Методы испытания нефтяных битумов. Характеристики и свойства битума: краткий обзор основных качеств Индекс пенетрации битума бнд 60 90
Битум – незаменимая составляющая строительства. Благодаря своим уникальным характеристикам, битум надежно закрепился в строительной промышленности. Его практичность, долговечность и дешевизна не оставляют ни единого шанса альтернативным стройматериалам.
Характеристики битума
Битум – это асфальтоподобный материал, полученный искусственным образом. Является итоговым продуктом переработки натуральных битумов, остатков после обработки угля, нефти, сланцевых смол и торфяных экстрактов.
В зависимости от составляющих и характеристик различают несколько разновидностей битума:
- Природный/натуральный битум – является побочным материалом при добыче нефтепродуктов из разнообразных горных пород. Характеризуются высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей, воды.
- Строительный битум – продукт нефтяной перегонки и смешивания с разнообразными строительными компонентами (остатками маслопроизводства, асфальтом и пр.). Для работы с кровельными материалами и для высотных работ обычно используется битум марки БНК 45/180, БНК 45/90, БНК 90/40 или БНК 90/30. Характеризуются высокой устойчивостью к намоканию и воздействию высоких температур. По сравнению с кровельными битумами, строительные имеют большую сопротивляемость возгоранию.
- Дорожный битум – самый востребованный вид битумов. Основные марки дорожного битума: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200 и БНД 200/300. Характеризуется большим коэффициентом пенетрации (проникновения в среду). Битумы с большими показателями пенетрации актуальны для северных районов, с меньшими – для южных.
Характеристики битумов постоянно изменяются и совершенствуются. Так, для того чтобы улучшить качества этого стройматериала, в него добавляют различные искусственные добавки, которые направленно усиливают те или иные характеристики. Как правило, такие химические ингредиенты позволяют повысить сопротивление резким перепадам температур, холоду или жаре.
Основные характеристики, по которым можно оценить качество битума:
Растяжимость,
Показатели температуры по хрупкости,
Показатели температуры по размягчению,
Уровень пенетрации.
Соответственно, химические добавки для битумов направлены на улучшение этих характеристик. Цена битума напрямую зависит от качества и целевого применения стройматериала. Оптимизированные марки, устойчивые к большим нагрузкам и обладающие хорошей растяжимостью, будут стоить дороже. Как правило, все необходимые показатели отражены на маркировке битума.
Применение битума
Разновидность битума определяет сферу его применения в строительстве.
Природный битум
Сегодня строительный или дорожный битум пользуется большой популярностью. Но не смотря на очевидное превосходство искусственного битума в массовом строительстве, натуральный или природный битум активно применяется в других промышленных отраслях.
Натуральный битум с особыми характеристиками (неокисленный состав) очень популярен для строительства дорог в западных странах. Неокисленный качественный битум можно производить только на оборудовании нового поколения.
На Западе имеется масса подобных производств, чем и объясняется разница в востребованности природного битума на территории постсоветского пространства и в западных странах. Прочувствовать эту разницу может каждый автомобилист, сравнив качество дорожного полотна.
Дорожный битум
Дорожный битум прекрасно зарекомендовал себя при работе в самых тяжелых и неблагоприятных условиях. Он отлично выдерживает большие нагрузки, что и делает его идеальным материалом для строительства дорожного покрытия. Он широко применяется в изготовлении асфальтобетона и асфальта.
В качестве составляющего асфальтных покрытий, дорожный битум выполняет функцию связующего компонента, удерживая все ингредиенты вместе. Благодаря его отличительным характеристикам щебень, речной песок и остальные ингредиенты асфальтовой смеси образуют прочную однородную массу.
Плотность битума разделяет его на два вида:
- вязкий,
- жидкий.
Вязкий битум актуален в роли вяжущего средства для строительства или ремонта дорог. Жидкий битум используется для увеличения сезона постройки дорожного покрытия.
Качество и долговечность дорожного покрытия во многом зависит от характеристик дорожного битума и степени его соответствия нормам ГОСТа. Использование высококачественных материалов значительно повышает сроки эксплуатации дорог, позволяет избежать появления трещин, выбоин и подобных дефектов. Купить битум высокого качества можно у завода-производителя или у прямых поставщиков.
Строительный битум
Без строительного битума не возможна ни одна работа по заливке фундамента, кровельные или ремонтные манипуляции. Строительный битум получается в процессе переработки нефти и бывает двух видов: твердый и жидкий.
- Твердую разновидность битума удобно транспортировать, но она требует разогрева на месте проведения строительных работ. Размягчение твердых слитков осуществляется при помощи специального оборудования – битумоварок. Температура битума должна быть довольно высокой, чтобы успешно применять его для строительства кровли или гидроизоляции.
- Жидкий битум требует специальных условий транспортировки – он доставляется на место проведения строительных работ в специальной машине-битумовозе, приспособленной для транспортировки темных нефтяных продуктов. Особенность жидкой разновидности битума в том, что ее необходимо использовать в максимально сжатые сроки. Он применяется для заделки швов на зданиях, изготовления битумных мастик и кровельных работах.
Нефтяные Дорожные Битумы – незаменимые материалы, которые входят в состав асфальтобетонных смесей, а также используются при обработке дорожного полотна и его пропитке. Они производятся путем обработки продуктов нефтеперерабатывающей промышленности с добавлением различных соединений и растворителей. В зависимости от целей, для которых будет применяться битум, он может быть как жидким, так и вязким.
Разновидности дорожных битумов
Вязкий дорожный битум используется при ремонте и прокладывании дорожного покрытия и аэродромных полос. Его технические характеристики зависят от разновидности: БН или БНД.
Битумы нефтяные дорожные (БНД) обладают более высокой температурой размягчения и более низкой температурой хрупкости. Кроме того, пенетрация при 0 о имеет большее значение по сравнению с БН. И требования к БНД по термостабильности выдвигаются более жесткие.
Маркировка нефтяных дорожных битумов
БНД маркируются в зависимости от их технических характеристик. В зависимости от климатической зоны, в которой будут проходить дорожные работы, применяются определенные разновидности битума:
- На территориях, где среднемесячная температура в самый холодный сезон не поднимается выше -20 о, используются БНД марок: 200\300, 130\200 или 90\130;
- В более теплой климатической зоне, где среднемесячная температура холодного сезона не опускается ниже -20 о, помимо перечисленных выше, может использоваться битум марки 60\90;
- При среднемесячной температуре от -5 о до -10 о могут использоваться не только марки БНД, но и БН от 200\300 и до 90\130;
- В самых теплых климатических зонах, где среднемесячная температура зимой не опускается ниже 0 о, используются марки БН 90\130 и 60\90, а также БНД 90\130, 60\90 и 40\60.
Жидкие битумы, в свою очередь, производятся путем разжижения вязких с помощью специальных растворителей. Сферой их применения является изготовление холодного асфальтобетона и проведение дорожных ремонтных работ. После укладки жидкого битума разжижитель постепенно испаряется, и покрытие приобретает необходимую твердость. Однако данный вид материала является пожароопасным из-за низкой температуры вспышки.
Освещение вопросов применения нефтяных дорожных битумов на выставке
Ежегодная выставка «Нефтегаз», которая проходит в ЦВК «Экспоцентр», освещает вопросы, связанные с ведущей отраслью нашей страны. Выставка входит в пятерку крупнейших в мире производственных выставок, что привлекает к ней особое внимание. Данное событие предоставляет площадку для встречи не только для крупнейших компаний нефтегазовой промышленности, но и для поставщиков услуг и оборудования, а также специалистов данной сферы.
Выставка «Нефтегаз» дает возможность оценить состояние отрасли, изучить новые технологии и тенденции, а также использовать данную площадку для эффективного решения задач отрасли. Так как нефтяные дорожные битумы являются продуктом нефтеперерабатывающей промышленности, вопрос их применения также раскрывается на выставке. Все, что связанно с производством и использованием различных видов битума, можно узнать на этом мероприятии.
В нем принимают участие не только производственные флагманы нашей страны, но и крупнейшие зарубежные компании. Традиционно свои стенды представляют участники из Китая, США, Норвегии, Германии, Швеции, Южной Кореи, Франции, Тайваня, Италии и Финляндии.
Популярность нефтяных дорожных битумов
Битумы нефтяные дорожные не теряют свою популярность и востребованность даже в условиях непростой ситуации сложившейся на рынке. Они незаменимы во многих сферах: дорожной, строительной, производственной и прочих. А учитывая постоянно развивающуюся инфраструктуру нашей страны, а также постройку новой Транссибирской магистрали, их важность сложно недооценить.
Читайте другие наши статьи.
Еще в древних временах. Такие столицы, как Вавилон или Ассирия использовали битум в виде строительного материала еще за 3 тыс. лет до н. э. Он отлично выполнял функцию цементирующего или водоизолирующего материала.
Данное вещество можно разделить не несколько групп, которые определяются на основании органического состава строительного материала. Что касается дегтевых битумов, то сюда можно отнести все виды дегтя и пеки. Так, они бывают дегтевыми и природными органическими.
К битумным можно отнести следующие:
- Природный битум. Подобное вещество бывает в жидкой и твердообразной форме, состоящее большей мерой из органических веществ и их производных неметаллического типа. Такое вещество получается в результате природной обработки нефти окислительными полимерами. Главным образом, битум естественного происхождения находится в местах нефтяных рождений или образует специальные асфальтовые болота. К слову, такие породы встречаются редко, а в большинстве случаев они пронизывают так называемые осадочные горные породы;
- Асфальтовый порошок. Битум – вещество, способное храниться в таких горных породах, как известняк. В дальнейшей обработке это вещество извлекается или используется как асфальтовый порошок;
- Искусственный (нефтяной) битум. Материал, получаемый в результате переработки нефти. Технология, с помощью которой проводится обработка, выделяет следующие типы битумов: остаточные, окисленные, крекинговые;
- Гудронный битум. Добывается путем отжима масляных фракций из мазута. Подобное вещество – отличное связующее и основа добычи любого вида битума.
Физико-механические особенности строительных битумов
Сферы использования
Конечно, битумы (как строительные материалы) получили крайне широкое распространение в гидротехническом, дорожном или промышленно-коммерческом строительстве. Сегодня они используются в виде кровельных материалов, способствуют коммерческому строительству и используются при дорожно-ремонтных работах.
Вяжущее органическое вещество отлично сочетается и взаимодействует с резиной или полимером, что позволяет только улучшить общее качество битумных изделий в соответствии с требованиями и нормами современного строительства.
На видео подготовка и использование дорожного битума марок БНД 90/130 и БНД 60/90:
Состав, строение и особенности материала
Средний состав битума варьируется в таком отношении элементов: 75-80% углеродов, 10-15% водорода, до 10% серы и до 5% кислорода. Твердая часть данного строительного материала — это углеводороды и их производные на молекулярном уровне. По своему строению данное вещество напоминает коллоидную систему, в которой асфальтены диспергированы в дисперсионной среде из масла и смолы.
Данные элементы, входящие в состав битумов, определяют также ряд свойств и характеристик, которыми обладает материал. К примеру, повышенный процент содержания асфальтенов и смолы влечет за собой увеличение твердости, плотности и температуры плавления.
В противном случае, то есть при повышенном уровне масел, битум размягчается и становится более легким и легкоплавким. Согласно ГОСТ 22245 90 , содержание масла и смолы в битуме должно быть средним и уравновешенным, иначе он приобретет излишнюю пластичность и вязкость.
Степень вязкости битума напрямую зависит от степени нагревания. Увеличение температуры приведет к увеличению вязкости, а ее уменьшение сделает материал более твердым. При нулевой или минусовой температуре битум становится достаточно хрупким материалом.
Битум также обладает еще одним важным свойством: он не растворяется в воде, но полностью или частично растворяется в кислотных веществах, вроде хлороформа, бензола или сероуглероде, имеет невысокую теплоемкость. Согласно сертификату соответствия, битум должен обладать плотностью, которая находится в пределах 1,5 г/см куб. Но при расчете общей массы битума, вес 1 литра будет рассчитываться через плотность 1 кг/м куб.
Битумы обладают широким спектром особенностей и полезных свойств, которые выводят его на ведущий уровень среди прочих связующих строительных материалов. Гидрофобность и растворимость в большей части современных растворителей, размягчение и увеличение вязкости при постепенном нагревании, пластичность и адгезия – всеми этими свойствами должен обладать качественный битум.
Что такое индекс пенетрации
Пенетрация — это показатель, который характеризует свойства битумов в твердом виде. Иными словами, это глубина, на которую проникает игла при температуре битума в 25 градусов. Для определения данного коэффициента используется специальный прибор Пенетрометр.
Процесс измерения подразумевает замер глубины проникновения калиброванной иглы с учетом заданного промежутка времени и постоянной нагрузкой. Такой замер производится в заданной температуре битума и рассчитывает глубину погружения иглы, что измеряется в отношении 1 к 10 мм. Среди трех подобных измерений выбирается среднее, которое и является индексом пенетрации.
Таблица сравнительных характеристик строительных марок битума
Таблица сравнительных характеристик кровельных марок битума
Стоит упомянуть еще один качественный показатель, который отлично характеризует битум как дорожный (жидкий или вязкий), строительный изоляционный и кровельный — это удельный и объемный вес. Согласно всем технологическим и строительным стандартам, удельный вес битума должен составлять не более 1 г/см. куб. при его температуре кипения. Все эти показатели обязательно указываются в паспорте продукта.
Какой класс опасности имеет битум
Основная проблема, возникающая при , — это необходимость его транспортировки в жидком виде при соответствующей температуре. Поскольку температура в цистерне должна быть свыше, чем 100 градусов, но ниже, чем температура возгорания, то битуму придают 9 класс опасности, который называют «Жидкость при повышенной температуре. Легковоспламеняющаяся». Данное вещество имеет высокую теплоемкость, поэтому к его транспортировке надо подходить с большой внимательностью.
В заключение
— это высококачественное связующее вещество, которое широко используется в строительстве. Данное вещество подойдет для различных типов работ. Транспортировка битума — довольно трудоемкий процесс, который требует не только наличия специальных цистерн, но и технического паспорта.
Не стоит также забывать, что битум — вещество на органической основе, которое имеет свой собственный срок годности, равный 1 календарному году. В связи с некоторыми сложностями при транспортировке, ему вполне можно поставить 4, хотя данный материал попросту незаменим в строительстве.
Еще несколько слов о строительном битуме:
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Издание официальное
Стандарти нформ 2009
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
БИТУМЫ НЕФТЯНЫЕ ДОРОЖНЫЕ ЖИДКИЕ
Технические условия
Road petroleum liquid bitumens.
МКС 75.140 ОКП 02 5611 0000
Дата введения 01.01.84
Настоящий стандарт распространяется на жидкие нефтяные дорожные битумы, применяемые в качестве вяжущего материала при строительстве дорожных покрытий, оснований и для других целей.
Обязательные требования к качеству продукции изложены в п. 2.2 (таблица, и. 4) и и. 4.2. (Измененная редакция, Изм. № 2).
1. МАРКИ
1.1. В зависимости от скорости формирования структуры жидкие битумы подразделяются на два класса:
Густеющие со средней скоростью, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами (СГ) и предназначенные для строительства капитальных и облегченных дорожных покрытий, а также для устройства их оснований во всех дорожно-климатических зонах страны;
Медленногустеющие, получаемые разжижением вязких дорожных битумов жидкими нефтепродуктами (МГ) и получаемые из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов или их смесей (МГО), предназначенные для получения холодного асфальтобетона, а также для строительства дорожных покрытий облегченного типа и оснований во II-V дорожно-климатических зонах и других целей.
1.2. В зависимости от класса и вязкости устанавливаются следующие марки жидких битумов:
СГ 40/70, СГ 70/130, СГ 130/200;
МГ 40/70, МГ 70/130, МГ 130/200;
МГО 40/70, МГО 70/130, МГО 130/200.
1.3. Для получения разжиженных битумов используют вязкие дорожные битумы по ГОСТ 22245 с глубиной проникания иглы не более 90.
Фракционный состав нефтепродуктов, применяемых в качестве разжижителей:
Температура начала кипения, °С, не ниже................ 145 -
50 % перегоняется при температуре, °С, не выше........... 215 280
96 % перегоняется при температуре, °С, не выше........... 300 360
В жидкие битумы для обеспечения требования по сцеплению с мрамором или песком, при необходимости, вводят поверхностно-активные вещества (анионные или катионные).
Издание официальное
Перепечатка воспрещена
© ИПК Издательство стандартов, 1982 © СТАНДАРТИНФОРМ, 2009
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2.1. Жидкие битумы должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.
2.2. По физико-химическим показателям жидкие битумы должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице.
Норма для марки
Продолжение
Норма для марки | |||||
Наименование показателя |
испытания |
||||
1. Условная вязкость по вискозиметру с отверстием 5 мм при 60 °С, с |
По ГОСТ 11503, с дополнением по п. 5.3 настоящего стандарта |
||||
2. Количество испарившегося разжижителя, %, не менее |
По ГОСТ 11504 |
||||
3. Температура размягчения остатка после определения количества испарившегося разжижителя, °С, не ниже |
По ГОСТ 11506 |
||||
4. Температура вспышки, определяемая в открытом тигле, °С, не ниже |
По ГОСТ 4333 |
||||
5. Испытание на сцепление с мрамором или с песком |
Выдерживает в соответствии с контрольным образцом № 2 |
По ГОСТ 11508 и п. 5.2 настоящего стандарта |
Примечания:
1. (Исключено, Изм. № 1).
2. Для жидких битумов марки МГО 70/130, вырабатываемых из бакинских нефтей, температура вспышки допускается не ниже 140 °С.
(Измененная редакция, Изм. № 3).
3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
3.1. Жидкие битумы - горючие вещества с температурой самовоспламенения не ниже 300 °С.
3.2. При разжижении вязких битумов в открытой системе температура битума, поступающего на смешение с разжижителем, не должна превышать 120 °С.
Перемешивание вязкого битума с разжижителем проводят инертным газом или циркуляцией.
3.3. При работе с жидкими битумами запрещается использовать открытый огонь и курить в местах проведения работ.
3.4. Подогрев жидких битумов следует проводить при помощи пара. Допускается использовать электроподогрев при условии хорошей изоляции нагревательных элементов.
При сливе, наливе и применении жидких битумов установлены следующие температуры нагревания для марок:
от 70 °С до 80 °С - для СГ 40/70; МГ 40/70;
» 80 °С » 90 °С » СГ 70/130; МГ 70/130;
» 90 °С » 100 °С » СГ 130/200; МГ 130/200; МГО 40/70; МГО 70/130; МГО 130/200.
3.5. При производстве, сливе, наливе и отборе проб битумов применяют спецодежду, индиви
дуальные средства защиты в соответствии с типовыми отраслевыми нормами, утвержденными Государственным комитетом СССР по труду и социальным вопросам и Президиумом ВЦСПС.
3.6. При загорании небольших количеств битума его тушат песком, кошмой или огнетушителем, специальными порошками; развившиеся пожары разлитого продукта на большой площади тушат пенной струей.
4. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ
4.1. Жидкие битумы принимают партиями. Партией считают любое количество битума, однородного по своим показателям качества и сопровождаемого одним документом о качестве по ГОСТ 1510 с обязательным указанием товарного знака. В документе о качестве указывают также минеральный материал (песок или мрамор), с которым проводилось испытание на сцепление.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
4.2. Объем выборок - по ГОСТ 2517.
4.3. При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей по нему проводят повторные испытания пробы от удвоенной выборки.
Результаты повторных испытаний распространяют на всю партию.
5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
5.1. Пробы жидких битумов отбирают по ГОСТ 2517. Масса объединенной пробы каждой марки жидких битумов 1,0 кг.
5.2. Испытание на сцепление с мрамором или песком проводят по ГОСТ 11508 для жидких битумов марок МГО методом А, для марок СГ и МГ - методом Б.
Жидкие битумы, к которым добавлены катионоактивные вещества, испытывают на сцепление с песком; жидкие битумы с анионоактивными веществами - с мрамором.
5.3. Условную вязкость определяют по ГОСТ 11503 со следующим дополнением: пробу предварительно охлаждают до комнатной температуры, выдерживают не менее 1 ч, затем нагревают на 2 °С-3 °С выше температуры испытаний.
(Введен дополнительно, Изм. № 3).
6. УПАКОВКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ
6.1. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение жидких битумов - по ГОСТ 1510.
По степени транспортной опасности жидкие битумы относят к 9-му классу опасности, подклассу 9.1, категории 9.12 по ГОСТ 19433.
Жидкие битумы классов СГ и МГ следует хранить в резервуарах, оборудованных предохранительной арматурой.
(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).
7. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ
7.1. Изготовитель гарантирует соответствие качества жидких битумов требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий транспортирования и хранения.
7.2. Гарантийный срок хранения жидких битумов со дня изготовления должен быть для класса СГ - 6 мес; класса МГ - 8 мес; класса МГО - 1 год.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР, Министерством транспортного строительства СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 25.08.82 № 3367
Изменение № 2 принято Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 6 от 21.10.94)
Наименование государства | |
Азербайджанская Республика |
Азгосстандарт |
Республика Армения |
Армгосстандарт |
Республика Беларусь |
Госстандарт Беларуси |
Грузстандарт |
|
Республика Казахстан | |
Киргизская Республика |
Киргизстандарт |
Республика Молдова |
Молдовастандарт |
Российская Федерация |
Госстандарт России |
Республика Узбекистан |
Узгосстандарт |
Госстандарт Украины |
|
Изменение № 3 принято Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации |
|
(протокол № 17 от 22.06.2000) За принятие проголосовали: |
|
Наименование государства |
Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджанская Республика |
Азгосстандарт |
Республика Армения |
Армгосстандарт |
Республика Беларусь |
Госстандарт Республики Беларусь |
Республика Казахстан |
Госстандарт Республики Казахстан |
Кыргызская Республика |
Кыргызстандарт |
Республика Молдова |
Молдовастандарт |
Российская Федерация |
Госстандарт России |
Республика Таджикистан |
Таджикгосстандарт |
Туркменистан |
Главгосинспекция «Туркменстандартлары» |
Республика Узбекистан |
Узгосстандарт |
Госпотребстандарт Украины |
|
3. ВЗАМЕН ГОСТ 11955-74 |
|
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ |
|
Номер пункта, подпункта |
|
ГОСТ 1510-84 | |
ГОСТ 2517-85 | |
ГОСТ 4333-87 | |
ГОСТ 11503-74 | |
ГОСТ 11504-73 | |
ГОСТ 11506-73 | |
ГОСТ 11508-74 | |
ГОСТ 19433-88 | |
ГОСТ 22245-90 | |
5 Ограничение срока действия снято по протоколу |
№ 3-93 Межгосударственного совета по стандар- |
тизации, метрологии и сертификации (ИУС 5-6-93)
6. ИЗДАНИЕ (октябрь 2009 г.) с Изменениями № 1,2, 3, утвержденными в декабре 1987 г., августе 1995 г., октябре 2000 г. (ИУС 4-88, 10-95, 12-2000), Поправкой (ИУС 1-2006)
Редактор Н.В. Таланова Технический редактор Н. С. Гришанова Корректор А. С. Черноусова Компьютерная верстка И.А. Налейкиной
Подписано в печать 15.12.2009. Формат 60 х 84 1 /%. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Усл.печ.л. 0,93. Уч.-изд.л. 0,55. Тираж 69 экз. Зак. 762.
ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 123995 Москва, Гранатный пер., 4.
Набрано во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» на ПЭВМ.
Отпечатано в филиале ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» - тип. «Московский печатник», 105062 Москва, Лялин пер., 6.
Федеральное агентство по образованию Московская государственная академия тонкой химической
технологии им. М.В. Ломоносова
Кафедра технологии нефтехимического синтеза и искусственного жидкого топлива им. А.Н. Башкирова
Лихтерова Н.М., Николаев А.И.
СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК.
Методические указания для выполнения лабораторных работ
Москва, 2008
ББК 35.514я73 УДК 541,127:665.642
Лихтерова Н.М., Николаев А.И.
БИТУМЫ. СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК.
Методические указания для выполнения лабораторных работ М, МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008, 35с.
Пособие содержит раздел посвященный свойствам битумов, а также раздел, в котором представлены методы определения физикомеханических характеристик, определяющих эти свойства.
Предназначено для студентов 4 - 6 курсов, обучающихся по направлениям высшей инженерной школы 072000 «Стандартизация и сертификация», 250400 - «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов», а также по направлению магистратуры 550808 - «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов».
Рецензент: с.н.с. ЦКП МИТХТ им. М.В. Ломоносова, к.х.н. Городский С.Н.
© МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008
1. Нефтяные битумы | |
1.1. Свойства битумов | |
1.2. Сырье для производства нефтяных битумов | |
2. Современные отечественные нефтяные битумы | |
3. Экспериментальные методы определения физико- | |
химических характеристик нефтяных битумов | |
3.1. Метод определения глубины проникновения иглы | |
согласно ГОСТ 11501-78 | |
3.2. Метод определения температуры размягчения по | |
кольцу и шару согласно ГОСТ 11506-73 | |
3.3. Метод определения температуры хрупкости по Фраасу | |
согласно ГОСТ 11507-78 | |
3.4. Метод определения изменения массы после прогрева | |
согласно ГОСТ 18180-72 | |
3.5. Метод определения растяжимости согласно ГОСТ 111505-75 | |
4. Расчетные методы определения физико-механических | |
характеристик битумов |
1. Нефтяные битумы.
Природные битумы известны человечеству уже много тысяч лет. Помимо природного происхождения битумы могут быть получены в результате переработки нефти, сланцев, торфа и углей. В XX столетии с развитием нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности возросло производство и потребление битумов получаемых на основе нефтяного сырья. Область их применения достаточно широка. Так они используются в качестве строительных и гидроизолирующих материалов при строительстве фундаментов зданий и кровель (изоляционные и кровельные битумы), связующего вещества при прокладке дорог (дорожные битумы) и т.д. Следует отметить, что для успешного применения битумов они должны обладать определенным набором свойств.
1.1. Свойства битумов. 1.1.1. Вязкость.
При высоких температурах битумы приближаются по своим свойствам к жидкости, а при низких приобретают свойства твердого тела. Для дорожных битумов вязкость как показатель эксплуатационных свойств важна в двух случаях. В период смешения битумов с минеральными материалами они должны иметь достаточно низкую вязкость, чтобы обеспечить легкость и эффективность смешения и укладки смеси в покрытие. В процессе работы дорожного покрытия битум должен обладать очень высокой вязкостью при повышенных температурах, обеспечивающей ему необходимую прочность. Поэтому вязкость является одной из основных характеристик структурномеханических свойств битумов. Вязкость битумов изменяется в широких пределах в зависимости от химического состава и температуры. Значительное влияние на вязкость битума оказывает количественное соотношение асфальтенов и масел. С увеличением количества асфальтенов вязкость повышается. Для повышения долговечности дорожного покрытия важно, чтобы вязкость битума в меньшей степени изменялась в интервале температур, при которых эксплуатируется покрытие.
Маркировочным признаком вязких дорожных битумов, косвенно определяющим их вязкость, служит показатель глубины проникания иглы (пенетрации) в битум при температуре 25 и 0°С. Чем больше содержание асфальтенов в битуме, тем меньше глубина проникновения иглы. Глубина проникания иглы косвенно характеризует такие эксплуатационные качества битума, как твердость, прочность и теплостойкость.
Маркировочным признаком жидких дорожных битумов служит показатель условной вязкости, характеризуемый временем истечения в
секундах 50 мл битума через отверстие 5 мм при температуре 60°С и определяемый с помощью стандартного вискозиметра.
1.1.2. Температура размягчения.
Температуру, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое, условно называют температурой размягчения. Температура размягчения является также условным показателем вязкости битумов при более высоких температурах. Более вязкие битумы имеют более высокую температуру размягчения. При одинаковой глубине проникания иглы битумы с более высокой температурой размягчения являются и более теплостойкими. Битумы с низкой температурой размягчения обладают низкой прочностью при повышенной температуре.
Температура размягчения зависит от состава битума. Она тем выше, чем больше отношение содержания асфальтенов к содержанию жидких компонентов битума - смол и масел.
Для качества битума большое значение имеет соотношение между показателем глубины проникания иглы и температурой размягчения. Более ценными являются битумы, у которых при данной температуре размягчения более высокий показатель глубины проникания иглы. Это означает относительно меньшую восприимчивость битумов к изменению температуры.
Таким образом, вязкость битумов оказывает существенное влияние на свойства асфальтобетонной смеси в процессе перемешивания, укладки и уплотнения, а также на строительно-технические свойства асфальтобетона. Большая вязкость битумов увеличивает прочность, водостойкость и теплостойкость асфальтобетона, но битумы с повышенной вязкостью хуже обволакивают поверхность минеральных материалов, поэтому битумы следует применять с определенной вязкостью и при определенных температурах нагрева с учетом климатических условий района строительства, вида, марки и типа асфальтобетона, категории автомобильной дороги.
Это показатель служит для эксплуатационной оценки битумов и связывает показатели температуры размягчения и глубины проникания иглы. Индекс пенетрации (И.П .) выражают в виде отвлеченного числа, определяемого по формуле:
И . П .= 1 + 30 50 А − 10
А = 2,9031− lgП
Т − 25
где П - глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм;
Т - температура размягчения, °С.
Индекс пенепрации характеризует колойдные свойства битумов, их пластические свойства и зависимость их от температуры.
По индексу пенитрации битумы разделяют на три группы:
1. битумы и ИП 2 (золь), не имеющие дисперсной фазы или содержащие сильно пентизированные асфальтены (битумы из крекингостатков или пеки из каменноугольной смолы). Эластичность таких битумов (дуктильность при 25° С) близка к нулю;
2. битумы и ИП от -2 до +2 (золь-гель) имеются элементы для образования пространственного коагуляциононого каркаса с прослойками дисперсной среды, препятствующей старению битума (битумы для дорожного строительства);
3. битумы с ИП 2 являющимися гелями и склонны к старению. Требования современного ГОСТа 22245-90 для вязких дорожных
битумов предусматривает изменение ИП от -1 до +1.
1.1.4. Растяжимость.
Растяжимость битумов оценивается по их способности растягиваться в нить определенной длины под влиянием нагрузки.
Растяжимость битумов зависит от их температуры, группового состава и структуры. Битумы с большим содержанием смол при оптимальном содержании масел и асфальтенов имеют большую пластичность. С повышением температуры растяжимость битумов увеличивается. Битумы, имеющие большую глубину проникания иглы, имеют и большую растяжимость. С увеличением содержания в битумах твердых парафинов растяжимость битумов уменьшается.
Растяжимость битумов косвенно характеризует сцепление их с минеральными материалами. С повышением растяжимости сцепление битумов с минеральными материалами повышается, что объясняется значительным содержанием в битумах ароматических соединений и смол. Растяжимость битумов при 25° С характеризует также степень структурированности битума и тип его дисперсной структуры.
С растяжимостью битума при низких температурах тесно связано одно из важнейших свойств асфальтобетона - его деформативная способность при низких температурах эксплуатации. Недостаточная деформативная способность приводит к быстрому разрушению асфальтобетона в покрытиях появляются трещины. Повышение растяжимости битумов при отрицательных температурах - важнейшая задача исследователей и инженеров.
1.1.5. Температура хрупкости.
Низшая температура, при которой битум в данных условиях испытания теряет вязкопластические свойства и становится хрупким, называется температурой хрупкости.
Температура хрупкости является одним из важнейших показателей качества дорожных, кровельных и ряда других битумов, характеризующих работу битумосодержащих материалов при низких температурах. Желательна возможно более низкая температура хрупкости битума, так как такой битум имеет лучшие пластические свойства, а дорожное или кровельное покрытия лучше работают в условиях сурового климата и холодной погоды. Покрытия из битума с высокой температурой хрупкости при низких температурах выкрашиваются, дают трещины и быстро разрушаются.
Наличие парафино-нафтеновых и моноциклических ароматических соединений обуславливает низкую температуру хрупкости, битумов.
Величину температурного интервала между температурой размягчения и температурой хрупкости называют интервалом пластичности. Битумы с широким интервалом пластичности (более 70°С) обладают повышенной деформационной способностью, стойкостью к образованию трещин при низких температурах и стойкостью против сдвига три повышенных летних температурах. Чем больше величина температурного интервала, в котором битум находится в упруговязком состоянии, тем лучше его эксплуатационные свойства. Такой битум обычно проявляет также хорошее сцепление с поверхностью минерального материала.
1.1.6. Сцепление с поверхностью минеральных материалов
(адгезия).
Способность битумов к прочному сцеплению с поверхностью минеральных частиц предотвращает выкрашивание минерального материала из монолита дорожного покрытия и обеспечивает его морозо- и водостойкость.
Сцепление битумов с минеральным материалом зависит от свойств битумов и минеральных материалов, а также от внешних условий, в которых проводится смешение и работает дорожное покрытие.
Сцепление битумов определяется полярностью молекул компонентов смеси. В битуме значительной полярностью обладают молекулы асфальтенов и асфальтотеновых кислот и их ангидридов.
Битумы хорошо сцепляются с поверхностью минеральных материалов карбонатных и основных горных пород и плохо - с поверхностью минеральных материалов кислых (содержание SiO2 более 65%) горных пород (гранит).
Сцепление битума повышается с увеличением температуры, а наличие влаги на поверхности минерального материала резко снижает сцепление битума.
К водорастворимым соединениям относятся соединения, извлекаемые водой в виде раствора или выделяющиеся из битума в виде эмульсий. Как правило, это низкомолекулярные соединения (кислоты или щелочи) и некоторые соли органических кислот.
Наличие в битуме водорастворимых соединений приводит к тому, что при контакте битума с водой происходит экстракция этих веществ. Процесс вымывания отдельных компонентов из состава, битумного вяжущего способствует образованию микротрещин (пустот) в дорожном покрытии, что в свою очередь в зимнее время приводит к его разрушению за счет расклинивающего эффекта воды в кристаллическом состоянии. Минеральный материал при этом может обнажаться, а затем выкрашиваться из дорожного покрытия.
1.1.8. Старение.
Старением принято называть совокупность необратимых изменений химического состава, структуры и свойств битумов, происходящих при воздействии на битумы различных факторов - температуры, света, воздуха, воды, минеральных материалов и механических нагрузок.
В результате старения битумы повышают свою вязкость и хрупкость. Увеличение вязкости происходит за счет изменения группового состава битумов - смолы переходят в асфальтены, асфальтены частично превращаются в карбены и карбоиды, снижается содержание ароматических соединений. При длительном хранении битума на открытом воздухе на его поверхности в результате окисления появляются трещины, шелушение, ухудшается прилипаемость к минеральным материалам. Такие изменения физических свойств и химического состава битумов связаны преимущественно с происходящими в битумах процессами окисления и полимеризации и в меньшей степени зависят от испарения легких фракций.
Характеристикой стойкости битумов против старения (стабильности) в условиях продолжительного хранения при повышенных температурах является повышение температуры размягчения после прогрева.
Битумы с большей начальной вязкостью подвержены меньшим изменениям от действия атмосферных факторов, чем битумы с меньшей начальной вязкостью. Интенсивность старения возрастает у битумов при их нагреве в присутствии минеральных материалов, выполняющих роль катализаторов. Также на интенсивность старения битума в асфальтобетонном покрытии существенное влияние оказывает объем и структура пор асфальтобетона. Большой объем открытых
9 (сообщающихся) пор, способствующих усиленной циркуляции воздуха и воды, интенсифицирует процессы старения битума. В плотных асфальтобетонах, характеризующихся замкнутыми порами, старение битума менее интенсивно. Интенсивность старения битумов тем больше, чем тоньше слой асфальтобетона.
1.1.9. Пожаробезопасность битумов.
При нагреве битумов выделяются газообразные продукты, которые в присутствии открытого пламени могут вспыхнуть. Для предохранения битумов от возгорания при их изготовлении и применении необходимо учитывать температуры вспышки и самовоспламенения.
Температурой вспышки называют температуру, при которой газообразные продукты нагреваемого битума образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.
Температурой самовоспламенения называют температуру газообразных продуктов, выделяющихся из нагретого битума, которые при смешивании с воздухом после зажигания горят не менее 5 с.
На практике по величине температуры вспышки и самовоспламенения судят о пожароопасности и ожидаемых потерях от испарения битумов.
1.2. Сырье для производства нефтяных битумов.
Основным сырьем для производства битумов являются остатки вакуумной перегонки нефти - гудроны, а также побочные продукты масляного производства - асфальты деасфальтизации, то есть асфальтосмолистые вещества, осаждаемые из гудронов, как правило, жидким пропаном. Их называют также осажденными битумами. В некоторых случаях для производства битумов применяют крекинг-остатки установки термического крекинга.
Следует отметить, что для получения качественных битумов, обладающих высокой термоустойчивостью, хорошими связующими свойствами, целесообразно применять гудроны тяжелых нефтей нафтеноароматического основания, содержащие много асфальтосмолистых веществ. Однако для производства битумов в широком масштабе приходится использовать нефти массовой добычи. Так, например, была изучена возможность получения битумов из нефтей, характеристики которых представлены в таблице 1, 22 месторождений Туркменистана.
Таблица 1 Состав нефтей месторождений Туркменистана.
Месторождения нефтей | |||||||||||||||||||||||||||
Котур - Тепе | |||||||||||||||||||||||||||
Котур - Тепе | Комсомоль | ||||||||||||||||||||||||||
Зап. Челекен | Дагад-жик | Западное | Центральное | Восточное | Овал -Товал | Барса-Гелмес | Западный | Централ ьный |
|||||||||||||||||||
Парафина | |||||||||||||||||||||||||||
Асфальтенов | |||||||||||||||||||||||||||
Продолжение таблицы 1 |
|||||||||||||||||||||||||||
Месторождения нефтей | |||||||||||||||||||||||||||
Котур - Тепе | |||||||||||||||||||||||||||
Прибалханский | Гограньдаг - | ||||||||||||||||||||||||||
Западный | Восточный | Бурунс-кая | Монжук лы | Камыш-лыджа | Карадаш ли | ||||||||||||||||||||||
Парафина | |||||||||||||||||||||||||||
асфальтенов | |||||||||||||||||||||||||||
Используя классификацию нефтей, разработанную институтом БашНИИНП (классификация 1), по содержанию в ней асфальтенов (А), смол (С) и парафинов (П) были получены результаты представленные в