Учет реологических свойств вязких нефтяных битумов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Быстров Н. В., канд. техн. наук, доц., Давлятова Д. Ю., аспирант, Котлярский Э. В., канд. техн. наук, проф., Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет

УЧЕТ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЯЗКИХ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ

eco46@mail.ru

До последнего времени недостаточно внимания уделялось оценке реологических показателей нефтяных дорожных битумов. Передовой зарубежный опыт свидетельствует, что оценка реологических показателей позволяет более надежно прогнозировать поведение битумного вяжущего при реальной работе в асфальтобетоне дорожных покрытий. В требования ПНСТ 1-2012 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия» для набора статистических данных введен параметр динамической вязкости при температуре 60оС. Однако, данный показатель не позволяет оценить поведение битума на технологических этапах создания и укладки асфальтобетонной смеси.

Установлено, что значения динамической и кинематической вязкости с 99% надежностью коррелируются между собой. Полученная степенная зависимость может быть использована на первых этапах перехода к реологическим измерениям.

Ключевые слова: битум, реологические показатели, динамическая вязкость, кинематическая вязкость.

Оценить реологическое поведение битума и асфальтобетона можно по показателям, которые нашли отражение в европейских требованиях и предварительном стандарте РФ на вязкие дорожные битумы. Предложено дополнительно к требованиям действующего ГОСТ 22245 нормировать показатель динамической вязкости при 60оС, характеризующей реологические свойства битума в покрытии в летний эксплуатационный период, что позволит более надежно прогнозировать устойчивость битумоминеральных слоев

Стандартные характеристики

дорожной одежды к колееобразованию и другим пластическим деформациям.

Существуют и другие реологические показатели свойств битумов, методы определения которых описаны в ряде отечественных и зарубежных методических документов и нормативов

[1, 5].

В лаборатории МАДИ проведены испытания битумов марки БНД 60/90 Московского НПЗ. Стандартные характеристики битумов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства Показатели

1. Глубина проникания иглы, 0,1 мм при 25°С: 72 71

2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, 52 48

3. Динамическая вязкость при 60 °С, Па*с 152 95

4. Кинематическая вязкость при 135 °С, мм2/с, 305 240

5. Индекс пенетрации 0,22 -0,87

При помощи реовискозиметрии была определена их динамическая вязкость в интервале температур +40 оС - +160 оС при градиенте сдвига 0,1 1/с . Результаты испытаний представлены на рис. 1. Установлено, что битум № 1 имеет меньшую температурную чувствительность, о чем также свидетельствует более высокое значение индекса пенетрации.

В настоящее время далеко не все дорожно-строительные лаборатории располагают возможностями и приборами для определения динамической и кинематической вязкости. Кинематическая вязкость при 135 0С позволяет оценить технологическое поведение битума в процессе приготовления, укладки и уплотнения ас-

фальтобетонных смесей в процессе производства дорожных работ.

Динамическая вязкость при 60 оС и кинематическая вязкость при 135 оС имеет высокую корреляцию с показателем глубины проникания иглы при 25 оС. Для оценки этих характеристик в первом приближении можно воспользоваться установленными в МАДИ для разных нормируемых марок битума корреляционными зависимостями.

В процессе разработки предстандарта по битуму проходило бурное обсуждение проекта, в одной из редакций были предъявлены требования к показателям динамической и кинематической вязкости. Верхняя и нижняя кривая ха-

растеризуют изменение вязкости в пределах одной марки в соответствии с требованиями пред-стандарта.

На графиках 2 и 3 представлены характерные зависимости изменения динамической вязкости в зависимости от пенетрации при 25 оС.

Так же установлено, что значения динамической и кинематической вязкости с 99% надежностью коррелируются между собой. Полученная степенная зависимость может быть использована на первых этапах перехода к реологическим измерениям. При отсутствии в до-

рожной лаборатории парциального или вакуумного вискозиметра по значениям одной из вяз-костей, по формулам 1 и 2 можно получить хорошо прогнозируемые показатели.

1 1 9477

г/60 = 0.0022 -^У (1)

= 23.339 .,бо05111 (2)

к

где:^б0 - динамическая вязкость; 7/135 - кинематическая вязкость.

100000

0,01

20 40 60 80 100 120 140 160 Температура испытания, оС

Рис. 1. Результаты испытаний динамической вязкости битума марки БНД 60/90

Динамическая вязкость при 60 "С

35/50

<о £ О. С

Л I-

и о ¡£ п ВС

в

и 0) т х г гс

X

г а

250 200 150 100 50 0

10

■плах гтпп

100

Глубина проникания иглы, 0,1мм

1000

Рис. 2. Значения динамической вязкости в зависимости от глубины проникания иглы

Рис. 3. Значения кинематической вязкости в зависимости от глубины проникания иглы

250

га с

0' 200

(О

а

С

8 а

п £

к

3

о ф

У

г

га х

150

100

50

/

у = 0,0022х1'9477 Р2 = 0,9954

100

1000

Кинематическая вязкость при 135С, мм /с

0

Рис. 4. (начало) Зависимости динамической и кинематической вязкости

5

О О

¡£ т К

ш

к и

¡£ о

о у

<5

о

X

400 350 300 250

о

<^200 О 150

о

ллл

о 100 50 0

--

у = 23,339х0'5111

К 2 _ 0,9 95 4

10 100 1000 Динамическая вязкость при 60 °С, Па*с

Рис. 4. (окончание) Зависимости динамической и кинематической вязкости

Однако, такой подход пока еще не исключает необходимости периодической экспериментальной проверки получаемых показателей.

Выводы:

1. Введение требований к показателям вязкости позволит производить более обоснованный прогноз работы битумоминеральных материалов в процессе их приготовления и при эксплуатации в нежестких дорожных одеждах.

2. Необходимо организовать систематические испытания показателей вязкости органических вяжущих различного структурно-реологического типа с учетом отечественного и зарубежного опыта для разработки статистически обоснованной методики расчетного определения корреляционных взаимосвязей стандартных показателей свойств с целью минимизации

обязательных лабораторных испытаний при требуемой надежности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы.// Транспорт, 1973, -258 с.

2. Гун Р.Б. Нефтяные битумы .//Химия, 1973, -428 с.

3. Руденский А.В., Руденская И.М. Реологические свойства битумов. //- М. 2010.

4.ПНСТ 1-2012. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия.

5. ПНСТ 6-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения динамической вязкости ротационным вискозиметром.