Лабораторная работа № 9

 

ИСПЫТАНИЕ НЕФТЯНОГО БИТУМА

 

Основные сведения к лабораторной работе

 

Нефтяные битумы представляют собой дисперсные коллоидные системы сложного химического состава, в которых диспесной фазой являются асфальтены, а дисперсионной средой – масла, смолы и полинафтеновые кислоты, которые являются неметаллическими производными высокомолекулярных углеводородов. Битум – продукт переработки нефти, получаемый при получении горючих и смазочных материалов. В зависимости от соотношения входящих в него составляющих зависят свойства битума как дисперсной системы. Масла обеспечивают битуму гидрофобность и пластичность при положительных температурах, а смолы – твердость и теплостойкость. В зависимости от области применения различают кровельные, дорожные и строительные битумы.

На свойства битума сильное влияние оказывает его температура. С повышением температуры твердые битумы постепенно размягчаются и превращаются в вязкие жидкости, а при понижении - переходят в твердое хрупкое состояние. Поэтому испытания битума проводят при строго фиксированной температуре. Битумы хорошо растворяются в большинстве органических растворителей, особенно в углеводородных (бензин, керосин и т.п.).

Аморфное строение и сложный состав битумов предопределяют необходимость комплексной оценки их свойств.

К основным физическим свойствам битумов относятся:

-интервал пластичности;

-горючесть (возгораемость);

-водостойкость;

-гидрофобность;

-коррозионная стойкость;

-деформативность.

К механическим свойствам битумов относятся твердость (для жидких битумов - вязкость) и деформативность. Показателем твердости является глубина проникновения в битум иглы (пенетрация) при определенных условиях. Для жидких битумов показателем вязкости является время истечения порции битума через калиброванное отверстие (условная вязкость). Показателем деформативности служит растяжимость (дуктильность) битума в сантиметрах при температуре 25°С или 0°С. Интервал пластичности битума характеризуется такими показателями как температура размягчения и температура хрупкости.

Основные требования к некоторым свойствам нефтяных битумов приведены в таб.9.1

Таблица 9.1

Физико – механические показатели свойств нефтяных битумов

 

Марка битума	Температура размягчения по кольцу и шару, °С не ниже	Растяжимость, см, не менее при температуре:	Глубина проникания иглы, 0,1мм при температуре:
25°С	0°С	25°С	0°С
Строительные битумы (ГОСТ 6617)
БН – 50/50			-	41 … 60	-
БН – 70/30			-	21 … 40	-
БН – 90/10			-	5 … 20	-
Кровельные битумы (ГОСТ 4548)
БНК – 45/180	40…50	-	-	140 … 220	-
БНК – 45/190	40…50	-	-	160 … 220
БНК – 90/40	85…95	-	-	35 … 45	-
БНК – 90/30	85 …95	-	-	25 … 35	-
Дорожные битумы (ГОСТ 22245)
БНД – 200/300		-		201 … 300
БНД – 130/200			6,0	131 … 200
БНД – 90/130			4,0	91 … 130
БНД – 60/90			3,5	61 … 90
БНД – 40/60			-	40 … 60
БН – 200/300		-	-	201 … 300
БН – 130/200			-	131 … 200
БН – 90/130			-	91 … 130
БН – 60/90			-	60 … 90

 

Перед началом испытания образец битума, при наличии влаги, обезваживается осторожным нагреванием без перегрева до температуры на 80 –100°С выше ожидаемой температуры размягчения, но не ниже 120 °С и не выше 180°С. Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через металлическое сито № 07 и затем тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха.

 

Определение глубины проникания иглы в битум (пенетрации)

 

Твердость битумов определяется по глубине проникновения в битум иглы на стандартном приборе – пенетрометре – при температуре 25°С в течение 5с. Глубина проникания иглы в битум выражается в градусах пенетрации. Один градус пенетрации соответствует 0,1мм вертикального перемещения иглы.

Основная аппаратура

 

Пенетрометр с иглой по ГОСТ 1440 со съемными грузами – шайбами; чашка металлическая (пенетрационная) цилиндрическая с плоским дном внутренним диаметром 55 ±1мм и внутренней высотой 35±1мм – для битумов с глубиной проникания иглы 250 град пенетрации, 60±1мм – для битумов с глубиной проникания свыше 250 град пенетрации; термометры; кристаллизатор; секундомер.

 

Проведение испытания

 

Пробу обезвоженного расплавленного битума заливают в металлическую чашку так, чтобы его поверхность не доходила до верхнего края 5мм. После охлаждения битума до температуры 18 …22°С чашку с битумом помещают в термостат при температуре 25±0,5°С и выдерживают в нем 1 ч до испытания. Затем чашку с образцом битума вынимают из термостата и переносят в кристаллизатор, наполненный водой температурой 25°С, который ставят на столик пенетрометра. Толщина слоя воды над битумом должна быть не менее 10мм.

 

 

Рис.9.1.Пенетрометр:

1- столик; 2 – игла; 3 -зажимное устройство; 4 – иглодержатель; 5 – циферблат; 6 – стрелка; 7 – штанга; 8 – кронштейн; 9 – штатив; 10 – зеркало; 11 – подставка

 

Пенетрометр (рис.9.1) состоит из металлического штатива 9 с подставкой 11, на которой размещается столик 1, регулируемый по высоте. На штативе помещается кронштейн 8, в нижней части которого находится зажимное устройства 3. Верхняя часть кронштейна снабжена циферблатом 5, со стрелкой 6, которая передвигается по циферблату при движении штанги 7 вверх или вниз. К штанге сбоку прикреплена зубчатая рейка, которая через шестерню приводит в движение стрелку 6. Конец штанги упирается в верхнюю часть иглодержателя 4, в нижней части которого укреплена игла 2. Иглодержатель с дополнительным грузом и иглой имеет массу 100г. При нажатии на кнопку зажимного устройства 3 иглодержатель с иглой может свободно перемещаться под действием собственного веса. Для более точной установки конца иглы над поверхностью битума прибор оснащается зеркалом 10.

Перед испытаниями прибор тарируют. Для этого вынимают иглу, произвольно опускают иглодержатель 4 и устанавливают стрелку 6 на ноль. Между иглодержателем и вертикально перемещающейся штангой 7 устанавливают тарировочный металлический образец высотой 50±0,05мм. Обратным перемещением штанги 7 определяют высоту образца. Показания пенетрометра должно соответствовать высоте тарировочного образца.

При проведении испытания острие иглы подводят к поверхности битума. Для более точного фиксирования момента соприкосновения иглы с битумом на него можно положить кусочек тонкой бумаги. Затем штангу 7 подводят к верхнему краю иглодержателя, а стрелку на циферблате ставят на нулевую отметку. Нажимая на кнопку зажимного устройства 3, включают секундомер. Через 5 с кнопку отпускают. После этого штангу 7 вновь опускают до соприкосновения с иглодержателем. При этом стрелка пенетрометра покажет глубину погружения иглы в 0,1мм. После каждого погружения иглу тщательно протирают бензином и вытирают насухо.

Определение глубины погружения иглы производится не менее трех раз в различных точках на поверхности образца, находящихся не ближе 10мм друг от друга и от краев чашки. Среднее арифметическое результатов трех определений дает значение глубины погружения иглы для данной пробы битума. Результаты округляют до целого числа градусов пенетрации. Расхождения между результатами не должны превышать значений, указанных в таб. 9.2

Таблица 9.2