Кровельных материалов на основе битумов.

 

 

1. Цель работы: Изучение дополнительных сведений о нефтяных битумах и углубление знаний студентов при изучении основных свойств битумных материалов, применяемых в качестве гидроизоляционных и кровельных.

 

2.Теоретическое обоснование: Битумные вяжущие (битумы) представляют собой сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Битумы бывают природными и искусственными (нефтяными). Последние широко применяют в строительстве и в производстве различных гидроизоляционных материалов.

 Нефтяные битумы - продукты переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимости от способа получения различают остаточные, окисленные и крекинговые битумы. По внешнему виду представляют собой твердую или вязкую массу черного цвета со слабым запахом минерального масла. Ценными свойствами битумов являются водонепроницаемость, химическая стойкость, возможность размягчаться при нагревании и сцепляться с деревом, камнем и металлом. Нефтяные битумы применяют для приготовления асфальтовых бетонов и растворов, кровельных, гидроизоляционных и дорожных мастик, паст, эмульсий, а также в производстве кровельных и гидроизоляционных рулонных материалов.

Перед определением физико-механических свойств битума его необходимо обезводить, для чего пробу в чашке помещают в сушильный шкаф и доводят до подвижного состояния, нагревая до температуры не выше 120 ¸ 180°С. Затем расплавленный битум процеживают через сито с отверстиями 0.6 ¸ 0.8 мм и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. После остывания проба битума считается подготовленной к проведению испытаний. При оценки качества нефтяных битумов в лаборатории определяют вязкость, растяжимость, температуру размягчения и вспышки. В строительстве широко применяются рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы. Их, в зависимости от вида пропитки, делят на битумные рулонные (пергамин, рубероид), и дегтевые рулонные материалы (толь кровельный с песочной посыпкой, толь с крупнозернистой посыпкой). При оценке качества рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов в лаборатории проверяют внешний вид, размеры и массу рулонов, полноту пропитки и расслаиваемость картона, предел прочности при растяжении, гибкость, водонепроницаемость, содержание покровной массы. Проверку внешнего вида рулонов проводят визуально. Проверяют правильность упаковки и маркировки, а также ровность их торцов. Затем рулоны проворачивают на всю длину и устанавливают кол-во полотен в рулоне, равномерность распределения посыпки, наличие или отсутствие слипаемости, поколов, дыр, трещин, разрывов, складок и надрывов кромок.

 

3. Приборы и материалы .

3.1 Нефтяные битумы.                               3.2 Прибор «Кольцо - шар».

3.3. Штатив.                                                    3.4 Спиртовка.

3.5. Стеклянный химический стакан.          3.6 Пенетрометр.

3.7. Дуктилометр.                                      3.8 Сито с отверстиями 0.6 ¸ 0.8 мм.

 3.9. Сушильный шкаф.                             3.10 Термометр.

3.11. Рубероид.                                             3.12. Газовая горелка.

3.13. Весы.                                                       3.14. Два тигля.

4. Программа работы.

 

4. Программа работы .

4.1 Определение температуры размягчения битума.

4.2 Определение вязкости - пенетрации.

4.3 Определение растяжимости.

4.4 Определение температуры вспышки.

4.5 Определение линейных размеров рулонных материалов.

4.6 Определение массы.

4.7 Определение плотности.

4.8 Определение разрывной нагрузки.

5.Методика проведения работы .

5.1 Температура размягчения позволяет судить об относительной теплостойкости и степени размягчаемости битумов при нагревании. Для определения используют прибор «Кольцо - шар», который состоит из трех металлических пластин, скрепленных на определенном расстоянии одна от другой. В средней пластине имеется два отверстия, в каждое из которых вставляют латунные кольца внутренним диаметром 15.88, высотой 6.25 и толщиной стенок 2.38 мм. В середине верхней пластины имеется отверстие, в которое вставляют термометр. Латунные кольца укладывают на металлическую пластину и смазывают смесью талька с глицерином (состав 1 : 3). Затем заполняют их с некоторым избытком расплавленным и перемешанным в течение 15 минут битумом. После охлаждения избыток битума срезают нагретым ножом вровень с краями. Кольца устанавливают горизонтально в отверстия на средней пластине. Термометр устанавливают так, чтобы ртутный шарик был на нижнем уровне кольца. Прибор с кольцами ставят в стакан, наполненный дистиллированной водой с температурой 5°С.

Через 15 мин прибор вынимают из стакана, на каждое кольцо в центре поверхности битума кладут стальной шарик диаметром 9.5 мм и массой 3.45 ¸ 3.55 г и помещают прибор в тот же стакан. Стакан с прибором ставят на асбестовую сетку, нагревают на газовой горелке или спиртовке так, чтобы скорость подъема температуры составляла 5°С/мин. При нагревании стальной шарик вместе с битумом проходит сквозь отверстие кольца. Температура, при которой деформирующийся битум под действием массы шарика коснется нижнего диска прибора, принимают за температуру размягчения. Если температура размягчения окажется, например, равной 70°С,   то сокращенно записывают так: «70° К и Ш». В том случае, когда температура размягчения битума выше 80°С, прибор заполняют не водой, а глицерином; образец перед испытанием выдерживают в течение 15 мин при температуре 32°С. Испытания проводят два раза и температуру размягчения вычисляют как среднее арифметическое двух определений.

5.2 Вязкость (или пенетрацию) нефтяного битума определяют при помощи стандартного прибора - пенетрометра. По прониканию в битум иглы прибора под нагрузкой 1Н в течение 5 с при температуре 25°С судят о вязкости битума. Вязкость выражается в градусах, причем 1° соответствует глубине проникания иглы на 0.1 мм.

Пенетрометр состоит из штатива, нижняя часть которого представляет площадку с тремя установочными винтами для придания горизонтального положения. К опорной площадке прикреплен вращающийся столик. На него устанавливают чашку с испытываемым битумом. На верхнем кронштейне штатива укреплен циферблат, разделенный на 360° и контактная рейка. На нижнем кронштейне закреплен свободнопадающий стержень с иглой и грузом общей массой 100 ± 0.01г, удерживаемый стопорной кнопкой. Стальная игла пинетрометра (диаметр 1 ¸ 1.02мм) закалена и тщательно отполирована. Предварительно обезвоженный и процеженный битум расплавляют до подвижного состояния и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. Затем битум наливают в металлическую чашку на высоту не менее 30мм и выдерживают при температуре 18 ¸ 20°С в течение 1 часа. Затем чашку помещают в ванну с водой, нагретой до 25° и оставляют на 1 час до испытания. Высота слоя воды над битумом - не менее 25 мм. Температуру в ванне поддерживают постоянной, добавляя воды. Колебания температуры воды не должны превышать ±0.5°С. Через 1 час чашку с битумом помещают в кристаллизатор, наполненный водой с температурой 25°С. Кристаллизатор устанавливают на столик, подводят острие иглы к поверхности битума. При этом игла должна слегка касаться битума, но не входить в него. Для облегчения этой операции служит зеркало. Стрелку устанавливают на нуль, после чего одновременно пускают секундомер и нажимают стопорную кнопку. Игла свободно входит в битум в течение 5с. По истечении этого времени кнопку отпускают и по стрелке определяют расстояние, град, пройденное иглой.

 Определение повторяют 3 раза в различных точках на поверхности битума, отстоящих не менее чем на 10 мм от краев чашки и одна от другой. После каждого погружения иглу вынимают из гнезда, обмывают бензином острие и насухо вытирают. Среднее арифметическое этих определений дает значение проникания в градусах, соответствующее глубине проникания иглы в десятых долях миллиметра. Расхождение между результатами, полученными в каждом из трех опытов, не должно превышать значений, приведенных в таблице 1. При больших расхождениях результатов испытание следует повторить.

 

Глубина проникания иглы, град.	150 ¸ 200	75 ¸ 150	25 ¸ 75	До 25
Расхождения, град.	10	5	3	1

 

5.3 Растяжимость. Свойство битумов вытягиваться в тонкие нити под влиянием приложенной растягивающей нагрузки. Растяжимость характеризуется длиной нити до разрыва ее при температуре 25°С и скорости вытягивания 5 см/мин и выражается в см.

Растяжимость битумов определяют на приборе дуктилометре. Это деревянный ящик, покрытый внутри оцинкованной сталью. По всей длине ящика проходит червячный винт с насажеными на него двумя салазками. Они передвигаются по винту вручную или электродвигателем. Ящик снабжен шкалой, по которой скользит указатель, закрепленный на салазках. Расплавленный битум тонкой струей наливают в латунные сборные формы с небольшим избытком. Перед заливкой внутренние поверхности форм смазывают смесью талька с глицерином (состав 1:3). Формы с битумом охлаждают в течение 30 минут в помещении с температурой 18¸20°С и после этого горячим ножом срезают избыток битума в два приема. Образец битума с формой и пластинкой помещают в ящик дуктилометра, куда предварительно налита вода температурой 25°С. Выдержку дают 1.5 часа следя затем, чтобы температура воды была постоянной (25±0.5°С).

 

Слой воды над образцом - не менее 25мм. Затем закрепляют форму на дуктилометре (надевают ее на штифты, укрепленные на салазках и стойке ящика), отнимают боковые части формы и включают электродвигатель. Скорость растягивания - 5 см/мин. Длину нити битума, в см, отмеченную указателем в момент ее разрыва, принимают за показатель растяжимости битума. Испытания проводят трижды.

5.4 Температурной вспышкой называют температуру, при которой газообразные продукты, выделяющиеся в битуме, при нагревании образуют с воздухом смесь, вспыхивающую на короткое время при поднесении к ней пламени. Температуру вспышки битумов определяют для установления безопасного технологического режима их расплавления, а также смешивания их с наполнителями. Для определения температуры вспышки используют стандартный прибор, состоящий из наполненного песком большого стального тигля 4, в который наливают расплавленный битум. 

До начала испытаний малый тигель промывают бензином и просушивают его над зажженной горелкой, после чего помещают в большой тигель с прокаленным песком так, чтобы уровень песка был на 12 мм ниже тигля, а между дном этого тигля и наружным тиглем был слой песка 5 ¸ 8 мм. Расплавленный битум с ожидаемой температурой вспышки до 210°С наливают во внутренний тигель так, чтобы уровень его был на 12 мм ниже края тигля. Большой тигель (вместе с малым) устанавливают в кольцо, закрепленное на штативе. Наружный тигель нагревают пламенем газовой горелки с таким расчетом, чтобы повышение температуры в начале испытания было в пределах 10°С/мин. За 40°С до ожидаемой температуры вспышки скорость нагрева уменьшают до 4°С/мин. За 10°С до ожидаемой температуры вспышки поджигают зажигательное приспособление и медленно проводят им по краю тигля на расстоянии 10 ¸ 14 мм от поверхности битума. Длина пламени зажигательного приспособления должна быть около 4мм. Появление синего пламени над поверхностью битума принимается за момент его вспышки, а температура, отмеченная в этот момент, и есть температура вспышки. При проведении испытаний следует избегать движения воздуха и яркого освещения, что затрудняет наблюдение за моментом вспышки.

Определение следует проводить дважды, а за конечный результат принимается среднее  

арифметическое из двух определений.

5.5. При определении линейных размеров длину и ширину полотна материала в рулоне (посредине) замеряют металлической рулеткой с точностью до 1 см. Затем на основании этих размеров вычисляют площадь полотна рулона с точностью до 0.1 м². За значение площади полотна рулонов в партии принимают среднее арифметическое результатов определений площадей всех рулонов.

5.6. Для вычисления массы, каждый отобранный рулон освобождают от упаковки и взвешивают с точностью до 1кг. За конечную величину принимают среднее арифметическое результатов взвешивания всех отобранных образцов. Из трех отобранных для испытания рулонов, соответствующих по внешнему виду и размерам требований стандартов, на расстоянии одного метра от конца полотна отрезают на всю ширину полосу длиной 1100 мм, а для проверки качества гидроизоляционного толя с покрывной пленкой обрезают на всю ширину полотна полосу длиной 2000 мм. из них вырезают по 3 образца для каждого вида испытаний. Перед проведением испытаний образцы выдерживают не менее двух часов при температуре 20±2°С.

 

   Таблица 1.      Физико-механические свойства нефтяных битумов.

Марка

Глубина проникания

Растяжимость при 25 ° С, см

Температура