Битум дорожный (БНД). Битум: нефтяные и дорожные технические характеристики Индекс пенетрации битума гост

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

Битумы представляют собой сложные смеси высокомолекулярных нефтяных углеводородов и их неуглеводородных производных. Битумы бывают природными и искусственными (нефтяными). Нефтяные битумы являются прдуктами переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимости от способа получения различают остаточные, окисленные, крекинговые и компаундированные битумы.

Остаточные битумы – (гудроны) – твердые или почти твердые вещества, получаемые в остатке при атмсоферно-вакуумной перегонке высокосмолистой нефти.

Окисленные битумы получают окислением кислородом воздуха нефтяных остатков.

Крекинговые битумы – получают в остатке при крекинге (термическом или каталитическом) нефти и нефтяных масел.

Компаундированные битумы получают путем смешения.

Физико-химические свойства битума зависят от природы нефтей и нефтяных остатков и от технологического способа их переработки.

В зависимости от вязкости нефтяные битумы делятся на твердые, полутвердые (вязкие) и жидкие.

Твердые нефтяные битумы предназначены для выполнения общестроительных работ. Они характеризуются высокой вязкостью, теплоустойчивостью, малой пластичностью. Выпускаются твердые битумы следующих марок:

а) битумы нефтяные строительные (ГОСТ 6617-76) марок БН 50/50; БН 70/30; БН 90/10; первая цифра (числитель) указывает температуру размягчения, а знаменатель – среднее значение глубины проникания иглы;

б) битумы нефтяные кровельные , применяют для производства кровельных работ. Они разделяются на марки БНК 45/80, БНК 90/40, БНК 90/30 (ГОСТ 9548-74), где числитель соответствует значению температуры размягчения, 0 С, а знаменатель – глубине проникания иглы.

в) битумы нефтяные изоляционные применяются для изоляции трубопроводов от коррозии и разделяются на три марки: БНИ-IV-3, БНИ-IV; БНИ-V.

г) битумы нефтяные специальные применяются в лакокрасочной, шинной, электротехнической промышленности, разделяются на марки Б, В, Г (ГОСТ ? )

1.2. Битумы нефтяные дорожные вязкие.

Применяются в качестве вяжущего материала при строительстве дорожных и аэродромных покрытий и в строительном производстве (гидро-, тепло- , пароизоляционные и кровельные материалы).

В соответствии с ГОСТ 22245-90 вязкие дорожные битумы разделяются на марки (см. таблицу в приложении). Марка битума определяется комплексом показателей качества.

а) Битумы нефтяные вязкие БН 200/300, БН 130/200, БН 90/130, БН 60/90.

Б) Битумы нефтяные вязкие дорожные улучшенные БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60.

Числовой индекс показывает интервал изменения глубины проникновения иглы. Например, БНД 60/90 – битум нефтяной дорожный с пределами глубины проникания иглы 60-90 мм. Качество битума оценивают по условной вязкости, характеризуемой глубиной проникания стандартной иглы при 25 и 0 0 С; деформативной способности, характеризуемой растяжимостью стандартного образца битума при температурах 25 и 0 0 С; температуре размягчения и температуре хрупкости, характеризующим температурный переход битума из вязкоупругого в хрупкое состояние (так называемый интервал пластичности); адгезии и активности битума по отношению к каменным материалам, определяемым по сцеплению с мрамором или песком; стабильностью свойств битума при высокой температуре, характеризуемой изменением температуры размягчения после прогрева; индексу пенетрации, характеризующему температурную чувствительность битума в области эксплуатационных температур; способностью битума не возгораться при технологических операциях, характеризуемой температурой вспышки. Перед испытанием образцы обезвоживают осторожным нагреванием до температуры на 80-100 0 С выше температуры размягчения, но не выше 180 0 С и не выше 120 0 С. Обезвоженный и расплавленный битум необходимо процедить сквозь металлическое сито №07 и тщательно перемешать до полного удаления пузырьков воздуха.

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.

Целью общепринятых методов испытания качества битумов является определение их консистенции, чистоты и теплостойкости. Для определения консистенции предложено много методов, позволяющих установить ее зависимость от вязкости. Битумы характеризуют и сравнивают по степени текучести при определенной температуре или по температуре определения некоторых свойств.
К таким показателям, характеризующим свойства твердых битумов, относятся глубина проникания стандартной иглы (пенетрация), температура размягчения, растяжимость в нить (дуктильность), температура хрупкости. Эти исследования, строго говоря, не эквивалентны прямому определению вязкости, но находят широкое практическое применение, потому что позволяют быстро характеризовать консистенцию битума. К основным показателям, характеризующим свойства битумов, можно также отнести адгезию, поверхностное натяжение на границе раздела фаз, когезию, тепловые, оптические и диэлектрические свойства. К числу сопоставимых показателей, кроме того, можно отнести потерю массы при нагревании и изменение пенетрации после него, растворимость в органических растворителях, зольность, температуру вспышки, плотность, реологические свойства.
Некоторые показатели определяют как для исходного битума, так и для битума после прогрева, который имитирует процесс старения. Стандартами задаются определённые значения показателей качества, что отражает оптимальный состав битума. Этот состав может быть различным для разных областей применения битумов.

Пенетрация

Пенетрация — показатель, характеризующий глубину проникания тела стандартной формы в полужидкие и полутвердые продукты при определенном режиме, обусловливающем способность этого тела проникать в продукт, а продукта — оказывать сопротивление этому прониканию. Пенетрацию определяют пенетрометром, устройство которого и методика испытания даны в ГОСТ 11501—78; за единицу пенетрации принята глубина проникания иглы на 0,1 мм. Пенетрация дорожных нефтяных битумов различных марок при 25 °С, нагрузке 100 Г, в течение 5 сек составляет 40—300*0,1 мм, а при 0 °С, нагрузке 200 Г, в течение 60 сек— от 13 до 50*0,1 мм. Таким образом, в зависимости от температуры, нагрузки и длительности проникания иглы значение пенетрации существенно изменяется. Поэтому условия ее определения заранее оговаривают. Пенетрация косвенно характеризует степень твердости битумов. Чем выше пенетрация битума при заданной температуре размягчения и при заданной пенетрации — температура размягчения битума, тем выше его теплостойкость. Получить битумы с высокой теплостойкостью можно соответствующим подбором сырья, технологического способа и режима производства.

Температура размягчения

Температура размягчения битумов — это температура, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое. Методика определения температуры размягчения условна и научно не обоснована, но широко применяется на практике. Испытание проводят по ГОСТ 11506—73 методом «кольцо и шар» (КиШ), а также иногда методом Кремер — Сарнова.
Индекс пенетрации — показатель, характеризующий степень коллоидности битума или отклонение его состояния от чисто вязкостного. По индексу пенетрации битумы делят на три группы.
1) Битумы с индексом пенетрации менее -2, не имеющие дисперсной фазы или содержащие сильно пептизированные асфальтены (битумы из крекинг-остатков и пеки из каменноугольных смол). Эластичность таких битумов очень мала или практически равна нулю.
2) Битумы с индексом пенетрации от - 2 до +2 (остаточные и малоокисленные).
3) Битумы с индексом пенетрации более +2 имеют значительную эластичность и резко выраженные коллоидные свойства гелей. Это окисленные битумы с высокой растяжимостью.

Температура хрупкости

Температура хрупкости — это температура, при которой материал разрушается под действием кратковременно приложенной нагрузки. По Фраасу — это температура, при которой модуль упругости битума при длительности загружения 11 сек для всех битумов одинаков и равен 1100 кГ/см2 (1,0787-108 н/м2). Температура хрупкости характеризует поведение битума в дорожном покрытии: чем она ниже, тем выше качество дорожного битума. Окисленные битумы имеют более низкую температуру хрупкости, чем другие битумы той же пенетрации.
Температура хрупкости дорожных битумов обычно колеблется в пределах от —2 до — 30 °С. Для ее определения применяют метод, описанный в ГОСТ 11507-78 с дополнением по п. 3.2.

Дуктильность

Растяжимость (дуктилъностъ) битума характеризуется расстоянием, на которое его можно вытянуть в нить до разрыва. Этот показатель косвенно характеризует также прилипаемость битума и связан с природой его компонентов. Дорожные нефтяные битумы имеют высокую растяжимость — более 40 см. Повышение растяжимости битумов не всегда соответствует улучшению их свойств. По показателю растяжимости нельзя судить о качестве дорожных битумов, так как условия испытания (растяжение со скоростью 5 см/мин) отличаются от условий работы битума в дорожном покрытии.
Растяжимость битумов при 25 °С имеет максимальное значение, отвечающее их переходу от состояния ньютоновской жидкости к структурированной. Чем больше битум отклоняется от ньютоновского течения, тем меньше его растяжимость при 25°С, но достаточно высока при 0°С. Битум должен обладать повышенной растяжимостью при низких температурах (0 и 15°С) и умеренной при 25°С.
Методика и устройство прибора для определения растяжимости битумов приведены в ГОСТ 11505—75.

Вязкость

Вязкость битумов более полно характеризует их консистенцию при различных температурах применения по сравнению с эмпирическими показателями, такими, как пенетрация и температура размягчения. Ее легко и в более короткий срок можно измерить при любой требуемой температуре производства и применения битума. Желательно, чтобы битум при прочих равных показателях обладал наибольшей вязкостью при максимальной тем¬пературе применения и имел как можно более пологую вязкостно-температурную кривую. При температуре ниже 40 °С битум подобен твердообразным системам, при температурах от 40 до 140 °С — структурированным жидкостям, при температуре выше 140 °С — истинным жидкостям. Битумы ведут себя как истинная жидкость, когда их вязкость понижается до 102— 103пз.
Вязкость битумов определяют в вискозиметрах Энглера, Сейболта и Фурола, методом падающего шара, в капилляре Фенске, на ротационном вискозиметре, реовискозиметре, консистометре и др.
Дорожные битумы разделяют на вязкие и жидкие.
Вязкие битумы используют в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных покрытий. Основное количество таких битумов вырабатывается в России в соответсвии с ГОСТ 22245-90.
Жидкие битумы предназначены для удлинения сезона дорожного строительства. В соответствии с ГОСТ 11955-82 их получают смешением вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями — разжижителями. После укладки покрытия разжижитель постепенно испаряется.

Реология битумов

Реология (от греч. rheos — течение, поток), наука о деформациях и текучести вещества. Реология рассматривает процессы, связанные с необратимыми остаточными деформациями и течением разнообразных вязких и пластических материалов (неньютоновских жидкостей, дисперсных систем и др.), а также явления релаксации напряжений, упругого последействия и т.д.
Реология битумов изучена недостаточно. Основными показа¬телями, определяемыми при исследовании реологических свойств битумов в диапазоне температур приготовления и укладки смеси, а также эксплуатации покрытия, являются вязкость и деформативные характеристики битума (модуль упругости, модуль деформациии др.). Поведение битума под действием внешних деформирующих сил определяется комплексом механических свойств, к которым относятся вязкость, упругость, пластичность, хрупкость, усталость, ползучесть, прочность. Каждое свойство зависит от температуры и характера напряженного состояния и связанно с межмолекулярными взаимодействиями и наличием структуры. Реологические свойства не должны значительно изменяться при нагреве битума в битумных котлах, приготовлении и укладке смеси и в течение длительного времени службы.
По реологическим свойствам битумы делятся на три типа:
1) вещества, течение которых под действием постоянного напряжения сдвига подчиняется закону Ньютона, когда напряжение снимают, наступает состояние неэластичной упругости. Сюда можно отнести вязкие неколлоидные жидкости, неэластичные или слабоэластичные золи.
2) Вещества, у которых при постоянном напряжении сдвига скорость сдвига после начала деформации снижается и через некоторое время становится почти постоянной, когда напряжение снимают, эластичность частично восстанавливается, коллоидное состояние битумов этого типа золь-гель.
3) При постоянном напряжении сдвига в начале деформации скорость течения снижается до минимума, а затем повышается, если приложенное напряжение сдвига больше некоторого определенного значения, после того как напряжение снято, упругость восстанавливается, битумы этого типа имеют структуру геля.

Растворимость

В основе большинства существующих методов анализа битумов лежит различие в растворимости их компонентов в ряде органических растворителей. Впервые деление, основанное на этом принципе, предложил Ричардсон, раз¬деливший битумы на растворимые в бензине мальтены и нерастворимые в этом растворителе асфальтены. Впоследствии Маркуон с помощью адсорбции на фуллеровой земле разделил мальтены на масла и смолы. В основном эта ме¬тодика сохранилась и до настоящего времени, но появилось большое количество ее разновидностей, позволяющих получить более узкие, но менее представительные фракции.

Требования к качеству

Применение битума как одного из наиболее известных инженерно-строительных материалов основано на его адгезионных и гидрофобных свойствах. Область применения битума достаточно широка: он применяется при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов, в резиновой промышленности, в лакокрасочной и кабельной промышленности, при строительстве зданий и сооружений и т.д. Кровельные битумы применяют для производства кровельных материалов. Их разделяют на пропиточные и покровные (соответственно для пропитки основы и получения покровного слоя). Изоляционные битумы используют для изоляции трубопроводов с целью защиты их от коррозии.
Главным же потребителем битума является дорожное строительство (около 90 %), в первую очередь, из-за того, что нефтяной битум является самым дешевым и наиболее универсальным материалом для применения в качестве вяжущего при устройстве дорожных покрытий. Использование битумов в дорожном строительстве позволяет покрытию дорог выдерживать повышенные статические и динамические нагрузки в широком интервале температур при сохранении длительной жизнеспособности и погодоустойчивости.
Вязкие битумы, применяемые в дорожном покрытии, используются как вяжущее между каменными материалами. Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки применённого битума и его качества. При строительстве и ремонте дорог битум может быть разжижен растворителем (керосиновая фракция). Разжиженные битумы разделяются на быстро-, средне- и медленно затвердевающие марки. Для предварительной обработки поверхностей применяют битумные эмульсии, которые готовят с применением коллоидных мельниц, добавляя к битуму воду и эмульгаторы. Более подробно рассмотрим битумы различного назначения.

Дорожный

Качество дорожного битума в основном определяет долговечность дорожных покрытий. Появление трещин на дорожном покрытии означает, что оно на 85% исчерпало срок службы. Установлено, что показатель «температура хрупкости» битума характеризует время до начала интенсивного трещинообразования дорожного полотна, так как его определение показывает наиболее опасное состояние дорожного покрытия при резких перепадах температур в зимнее время. Соотношение физико-химических показателей битумов БНД обеспечивает дорожному покрытию наибольшую сдвигоустойчивость, трещиностойкость, длительную водо- и морозостойкость.
Долговечность дорожного покрытия во многом зависит от марки применённого битума и его качества. С требованиями, предъявляемыми к качеству дорожных битумов, можно ознакомится в таблице ниже.

Требования к качеству дорожных битумов (ГОСТ 22245 - 90)

Показатель	БНД
	200 / 300	130 / 200	90 / 130	60 / 90	40 / 60
Пенетрация, 0,1 мм при температуре:
25 0 С, не менее	201-300	131-200	91-130	61-90	40-60
0 0 С, не менее	45	35	28	20	13
Температура, 0 С:
размягчения, не ниже	35	40	43	47	51
хрупкости, не выше	-20	-18	-17	-15	-12
вспышки, не ниже	220	220	230	230	230
Дуктильность, см, при температуре:
25 0 С, не менее	-	70	65	55	45
0 0 С, не менее	20	6	4	3,5	-
Изменение температуры размягчения после прогрева, 0 С, не более	7	6	5	5	5
Индекс пенетрации	От -1,0 до +1,0

Источник: ГОСТ 22245-90

Дорожные битумы нормируются также по ТУ 38.1011356-91 (см. табл. ниже).

Требования к качеству дорожных битумов (ТУ 38.1011356-91)

Показатель	БДУ
	130 / 200	100 / 130	70 / 100	50 / 70
Пенетрация при 25 0 С	131-200	101-130	71-100	51-70
Т, 0 С, не ниже
размягчения	40	43	47	51
вспышки	220	230	230	230
	100	100	100	100
После прогрева
изменение массы, %, не более	0,3	0,3	0,3	0,3
	50	65	65	60
Дуктильность при 25 0 С, см, не менее	100	100	100	65
Температура хрупкости, 0 С, не выше	-20	-17	-15	-12

Источник: ТУ 38.1011356-91

Битумы, нормируещиеся по ТУ, отличаются значительно большей дуктильностью (не менее 100 см), т.е. большей эластичностью, и в том, что в ТУ введены значения тех же показателей после прогрева.

Строительный

Битумы строительных марок БН, применяемые для гидроизоляции фундаментов зданий, отличаются малой пенетрацией и дуктильностью и высокой температурой размягчения (от 37 до 105 0С), т.е. они тугоплавкие и твёрдые. Строительный битум нормируется по ГОСТ 6617 - 76 (см. табл. ниже).

Требования к качеству строительных битумов (ГОСТ 6617 - 76)

Показатель	БН
	50 / 50	70 / 30	90 / 10
	41-60	21-40	5-20
Т, 0 С
размягчения	50-60	70-80	90-105
вспышки	230	240	240
Дуктильность при 25 0 С, см, не менее	4	3	1

Источник: ГОСТ 6617-76

Кровельный

Примерно такие же показатели качества установлены и для кровельных битумов БНК, но для них нормируется ещё и температура хрупкости. Их используют как пропиточные (для получения толя и рубероида) и для покрытия крыш.

Требования к качеству кровельных битумов (ГОСТ 9548 - 74)

Показатель	БНК
	40 / 180	45 / 190	90 / 30
Пенетрация при 25 0 С, 0,1 мм	160 - 210	160 - 220	25 - 35
Т, 0 С:
размягчения	37 - 44	40 - 50	80 - 95
хрупкости, не выше	-	-	-10
После прогрева:
изменение массы, %, не более	0,8	0,8	0,5
пенетрация при 25 0 С, % от исх., не менее	60	60	70
Примечание. Для всех: температура вспышки - не ниже 240 0С; для БНК 45 / 190 содержание парафина - не более 5 % мас.

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.