Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водобитумные эмульсии. Учебное пособие
.pdf
Наименование пок
а
зателя
Класс эмульсии
Смешиваемость со смесями
минеральных м
а
териалов:
ва
Таблица 6.1
Классификация битумных эмульсий
ЭБК–1 ЭБК–2 ЭБК–3
пористого зернового соста-
плотного зернового состава
Сущность метода заключается в смешивании эмульсии со смесями пористого и плотного зернового составов и визуальной оценке ее
способности образовывать равномерную пленку на поверхности зерен
материала. В качестве моделей плотного зернового состава готовили
смесь, состоящую из 270 г щебня, 200 г песка и 30 г минерального порошка. Смесь пористого зернового состава готовили путем смешения
325 г щебня и 175 г песка. Сначала проводилось испытание на смешиваемость битумной эмульсии с материалом плотного зернового состава; при этом смесь увлажняли 15 мл воды и при перемешивании вводили 55 мл эмульсии. Через 45 секунд после внесения эмульсии перемешивание прекращали и проводили визуальную оценку полученной
смеси. Эмульсию следует считать выдержавшей испытание, если она
распределилась равномерно, т.е. покрыв сплошной пленкой поверхность зерен материала. В этом случае эмульсию относят к третьему
классу (ЭБК–3). При отрицательных результатах испытания (эмульсия
образовала сгустки битума, оставив зерна материала частично или
полностью необработанными) эмульсию проверяют на смешиваемость с минеральными материалами пористого зернового состава. Для
этого в подготовленную, увлажненную 10 мл воды смесь при перемешивании вводили 45 мл эмульсии и по истечении 45 секунд визуально
оценивали результат перемешивания. Если эмульсия выдержала испытание, т.е. распределилась равномерно на поверхности зерен, то ее
относят к классу ЭБК–2. При отрицательных результатах эмульсии
присваивают первый класс (ЭБК–1).
Вязкость. Вязкость является важной характеристикой водо-
битумных эмульсий. Она характеризует способность эмульсии смешиваться со смесями различного гранулометрического состава. Для
не смешива-
ется
не смешивается смешивается
смешивается
101
характеристики вязкости битумных эмульсий используют относительную величину, определяемую с помощью специальных вискозиметров. В соответствии с ГОСТ 18659–81 за условную вязкость
эмульсии принимают время (в сек.) истечения 50 мл эмульсии через
калиброванное сточное отверстие (диаметром 3 мм) вискозиметра для
нефтяных битумов (по ГОСТ 1988–80).
Наиболее важными факторами, влияющими на вязкость, являются: содержание битума и его марка; температура эмульсии; гранулометрия системы (распределение капель по размерам); тип и количество эмульгатора.
Однородность. Для определения однородности битумных
эмульсий используется ситовый анализ. По изменению показателя
однородности с течением времени можно судить об устойчивости
эмульсии при хранении.
Согласно существующего технического стандарта, показатель
однородности оценивают по остатку битума на сите (размер ячеек
0,14 мм) после процеживания через него эмульсии. Показатель однородности выражают в процентах от массы образца испытуемой эмульсии. Сито промывают последовательно керосином (бензином), водой с
моющим средством для обезжиривания, дистиллированной водой и
высушивают. Затем его взвешивают, смачивают 1 %–ным водным
раствором соляной кислоты и помещают в воронку, укрепленную на
штативе. 200 г предварительно перемешанной эмульсии равномерно и
непрерывно процеживают через сито и одновременно с эмульсией
вливают раствор кислоты. Остаток на сите промывают тем же раствором до получения прозрачных сточных вод. После этого сито высушивают при температуре 105÷110ºC, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Однородность эмульсии устанавливают по остатку на сите
(Н), в % масс.:
H = 100 (gl – g2) / g
· l00 % , (6.2)
3
где: gl – масса сита, г; g2 – масса сита с остатком после процеживания, г; g3 – навеска эмульсии, г.
Полученные эмульсии должны быть однородными по размеру
частиц, ограничиваться массовой долей частиц крупнее 0,14 мм порогом в 0,5 % масс.
102
6.3. Анализ свойств битумных вяжущих, выделенных
после распада эмульсии
Сцепляемость пленки вяжущего с минеральными мате-
риалами.
Одной из причин преждевременного разрушения дорожных
покрытий является плохое сцепление вяжущего с поверхностью минеральных наполнителей.
В процессе эксплуатации дорожное покрытие подвергается
воздействию различных нагрузок со стороны движения автотранспорта, что обуславливает истирание, удары, вертикальное сжатие, а также
воздействию внешних факторов, таких как погодные условия – воздействию воды, воздуха, солнечных лучей, перепадов температур, которые обуславливают многократные циклы увлажнения, высушивания, замораживания и оттаивания дорожных покрытий.
В связи с этим к материалу дорожного полотна предъявляются
ряд специальных нормативных требований: прочность на сжатие, деформативность, теплоустойчивость, морозоустойчивость.
Прочность асфальтобетона на растяжение, сдвиг и т.п. как
композиционного материала во многом определяется свойствами вяжущего, которое обеспечивает упругую фиксацию минеральных частиц друг относительно друга, и качеством сцепления вяжущего с поверхностью зерен каменного материала (адгезией).
Сущность метода заключается в оценке степени сохранности
пленки вяжущего на зернах щебня после кипячения в дистиллированной воде.
Навеску щебня из гранита при испытании катионных эмульсий
массой 1 кг промывают и высушивают в сушильном шкафу при температуре 105°С. Затем щебень равномерно распределяют на листе бумаги, линейкой делят пробу на четыре квадрата, из каждого квадрата
берут для испытания по одному зерну щебня. Зерна обвязывают ниткой или мягкой проволокой, погружают на 1÷2 с в стакан с дистиллированной водой, вынимают из воды, стряхивают капли и сразу окунают 2÷3 раза в испытываемую эмульсию, затем подвешивают на штативе так, чтобы зерна щебня не касались друг друга.
Зерна щебня испытывают через сутки. На закрытой электроплитке нагревают до 100°С стакан с дистиллированной водой (не допуская бурного кипения), каждое из подвешенных на штативе зерен
103
щебня поочередно погружают в кипящую воду на 30 мин. По истечении указанного времени фильтровальной бумагой снимают с поверхности воды всплывшее вяжущее, вынимают зерна щебня, погружают
на 1÷2 с в холодную воду, вынимают из воды и помещают на фильтровальную бумагу.
Поверхность зерен щебня осматривают и проводят оценку качества сцепления эмульсии со щебнем по степени сохранности пленки
вяжущего в соответствии с табл. 6.2.
За результат испытаний принимают среднеарифметическое
значение результатов четырех определений, округленное до целого
числа.
Таблица 6.2
Оценка качества сцепления эмульсии со щебнем
по ГОСТ Р 52128–2003
Характеристика пленки вяжущего Оценка сцепления,
балл
Пленка вяжущего полностью сохраняется на
поверхности зерен
Пленка вяжущего частично отделилась с
острых углов и ребер зерен
Пленка вяжущего свыше 50 % сохраняется
на поверхности зерен
Пленка вяжущего менее 50 % сохраняется на
поверхности зерен
Содержание битума с эмульгатором. Определение содержа-
ния воды в приготовленной эмульсии служит для определения точности соблюдения принятой рецептуры эмульсии в процессе ее изготовления. Этот анализ показывает концентрацию воды в битумной
эмульсии, или, что-то же самое, концентрацию битума с поверхностно–активным веществом.
По ГОСТ 18659-81 испытание проводят путем выпаривания
воды из эмульсии с последующим взвешиванием остатка.
В предварительно взвешенную со стеклянной палочкой фарфоровую чашку диаметром 75÷100 мм наливают около 30 г эмульсии
и вновь взвешивают чашку с эмульсией и палочкой на тех же технических весах.
5
4
3
2
104
Чашку с эмульсией и стеклянной палочкой устанавливают на
закрытую электрическую плитку или песчаную баню и выпаривают
воду из эмульсии. Во избежание разбрызгивания при выпаривании,
эмульсию периодически перемешивают. Выпаривание считают законченным, когда прекратится выделение пузырьков пара из эмульсии и
поверхность остатка в чашке станет зеркальной.
После этого эмульсию охлаждают в эксикаторе и взвешивают
вместе со стеклянной палочкой. Содержание битума с эмульгатором
(в % масс.) определяют по формуле:
B = (g
3–g2
) (g
)·l00 % , (6.3)
2–g1
где g
– масса чашки с палочкой, г; g2 – масса чашки с палочкой и
l
эмульсией, г; g3 – масса чашки с палочкой и остатком после выпаривания из эмульсии, г.
Определение физико-механических свойств остатка после
испарения воды из эмульсии:
Определения температуры размягчения по КиШ.
Анализ проводят на приборе «КиШ – 88» (рис. 6.2.)
Условия эксплуатации. Подготовка пробы и проведение испы-
тания должны соответствовать требованиям ГОСТ 11506–73.
Параметры рабочей среды:
– нефтебитумы различных марок с температурой размягчения
в пределах 25÷180оС;
– вода дистиллированная 5÷95оС и глицерин по ГОСТ 8623–77
34÷180оС.
Принцип действия аппарата основан на измерении температуры в термостате, при которой нефтебитум, находящийся в кольце заданных размеров, при нагревании программным регулятором температуры размягчается и, перемещаясь под действием веса стального
шарика заданной массы и диаметра, коснется контрольного диска.
Момент касания испытуемого образца нефтебитума диска определяется автоматически при помощи устройства и схемы фиксации момента касания образца нефтебитума.
105
Рис. 6.2. АКШ Аппарат для определения температуры
размягчения битумов
Проведение испытаний. Испытуемый битум заливают в коль
ца (с избытком), помещенные на металлическую пластину, покрытую
бумагой, пропитанной глицерином. Затем проводят двукратное термостатирование – это охлаждение колец с битумом в течение 30 минут
на воздухе при температуре 20±5оС и выдерживание в среде, которая
зависит от ориентировочной температуры размягчения образца. Если
Т
разм
о
≤ 80
С, то в качестве термостатирующей среды используют дис-
тиллированную воду с температурой 5±1оС. Для испытаний битумов с
Т
= 80÷110оС используют смесь воды с глицерином в соотношении
разм
1:2 с температурой (34±1)о С. А при испытании битумов с Т
разм
>
110оС используют глицерин с той же температурой.
Определения растяжимости (дуктильности) по ГОСТ
11505-78.
Анализ проводят на дуктилометре ДБ–2, изображенном на
рис. 6.3. Принцип действия прибора основан на определении максимальной длины, на которую может растянуться без разрыва битум,
106
залитый в специальную форму, раздвигаемую с постоянной скоростью при заданной температуре.
Рис. 6.3. Дуктилометр ДБ –2
Подготовка к работе. Подготовка образцов битума к испыта-
ниям проводится в соответствии с п.п. 2.1; 2.2; 3.1 ГОСТ 11505–75.
Формы с битумом, не снимая с пластинки, помещают в водяную баню дуктилометра. Высота слоя воды над битумом должна быть
не менее 25 мм. Формы с битумом выдерживают в течение 60 мин при
температуре (25 ± 0,5)о С или (0,0 ± 0,5)о С.
Испытания битума при температуре (0,0 ± 0,5)о С производят
путем добавления льда в ванну блока испытаний для поддержания
заданной температуры.
По истечении 60 мин, формы с битумом вынимают из воды,
снимают с пластинки, закрепляют в дуктилометре в рабочем положении, для чего устанавливают каретку в начало (нулевое деление) шкалы линейки, кольца зажимов формы надевают на штифты, находящиеся на опоре и каретке дуктилометра. Боковые части форм убираются.
При определении растяжимости битумов, имеющих плотность
значительно меньшую или большую плотности воды (при растяжении
нити битума достигают дна или всплывают на поверхность воды),
плотность воды изменяется добавлением раствора поваренной соли
или глицерина (для увеличения плотности) или этилового спирта (для
уменьшения плотности).
107
Определения глубины проникания иглы (пенетрации).
Глубину проникания иглы определяют при температуре 25 °С,
нагрузке 100 г в течение 5 с, а также при 0 ºС, нагрузке 200 г в течение
60 с. Схема прибора представлена на рис. 6.4.
Рис. 6.4. Схема пенетрометра
Порядок испытания:
а) испытуемый образец битума нагревают до подвижного состояния; при наличии влаги его обезвоживают путем нагрева до температуры на 80÷100°С выше температуры размягчения (по ГОСТ
11506), но не выше 160°С при осторожном перемешивании, избегая
местных перегревов. Время нагревания битума при указанных условиях не должно превышать 30 мин.
Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через металлическое сито и наливают в две пенет-
108
рационные чашки не менее чем на 10 мм выше ожидаемой глубины
проникания и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха.
б) чашку с битумом охлаждают на воздухе при температуре от
15 °С до 30 °С, предохраняя образец от пыли. Продолжительность охлаждения 60÷90 минут при испытании битума с пенетрацией до 250
(0,1 мм) и 90÷120 минут – с пенетрацией более 250 (0,1 мм).
Затем чашки с битумом помещают в емкость для термостатирования (баню), заполненную дистиллированной или свежевскипяченной водой, при заданной температуре испытания.
Время выдерживания чашек в бане высотой 35 мм – 60÷90 минут, а чашек высотой 45 и 60 мм – 90÷120 минут.
Примечание. Для испытаний при температуре 0 °С рекомендуется увеличить время термостатирования.
в) пенетрометр устанавливают горизонтально по уровню или
отвесу, после этого проверяют точность показаний. Для этого вынимают иглу, произвольно опускают плунжер пенетрометра. Затем между плунжером и нижним концом рейки кремальеры вставляют тарировочный стержень (различной высоты), устанавливают стрелку на
нуль, вынимают тарировочный стержень и опускают рейку кремальеры до касания с верхним концом плунжера. Показание пенетрометра
должно соответствовать высоте тарировочного стержня.
По истечении заданного времени выдерживания чашку с образцом битума вынимают из бани для термостатирования и помещают
в плоскодонный сосуд вместимостью не менее 0,5 дм3, наполненный
дистиллированной или свежевскипяченной 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.
Правильность подведения иглы к поверхности битума проверяют с помощью зеркальца при освещении поверхности образца источником направленного холодного света.
Допускается применять другие устройства, обеспечивающие
проверку правильности подведения конца острия иглы к поверхности
битума.
Доводят кремальеру до верхней площадки плунжера, несущего
иглу, и устанавливают стрелку на нуль или отмечают ее положение,
109
после чего одновременно включают секундомер и нажимают кнопку
пенетрометра, давая игле свободно входить в испытуемый образец в
течение времени испытания, по истечении которого отпускают кнопку. После этого доводят кремальеру вновь до верхней площадки
плунжера с иглой и отмечают показание пенетрометра.
Если пенетрометр полуавтоматический, то устанавливают
шкалу или стрелку на нуль и приводят в действие механизм, который
по истечении времени испытания выключается сам.
Определение повторяют не менее трех раз тремя иглами в различных точках на поверхности образца битума, отстоящих от краев
чашки и друг от друга не менее чем на 10 мм.
Примечание. При проведении испытания необходимо обеспечивать сохранность острия иглы от затупления, поломки, ее падения.
После погружения иглу вынимают из гнезда, отмывают ее толуолом, бензином или другим растворителем и насухо вытирают в
направлении острия. Для отдельных марок битумов, если результаты
имеют разброс, перед проведением испытания иглы погружают на 5
минут в раствор толуола с 1% олеиновой кислоты, затем насухо вытирают. Если глубина проникания иглы образца выше 100 единиц, каждую иглу оставляют в образце до завершения трех определений.
За результат испытания принимают среднее арифметическое
значение результатов не менее трех определений, округленное до целого числа.
Два результата испытания, полученные одним исполнителем,
признаются достоверными (с 95 %-ной доверительной вероятностью),
если расхождение между ними не превышает 3 % от среднего арифметического значения для пенетрации при 25 °С и 6 % от среднего
арифметического значения для пенетрации при 0 °С.
Если расхождения результатов определений превышают указанные значения, то испытания повторяют на другом параллельно
подготовленном образце. Если разница между тремя значениями
вновь превысит указанные значения, то испытание повторяют.
Два результата испытания, полученные в двух разных лабораториях, признаются достоверными (с 95 %-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает 10 % от среднего арифметического значения для пенетрации при 25 °С и 18 % от
среднего арифметического значения для пенетрации при 0 °С.
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]