.Пластину с образцами поместить в водяную ванну или ванну дуктилометра, температура в которой должна быть рав­

ной температуре испытания (25±0,5°С). Высота слоя воды над битумом должна быть не менее 25 мм.

5. По истечении 1 ч пластину вынуть из воды и снять с нее формы с битумом. Установить формы на штифты упорной пла­ стины 2 и подвижной пластины 3 дуктилометра. Снять боковые пасти формы.

Если плотность испытуемого битума более 1, в ванну дук­ тилометра во избежание опускания нити битума при растяже­ нии добавить поваренную соль; если плотность битума менее 1,

138

Рис. 64. Дуктилометр

11,9cMiQ, 1 с м

Р а д 145-1,55см

Q55~Q65C\*

0,99-1,01ом

Рис. 65. Разъемные формы-«вось- мерки» для испытания битума на растяжимость

13S>

для предотвращения ее всплывания ванну заполнить раствором спирта в воде в соотношении, отвечающем удельному весу битума.

6.Включив мотор дуктилометра, который через систему пе­ редач и червячную пару приводит в движение подвижную пла­ стину со штифтами (со скоростью 5 см/мин), начать растягива­ ние образца битума.

7.Растягивать образец до наступления разрыва. В момент разрыва взять отсчет по линейке в см.

8.Показатель растяжимости определить как среднее арифметическое результатов трех параллельных испытаний.

Расхождение между ними не должно превышать 10% средне­ арифметического.

Температура размягчения вязких дорожных битумов и дру­ гих органических вяжущих представляет собой условную ха­ рактеристику перехода битума из упруговязкопластического (твердого и полутвердого) в текучее состояние.

Температурой размягчения называют температуру, при ко­ торой битум, вытекающий из кольца определенных размеров под действием собственной массы и массы действующего на него металлического шарика, достигает нижней пластины прибора.

Прибор «кольцо и шар» (рис. 66) состоит из металлического штатива, на котором закреплены термометр и три пластины, причем расстояние между средней и нижней пластиной равно 25,4 мм. В средней пластине имеются четыре отверстия диамет­ ром около 19 мм для установки в них колец, залитых испытуе­ мым битумом. Штатив помещают в химический стакан, залитый водой или глицерином. Порядок испытания следующий.

1. Предварительно подготовленный расплавленный битум за­ лить с некоторым избытком в латунные кольца, которые распо­ ложены на полированной металлической или стеклянной по­ верхности, покрытой смесью талька с глицерином. Если ожидае­ мая температура размягчения выше 120°С, то кольцо перед заливкой следует подогреть.

2.Охладить образцы при комнатной температуре (20±2°С)

втечение 30 мин, а затем срезать горячим ножом избыток биту­ ма вровень с краями кольца.

3.Установить кольца в отверстия средней пластины прибо­ ра, закрепленной на четырех стойках. Термометр с ценой деле­ ния шкалы 0,5°С установить в среднее отверстие верхней и сред­ ней пластины прибора таким образом, чтобы конец ртутного резервуара был на одном уровне с нижней поверхностью биту­

ма в кольце.

4. Если ожидаемая температура размягчения ниже 80°С, прибор с кольцами поместить в химический стакан, наполнен­ ный водой с температурой 5±0,5°С. Если предполагаемая тем­ пература размягчения выше 80°С, прибор поставить в стакан с іглицерином, имеющим температуру 35±0,5°С. В обоих случаях

340

Ч