Методы испытания вязких нефтяных битумов

1.2. Определение глубины проникания иглы

Приборы: пенетрометр, термометр с интервалом измеряемых температур 0…50 ^оС, кристаллизатор с водой, секундомер.

Глубина проникания характеризует вязкость битума, способность сопротивляться прониканию в него другого, более твердого тела. Вязкость битумов определяют на специальном приборе – пенетрометре по глубине проникания иглы в битум при определенной температуре. Для дорожных битумов глубину проникания определяют при 25 и 0 ^оС.

Битум предварительно расплавляют до текучего состояния и наливают его в небольшую медную чашечку диаметром 5,5 см и высотой 4 см и охлаждают при температуре не ниже 18…22 °С в течение 1 ч. Затем чашку с битумом помещают в воду с температурой 25 °С (0 оС) и выдерживают при этой температуре 1 ч (колебания температуры воды в ванне не должны превышать ±0,1°С).

После того как битум приобрел температуру воды (25 или 0 оС), его в кристаллизаторе с водой с такой же температурой 25 (0 оС) помещают на столик пенетрометра и подводят иглу прибора в соприкосновение с поверхностью битума. Опускают кремальеру до верхнего края подвижного стержня и устанавливают стрелку в положение «0», вращая ее по часовой стрелке. Одновременно нажимают на кнопку, давая возможность стержню с иглой свободно опускаться в битум, и включают секундомер (или отмечают время). Свободное погружение стержня должно продолжаться 5 с при определении пенетрации при 25 °С (60 с при 0оС). По истечении этого времени кнопку отпускают.

Между подвижным стержнем и кремальерой образовался зазор, равный глубине погружения иглы. Кремальеру приводят в соприкосновение с верхним краем стержня. Вместе с кремальерой передвигается и стрелка, показывая глубину погружения иглы. Показателем пенетрации служит число делений шкалы (цена деления 0,1 мм).

Опыт повторяют несколько раз, опуская иглу в новых точках поверхности битума, ближе к середине чашки. После каждого погружения иглу очищают от битума бензином и насухо вытирают. Среднее из трех определений дает величину пенетрации битума. Расхождение между результатами отдельных (параллельных) испытаний не должно превышать 5% величины меньшего из них.

Показатель глубины проникания характеризует основное свойство битума – вязкость – и входит в обозначение марки всех видов битумов.

1.3. Определение температуры размягчения

Приборы: прибор "кольцо и шар", термометр с интервалом измеряемых температур 0…100 оС, газовая горелка, секундомер.

Одним из показателей теплоустойчивости битума является температура, при которой он переходит в текучее состояние – температура размягчения битума. Температуру размягчения битума определяют методом, который называют "кольцо и шар".

Кольца, заполненные битумом, вставляют в отверстие среднего диска, а на поверхность битума помещают стальные шарики диаметром 9,53 мм и массой 3,5±0,05 г. Прибор с битумом ставят в стакан, наполненный дистиллированной водой с температурой +5°С, на 15 мин. За это время битум в кольцах приобретает температуру +5°С.

После этого прибор с водой ставят на нагревательный прибор (например, на газовую горелку с асбестовой сеткой) и начинают нагревать со скоростью 5° С в 1 мин.

При нагревании битум начинает размягчаться и под действием веса шарика каплей вытекает из кольца (рис. 1.2 в). Температуру, при которой битумная капля коснется нижней пластинки, принимают за температуру размягчения битума (как среднее арифметическое двух показателей).

Если температура размягчения битума будет выше 80°С, то вместо воды применяют глицерин, и образец выдерживают перед испытанием не при 5, а при 32°С.

1.4. Определение растяжимости

Приборы: дуктилометр, термометр с интервалом измеряемых температур 0…50 о С.

Пластичность битума характеризуется его растяжимостью – способностью вытягиваться в тонкую нить под действием приложенной растягивающей силы.

Величина растяжимости (дуктильности) определяется длиной нити в см, в которую вытягивается битумный образец до разрыва при определенной температуре и скорости вытягивания. Для дорожных битумов растяжимость определяют при 25 и 0 оС.

Окончательный результат определяют как среднее арифметическое испытания трех образцов.

1.5. Определение температуры хрупкости

Приборы: прибор Фрааса, секундомер.

Температуру хрупкости битумов определяют на приборе Фрааса, в котором с помощью твердой углекислоты понижают температуру.

На поверхность латунной пластинки размером 40х20 мм и толщиной 0,15 мм наносят тонкий слой битума (0,4 г битума на пластинку). Приготовленную пробу битума закрепляют в захваты прибора пленкой наружу, помещают в прибор и охлаждают со скоростью 4 оС в минуту. Начиная с температуры 0оС, через каждый 1°С пластинку с битумом изгибают и распрямляют. За температуру хрупкости принимают показания термометра в момент появления первой трещины на битуме при изгибании пластинки. Проводят не менее трех испытаний. Температура хрупкости дорожных битумов колеблется в пределах от -5 до -20°С. Чем ниже температура хрупкости, тем выше качество битума. С таким битумом покрытие более морозоустойчиво, на нем образуется меньше трещин.

1.6. Определение температуры вспышки

Приборы: прибор для определения температуры вспышки,

термометр.

Испытания проводят в открытом тигле, определяя температуру, при которой пары битума, нагреваемого в стандартных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Этот показатель нужен для установления режима плавления битума и приготовления из него горячего асфальтобетона, мастик и т.п.

Испытание битума ведут в приборе, состоящем из наполненного песком большого тигля, обогреваемого горелкой, и внутреннего тигля, в который наливают расплавленный битум. Во внутренний тигель погружают термометр в вертикальном положении, причем ртутный шарик должен находиться в центре тигля приблизительно на одном расстоянии от дна тигля и от уровня битума.

Прибор и все его части устанавливают и закрепляют в штативе. Наружный тигель нагревают пламенем газовой горелки со скоростью 10 оС в минуту. За 40 оС до ожидаемой температуры вспышки скорость нагревания уменьшают до 4 оС в минуту; за 10 оС до ожидаемой температуры вспышки медленно проводят пламенем зажигательного приспособления по краю тигля на расстоянии 10…14 мм от поверхности битума и параллельно этой поверхности. Длина пламени должна быть 3…4 мм; время продвижения пламени от одной стороны тигля до другой стороны составляет 2…3 с.

За температуру вспышки битума принимают температуру, показываемую термометром при появлении синего пламени хотя бы над частью его поверхности.

1.7. Определение изменения температуры размягчения после прогрева

Приборы: чашки металлические цилиндрические с плоским дном диаметром 128 мм, высотой 15 мм или чашки стеклянные с наружным диаметром 100 мм, шкаф сушильный с терморегулятором, сито металлическое с сеткой№ 07, термометр с интервалом измеряемых температур 0…200 оС, эксикатор, весы лабораторные технические.

Перед испытанием пробу битума при необходимости обезвоживают нагреванием до температуры на 80…100 оС выше температуры размягчения, но не ниже 125 оС и не выше 180 оС, не допуская перегрева, перемешивая стеклянной палочкой. Битум, обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния, процеживают через металлическое сито и перемешивают для полного удаления пузырьков воздуха.

Тщательно вымытые чашки помещают не менее чем на 30 мин в сушильный шкаф при 105±1 оС. Затем чашки охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и взвешивают с погрешностью не более 0,01 мм.

Битум наливают не менее чем в две чашки (в металлические по 50±0,1 г, стеклянные по 28±0,1 г в каждую) и при осторожном наклоне чашки распределяют его по дну равномерным слоем (приблизительно 4 мм). После охлаждения битума до комнатной температуры в эксикаторе пробы взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

Взвешенные пробы устанавливают на горизонтальную решетку сушильного шкафа, предварительно нагретого до 163±1 оС. Температуру контролируют термометром, ртутный резервуар которого находится на уровне чашек. Во время испытания сушильный шкаф не открывают. Прогрев битума продолжается 5 ч. Так как при установлении проб температура сушильного шкафа понижается, то 5 ч отсчитывают от момента достижения 163 оС. Время достижения заданной температуры не должно превышать 15 мин.

По истечении 5 ч чашки с битумом вынимают из сушильного шкафа, устанавливают в эксикаторе и после охлаждения до комнатной температуры взвешивают с погрешностью не более 0,01 г.

Изменение массы битума после прогрева (Х) в процентах вычисляют по формуле