- •Введение
- •1. Нефтяные вязкие дорожные битумы
- •1.1. Технические требования
- •1.2. Определение глубины проникания иглы
- •1.3. Определение растяжимости
- •1.4. Определение температуры размягчения
- •1.5. Определение температуры хрупкости
- •1.6. Определение температуры размягчения после прогрева
- •1.7. Определение температуры вспышки
- •2. Нефтяные жидкие дорожные битумы
- •2.1. Технические требования
- •2.2. Получение жидкого битума класса СГ
- •2.3. Определение условной вязкости и температуры вспышки
- •3. Нефтяные строительные битумы
- •3.1. Технические требования
- •3.2.2. Определение растворимости в толуоле или хлороформе
- •3.2.3. Определение изменения массы после прогрева
- •4. Техника безопасности при выполнении лабораторной работы
- •4.1. Общие требования
- •4.2. Правила безопасности при работе с битумами
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Приложения
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
Кафедра «Строительные материалы и специальные технологии»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ
Методические указания для лабораторной работы по дисциплине
«Дорожные и строительные материалы»
Составители: Е.В. Гурова, В.Д. Галдина
Омск
СибАДИ
2014
1
УДК 691:16 ББК 39.311.45
Рецензент канд. техн. наук, доц. В.Г. Степанец
Работа одобрена научно-методическим советом направления 270800.62 «Строительство» факультета «Автомобильные дороги и мосты» в качестве методических указаний для лабораторной работы по дисциплине «Дорожные и строительные материалы».
Определение технических свойств нефтяных битумов: методические указания для лабораторной работы по дисциплине «Дорожные и строительные материалы» / сост.: Е.В. Гурова, В.Д. Галдина. − Омск: СибАДИ, 2014. – 40 с.
В методических указаниях приведены: технические требования к вязким и жидким дорожным битумам и строительным битумам; методы определения фи- зико-химических свойств битумов; правила техники безопасности при выполнении лабораторной работы; приложения со справочными таблицами; библиографический список.
При составлении методических указаний использованы действующие нор- мативно-технические документы.
Методические указания рекомендованы для студентов направления «Строительство», а также направления «Техносферная безопасность», студентов специальностей «Строительство уникальных зданий и сооружений», «Строительство, эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие автомобильных дорог, мостов и тоннелей».
Рис. 10. Табл. 9. Прил. 2. Библиогр.: 16 назв.
© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2014
2
ВВЕДЕНИЕ
Битумы – это органические вяжущие вещества, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов нафтенового, ароматического и метанового рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных [1].
По генезису (происхождению) битумы бывают:
а) природные, встречающиеся в природе или в чистом виде (редко), или (чаще) входящие в состав каменных материалов (например, битумные пески, известняки, доломиты и др.);
б) сланцевые, получаемые в результате деструктивной переработки горючих сланцев;
в) нефтяные,представляющие собойпродуктпереработкинефти. Нефтяные битумы, как наиболее широко применяемые органические вяжущие, получают путем переработки тяжелых остаточных фракций нефти (гудронов, мазутов, асфальтов деасфальтизации, кре-
кинг-остатков и др.).
В зависимости от технологии получения нефтяные битумы делят на следующие основные виды:
-остаточные, получаемые после атмосферно-вакуумной перегонки нефти и отбора из нее светлых нефтепродуктов;
-окисленные, получаемые окислением нефтяных остатков;
-компаундированные, получаемые путем смешения нефтяных остатков с экстрактами от очистки масляных фракций, окисленными или остаточными битумами.
По консистенции при нормальной температуре битумы могут быть твердыми, вязкими и жидкими.
По области применения в строительстве нефтяные битумы де-
лятся на дорожные, строительные, кровельные и специальные.
Нефтяные битумы широко применяются для строительства дорожных покрытий, тротуаров, полов, изготовления рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов, защиты от коррозии бетонов, металла и других материалов.
Общие требования, предъявляемые к битумам, сводятся к тому, чтобы они легко объединялись с каменными материалами, образуя прочную и водостойкую пленку; обладали вязкостью, позволяющей в период объединения с каменными материалами хорошо его смачивать и обволакивать, а в период работы связывать минеральные частицы в прочный монолит; были стабильными во времени, т.е. не изменяли резко своих свойств в процессе эксплуатации [1, 2].
3
Важнейшим механическим свойством любого битума, вне зависимости от его происхождения, вида и технологии получения, является вязкость.
Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление силам, вызывающим относительное перемещение ее слоев.
Допустим, что к поверхности слоя жидкости толщиной n по площадке F приложена сдвигающая сила Р, в результате чего самый верхний слой придет в движение со скоростью W. Все последующие смежные слои в результате проявления внутреннего молекулярного трения будут тормозиться, двигаться с тем меньшей скоростью, чем глубже рассматриваемый слой (рис. 1).
Р |
|
|
|
n |
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. График изменения |
|
скорости движения |
||
dn| |
| |
жидкости |
|
| |
|
| |
по глубине потока |
|
| |
| |
|
|
| |
| |
|
|
|
|
|
|
dW |
|
|
0 |
|
|
W |
|
|
|
В результате по глубине потока возникает градиент скорости, dW/dn, величина которого определяется величиной внутреннего трения данной жидкости. По закону Ньютона сдвигающая сила Р будет пропорциональна градиенту скорости dW/dn (или скорости сдвига) и поверхности соприкосновения данных слоев жидкости F:
Р = F dW/dn; |
(1) |
или |
|
= dW/dn, |
(2) |
где = Р / F – напряжение сдвига, Па; dW/dn – скорость сдвига, с-1;– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения или абсолютной вязкости, коэффициентом динамической вязкости или просто вязкостью, Па с (Н см2 ).
Величины Р и могут быть положительны или отрицательны в зависимости от выбранного направления отсчета n. В формулах (1) и
(2) фигурирует абсолютное значение градиента скорости dW/dn.
4
Из уравнения (2) видно, что в принципе определение коэффициента вязкости просто: необходимо приложить к исследуемой жидкости определенное напряжение сдвига и замерить образовавшийся при этом градиент скорости dW/dn. То есть
η |
τ |
. |
(3) |
|
|||
|
dW dn |
|
Однако конструктивно определение коэффициента вязкости довольно сложно. Поэтому для практических целей производят определение условной вязкости, что отражено в соответствующих разделах методических указаний.
Целью настоящей лабораторной работы является ознакомление студентов с техническими требованиями к битумам, методами их испытания и установление марки битума по результатам определения физико-химических свойств.
Лабораторная работа выполняется в течение четырехчасового занятия, на котором определяют следующие свойства битума:
-глубину проникания иглы (пенетрацию) при температурах 25 и 0 °С для вязких дорожных битумов и пенетрацию при 25 °С для строительных битумов;
-растяжимость (дуктильность) при температуре 25 °С;
-температуру размягчения;
-температуру хрупкости для вязких дорожных битумов;
-температуру вспышки;
-индекс пенетрации для вязких дорожных битумов.
Методы определения указанных показателей, изложенные в соответствии с [3, 4, 5, 6, 8], приведены в настоящих методических указаниях. Методы определения свойств вязких дорожных и строительных битумов, которые требуют длительного времени для испытаний или использования токсичных продуктов (изменение температуры размягчения и массы после прогрева, растворимость в толуоле или хлороформе), а также методы определения свойств жидких дорожных битумов студенты изучают по методическим указаниям и норматив- но-техническим документам [7, 9, 10, 11, 12].
Защита лабораторной работы проводится на следующем занятии путем устного или письменного опроса по контрольным вопросам.
5