Вязкость битума. Определение вязкости битумов

Определение вязкости битумов в абсолютных единицах сопряжено с определенными трудностями. Для характеристики определение вязкости битумов приняты следующие условные показатели:

-глубина проникания иглы (пенетрация), определяемая специальным прибором пенетрометром;

-температура размягчения битума, определяемая по методу «шар и кольцо».

Вязкость битума и его характеристика по глубине погружения в испытуемый образец стандартной иглы широко применяется как в странах СНГ, так и за рубежом. Для этого испытания принимают такие стандартные условия: продолжительность погружения – 5 сек, нагрузка на иглу составляет100 г.  Измерение Глубины проникания производится в условных единицах – градусах пенетрации (рис.5.1). Определение вязкости битумов осуществляется при температуре битума +25°С. Чем больше вязкость битума, тем глубина проникания меньше. Для вязких дорожных битумов глубина проникания при температуре +25 оС лежит в пределах от 41 до 200 и больше.

Температура размягчения битума является также условным показателем, характеризующим  вязкость битума при более высоких температурах. Этот показатель, определяемый на приборе «кольцо и шар», получил также широкое распространение. Сущность этого определения заключается в следующем: кольцо определенной высоты и диаметра заполняется слоем битума, на который укладывается стальной шарик. Кольцо с битумом, погруженное в стакан с водой, нагревается со скоростью 5oС в минуту до тех пор, пока шарик не пройдет через кольцо.Температура битума, замеренная в этот момент, и принимается за температуру размягчения.

Температура размягчения вязких дорожных битумов колеблется в пределах от +25 до +50°С и выше.

Рис. Пенетрометр

Из сказанного видно, что оба основных показателя вязкости (глубина проникания и температура размягчения) характеризуют вязкость битума лишь при двух температурах (а для улучшенных марок при трех). Определить глубину проникания привысоких (положительных), а также и при низких (отрицательных) температурах нельзя. Определить вязкость битума, при повышенных температурах, когда он приобретает жидко-текучее состояние, можно по аналогии с определением вязкости жидких битумов–при помощи вискозиметров, о чём сказано ниже. Это определение принципиально отличается от определения глубины проникания, и поэтому получающиеся два показателя вязкости (при пониженных и повышенных температурах) трудно между собой связать. Таким образом, ни один из этих условных показателей вязкости не может быть применен к характеристике битума в широком температурном интервале. Это является большим недостатком применяемых способов определение вязкости битума.

Вязкость битума определяет свойства асфальтового бетона в весьма широком температурном интервале. Вязкость битума оказывает большое влияние на технологические свойства асфальтобетонной смеси – удобообрабатываемость в процессе перемешивания, а затем и во время укладки и уплотнения, т. е. в интервале температур от +70 до +170° С, а для смесей, применяемых в холодном или теплом состоянии, от +5 до+120°С.

От этого же свойства битума во многом зависят важнейшие эксплуатационные свойства асфальтового бетона: его поведение при высоких летних температурах (достигающих для верхнего слоя покрытия 50–60° С) и низких температурах в зимний период.

При получении устойчивого покрытия нужно, чтобы вязкость битума изменялась в промежутке температур, при которых протекает работа дорожных покрытий.

При оценке качества битума большое значение имеет соотношение между показателем глубины проникания и температурой размягчения. Исходя из условий работы в дорожном покрытии, более ценными являются битумы, у которых при данной температуре размягчения более высокий показатель глубины проникания. Это будет означать относительно меньшую восприимчивость битумов к изменению температуры.

Имеется ряд способов для характеристики температурной восприимчивости битумов. Пфейффер и Ван-Доормалл предложили в качестве критерия температурной восприимчивости определять так называемый индекс пенетрации, исходя из соотношения глубины проникания и температуры размягчения. Исходными положениями, принятыми авторами этого метода, являются следующие:

а) наличие линейной зависимости логарифма пенетрации от 5, температуры (в интервале до 60° С);

б) в качестве эталонного принят мексиканский битум с показателями вязкости: температура размягчения по методу «шар и кольцо» – 40°С, глубина проникания при температуре +25°С – 200. Такой битум, как и ряд других мексиканских битумов, при температуре, соответствующей температуре размягчения, имеет глубину проникания 800.

Исходя из указанных условий, получено следующее выражение для коэффициента температурной восприимчивости:

На рисунке ниже приведена номограмма для определения индекса пенетрации. Для указанного выше эталонного мексиканского битума индекс пенетрации – 0. Битумы, обладающие большей температурной восприимчивостью по сравнению с эталонным, имеют индекс пенетрации со знаком минус. Битумы с меньшей температурной восприимчивостью характеризуются индексом пенетрации со знаком плюс.

Рис. Номограмма для определения индекса пенетрации.

Кроме рассмотренных выше двух характеристик вязкости, существует и ряд других. В частности, большое значение имеют характеристики вязкости при пониженных или отрицательных температурах. Одной из таких характеристик является температура хрупкости, определяемая на приборе Фрааса. (рис. 5.3). Определение вязкости битума производится в тонком слое битума, нанесенном на металлическую пластинку. В указанном приборе пластинка подвергается изгибанию при равномерно снижающейся температуре. Температура, замеренная в момент появления излома в испытуемом слое битума, принимается за температуру хрупкости. Таким образом, температура хрупкости означает ту низшую температуру, при которой битум (в данных условиях испытания) теряет вязко-пластические свойства и становится хрупким.

Хрупкость битума, а следовательно, и хрупкость асфальтового бетона при отрицательной температуре сказываются на эксплуатационных свойствах дорожных покрытий: повышается склонность к  деформациям и разрушениям, связанным с выкрашиванием покрытия, а также к образованию трещин.

Рис. Прибор Фрааса для определения температуры хрупкости битума.

Поэтому температура хрупкости является важной характеристикой битумов. Чем ниже температура хрупкости, тем больше температурный интервал, в котором битум находится в вязко-пластичном состоянии, следовательно, тем лучше и его дорожно-эксплуатационные свойства.

Температура хрупкости зависит от свойств исходного сырья и вязкости битума. Для битумов из однородного сырья, увеличение вязкости приводит к увеличению температуры хрупкости, и наоборот. Содержание в битуме парафина оказывает большое влияние на температуру хрупкости.

Вязкость битума, определение вязкости битумов – статья на сайте “студент строитель.ру”