Главная → Статьи

Cвойства битумов и требования к ним, испытания битумов

Битумы широко применяются в технике и строительстве; они употребляются в чистом виде или в смеси с другими материалами.

В строительстве битумы главным образом применяются: при производстве битумных рулонных материалов (рубероид, пергамин) — для пропитки и покрытия сверху, бумажного кровельного картона; при производстве, кровельных и гидроизоляционных работ— для приклеивающих, окрашивающих и уплотняющих горячих и холодных мастик, а также холодных грунтовок; в дорожном и коммунальном строительстве — для асфальтобетона, асфальтовых плит и досок, а также битумных дорожных эмульсий и грунтовок; в гидротехническом строительстве — для пропитки бетона, заполнения шпонок швов гидросооружений, битумизации грунта и оснований сооружений, для битумных матов, гидроизола, метрои-зола, металлоизола, борулина.

Широкое применение битума, особенно в строительстве, объясняется весьма ценными строительными свойствами битума: высокой вяжущей способностью, пластичностью и эластичностью (не только самого битума, но и его смесей с другими материалами), высокой водоизолирующей способностью и т. п.

Наибольшее распространение имеют нефтяные битумы, в связи с быстрым развитием нефтяной промышленности, которое обеспечивает и реет производства нефтяных битумов.

Основные свойства нефтяных битумов характеризуются следующими данными.

По внешнему виду нефтяной битум при обычной температуре представляет собой жидкую или твердую однородную массу черного цвета. Чистый битум должен иметь блестящий излом без крупинок и включений; в тонких пленках, особенно на свету, битум имеет коричневый или желтый оттенок.

Удельный вес чистого битума равен единице или близок к ней. Если удельный вес превышает 1,05—1,06, то это указывает на содержание в битуме минеральных примесей или дегтевых веществ.

Размягчаемость характеризуется температурой размягчения, т. е- температурой, при которой битум переходит из твердого состояния в пластичное и приобретает подвижность. Температура размягчения несколько ниже той, при которой битум полностью переходит в жидкое состояние.

По данной характеристике определяется марка битума.

Проницаемость (пенетрация) битума характеризуется глубиной проникания стандартной иглы в битум за 5 сек. при определенной нагрузке и температуре. Обычно употребляется нагрузка 100 г и температура 25°.

Величина проницаемости битума и изменение ее при нагревании является важным показателем, так как при употреблении в дело бйтум подвергается воздействию высокой температуры .

Степень изменения проницаемости от воздействия высоких температур обычно определяется путем нагревания битума в течение 5 час. до температуры 163° и измерения проницаемости полученного остатка. Проницаемость после нагревания должна составлять не меньше 40% от первоначальной.

Растяжимость (дуктильность) характеризует способность битума вытягиваться в нить при определенных условиях. Это свойство определяет пластичность и цементирующую (клеящую) способность битума.

Между температурой размягчения, проницаемостью и растяжимостью существует определенная зависимость, если по содержанию масел, смол и асфальтенов битум имеет нормальный состав.

Битумы с высокой температурой размягчения (например, битум марки V), обычно твердые и хрупкие при комнатной температуре, обладают низкой растяжимостью и проницаемостью. Наоборот, легкоплавкие битумы (марок II и III) обладают большей растяжимостью и проницаемостью.

Поскольку групповой состав битума (содержание масел, смол и асфальтенов) определяет его физико-механические свойства, можно регулировать в определенных пределах эти свойства битума путем изменения его группового состава.

Растворимость в сероуглероде и других органических растворителях определяет чистоту битума, т. е. отсутствие в нем механических примесей. При производстве битумных рулонных кровельных материалов предъявляются высокие требования к чистоте битума (растворимость должна быть не менее 99%), так как чистота битума имеет очень большое значение для качества рубероида и пергамина.

При применении битума в дорожном строительстве, а также при производстве кровельных работ это требование не имеет существенного значения, если механические примеси не крупные, имеют небольшой удельный вес и поэтому могут играть роль наполнителя.

Потеря в весе при нагревании (наличие быстролету-чих фракций) определяется нагреванием битума до 163° в течение 5 час. и имеет значение, аналогичное уменьшению проницаемости от нагревания. Понятно, что большое содержание летучих фракций нарушает стабильность битума во ‘Времени; поэтому ТУ предусматривают потерю веса при нагревании не более 1 % от первоначального веса.

Температура вспышки битума характеризует содержавшие в нем летучих легковоспламеняющихся веществ, наличие которых опасно при расплавлении и нагревании битума в котлах и ваннах с огневыми топками. Температура вспышки битума должна быть: для битума первых трех марок — не ниже 200° и для битума остальных марок — не ниже 230°.

Содержание воды в битуме, даже в самых незначительных количествах, создает большие трудности в производстве, так как вода вызывает обильное пенообразование и выброс массы из когла при нагревании битума. Стандартом допускаются только следы воды (не более 0,05%).

При определении пригодности битумов для тех или иных целей обычно ограничиваются определением физических свойств, указанных в ТУ ГОСТ, и только в случае необходимости определяют

остальные показатели битума и его групповой состав (содержание в битуме масел, смол и асфальтенов).

Ниже описываются стандартные методы определения важнейших свойств битумов.

Определение температуры размягчения битума по методу «Кольцо и Шар»

При этом определении измеряется температура, при которой шарик определенных размеров и веса проходит через кольцо, заполненное битумом.

Два латунных кольца с внутренним диаметром 15,7 и высотой т3,35 мм помещают перевернутыми на стекло, смазанное глицерином с тальком, и заливают расплавленным и обезвоженным битумом. После этою кольца в течение около 30 мин. охлаждают на воздухе до комнатной температуры; затем избыток битума срезают слегка подогретым ножом вровень с краями, и кольца устанавливают в штатив прибора (рис. 2). После этого штатив опускают на 15 мин. в стакан, наполненный свежепрокипяченной дистиллированной водой, охлажденной до +5°, или глицерином, нагретым до +32° (если температура размягчения битума ожидается выше 80°).

Уровень воды или глицерина в стакане должен находиться не менее чем на 5 см выше верхней плоскости колец.

В полевых условиях предварительное охлаждение воды обычно не применяют, и тогда точность определения несколько изменяется.

По истечении 15 мин. штатив вынимают из воды и вставляют термометр так, чтобы его ртутный резервуар был на уровне колец прибора; затем на каждое кольцо, точно в его центре, кладут стальной шарик, не вдавливая его в битум. Диаметр шарика берется 9,53 мм, а вес — 3,45—3,55 г.

Посл.е укладки шариков прибор опускают обратно в стакан и начинают подогревать стакан через асбестовую сетку так, чтобы в течение первых же 3 мин. нагрева скорость подъема температуры установилась 5+0,5° в минуту.

Находящийся в кольцах испытуемый битум под действием температуры постепенно размягчается и под тяжестью шарика провисает. Температурой размягчения считается та температура, при которой битум вместе с шариком коснется нижней полочки или дна стакана, отстоящих от нижней плоскости кольца на .26 дм.

По данному свойству битума обычно производят два параллельных определения, как описано выше, что предусмотрено в приборе «Кольцо и Шар». Разница между установленными при этих параллельных определениях температурами размягчения не должна быть больше 0,5°.

Определение растяжимости битума

Как указывалось выше, данное свойство битума характеризует его пластичность и клеящую способность.

Растяжимость битума обычно измеряется длиной битумной нити до ее разрыва при температуре 25° и скорости вытягивания 5 см в минуту.

Прибор для определения растяжимости (рис. 2) представляет собой водонепроницаемый ящик удлиненной формы, длиной до 1,5 м, внутри которого имеются две пластинки со штифтами .для укрепления форм. Одна из этих пластинок закрепляется неподвижно, а другая может перемещаться с равномерной скоростью вдоль ящика при помощи ручного или механического привода.

Емкость ящика обычно бывает не менее 10 л, чтобы слой воды над и под образцом был не менее 2,5 см.

Для определения растяжимости расплавленный и обезвоженный битум с избытком заливают в разборные формы, боковые части которых предварительно смазываются глицерином с тальком; формы устанавливаются на смазанной этим же составом стеклянной пластинке.

После затвердевания битума и охлаждения до комнатной температуры (обычно в течение 30 мин.) избыток его срезают слегка подогретым ножом, и пластинку вместе с формами помещают в прибор, наполненный водой с температурой 25°. Эта температура выдерживается с точностью до 0,5° в продолжение всего опыта. Через 1,5 часа формы надевают на штифты и, удалив боковые части, начинают растяжение с равномерной скоростью 5-0,05 см в Минуту.

Указатель, скользящий по мерной линейке, позволяет отмечать длину нити в момент v разрыва, что и принимается за величину растяжимости битума, которая выражается в см.

Обычно производятся одновременно три параллельных определения; за величину растяжимости принимается среднее арифметическое этих определений.

Определение проницаемости битума

Проницаемостью битума характеризуется его твердость.

Прибор для определения проницаемости (рис. 3) обычно состоит из штатива, на котором укреплены: предметный столик, держатель иглы со стопорным приспособлением и контактная рейка, движение которой при помощи червячной передачи передается стрелке, двигающейся по подвижному циферблату. Стандартная стальная игла должна быть закалена и отполирована.

Для определения проницаемости расплавленный и обезвоженный битум заливают на высоту не менее 15 мм в алюминиевую или латунную чашечку высотой 35 мм, внутренним диаметром 55 мм и толщиной стенок не более 1 мм. Затем чашечку с битумом в течение часа охлаждают при комнатной температуре и по истечении этого времени в плоскодонном сосуде помещают в большую водяную ванну емкостью не менее 10 л так, чтобы уровень воды был на 10 см выше поверхности испытуемого битума.

Вода в ванне должна иметь температуру 25°, которую поддерживают с точностью до 0,5° в течение 1 часа; затем плоскодонный сосуд вместе с испытуемым битумом, полностью покрытым водой, устанавливают на предметный столик прибора. После этого иглу прибора с помощью зеркала 8 устанавливают точно на поверхности битума, контактную рейку опускают вниз до отказа, а циферблат устанавливают его нулевым делением против стрелки прибора. Наконец, освобождают держатель иглы и, одновременно, пускают в ход секундомер. Через 5 сек. отпускают стопорную кнопку и опускают вниз до отказа контактную рейку; эта рейка перемещает стрелку, которая и указывает на циферблате глубину проникания иглы в битум.

Обычно определение выполняют для трех точек, удаленных одна от другой и от краев чашечки не менее чем на 1 см. После каждого определения сосуд с чашечкой вновь помещают в ванну, иглу тщательно протирают ватой, смоченной в бензоле, и насухо вытирают. За величину проницаемости принимается среднее из трех определений; расхождение между этими определениями допу-. «кается не больше 10%.

Указанные выше три основных показателя (температура размягчения, растяжимость и проницаемость), принятые в настоящее время, далеко не полно характеризуют свойства и структуру битума. Так например, битумы с одинаковой температурой размягчения не всегда имеют одинаковую теплостойкость при применении их для рулонных кровель и, наоборот, битумы с одинаковой теплостойкостью не равноценны по температуре размягчения, растяжимости и проницаемости. Это происходит потому, что теплостойкость битумов зависит от их структуры, которая не характеризуется указанными испытаниями.

Истинными показателями структуры и свойств битума являются его вязкость и структурная прочность. Вязкость является показателем скорости течения материала, структурная прочность — его теплостойкости.

Вязкость и структурную прочность битума легко можно измерить с помощью коаксиального вискозиметра.

Ваш отзыв