Технология производства дорожно-строительных материалов
жүктеу/скачать 0.51 Mb.
|
РАБОТА 1 НЕФТЯНЫЕ БИТУМЫБитумные вяжущие наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На основе органических вяжущих производят большое количество гидроизоляционных материалов и изделий для строительства. Наиболее широкое применение в строительстве и в производстве строительных материалов получили нефтяные битумы, которые занимает по объему выпуска первое место среди остальных органических вяжущих. Нефтяные битумы получают при фракционной перегонке нефти на нефтеперерабатывающих заводах путем обработки остатков, образующихся при этом. По консистенции при нормальных температурах (18…220С) нефтяные битумы могут быть твердыми, обладающими упругими, а иногда и хрупкими свойствами; полутвердыми (вязко-пластичными) и жидкими (легкотекучими). По составу битумные вяжущие представляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводов метанового (CnH2n+2) и нафтенового (CnH2n) рядов и их производных, которые изменяют свои физико-механические свойства в зависимости от температуры. Элементный состав битумов представлен углеродом (70...87%), водородом (до 15%), кислородом (до 10%), серой (до 1,5%) и небольшим количеством азота. Однако этот состав не дает представления о химических соединениях, содержащихся в битуме и определяющих его структуру и свойства. Высокомолекулярные углеводороды, входящие в состав битумов, находятся в различных агрегатных состояниях и образуют сложную дисперсную систему. Выделить отдельные углеводородные соединения из этой смеси весьма сложно. Поэтому для характеристики структуры и изучения свойств битумов выделяют группы углеводородов со сходными свойствами: 1. Масла - вязкие жидкости с плотностью меньше единицы и молекулярной массой 300...500. Повышенное содержание масел в битуме снижает его твердость и температуру размягчения, придает ему подвижность и текучесть. В битумах содержится 45…65% масел. 2. Смолы - вязкопластичные вещества с плотностью около единицы. Состоят из более сложных, чем масла, углеводородов с молекулярной массой 500...1000. Смолы хорошо прилипают к поверхности каменных материалов, образуя водостойкие пленки, они придают битумам вяжущие свойства, повышают пластичность и растяжимость. В битумах содержится 15...30% смол. Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды - вещества густой высоковязкой смолистой консистенции с плотностью более единицы. Это наиболее полярный, а, следовательно, и наиболее поверхностно-активный компонент битума, содержание которого определяет способность битума прилипать и прочно сцепляться с каменными и другими материалами. Асфальтены и их модификации – карбены и карбоиды – твердые и неплавкие вешества с плотностью более единицы и молекулярной массой 1000...5000 и выше. Это важная составная часть битума, определяющая процессы структурообразования, они придают битуму твердость и теплоустойчивость. В битумах содержится 10…30% асфальтенов. Согласно современной коллоидной теории структуры битума все его групповые компоненты образуют структурированную дисперсную систему. Асфальтены, коллоиднорастворенные в маслянистой и смолистой среде, становятся своеобразными центрами или ядрами, которые окружены оболочкой среди убывающей плотности от тяжелых вязких смол к сравнительно легким текучим маслам. В этой системе нет четко выраженной границы между дисперсной фазой и дисперсионной средой. В пограничной зоне адсорбированы полярные молекулы асфальтогеновых кислот. Комплексные частицы дисперсной системы, так называемые мицеллы, способны разрушаться при нагревания битума за счет усиления броуновского движения и частичного растворения асфальтенов, однако при охлаждении структура битума самопроизвольно восстанавливается. При плотной упаковке объема битума мицеллами образуется структура типа "гель" и битум отличается высокой вязкостью и твердостью. Если имеется избыток дисперсионной среды и мицеллы не контактируют между собой, свободно перемещаясь, то структура относится к типу "золь". Такая структура характерна для жидких размягченных битумов с малой вязкостью. Таким образом, состояние и свойства битума всецело зависят от его фазового состава, изменить который можно нагреванием и охлаждением, добавлением маслянистых углеводородов (лигроин, нефть, мазут), введением тонкодисперсных минеральных наполнителей, разжижением растворителями и получением эмульсий. Другими словами, имеется целый ряд способов регулирования технологических свойств битумных вяжущих, перевода их в рабочее вязкотекучее состояние и отвердевания за счет коагуляционного структурообразования. Важно представить и правильно учитывать, что в широком интервале температур (от -40 до ±120°С) битум может находиться в различных состояниях: упруго-хрупком, при котором каркас из асфальтенов фиксирован отвердевшей прослойкой из смол, растворенных в маслах (отрицательные температуры); эластичном, при котором каркас из асфальтенов фиксирован и может лишь упруго деформироваться во времени, но прослойки между элементами каркаса жидкие; упруго-пластическом, при котором частицы асфальтенов взаимодействуют через тонкие прослойки среды, проявляющей при напряжениях, но превышающих предел текучести, упругие свойства; упруго-вязком, которое характеризуется исчезновением пределом текучести, прослойки среды между твердыми частицами асфальтенов увеличились за счет частичного растворения последних; вязком, при котором дисперсионная среда занимает большую часть объема и битум представляет собой суспензию набухших в углеводородах асфальтеновых частиц. Следовательно, состояние структуры битума предопределяет его свойства в процессе эксплуатации и, вместе с тем, способы и области использования битума в строительстве. Так, например, находясь в истинно-вязком состоянии, битум позволяет уложить асфальтобетонную смесь тонким ровным слоем и при постепенном остывании, переходя в упруго-пластическое состояние, он обеспечивает хорошее уплотнение слоя, а в упруго-хрупком состоянии после остывания делает дорожное покрытие прочным и водонепроницаемым. Битум сравнительно дешевый строительный материал, имея аморфную структуру в твердом состоянии, он изотропен и характеризуется температурным интервалом размягчения. Битум, обладая гидрофобностью, водостоек, водонепроницаем в слоях, стоек к слабым агрессивным жидкостям и газам. Это вяжущее обладает высокой адгезией (прочностью сцепления) к другим материалам (дерево, металл, бетон). Благодаря такому комплексу свойств битумные вяжущие нашли широкое применение в строительстве при устройстве кровли и для гидроизоляции строительных конструкций, их используют в дорожном строительстве в качестве вяжущего вещества для асфальтовых бетонов и растворов, в производстве кровельных, гидроизоляционных, пароизоляционных и теплоизоляционных материалов. Однако, следует учитывать, что битум эластичен лишь при статических нагрузках, а при динамических нагрузках особенно в интервале отрицательных температур - хрупок, обладает невысокой теплостойкостью, горюч, легко растворяется в углеводородных растворителях. Цель работы: Изучить основные строительно-технические свойства нефтяного битума и исследовать зависимость его состояния и свойств от температуры. Определить марку битума. Порядок выполнения работы Для выполнения задач исследования каждое звено студентов изучает экспериментально растяжимость битума в дуктилометре и оценивает его вязкость по глубине проникания иглы пенетрометра соответственно при температурах: 1 звено - 25°С; 2 звено - 35°С; 3 звено - 45°С и 4 звено - 55°С. Вся подгруппа студентов оценивает теплостойкость битума по температуре размягчения, устанавливаемой при помощи прибора "Кольцо и шар". Марку битума и область его применения оценивают по растяжимости и вязкости, установленных при температуре 75°С, а также по значению температуры размягчения. После завершения экспериментальной части работы студенты знакомятся с коллекцией рулонных кровельных материалов, записывая основные сведения о них в таблицу. Фиксируется точное название материала, его марка, вид основы, ее пропитки и покрытия, наличие наполнителя и посыпки, область применения. 1.1 Определение глубины проникания иглы и расчет вязкости битума Оборудование: пенетрометр, термометр. Проведение испытания Испытываемый битум в металлической чашке, имеющей внутренние размеры: диаметр 55 мм, высота 35 мм, помещают в кристаллизатор, наполненный водой так, чтобы высота слоя воды над поверхностью битума была не менее 10 мм, температура воды в кристаллизаторе контролируется с помощью термометра с погрешностью 0,5оС. Рисунок 1 – Пенетрометр Кристаллизатор устанавливается на столик 8 пенетрометра (рисунок 1) и острие иглы 6 подводят, пользуясь зеркалом 7, к поверхности битума так, чтобы игла только слегка касалась ее. Доводят кремальеру 1 до верхней площадки стержня 4, несущую иглу, и устанавливают стрелку 3 на нуль циферблата 2 или отмечают ее положение, после чего одновременно включают секундомер и нажимают кнопку 5 прибора, давая игле свободно входить в испытуемый образец в течение 5с. После этого доводят кремальеру вновь до верхней площадки стержня с иглой и отмечают показания прибора. Определение повторяют не менее трех раз в различных точках на поверхности образца битума, отстоящих от краев чашки и друг от друга не менее чем на 10 мм. После каждого погружения иглу вынимают из гнезда, отмывают кончик ее от пристающего битума бензином или другим растворителем и насухо вытирают по направлению к острию. За величину глубины проникания иглы в десятых долях мм принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных погружений. Расхождение между результатами параллельных определений не должно превышать 5% от величины меньшего результата. Вязкость битума, определяемая при различных температурах, подсчитывается по формуле , (1) где η - вязкость битума, Па.с; k - коэффициент пересчета, равный 7,86.108; h- глубина проникания иглы пенетрометра, десятые доли миллиметра. 1.2 Определение растяжимости битума Оборудование: дуктилометр, термометр. Проведение испытания Испытание на растяжимость производят в дуктилометре, который состоит из ванны, внутри которой через всю длину проходит червячный винт с салазками, вращение винта придает салазкам поступательное движение; на одной стороне прибора прикреплена стойка с тремя штифтами, соответственно трем штифтам, имеющимся на салазках; на салазках закреплен указатель-стрелка, передвигающийся при движении салазок вдоль линейки. Червячный винт приводится в движение от мотора. Скорость передвижения салазок 5 см/мин. Формы-восьмерки (рисунок 2) с битумом закрепляют в дуктилометре, для чего кольца зажимов формы надевают на штифты, находящиеся на салазках и стойке дуктилометра. Рисунок 2 - Образцы для дуктилометра После этого отнимают боковые части формы. Дуктилометр должен быть наполнен водой, имеющей температуру, соответствующую заданию с погрешностью 0,5°С. Вода должна покрывать штифты не менее чем на 25 мм. Включая мотор дуктилометра, наблюдают за растяжением битума. Длину нити битума в см, отмеченную указателем-стрелкой по линейке в момент разрыва, принимают за растяжимость битума. За окончательный результат принимают среднее арифметическое результатов трех параллельных определений. Расхождения между параллельными определениями не должки превышать 10% от среднего арифметического сравниваемых результатов. 1.3 Определение температуры размягчения битума Оборудование: прибор «Кольцо и шар», термометр. Проведение испытания. Определение температуры размягчения производят на приборе «Кольцо и шар» (рис. 3), который состоит из металлического штатива 1 с тремя пластинками, причем расстояние между нижней 2 и средней 3 пластинками равно 25,4 мм. Рисунок 3 - Прибор «Кольцо и шар» В средней пластинке имеются два отверстия диаметром около 19 мм для установки в них колец 4, залитых испытуемый битумом. Кольца с битумом и металлическими шариками 5 помещают в отверстие на пластинке прибора. В среднее отверстие пластинки вставляется термометр 6 так, чтобы нижняя точка ртутного резервуара термометра была на одном уровне с нижней поверхностью битума в кольцах. Если температура размягчения битума ниже 60°С, штатив с кольцами ставят на 15 минут в стакан, наполненный водой, имеющей температуру 4,5...5,5°С. Если температура размягчения битума выше 80°С, то образец выдерживают в течение 15 минут в глицерине при температуре 35±0,5°С. По истечении 15 минут штатив вынимают из стакана, на каждое кольцо в центре поверхности битума кладут стальной шарик диаметром 9,53 мм и опускают штатив обратно в стакан. Устанавливают стакан на нагревательный прибор так, чтобы плоскость колец была строго горизонтальной. Температура воды или глицерина в стакане после первых 3 минут нагрева должна подниматься со скоростью 5±0,5°С в минуту. За температуру размягчения битума принимают температуру, при которой выдавливаемый шариком битум коснется нижней пластинки прибора. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 0,5°С. 1.4 Выводы по работе: По полученным всей подгруппой результатам каждое звено строит графики зависимостей вязкости и растяжимости битума от температуры. Дает аргументированные объяснения выявленным закономерностям с позиции теории дисперсной структуры битума и указывает границы температурных интервалов различных его состояний. Устанавливают марку исследуемого битума по ГОСТ 6617-76 (1994) (приложение 1) и составляют рекомендации по его применению в строительстве. жүктеу/скачать 0.51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|