Определение глубины проникания иглы

НЕФТЯНЫЕ БИТУМЫ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Методические указания к лабораторным работам

по курсу «Материаловедение»

для студентов по направлению 653500 «Строительство»

 

 

Электронное издание локального распространения

Одобрено

Редакционно-издательским

советом Саратовского

государственного

технического университета

 

 

Саратов – 2010

 

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

 

Составители: Мещеряков Дмитрий Васильевич, Тимохин Денис Константинович, Щукин Андрей Иванович.

 

 

Под редакцией Мещерякова Д.В.

 

Рецензент П.К. Желтов

 

 

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77. Научно-техническая библиотека СГТУ тел. 52-63-81, 52-56-01

http://lib.sstu.ru

 

 

Регистрационный

номер

 

© Саратовский государственный

технический университет, 2006

ВВЕДЕНИЕ

 

Полные испытания битумов включают определение глубины проникания иглы, условной вязкости на вискозиметре, растяжимости, температуры размягчения, температуры хрупкости, температуры вспышки, прочности сцепления с поверхностью минеральных материалов, содержание воды и водорастворимых соединений и др. В связи с ограниченным временем в лабораторную работу включено определение следующих показателей:

1) глубины проникания иглы – ГОСТ 11501-78

2) условной вязкости – ГОСТ 11503-74

3) растяжимости – ГОСТ 11505-75

4) температуры размягчения – ГОСТ 11506-73

 

Содержание и оформление отчета к работе

 

Отчет о работе составляется в тетради и включает: название работы, ее цель, основные понятия и описание хода выполнения работы, обработку результатов испытаний и выводы.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БИТУМАХ

 

Нефтяные битумы представляют собой дисперсную систему, состоящую из смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масляные фракции.

Твердая часть битума – это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000 – 5000, плотностью более 1, объединенные общим названием «асфальтены» и определяющие температурную устойчивость, вязкость и твердость битума, его клеящую способность. Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой 500 – 1000 и плотностью около 1, содержание их в битуме обуславливает его тягучесть и эластичность. Масляные фракции состоят из углеводородов с молекулярной массой 100 – 500 и плотностью менее 1, придают битуму подвижность и текучесть.

По основным строительным свойствам и их консистенции битумы и дегти условно делятся на следующие группы:

1. Твердые (только битумы), обладающие при температуре 20-25 ⁰С упругими у хрупкими свойствами, их рабочая температура в пределах

180-200 ⁰С.

2. Вязкие битумы и дегти, обладающие при температуре 20-25 ⁰С вязкими и пластичными свойствами. Они приобретают подвижность при температуре от 120 до 180 ⁰С.

3. Жидкие битумы и дегти – полужидкие материалы при температуре

20-25 ⁰С. Их применяют при температуре от 15 до 120 ⁰С, они обладают способностью загустевать по мере испарения летучих углеводородов, после чего приобретают свойства, близкие к вязким битумам и дегтям.

По назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные (вязкие и жидкие). Строительные битумы по ГОСТ 6617-76 выпускаются марок БН-50/50, БН-70/30, БН-90/10; кровельные – марок БНК-45/180, БНК-90/40, БНК-90/30; цифра в числителе характеризует температуру размягчения битума в ⁰С, а в знаменателе – глубину проникания иглы при 25 ⁰С в градусах пенетрации (10^{-1 мм).}

Вязкие дорожные нефтяные битумы (ГОСТ 22245-76) в зависимости от глубины проникания иглы изготавливают следующих марок: БНД-200/300, БНД-90/120, БНД-60/90, БНД-40/60, БН-200/300, БН-200/300, БН-130/200, БН-90/130, БН-60/90. жидкие битумы (ГОСТ 11955-82) в зависимости от скорости формирования структуры подразделяются на два класса, густеющие со средней скоростью (СГ) и медленногустеющие (МГ), полученные разжижением вязких дорожных битумов и полученные из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов (МГО). 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.

 

Требования по технике безопасности труда с битумом

 

Битум, нагретый до рабочей температуры (180 ⁰С), представляет большую опасность при работе с ним. Поэтому, при проведении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Все работы с горячими битумами должны выполнятся в вытяжном шкафу.

2. Не допускать случайного попадания воды в битум с температурой выше 100 ⁰С.

3. Для предотвращения ожогов в результате попадания горячего битума на открытые участки тела необходимо использовать средства защиты: халаты, фартуки, рукавицы.

4. Чтобы избежать воспламенения битума, подогрев его необходимо вести на закрытых плитах, с использованием песчаной бани, до температуры не выше температуры вспышки.

5. Загоревшийся битум необходимо гасить песком и подобными сыпучими материалами или специальными огнетушителями. Категорически запрещается гасить пламя водой.

6. При попадании горячего битума на кожу нельзя его отдирать и соскабливать. Удалять битум необходимо ватой или мягкой тканью, смоченной органическими растворителями. В качестве растворителя используются: медицинское вазелиновое масло, керосин, газойль.

7. Необходимо не допускать загрязнения битумом полов, мебели, лабораторного оборудования.

 

 

Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

Лабораторная работа № 3

Определение растяжимости

Сущность работы заключается в определении максимальной длины, на которую может растянуться без разрыва битум, залитый в форму, раздвигаемую с постоянной скоростью при заданной температуре на приборе дуктилометре.

Дуктилометр (рис.2) представляет собой пластмассовый или деревянный ящик, выложенный внутри оцинкованной жестью. Через всю его длину проходит червячный винт с салазками, который приводится в движение от мотора. На одной стороне прибора укреплена стойка с тремя штифтами, соответственно трем штифтам, имеющимся на салазках. На салазках укреплен указатель-стрелка, передвигающийся при движении салазок вдоль линейки. Скорость движения должна быть 5 см/мин.

По истечении 1 часа выдержки в воде при температуре 25 ⁰С форму с битумом вынимают из воды, снимают с пластин и закрепляют на штифты, находящиеся на салазках и на стойке дуктилометра. После этого отнимают боковые части форм. Затем включают мотор дуктилометра и наблюдают за растяжением битума.

 

 

 

Рис.2. Дуктилометр и форма для изготовления образцов:

1 – ящик; 2 – маховичок; 3 – подвижные салазки; 4 – шкала; 5 – неподвижные салазки; 6,7,9 – разборные части формы; 8 – битумный образец – восьмерка.

 

 

Оборудование и принадлежности

- Дуктилометр.

- Формы латунные для битума – «восьмерка».

- Термометр ртутный стеклянный (ГОСТ 215-73), с интервалом измеряемых температур 0-50 ⁰С, с ценой деления шкалы 0,5 ⁰С.

- Пластинка полированная металлическая или термостойкая стеклянная.

- Тальк (ГОСТ 19729-74) и глицерин (ГОСТ 6823-77).

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Формы с битумом, после выдержки в воде при температуре 25 ⁰С, снять с пластинки и закрепить в дуктилометре, надев кольца зажимов формы на штифты салазок и стойки.

2. Отнять боковые части форм.

3. Включить мотор дуктилометра и наблюдать за растяжением битума.

4. Отметить длину нити битума при растяжении в момент ее разрыва.

 

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

 

За растяжимость битума принимают длину нити битума в сантиметрах, отмеченную указателем в момент ее разрыва. За окончательный результат принимают среднее арифметическое значение трех параллельных определений. Результаты определения признаются достоверными (с 95 % - ной доверительной вероятностью), если расхождение между каждым определением и средним результатом на превышает значения, указанного в таблице:

 

Растяжимость при 25 0С, см	Сходимость, % от среднего результата
Св. 0 до 30	10
Св.30	10

 

 

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ РАЗМЯГЧЕНИЯ БИТУМА

 

Цель работы: ознакомиться с методикой определения температуры размягчения битума в соответствии с ГОСТ 11506-73.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 

Твердые и вязкие битумы при нагревании подобно термопластичным смолам постоянно размягчаются. Температура размягчения битумов существенно зависит от группового состава и характера структуры. С повышением содержания асфальтенов повышаются хрупкость и температура размягчения битумов. Определяют температуру размягчения по кольцу и шару от 25 до 200 ⁰С.

 

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

 

Подготовка материала

Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум наливают с некоторым избытком в два гладких или ступенчатых кольца, помещенные на пластинку, покрытую смесью талька с глицерином (1:3).

После охлаждения колец с битумом на воздухе в течение 30 минут при 25 ± 10 ⁰С избыток битума гладко срезают нагретым ножом вровень с краями колец.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. ГОСТ 11501-78. Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы.

2. ГОСТ 11503-74. Битумы нефтяные. Метод определения условной вязкости.

3. ГОСТ 11505-75. Битумы нефтяные. Метод определения растяжимости.

4. ГОСТ 11506-73. Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару.

5. Горчаков Г. И. и др. Строительные материалы. - М.: Высшая школа, 1986.

6. Комар А. Р. Строительные материалы. – М.: Высшая школа, 1982.

 

 

НЕФТЯНЫЕ БИТУМЫ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Методические указания к лабораторным работам

по курсу «Материаловедение»

для студентов по направлению 653500 «Строительство»

 

 

Электронное издание локального распространения

Одобрено

Редакционно-издательским

советом Саратовского

государственного

технического университета

 

 

Саратов – 2010

 

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

 

Составители: Мещеряков Дмитрий Васильевич, Тимохин Денис Константинович, Щукин Андрей Иванович.

 

 

Под редакцией Мещерякова Д.В.

 

Рецензент П.К. Желтов

 

 

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77. Научно-техническая библиотека СГТУ тел. 52-63-81, 52-56-01

http://lib.sstu.ru

 

 

Регистрационный

номер

 

© Саратовский государственный

технический университет, 2006

ВВЕДЕНИЕ

 

Полные испытания битумов включают определение глубины проникания иглы, условной вязкости на вискозиметре, растяжимости, температуры размягчения, температуры хрупкости, температуры вспышки, прочности сцепления с поверхностью минеральных материалов, содержание воды и водорастворимых соединений и др. В связи с ограниченным временем в лабораторную работу включено определение следующих показателей:

1) глубины проникания иглы – ГОСТ 11501-78

2) условной вязкости – ГОСТ 11503-74

3) растяжимости – ГОСТ 11505-75

4) температуры размягчения – ГОСТ 11506-73

 

Содержание и оформление отчета к работе

 

Отчет о работе составляется в тетради и включает: название работы, ее цель, основные понятия и описание хода выполнения работы, обработку результатов испытаний и выводы.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БИТУМАХ

 

Нефтяные битумы представляют собой дисперсную систему, состоящую из смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масляные фракции.

Твердая часть битума – это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000 – 5000, плотностью более 1, объединенные общим названием «асфальтены» и определяющие температурную устойчивость, вязкость и твердость битума, его клеящую способность. Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой 500 – 1000 и плотностью около 1, содержание их в битуме обуславливает его тягучесть и эластичность. Масляные фракции состоят из углеводородов с молекулярной массой 100 – 500 и плотностью менее 1, придают битуму подвижность и текучесть.

По основным строительным свойствам и их консистенции битумы и дегти условно делятся на следующие группы:

1. Твердые (только битумы), обладающие при температуре 20-25 ⁰С упругими у хрупкими свойствами, их рабочая температура в пределах

180-200 ⁰С.

2. Вязкие битумы и дегти, обладающие при температуре 20-25 ⁰С вязкими и пластичными свойствами. Они приобретают подвижность при температуре от 120 до 180 ⁰С.

3. Жидкие битумы и дегти – полужидкие материалы при температуре

20-25 ⁰С. Их применяют при температуре от 15 до 120 ⁰С, они обладают способностью загустевать по мере испарения летучих углеводородов, после чего приобретают свойства, близкие к вязким битумам и дегтям.

По назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные (вязкие и жидкие). Строительные битумы по ГОСТ 6617-76 выпускаются марок БН-50/50, БН-70/30, БН-90/10; кровельные – марок БНК-45/180, БНК-90/40, БНК-90/30; цифра в числителе характеризует температуру размягчения битума в ⁰С, а в знаменателе – глубину проникания иглы при 25 ⁰С в градусах пенетрации (10^{-1 мм).}

Вязкие дорожные нефтяные битумы (ГОСТ 22245-76) в зависимости от глубины проникания иглы изготавливают следующих марок: БНД-200/300, БНД-90/120, БНД-60/90, БНД-40/60, БН-200/300, БН-200/300, БН-130/200, БН-90/130, БН-60/90. жидкие битумы (ГОСТ 11955-82) в зависимости от скорости формирования структуры подразделяются на два класса, густеющие со средней скоростью (СГ) и медленногустеющие (МГ), полученные разжижением вязких дорожных битумов и полученные из остаточных или частично окисленных нефтепродуктов (МГО). 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.

 

Требования по технике безопасности труда с битумом

 

Битум, нагретый до рабочей температуры (180 ⁰С), представляет большую опасность при работе с ним. Поэтому, при проведении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

1. Все работы с горячими битумами должны выполнятся в вытяжном шкафу.

2. Не допускать случайного попадания воды в битум с температурой выше 100 ⁰С.

3. Для предотвращения ожогов в результате попадания горячего битума на открытые участки тела необходимо использовать средства защиты: халаты, фартуки, рукавицы.

4. Чтобы избежать воспламенения битума, подогрев его необходимо вести на закрытых плитах, с использованием песчаной бани, до температуры не выше температуры вспышки.

5. Загоревшийся битум необходимо гасить песком и подобными сыпучими материалами или специальными огнетушителями. Категорически запрещается гасить пламя водой.

6. При попадании горячего битума на кожу нельзя его отдирать и соскабливать. Удалять битум необходимо ватой или мягкой тканью, смоченной органическими растворителями. В качестве растворителя используются: медицинское вазелиновое масло, керосин, газойль.

7. Необходимо не допускать загрязнения битумом полов, мебели, лабораторного оборудования.

 

 

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ПРОНИКАНИЯ ИГЛЫ

Цель работы: ознакомиться с методикой определения вязкости битума по условному показателю – глубине погружения иглы (пенетрации) – в соответствии с требованиями ГОСТ 11501-78.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 

Вязкость – свойство материала оказывать сопротивление перемещению частиц под воздействием внешних сил. Вязкость битума зависит от температуры. При пониженных температурах вязкость битума велика, и он приобретает свойства твердого тела; с увеличением температуры вязкость уменьшается и битум переходит в жидкое состояние. Для характеристики вязкости битумов (вязких и твердых) пользуются условным показателем твердости – глубиной проникания иглы (пенетрацией). Вязкость жидких битумов определяют на стандартном вискозиметре по времени истечения порции битума при определенной температуре битума и диаметре отверстия прибора.

 

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

 

Подготовка материала: образцы битума обезвоживают нагреванием без перегрева до температуры на 90 ⁰С выше температуры размягчения, но не выше 100 ⁰С. Время нагревания битума – не более 30 минут. Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через металлическое сито и наливают в пенетрационную чашку так, чтобы поверхность битума была не более чем на 5 мм ниже верхнего края чашки.

Чашку с битумом охлаждают на воздухе при 18-30 ⁰С. Продолжительность охлаждения 60-90 минут. Затем чашку с битумом помещают на 60-90 минут в баню для термостатирования при заданной температуре испытания.