Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Органические вяжущие материалы. Учебное пособие
.pdf
Температура хрупкости вязких дорожных битумов
10
501
30
..
А
ПИ
25
90132
25
р
Т
Пlog,
колеблется в пределах от -6 до -20ОС. Чем ниже температура хрупкости, битумов, тем выше трещиностойкость
асфальтобетона.
По разнице между температурой размягчения Т
температурой хрупкости Т
пластичности битумов: Тпл = Тр - Тхр
Величина интервала пластичности показывает,
насколько тепловые свойства битума соответствуют
реальным годичным изменениям температуры в данной
местности.
Изменение вязкости битума при изменении темпе-
ратуры характеризуется индексом пенетрации И.П.
определяют интервал
хр
р
и
чувствительны к изменению температуры и сходны с
Ньютоновской жидкостью. При индексе пенетрации от -2
до + 2 битумы менее чувствительны к изменению темпе-
ратуры. Чем больше индекс пенетрации, тем шире
интервал пластичности Т
жущих определяют по уменьшению массы и изменению
свойств (пенетрации, растяжимости и др.) после прогрева
при температуре 160
при нагреве объясняется испарением части лёгких масел, а
также процессами полимеризации и окисления, которые
при повышенной температуре происходят более интенсивно. Этот опыт имитирует процесс «старения» битумов,
и по его данным можно судить о стабильности свойств
вяжущего во времени.
,
Битумы с индексом пенетрации меньше 2 очень
.
пл
Устойчивость при нагревании органических вя-
О
С в течение 5 ч. Изменение свойств
51
.
Температура вспышки - это та температура, при
Рис. 23. Прибор для опреде-
ления температуры вспышки
битума:
1 – газовая горелка;
2 – тигель с песком;
3 – зажигательное при-
способление;
4 – термометр;
5 – штатив;
6 - тигель с битумом
которой вспыхивают от поднесенного пламени газы,
выделяющиеся с поверхности битума при постепенном
повышении его температуры (рис. 23). Для вязких дорож-
ных битумов она равна не менее 220…230
значения коэффициента соответствуют более вязким
битумам.
ваемая на образование единицы поверхности, которое для
битумов при температуре 20…25 ОС равно (25…30) · 10
Дж/см
2
.
Поверхностное натяжение битума определяют кос-
венно его поверхностной активностью - способностью
Поверхностное натяжение - это работа, затрачи-
52
О
С.
Этот показатель
нужен для установления режима плавления
битума и приготовле-
ния с его применением
горячего асфальтобето-
на, мастик и т.п.
Объёмное температурное расшире-
ние битума характери-
зуется коэффициентом
объёмного расширения
при температуре 25
О
С и
определяется коэффициентом, который для
разных битумов
изменяется в пределах
от 5·104 до 8·10
-4
. При
пониженных температурах он равен 2·10
О
1
С. Более высокие
-4
на
-3
растворённого (в керосине, бензоле) битума снижать
Рис. 24. Ориентация
поверхностно-активных
веществ на поверхности
раздела полярной и непо-
лярной жидкости:
1 – неполярная часть
молекулы;
2 – полярная группа; 3 –
линия раздела жидкостей
поверхностное натяжение раствора на границе с водой.
Чем выше поверхностная активность битума, тем выше
его полярность, а следовательно, и адсорбция на поверх-
ности минеральных материалов.
Молекулы поверхностно-активных веществ состоят
из неполярной части (углеводороды (СН3 –СН
полярной активной группы (-СООН, -ОН, -NH2, -SH и др.).
На разделе фаз полярной и неполярной жидкостей (рис.
24.) молекулы поверхностно-активных веществ ориентируются по линии раздела - полярной группой к полярной
жидкости (вода), неполярной - к неполярной жидкости
(раствор битума). От содержания полярных компонентов в
битуме зависит его смачивающая способность и интенсив-
ность сцепления с поверхностью каменных материалов.
Полярность битумных материалов характеризуют
отношением растворимости битума в полярном и непо-
лярном растворителях:
= (А / В)·100%,
где
А – растворимость битума или дёгтя в метиловом спирте,
%;
В - растворимость битума в бензоле, %.
- коэффициент растворимости;
-СН2 - …) и
2
53
Коэффициент растворимости нефтяных битумов
колеблется в пределах 5…35, сланцевых – 50…70,
каменноугольных дёгтей – 45…95.
Смачиваемость битумом поверхности минераль-
ных зерен зависит от содержания в нём поверхностно-
активных полярных соединений и свойств поверхности
применяемых каменных материалов. Эту способность
определяют по краевому углу (углу смачивания), образуемому поверхностью каменного материала и касательной,
проведённой к поверхности капли жидкости в точке
соприкосновения фаз. Если краевой угол острый, то
смачиваемость хорошая: молекулярное притяжение камня
растянуло каплю жидкости, оказалось сильнее поверх-
ностного натяжения жидкости. Если поверхностное
натяжение жидкости больше поверхностного натяжения
камня, жидкость образует каплю формы шара, угол
смачивания будет большой (тупой) - смачивание плохое.
Сцепление органических вяжущих с поверхностью
каменных материалов (адгезия) зависит от физико-
химических свойств вяжущих, содержания в них активных
функциональных групп, полярности, поверхностного
натяжения. Прилипание (сцепление, адгезия) определяется
по способности битумной плёнки удерживаться на
поверхности каменного материала, предварительно
обработанного битумом, при её вытеснении с поверхности
при кипячении в воде или механическом встряхивании на
специальном приборе.
Для вязких и жидких битумов определяют сцепле-
ние с мрамором (основная порода) и песком (кислая
порода): сцепление считается пассивным, если битум
достаточно хорошо сцепляется с поверхностью сухого
каменного материала (метод А); сцепление считается
активным, если битум так же хорошо сцепляется с
поверхностью влажного материалом (метод Б).
54
Сцепление битума с поверхностью каменного мате-
риала оценивают визуально по величине поверхности
минерального материала, сохранившей пленку битума
после испытания.
При недостаточной поверхностной активности би-
тума и плохом прилипании его к каменным материалам
применяют поверхностно-активные добавки, которые
улучшают его прилипание к поверхности минеральных
материалов.
Старение - необратимые изменения состава и
свойств битумов, происходящее с течением времени под
воздействием атмосферных факторов и высоких техноло-
гических температур. Процесс старения прежде всего
обусловливается испарением масел, которое зависит от
температуры их кипения, величины поверхности испаре-
ния и упругости паров, насыщающих пространство.
Вторым важным фактором старения битумов является
химическое изменение его компонентов и образования
новых веществ. В процессе старения в битуме протекают
термоокислительные реакции под действием кислорода
воздуха, которые способствуют полимеризации и поликонденсации основных элементов группового состава
битума: С
далее С
mHn-2 + СmHn-2 = - СmHn-2 - СmHn-2
+ O = СmH
mHn
+ H2O ,
n-2
- ……
Часть тяжёлых масел при этом становятся лёгкими
смолами, а тяжёлых смол – лёгкими асфальтенами.
Увеличивается степень полимеризации высокомолекулярных углеводородов, что приводит к изменению структуры
битума и всех его строительно-технических свойств:
повышению вязкости, температуры размягчения, темпера-
туры хрупкости.
По условиям механического износа асфальтобе-
тонные покрытия толщиной 4 см должны служить 40…50
лет, но нередко их разрушение происходит за счёт преж-
55
девременного старения битума и потери им вязкопластич-
ных свойств.
Косвенно степень старения вязких дорожных би-
тумов определяют по изменению температуры размягчения после прогрева в течение 5 ч при температуре 163
о
С,
которая не должна превышать 5…7ОС в зависимости от
марки битума.
Изучение процессов старения битума и повышение
его погодоустойчивости – одна из важнейших задач в
технологии органических вяжущих материалов.
Способ определения интенсивности старения битума, разработанный в Союздорнии, заключается в определении степени изменения массы битума и показателей
глубины проникания иглы, растяжимости, хрупкости
битума в тонком слое после прогрева в течение 5 ч. С
использованием этого метода разработаны технические
условия на битум нефтяной дорожный улучшенный БНУ,
в котором нормированы показатели глубины проникания,
растяжимости и хрупкости после прогрева.
Контрольные вопросы
1. Какими свойствами должен обладать битум для
применения его в асфальтобетоне? 2. Что изучает наука
реология и какие реологические показатели определяют у
битума? 3. Перечислите стандартные испытания, проводимые для определения свойств вязких битумов. 4. Что
означает термин «пенетрация» и какое свойство битума
она определяет? 5. Что означает термин «дуктильность» и
какое свойство битума она определяет? 6. Каким методом
определяют теплостойкость битумов? 7. Какое свойство
битума определяют с помощью прибора Фрааса? 8. От
чего зависит и как определяют степень сцепления битума с
каменным материалом? 9. Что означает понятие «старение
битума»?
56
2.6. Вязкие дорожные битумы
Битумы нефтяные дорожные вязкие применяют в качестве вяжущего материала при строительстве дорожных
и аэродромных покрытий. Их изготовляют окислением
остаточных продуктов переработки нефти (гудрона,
крекинг-остатков и др.) или компаундированием неокис-
ленных продуктов экстрактами селективной очистки.
Изготовление вязких дорожных битумов из крекинг-
остатков и битумов деасфальтизации без дополнительной
переработки не допускается.
Вязкие нефтяные дорожные битумы выпускаются
двух видов БНД (битум нефтяной дорожный) и БН (битум
нефтяной).
Основными показателями свойств вязких битумов,
по которым их относят к той или иной марке, являются:
глубина проникания иглы (пенетрация);
температура размягчения по кольцу и шару;
растяжимость (дуктильность);
температура хрупкости;
температура вспышки;
изменение массы после старения
изменение температуры размягчения после старения.
Вязкие нефтяные дорожные битумы по ГОСТ
22245-90 подразделяются на марки БНД 200/300, БНД
130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60; БН 200/300,
БН 130/200, БН 90/130, БН 60/90,
По ГОСТ 33133-2014 подразделяют на марки: БНД
130/200, БНД 100/130, БНД 70/100, БНД 50/70, БНД
35/50, БНД 20/35.
Цифры означают интервал глубины проникания иг-
лы при температуре 25
О
С (0, 1 мм).
57
Показатели свойств вязких дорожных битумов нор-
мированы: ГОСТом 22245-90 (табл. 5), ГОСТом 33133-2014
(табл. 5 а).
Таблица 5
58
Таблица 5 а
Наименование
показателя
Норма для битума марки
БНД
130/
200
БНД
100/
130
БНД
70/
100
БНД
50/
70
БНД
35/
50
БНД
20/
35
Основные показатели
1. Глубина
проникания иглы
при 25°С, 0,1 мм
131-
200
101-
130
71-
100
51-70
36-50
20-35
2. Температура
размягчения по
кольцу и шару,
°С, не ниже
42
45
47
51
53
55
3. Растяжимость
при 0°С, см, не
менее
6,0
4,0
3,7
3,5
Не опреде-
ляется
4. Температура
хрупкости, °С, не
выше
-21
-20
-18
-16
-14
-11
5. Температура
вспышки, °С, не
ниже
220
230
230
230
230
230
6. Изменение
массы образца
после старения,
%, не более
0,8
0,7
0,6
0,6
0,5
0,5
7. Изменение
температуры
размягчения
после старения,
°С, не более
7 7 7 7 6
6
59
Продолжение таблицы 5 а
Дополнительные показатели
8. Динамическая вязкость, Условие 1
(при 1,5 с при 60 ЕС), Па·с
Для набора
статистических
данных
9. Изменение динамической вязкости
в результате сдвигового воздействия,
Условие 2 (при 1,5 с при 60°С), %,
не более
Для набора
статистических
данных
10. Динамическая вязкость после
старения, Условие 1 (при 1,5 с при
60°С), Па·с
Для набора
статистических
данных
11. Изменение динамической
вязкости в результате сдвигового
воздействия после старения, Условие
2 (при 1,5 с при 60°С), %, не более
Для набора
статистических
данных
12. Растяжимость при 25°С,
см, не менее
80
70
62
60
50
40
13. Максимальное усилие
при растяжении при 25°С, Н
Для набора статистических
данных
14. Максимальное усилие
при растяжении при 0°С, Н
Для набора статистических
данных
15. Температура хрупкости
после старения, °С, не выше
-18
-17
-15
-13
-11
-8
16. Глубина проникания,
при 0°С, 0,1 мм, не менее
40
30
21
18
14
10
17. Растворимость, %, не
менее
99,0
18. Содержание твердых
парафинов, %, не более
3,0
19. Индекс пенетрации
От -1,0 до +1,0
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]