Навигация:
Главная → Все категории → Битумы, битумные материалы

Строительные битумы


Строительные битумы

Общие сведения. Битумы — наиболее распространенный вид органических вяжущих веществ, характеризующихся высокой адгезией (прилипаемостью) к другим строительным материалам, водостойкостью и водонепроницаемостью. В зависимости от области применения различают кровельные, дорожные и строительные битумы.

Битумы — остаточный продукт при получении из нефти горючих (бензин, керосин и т.п.) и смазочных (минеральные масла) материалов. Природные битумы и асфальтовые породы также образовались как остаток при естественной перегонке нефти, вытекающей на поверхность земли, и последующего окисления.
В состав битумов входит сложная смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных в виде твердых частиц, смол и масел. По строению битумы представляют собой коллоидные системы, в которых мельчайшие твердые частицы находятся во взвешенном состоянии в среде вязких масел. Масла обеспечивают битуму гидрофобность и пластичность при положительных температурах, смолы — адгезионные свойства, а асфальтены — твердость и теплостойкость. От соотношения этих трех компонентов зависят свойства битума.

На свойства битума сильно влияет температура. С повышением температуры твердые битумы постепенно размягчаются и превращаются в вязкие жидкости, а при понижении — переходят в твердое хрупкое состояние, т.е. битумы термопластичны. Битумы хорошо растворяются в большинстве органических растворителей, особенно в углеводородах (бензине, керосине и т.п.).

Аморфное строение и сложный состав битумов предопределяют методы оценки их свойств. Чтобы определить марку битума, необходимо провести четыре различных испытания: определить твердость, растяжимость, температуру размягчения и температуру вспышки.

Твердость битумов. Твердость определяют по глубине проникновения в битум иглы на стандартном приборе -пенетрометре — при температуре 25 °С в течение 5 с.

Пенетрометр (рис. 18.1) состоит из металлического штатива 9 с подставкой 11, на которой размещен столик, регулируемый по высоте.

Рис. 18.1. Пенетрометр:
1 – столик; 2 – игла; 3 – зажимное устройство; 4 — иглодержатель; 5 – циферблат; 6 – стрелка; 7 – штанга; 8 — кронштейн; 9 – штатив; 10 — зеркало; 11 — подставка

На штативе помещается кронштейн, в нижней части которого находится зажимное устройство. Верхняя часть кронштейна снабжена циферблатом со стрелкой, которая передвигается вверх и вниз в зависимости от движения штанги. К штанге сбоку прикреплена зубчатая рейка, которая через шестерню приводит в движение стрелку. Конец штанги упирается в верхнюю часть иглодержателя, в нижней части которого укреплена игла. Иглодержатель с грузом и иглой весит 100 г. При нажатии на кнопку зажимного устройства иглодержатель с иглой может свободно перемещаться под действием собственного веса. Внизу штатива расположено зеркало, позволяющее точно устанавливать конец иглы над поверхностью битума.

Циферблат пенетрометра градуирован таким образом, что 1° шкалы циферблата соответствует погружению иглы на 0,1 мм.

Иглу пенетрометра длиной 50,8 мм, диаметром 1 мм, изготовленную из нержавеющей стали, тщательно полируют. Нижняя часть иглы длиной 6,35 мм заточена на конус; диаметр нижнего конца иглы 0,15 мм. Перед испытанием пробу битума обезвоживают, расплавляя его на песчаной бане и выдерживая до прекращения вспенивания. Затем расплавленный битум заливают в медную или латунную чашку слоем высотой не менее 35 мм. 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 плоский сосуд (кристаллизатор), наполненный водой температурой 25 °С, который ставят на столик пенетрометра.

Острие иглы подводят к поверхности битума. Для более точного фиксирования момента соприкосновения иглы с битумом на него можно положить кусочек тонкой белой 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 на циферблате пенетрометра покажет глубину погружения иглы (в 0,1 долях мм).

После каждого погружения иглу протирают бензином и тщательно вытирают насухо.

Испытание выполняют три раза в разных точках поверхности образца битума, отстоящих не менее чем на 1 см от краев чашки и одна от другой. Среднее арифметическое результатов трех определений дает значение глубины погружения иглы для данной пробы битума. Расхождение между результатами параллельных погружений не должно превышать 5% от величины меньшего из них.

Растяжимость. Способность битумов под влиянием растягивающей силы удлиняться без нарушения сплошности (т.е. без образования трещин и разрывов) называется растяжимостью. Это свойство имеет большое значение в тех случаях, когда битум используют для создания непроницаемых покрытий (например, гидроизоляционных). Поэтому при прочих равных показателях предпочтение отдается битумам с большей растяжимостью.

При определении растяжимости измеряют предельные деформации битумных образцов-восьмерок, растягиваемых с постоянной скоростью 5 см/мин при температуре 25 °С. Для испытания применяют прибор — дуктилометр.

Дуктиломвтр (рис. 18.2, а) представляет собой пластмассовый или деревянный ящик, обитый изнутри оцинкованной жестью. Образцы-восьмерки 5 в захватах устанавливают одним концом на неподвижной опоре 6, а другим — на подвижных салазках 3.

Рис. 18.2. Определение растяжимости битума:
а – дуктилометр: б – разборная форма: 1 – ящик: 2 – винт; 3 – салазки; 4 – гайка; 5 -образец битума; б — неподвижная опора; 7 — редуктор; 8 — электродвигатель; 9 — стрелка; 10 —
линейка

При включении электродвигателя начинает вращаться винт. Гайка, установленная на винте и прикрепленная к подвижным салазкам, при вращении винта движется по нему вместе с салазками. При этом образцы начинают растягиваться. На противоположной от винта стороне вдоль ящика установлена металлическая линейка, по которой с помощью стрелки, закрепленной на салазках, можно фиксировать растяжение.

Образцы-восьмерки изготовляют в латунных или медных разборных формах (рис. 18.2,6). Пробу битума расплавляют в фарфоровой чашке, процеживают через сито № 05 (50 отв/см2) и хорошо перемешивают. Форму в собранном виде помешают на металлическую пластинку, которую предварительно вместе с боковыми частями формы с внутренней стороны покрывают смесью талька и глицерина состава 1:3 во избежание прилипания к ним битума.

Расплавленный битум наливают в формы от одного конца к другому с некоторым избытком. После охлаждения до 18…22°С избыток битума срезают горячим острым ножом и образец помещают на 1,5 ч в термостат при температуре (25 ±0,5) °С.

В дуктилометр наливают воду температурой (25±0,5)°С с таким расчетом, чтобы она покрывала формы с битумом не менее чем на 25 мм. Образцы, прошедшие термостатирование, помешают в прибор, закрепляя формы на штифтах неподвижной опоры 6 и салазок 3. При этом боковые части форм должны быть сняты. Вода в дуктилометре нужна не только для поддержания температуры во время испытаний, но и для того, чтобы битумы, имеющие большую растяжимость и вытягивающиеся при испытании в тонкую нить, не рвались под действием собственного веса (плотность битумов 0,8…1,1 г/см3 близка к плотности воды и поэтому битумы в воде находятся практически во взвешенном состоянии).

Образец, установленный в дуктилометр, подвергают растяжению со скоростью 5 см/мин. По линейке 10 измеряют удлинение образца в сантиметрах в момент разрыва. Определение проводят на трех образцах. За растяжимость данной пробы битума принимают среднее арифметическое значение трех определений.

Температура размягчения. Переход из твердого состояния в жидкое у битумов, имеющих сложный состав и аморфное строение, происходит не так, как у однородных кристаллических веществ при определенной температуре, называемой температурой плавления, а постепенно, в довольно большом интервале температур.

Рис. 18.3. Определение температуры размягчения битума по методу «Кольцо и Шар»:
а — прибор; б — кольцо с битумом и шариком до испытаний; в — кольцо и шарик в момент размягчения битума; 1 – стакан; 2—4- диски; 5 — термометр; 6 — стержни

Поэтому при испытании битумов определяют температуру их размягчения. Момент размягчения фиксируют специальными приборами по появлению у битума свойств жидкого тела. Температура размягчения — условная величина, зависящая не только от качества битума, но и от метода ее определения. По ГОСТ 6617-76* температуру размягчения битума определяют по методу «Кольцо и Шар» (КиШ).

Прибор для определения температуры размягчения по методу КиШ (рис. 18.3, а) состоит из трех металлических дисков 2,3 и 4, укрепленных на определенном расстоянии один от другого с помощью металлических стержней 6. Два нижних диска 2,3 расположены на расстоянии 25,4 мм один от другого. В отверстие в середине верхнего диска 4 вставляют термометр 5, ртутный шарик которого устанавливают на уровне среднего диска. Термометр должен быть рассчитан на температуру до 160 °С.

В среднем диске расположены два отверстия, в каждое из которых вставляют латунные кольца внутренним диаметром 15,88 мм, высотой 6,25 мм, предварительно з&титые испытуемым битумом. Для этого битум нагревают при температуре i 120 °С в течение 15 мин. Латунные кольца помещают на металлическую пластинку, смазанную смесью глицерина с тальком, и наливают в них битум с избытком, который после застывания битума срезают слегка нагретым лезвием ножа. На битум в центр каждого кольца помещают стальной шарик диаметром 9,53 мм, массой 3,55 г (рис. 18.3, б).

Подготовленный к испытаниям прибор помещают на 15 мин a в стакан, наполненный дистиллированной водой температурой 5 °С. Если предполагаемая температура размягчения битума более 80 °С, вместо воды в стакан наливают глицерин и образец термостатируют в нем в течение 15 мин при температуре 32 °С. После окончания термостатирования стакан с прибором ставят на асбестовую сетку и нагревают (газовой горелкой, на электроплитке) со скоростью 5 °С в минуту.
При размягчении битума металлический шарик продавливается через кольцо и в момент, когда шарик с битумом коснется нижнего диска (рис. 18.3, б), фиксируют температуру. За температуру размягчения битума принимают среднее арифметическое значение температур падений обоих шариков.

Температура вспышки. 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 горячих мастик, асфальтобетона и т.п.

Испытание битума ведут в приборе (рис. 18.4), состоящем из наполненного песком большого тигля 2, обогреваемого горелкой 7, и внутреннего тигля 6, в который наливают расплавленный битум. Пробу битума перед испытанием обезвоживают, расплавляя и выдерживая его до прекращения вспенивания. Тщательно промытый и просушенный внутренний тигель вставляют в наружный тигель с прокаленным песком так, чтобы края внутреннего тигля были выше уровня песка приблизительно на 12 мм, а между дном внутреннего и наружного тиглей был слой песка толщиной 5…8 мм.

Рис. 18.4. Прибор для определения температуры вспышки битума:
1 — газовая горелка; 2 — тигель с песком; 3 — зажигательное приспособление; 4 — термометр; 5 — штатив; 6 — тигель с битумом

Испытуемый битум расплавляют и наливают в тигель так, чтобы уровень его не доходил до края тигля на 12 мм для битумов с ожидаемой температурой вспышки до 210 °С и на 18 мм для битумов с ожидаемой температурой вспышки выше 210 °С.

Во внутренний тигель погружают термометр в вертикальном положении, причем ртутный шарик должен находиться в центре тигля приблизительно на одинаковом 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 °С в минуту. За 40 °С до ожидаемой температуры вспышки скорость нагревания уменьшают до 4 °С в минуту; за 10 °С до ожидаемой температуры вспышки медленно проводят пламенем зажигательного приспособления 3 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 составляет 2…3 с.

За температуру вспышки битума принимают температуру, показываемую термометром при появлении синего пламени хотя бы над частью его поверхности. При испытании нужно избегать движения воздуха и яркого освещения, чтобы не затруднять наблюдение за моментом вспышки.



Похожие статьи:
Лакокрасочные материалы

Навигация:
Главная → Все категории → Битумы, битумные материалы

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум