Глущенко В.Н., Полтавцев А.П. Органические вяжущие вещества. Нефтяные битумы - файл n1.doc

Глущенко В.Н., Полтавцев А.П. Органические вяжущие вещества. Нефтяные битумы
скачать (340 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc340kb.21.10.2012 21:54скачать

n1.doc

МИНИСТЕРСТРО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИДНЕПРОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРА


Методические указания к учебно-исследовательской работе по курсу «Строительное материаловедение» "Органические вяжущие вещества.

Нефтяные битумы".
Для студентов строительных специальностей

Днепропетровск ПГАСиА 2000


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ "СТРОИТЕЛЬНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ" "ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА». НЕФТЯНЫЕ БИТУШ» /по курсу «Строительное материаловедение:


Утверждено на заседании

кафедры строительных материалов

Протокол №8 от 21.01.2000 г.

Днепропетровск ПГАСиА 2000


Методические указания к учебно исследовательской лабораторной работе "Органические вяжущие вещества".Нефтяные битумы"./по курсу "Строительное материаловедение:../Состав.В.Н.Глущенко.А.П.Полтавцев Дненропетровск.ПГАСиА.IЗс.
Определение битума, его классификация, марки.

Битумами называются сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных, т.е. соединений с серой, азотом, кислородом.

Битумы классифицируются:1.По происхождению- на природное и искусственные (нефтяные); 2.По консистенции (при Т=18°С) на твердые, полутвердые и жидкие ;3. По назначению- на дорожные, строи­тельные. кровельные, изоляционные.

Установление марки битума зависит от подтверждения опытным путем следующих характеристик, приведенных в таблице I.

Таблица I

Основные требования к нефтяным битумам

Марка


температура

розмягчения




Температура хрупкости



не более


Температура вспышки



Не менее


Глубина проникновения иглы

0.1 мм (градус) при

Растяжимость, см. , не менее


298к

(25°С)



273к (08C)

при

298к (258C)


при

273к (0°С)

НЕФТЯНЫЕ ДОРОЖНЫЕ ВЯЗКИЕ БИТУМЫ ГОСТ 22245-90


БНД
















200/300


308/35


253/(-20)


473/200


200-300


45


-


20


БНД130/200


313/40


255/(-I8)


493/220


131-200


35


65


6


БНД 90/I30


318/45


256/(-I7)


493/220


9I-130


28


60


4,2


БНД 60/90


321/48

258/(-15)


493/220


61-90


20


50


3,5


БНД 40/6O


325/52


263/(-IO)


493/220


40-60


13


40


-


СТРОИТЕЛЬНЫЕ БИТУМЫ ГОСТ 6617-76

БН 50/50


323/50


-


504/231


41-60


-


40


-


БН 70/30


343/70


-


503/230


70-30


-


3


-


БН 90/10


363/9O


-


513/240


5-20


-


I


-


КРОВКЛЬНЫЕ БИТУМЫ ГОСТ 9548-74

БНК 45/180


313-323

(40-50)


-


513/240


I40-220


0 -


-


-


БНК 90/40


358-368

(85-95)


253/(-20)


513/240


35-45


-


-


-


БНК 9О/30


358-368

(85-95)


263/(-IO)


513/240


25-35


-


-


-


ИЗОЛЯЦИОННЫЕ БИТУМЫ ГОСТ 9812-74

БНИ-IУ-3

338/65


-


50З/230


30-50


15


4


_


БНИ-IУ

348/75


-


503/230


25-40


12


3


_


БНИ-У


363/90


-


503/230


20


9


2


-


Плотность битумов всех марок должна бить около I г/ом3. Битумы не должны содержать водорастворимых кислот и щелочей, в них допус­кается присутствие следов воды.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ


I. Глубина проникания иглы ГОСТ 11501-78

Глубину проникания иглы определяют специальным прибором (пене­трометром), погружая стальную иглу в напитываемый матерная (рис.1 ). Глубину погружения иглы выражают в градусах, определяемых по шкале пенетрометра, причем каждый градус диска соответствует опусканию иглы на 0.1 мм.

Для испытания предварительно обезвоженный образец битума расп­лавляют на песчаной бане в сушильном шкафу. Расплавленный битум на­ливают в металлическую чашечку (диаметр 55мм. высота 45 мм) на высоту не менее 30 мм, охлаждают в течение I ч при температуре 18...20 °С и до испытания помещают в ванну с температурой воды 25 °С на I ч. После приобретения битумом температуры воды чашку вынимают из ванны и помещают в кристаллизатор (плоский сосуд) с водой тем­пературой 25 °С (вода должна покрывать образец), и ставят на столик пенетрометра. После этого подводят острие иглы к поверхности битума. а контактную рейку опускают до соприкосновения с верхней частью игло­держателя и отмечают положение стрелки на шкале. Одновременно пус­кают в ход секундомер и нажимают кнопку, давая игле свободно входить в испытываемый битум в течение 5 с, затем кнопку отпускают. После этою доводят контактную рейку вновь до верхнего конца иглодержателя и отмечают второе положение стрелки на шкале. Разность второго и первого отсчетов дает показатель глубины проникания в градусах (десятых долях миллиметра).



Определение повторяют 3 раза в различных точках поверхности образца битума, отстоящих не менее чем на I см от края чашки и друг от друга. Среднее из трех определений дает значение глубины прони­кания. После каждого определения иглу очищают от приставшего битума тканью, смоченной бензолом, бензином или скипидаром.

Рис. I.

Пенетрометр: I - штатив; 2 - диск с циферблатом;

3 - зажимное устройство; 4 - зеркало; 5 - игла:

6 - испытываемый битум; 7 - сосуд с водой: 8 - столик

2. Растяжимость битумов ГОСТ 11505-75


Растяжимость битумов определяют в дуктилометре (рис. 2). кото­рый представляет собой деревянный ящик I, покрытий внутри оцинкован­ной жестью и снабженный двумя кремальерами 3. По кремальерам двигаются салазки 4, движение которым передается, или от маховичка 2 или от электромотора. Ящик снабжен шкалой 6, по кото­рой скользит указатель, прик­репленный к салазкам. Растяже­ние производят со скоростью 5 см/мин. Разборная латунная форма, имеющая вид восьмерки, состоит из четырех отдельных частей (рис. 3). Площадь наи­меньшего поперечного сечения (шейки) формы 1см2
Рис.2.

Дуктилометр:

I – деревянный ящик; 2 - маховичок;

3 - кремальеры; 4 - салазки;

5 - испытываемый образец;

6 - шкала


Растяжимость определяют следующим образом. Обезвоженный и расплавленный битум наливают в формы, по­мешенные на металли­ческой пластинке, с небольшим избытком. Перед заливкой плас­тинку и боковины форм во избежание прилипа­ния к ним битума смазы­вают смесью талька с глицерином или покры­вают промасленной па­пиросной бумагой. После заливки формы охлаждают на воздухе при тем­пературе 18...20 °С в течение 30 мин, горячим острым ножом срезают избыток битума в два приема от середины формы к краям. Срезав избы­ток битума, образцы помещают в воду (25 °С) на I ч 30 мин, следя за тем, чтобы температура была постоянной. После этого образцы снимают с пластинки и закрепляют на дуктилометре, надевая кольца форм на штифты его салазок, а затем отнимают боковые части форм. Предваритель­но в дуктилометр наливают воду, которая должна покрывать формы с образцами не

менее чем 2.5 см. Температура воды 25 °С.

Рис. 3. Форма для испытания образцов

биту­мов на растяжение
После удаления боковых форм включают электромотор или начинают вращать маховичок, растягивая битум со скоростью 5 см/мин.

В момент разрыва битумной нити отмечают увеличение длины образца по шкале, которая принимается за меру растяжимости битума. Испытанию подвергают 3 абзаца, в качестве окончательного результата берут среднее из трех показателей.


3. Температура размягчения битума ГOCT 11506-73
Температуру размягчения битума определяют на приборе "Кольцо и шар" (рис. 4), который состоит из трех металлических дисков, скрепленных между собой тре­мя стержнями. Расстояние между нижним и средним дис­ками 25,4 мм. Средний диск имеет 4 отверстия, в кото­рые вставляются латунные кольца с внутренним диамет­ром 15,88 мм, высотой 6,25 мм и толщиной стенок 2,38 мм. В центре верхнего диска имеется отверстие для термометра.

Ртутный шарик термо­метра во время опыта должен находиться в центре второго диска.

Перед началом испыта­ния поверхность металличес­кой или стеклянной пластинки смазывают смесью талька с глицерином (1:3) или од­ним глицерином, кладут на пластинку

кольца и заливают их расплавленным битумом с избытком. После охлаждения колец с битумом (примерно через 30 мин) избыток битума срезают горячим ножом вровень с краями кольца. Затем кольца вставляют в отверстия среднего диска и прибор помещают в химический стакан, наполненный свежепрокипяченной водой о температурой +5°С и выдер­живают там в течение 15 мин. Уровень воды в стакане должен быть выше поверхности битума в кольцах не меньше чем на 5 см. Если ожидаемая температура размягчения битума выше 80 °С, вместо воды в химический стакан наливают глицерин и кольца с битумом перед ис­пытанием выдерживают 15 мин при температуре 32 °С. После этого прибор из стакана вынимают и в центре каждого кольца на поверхность битума кладут стальной шарик диаметром 9,53 мм и массой 3,5 г. Прибор опять помещают в стакан, который ставят на плитку или спир­товку, предварительно покрытую асбестовой сеткой. Скорость подъема температуры воды (через 3 мин) должна составлять

5 °С/мин.

Рис.4. Прибор "Кольцо и шар":

I - шар; 2,4 - битум; 3 - кольцо;

5 - термометр; 6 - спиртовка
При нагревании воды битум размягчается и под действием стального шарика, а также собственной массы вытекает из кольца. Температу­ру, при которой деформирующийся битум коснется нижней пластинки прибора, принимают за температуру размягчения битума. Наблюдения ведут одновременно за двумя кольцами.

За расчетную температуру размягчения принимают среднее из двух определений, если разница между ними не превышает I °С.


4. Температура вспышки
Температурой вспышки называют температуру, при которой газо­образные продукты, выделяющиеся из битума при нагревании, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую на короткое время при поднесении к ней пламени. Температура вспышки характеризует огнестойкость битума и имеет значение для своевременного предохранения от возможных

по­жаров и несчастных случаев.
Температуру вспышки определяют стандартным прибором Мартенс - Пенского.

Из воздушной ванны прибора вынимают латунный резервуар, снимают крышку и тщательно промывают как резервуар, тек и крышку с заслонкой и мешалкой бензином, затем протирают тканью или ватой и высушивают над пламенем спиртовой горелки. После подготовки резервуара в него наливают испытываемый продукт до уступа, образованного внутри резер­вуара посредством расточки, закрывают крышкой, предварительно хорошо промытой бензином, протертой и тщательно высушенной. Вставляют в тубус крышки ртутный термометр, входящий в комплект прибора. Резервуар помещают в воздушную ванну между тремя ограниченными винтами в корпусе прибора.

После сборки прибора в горелку наливают спирт, зажигают ее или включают прибор для обогрева, испытываемого материала.

Сначала температуру испытываемого материала можно повышать быстро и когда она достигнет температуры на 20 С ниже предлагаемой температуры вспышки, нагревание ведут так, чтобы скорость подъема температуры было 4 С/мин. В это время начинают проводить испытание через каждые 2 °С, а за 5 °С до ожидаемой вспышки - через I С. С момента включения прибора в сеть (при нагревании) испытываемый продукт следует перемешивать вращением конца ручкой пружины гибкой передачи, соединенной с мешалкой. Только в момент испытания на вспышку перемешивание прекращают.

Для определения температуры вспышки поворачивают головку пру­жинного рычага, который отодвигает заслонку в крышке, открывают от­верстие в крышке. При этом сопло горелки наклоняется в отверстие.

Диаметр пламени 3...4 мм. Отверстие в крышке должно открываться на I с. Посла вспышки температура обыкновенно сразу повышается на несколько градусов, поэтому руководствуются предыдущим показанием термометра. Отметив эту температуру, опыт повторяют снова, вынув латунный резервуар особам крючком, прилагаемым к прибору.

Для повторных определений необходимо брать новую порцию битума, так как бывший в употреблении теряет часть своих летучих фракций. Допускаемые расхождения между определениями температуры 2...3 °С.

Битум для испытаний должен быть тщательно просушен при темпе­ратуре 105...110 °С, так как вода, присутствующая в битуме, испаряет­ся в процессе испытания и насыщает пространство над битумом, вытес­няет воздух и горячие пары. При испытании это обнаруживается не слишком частым погасанием пламени горелки.

5. Плотность битума.
Плотность битума определяют пикнометрическим методом. Перед применением пикнометра для определения плотности битума необходимо знать его "водное число", под которым принимают массу воды в объеме пикнометра при температуре испытания.

Пикнометр тщательно последовательно промывают хромовой смесью. дистиллированной водой, спиртом, просушивают продуванием воздуха и взвешивают с точностью до 0.001 г(м1).

С помощью пипетки наполняют пикнометр дистиллированной водой и помешают в термостат или баню с температурой 20°С на 30 мин. После этого из пикнометра отбирают избыток воды с помощью пипетки, отсчитывают уровень по нижнему краю мениски, вытирают шейку пикнометра изнутри и закрывают пробкой. Затем вытирают пикнометр снаружи и взвешивают с той же точностью (м2) . Водное число определяют как разность масс наполненного водой и чистого сухого пикнометра

М=М1 – М2


Чистый высушенный пикнометр примерно наполовину наполняют мел­кими кусочками испытываемого битума, недопуская загрязнения стенок и горлышка. Затем помещают пикнометр в термостат и выдерживают его там в течение 30 мин при температуре около 100 °С до полного рас плавления битума и удаления пузырьков воздуха.

Охлаждают пикнометр в водяном термостате или водяной бане при температуре до 20°С, а затем закрывают пробкой, обтирают снаружи и взвешивают на аналитических весах (М3). После этого заливают в пик­нометр дистиллированную воду с температурой 20+2 °С, выдерживают в термостате при 20 °С до тех пор пока уровень мениска не перестанет изменяться. Избыток воды отбирают пипеткой; вытирают пикнометр и взвешивают (М4). Плотность битума вычисляется с точностью до 0.001 г/см3



Зная водное число пикнометра, плотность определяют по формуле:



Полученное значение плотности битума должно быть приведено к плотности воды при температуре 4 °С



где 0,9982 - плотность воды при температуре 20 °С.
Если температура битума при испытании была больше или меньше 20 °С, плотность



где к - средняя температурная поправка на плотность, определяемая в зависимости от плотности битума по табл. 2.


Таблица 2

Средние температурные поправки К при вычислении плотности битума
Плотность



К




Плотность




К

0.90...0.91


0.000633


0.96...0.97


0.000554


0.91...0.92


0.000620 '


0.97...0.98


0.000541


0.92...0.93


O.000607


0.98...0.99


0.000528


0.93...0.94


0.000594


0.99...1.00


0.000515


0.92...0.95


0.000581


1.00...1.10


0.000502


0.95...0.96


0.000567


1,10...1.20


0.000489


Плотность битума может быть определена следующим простым ме­тодом. В мензурку наливают воду, предварительно прокипяченную для удаления воздуха. Затем из битума изготавливают шарик диаметром 5...10 мм и погружают его в мензурку. Если плотность битума боль­ше единицы, шарик тонет в воде. Добавляя постепенно к воде поварен­ную соль и интенсивно помешивая стеклянной палочкой, увеличивают плотность воды до тех пор, пока шарик битума не всплывет. Это про­изойдет тогда, когда плотность жидкости в мензурке будет равна плот­ности битума. Плотность жидкости определяют ареометром и принимают за плотность битума. Если плотность битума меньше единицы, вместо поваренной соли в воду добавляют спирт. Приставшие к битуму пузырьки воздуха необходимо тщательно удалять, сбивая их стеклянной палочкой, так как они искажают результаты испытаний.
Учебно-исследовательская работа
Исследование зависимости температуры размягчения смеси битума разных марок от их количественного соотношения.

При наличии битума известных марок его содержание в смеси





где Б, Бм - массовая доля в смеси соответственно более и менее тугоплавкого битума, %;t, t1, t2, - температура размягчения соот­ветственно смеси битумов, более тугоплавкого и менее тугоплавкого битумов,°С.
Посла расчета битумной смеси, её приготавливают и прове­ряют на температуру размягчения.
Температуру размягчения определяют по методу "Кольцо и шар". Каждое звено студентов приготавливают смесь битумов с определен­ной температурой размягчения.

На основании полученных всеми звеньями температур размягчения строят график зависимости температуры размягчения битумов от их количественного соотношения.
НЕКОТОРЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БИТУМАХ
Элементарный состав битумов колеблется в пределах, % : углерода 70-80, водорода 10-15, серы 2-9, кислорода 1-5, азота 0-2. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов C9Н20 до С30 Н20 и их соединений с серой, кислородом, азотом. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смола и масляные фракции: масла (45-65%); смолы (15-30%), асфальтены (10-30%). Масла - вязкие жидкости, состоящие из смесей углеводородов с молекулярной массой 300-500, смолы - вязкопластичные высокомолекулярные вещества, включающие углеводороды с молекулярной массой 600-800, асфальтены - твердые хрупкие вещества с молекулярной массой 1000-5000 и выше. Кроме асфальтенов могут в небольшом количестве входить и другие твердые вещества: карбоны и карбоиды (1-2%), парафины (0,6-8%).
В состав битумов входят асфальтогеновые кислоты (до 1%)- смолообразные вещества, обладающие высокой полярностью и способ­ствующие более интенсивной адгезии битумов к каменным материалам.
Битумы являются гидрофобными веществами, образующие коллоид­ные системы мицеллярного строения. Мицелла-это частица коллоид­ного вещества, представляющая собой сложное новообразование, в котором дисперсная фаза (ядро частицы) находится в определенной физико-химической связи с окружающей средой. Через слой ионов - так называемую сольватную оболочку. В битумах ядрами мицелл являются частицы асфальтенов. Они стабилизированы адсорбированный слоен смол. Мицеллы суспэнзированы в масляной среде, в зависимости от их количества они могут быть как отдельными, так и связанными з цепочечные соединения.
От соотношения масел, смол и твердых компонентов зависит агрегатное состояние битумов. Контакт между мицеллами отсутствует при избыточном содержании масел, с повышением температуры мицеллы разрушаются.
В обоих случаях битумы находятся в жидком состоянии. Наоборот, с повышением концентрации дисперской фазы имеет место коагуляция, т.е. слипание частиц, что приводит к увеличению вязкости и твер­дению битумов. Переход системы в вязкое или твердое состояние идет также при охлаждении битумов постепенным выделением частиц наибольшей молекулярной массы, которая становится центром образования новыx мицелл. Высокой концентрации мицелл: вступают в непосредственный контакт и структура переходит в состояние геля, т.е. структурированной системы, образовавшейся в результате действия молекулярных сил сцепления между коллоидными частицами, поэтому битумы можно отнести к органическим коагуляционным вяжущим материа­лам.
По способу получения различают нефтяные битумы остаточной, окисленные, крекинг -битумы, компаундированные и битумы диасфальтизации. Исходными продуктами служит мазут, соляровое масло и гудрон.
В странах СНГ наиболее распространено производство окислен­ных битумов. В гудрон, протекающий по трубам, вздувается сильная струя воздуха, образующаяся битумная пена (эмульсия) окисляется в змееви­ке реактора. Преимуществом эмульсионных установок является малая длительность процесса окисления (10часов).
Значительное количество битума нефтеперерабатывающих заводах получают смешиванием (компаудированием) нефтяных продук­тов различной вязкости, таким образом легче обеспечить требуемые свойства битумов. Битумы диасфальтизации (экстрактные) получают осаждением асфальтосмолистые части гудронов пропаном и другими растворителям.
При разжижении вязких битумов жидкими нефтяными продуктами установленного фракционного состава с добавлением поверхностно - активных веществ получают жидкие нефтяные битумы. В зависимости от скорости формирования структуры жидкие битумы делят на три класса: ВГ - быстрогустеющие, СГ - густеющие со средней скоростью и МГ - медленногустеющие. Транспортируют битумы в железнодорожных или автомобильных цистернах, а также в специальных битумных полувагонах бункерах. Перед выгрузкой битума из цистерн его предварительно подогревают паром через змеевики. При выгрузке битума из бункерных вагонов пар пропускают между двойными стенками.
Тугоплавкие битумы перевозят в виде болванок на железнодорожных платформах.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации