Битумы. Пенетрация

11

таблице 2. Пригодными для получения битума считаются нефти при выполнении условия:

А+С-2*П>0 при А+С>6.

Здесь же приведены результаты анализа нефтей на пригодность получения битума, полученные на основе классификационной зависимости (классификация 2), основанной на содержании в нефти общей серы и твердых парафинов. Она позволяет судить не только о пригодности нефти для производства дорожных битумов окислением остатка перегонки, но также определить требования к остатку, т.е. к его температуре начала кипения по ИТК нефти. Она должна соответствовать выражению:

T = 520*exp(-0,075*S)

При 350°С< Т < 500°С и П>1%. При П < 1% требования к глубине перегонки снижаются, а битумы могут быть получены и из

нефтей, которые не содержат серы.

		Результаты исследования.		Таблица2
				Классификация 2
Месторождения нефтей			Классификация 1
Челекен		Алигул	-16,02	513,8°С
				512,3°С
		Зап. Челекен	-14,81
				510,2°С
		Дагаджик	12,31
				514,2°С
Котур-Тепе		Западное	-1,75
				513°С
		Центральное	1,18
				513,4°С
		Восточное	-8,3
				511,1 ° С
Комсомольская		Овал-Товал	-3,9
				512,6°С
		Банкали	-14,3
				513,4°С
Барса-Гелмес			1,61
				511,5°С
Небиб-Даг		Западный	3,18
				514,2°С
		Центральный	13,07
				513,4°С
Кум-Даг		Западный	-13,51
				513,4°С
		Восточный	-14,04
				513,4°С
		Клин	-18,1
				509,2°С
Прибалханскийрайон		Бурунская	-12,6
				514,2°С
		Монжуклы	-28,4

12

	Боя-Даг	-15,6	510°С
			508,8°С
Гограньдаг-	Камышлыджа	-12,4
Окаремский район			513,4°С
	Окарем	-9,95
			-
	Порсу	-23,1
			518°С
	Карадашли	-31,4
			505°С
	Кеймир	13,1

Исследования показали, что из 22 образцов нефти по классификации 1, только нефти 6 месторождений, т.е. 27,3% от общего количества исследованных нефтей, считаются пригодными для получения битума с характеристиками соответствующими требованиям нормативной документации. При использовании классификационной зависимости 2 было установлено, что производство битумов из нефтей Туркменистана возможно лишь при условии глубокой вакуумной перегонки мазута, с получением гудронов, имеющих температуру начала кипения выше 500°С.

2. Современные отечественные нефтяные битумы.

Битумы в России вырабатываются в соответствии с действующими нормативными документами - ГОСТ 22245-90 «БИТУМЫ НЕФТЯНЫЕ ДОРОЖНЫЕ ВЯЗКИЕ», ГОСТ 9812-74 «БИТУМЫ НЕФТЯНЫЕ ИЗОЛЯЦИОННЫЕ», ГОСТ 9548-74 «БИТУМЫ НЕФТЯНЫЕ КРОВЕЛЬНЫЕ». Далее приведены основные положения этих ГОСТов.

2.1. ГОСТ 22245-90 «Битумы нефтяные дорожные вязкие»

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ Вязкие нефтяные дорожные битумы изготовляют окислением

продуктов прямой перегонки нефти и селективного разделения нефтепродуктов (асфальтов деасфальтизации, экстрактов селективной очистки), а также компаундированием указанных окисленных и не окисленных продуктов или в виде остатка прямой перегонки нефти в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке. Допускается использовать крекинг-остаток в качестве компонента сырья окисления.

В зависимости от глубины проникания иглы при 25°С вязкие дорожные нефтяные битумы изготовляют следующих марок: БНД

200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, БН 200/300, БН 130/200, БН 90/130, БН 60/90.

По физико-химическим показателям битумы должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 3.

												13
											Таблица 3
		Физико-химические характеристики битумов.
	Наименование				Норма для битума марки								Метод
	показателя												испытания
			БНД	БНД	БНД	БНД	БНД	БН	БН	БН	БН
			200/300	130/200	90/130	60/90	40/60	200/300	130/200	90/130	60/90
	1. Глубина
	проникания												По
	иглы, 0,1 мм, не												ГОСТ 11501
	менее:			131-	91-	61-	40-		131-	91-	60-
	при 25 °С		201-	200	130	90	60	201-	200	130	90
	при 0°С		300	35	28	20	13	300	18	15	10
			45					24
	2.Температура
	размягчения												По
	по кольцу и шару,		35	40	43	47	51	33	38	41	45		ГОСТ 11506
	°С, не ниже
3.													По
	Растяжимость, см,												ГОСТ
	не менее:		-	70	65	55	45	-	80	80	70	11505
	при 25 °С		20	6,0	4,0	3,5	-	-	-	-	-
	при 0 °С
	4. Температура												По
	хрупкости, °С,		-20	-18	-17	-15	-12	-14	-12	-10	-6		ГОСТ 11507
	не выше
	5.Температура												По
	вспышки,	°С,	220	220	230	230	230	220	230	240	240		ГОСТ 4333
	не ниже
	6.Изменение												По
	температуры												ГОСТ
	размягчения после		7	6	5	5	5	8	7	6	6	18180,
	прогрева, °С, не												ГОСТ
	более											11506
	7. Индекс			От —1,0 до +1,0					От -1,5 до +1,0				См. главу 4.
	пенетрации

Вязкие дорожные нефтяные битумы являются горючими веществами с температурой вспышки выше 220°С и минимальной температурой самовоспламенения 368°С по ГОСТ 12.1.044. Предельно допустимая концентрация паров углеводородов битумов в воздухе рабочей зоны 300 мг/м3 — в соответствии с ГОСТ 12.1.005. Содержание паров углеводородов в воздушной среде определяют по ГОСТ 12.1.014. Битумы являются малоопасными веществами и по степени воздействия на организм человека относятся к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007.

ПРИЕМКА Вязкие дорожные нефтяные битумы принимают партиями.

Партией считают любое количество битума, однородное по показателям качества и сопровождаемое одним документом о качестве. Объем

14

выборки — по ГОСТ 2517. При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному из показателей по нему проводят повторные испытания вновь отобранной пробы, взятой из той же партии. Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ Пробы вязких дорожных битумов — по ГОСТ 2517. Масса

объединенной пробы каждой марки битума должна быть не менее 0,5 кг.

МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ИХРАНЕНИЕ Маркировка, транспортирование и хранение битумов — по

ГОСТ 1510. Вязкие дорожные битумы относятся к 9-му классу транспортной опасности по ГОСТ 19433 (подкласс 9.1, категория 9.13, классификационный шифр 9133).

ГАРАНТИИИЗГОТОВИТЕЛЯ Изготовитель гарантирует соответствие качества битумов

требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий транспортирования и хранения. Гарантийный срок хранения битумов — один год со дня изготовления.

2.2. ГОСТ 9812-74 «Битумы нефтяные изоляционные»

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ Битумы получают окислением остаточных продуктов прямой

перегонки нефти или их смесей с асфальтами и экстрактами масляного производства, применение продуктов крекинга не допускается. В зависимости от условий применения изоляционные нефтяные битумы выпускают трех марок: БНИ-IV-3, БНИ-IV и БНИ-V. По физикохимическим показателям изоляционные нефтяные битумы должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 4.

Физико-химические характеристики битумов						Таблица 4
Наименование показателя		Норма для марки					Метод
							испытания
	БНИ-IV-3		БНИ-IV		БНИ-V
1. Температура размягчения, °С	65-75		75-85		90-100		ПоГОСТ
2. Глубина проникания иглы, 0,1
мм:	30-50		25-40		20-40		ПоГОСТ
при 25 °С	15		12		9		11501
при 0 °С, не менее
3. Температура вспышки, °С, не	250		250		240		По ГОСТ
4. Растяжимость при 25 °С, см,	4		3		2		ПоГОСТ
не							11505
менее
5. Изменение массы после	0,5		0,5		0,5		ПоГОСТ
прогрева, %, не более							18180
6. Массовая доля парафина, %,	4		—		—		По ГОСТ
не более							17789

15

ПРИЕМКА Изоляционные нефтяные битумы принимают партиями.

Партией считают любое количество битума, однородного по своим качественным показателям и сопровождаемого одним документом о качестве. Объем выборок — по ГОСТ 2517. При получении неудовлетворительных результатов периодических испытаний изготовитель переводит испытания по данному показателю в категорию приемосдаточных до получения положительных результатов не менее чем на трех партиях подряд. При получении неудовлетворительных результатов приемосдаточных испытаний хотя бы по одному из показателей по нему проводят повторные испытания на удвоенной выборке от той же партии. Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ Пробы изоляционных нефтяных битумов отбирают по ГОСТ

2517. Для объединенной пробы берут по 1 кг битума каждой марки. УПАКОВКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ИХРАНЕНИЕ

Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение изоляционных битумов — по ГОСТ 1510 со следующим дополнением: битумы упаковывают в стальные бочки (ГОСТ 13950) с узкой или широкой горловиной или со съемным днищем, деревянные бочки (ГОСТ 8777), стальные (ГОСТ 18896 или ГОСТ 5044) или фанерные (ГОСТ 9338) барабаны, или в тару изготовителя, согласованную с потребителем, а также транспортируют битумы по трубопроводам. По согласованию с потребителем разрешается отгрузка изоляционных нефтяных битумов в автоцистернах. Нефтяные изоляционные битумы относятся к 9-му классу транспортной опасности по ГОСТ 19433 (подкласс 9.2, категория 9.21, классификационный шифр 921).

ГАРАНТИИИЗГОТОВИТЕЛЯ Изготовитель гарантирует соответствие изоляционных

нефтяных битумов требованиям настоящего стандарта при соблюдении условий хранения и транспортирования. Гарантийный срок хранения — один год со дня изготовления.

2.3. ГОСТ 9548-74 «Битумы нефтяные кровельные»

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ В зависимости от применения кровельные нефтяные битумы

вырабатывают следующих марок: БНК-40/180 - битум для пропитки; БНК-45/190 - битум для пропитки и получения покровного битума; БНК90/30 - битум для покровного слоя. Марки кровельных нефтяных битумов получают: БНК-40/180 - окислением остатков атмосферно-вакуумной перегонки нефтей; БНК-45/190 - окислением сырья для производства

16

кровельных битумов по нормативно-технической документации; БНК90/30 - окислением битума марки БНК-45/190 или сырья для производства покровных кровельных битумов по нормативно-технической документации. По физико-химическим показателям кровельные нефтяные битумы должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 5.

								Таблица 5.
	Физико-химические характеристики битумов.
Наименование			Норма для марки					Метод
показателя								испытания
			БНК-		БНК-		БНК-
			40/180		45/190		90/30
1. Глубина проникания			160—210		160-220		25-35	По ГОСТ
иглы при 25 °С, 0,1 мм								11501
					40-50
2. Температура			37-44				80-95	По ГОСТ
размягчения								11506
по кольцу и шару, °С					—
3. Температура			—				-10	По ГОСТ
хрупкости,								11507
°С, не выше					99,50
4. Растворимость в			99,50				99,50	По ГОСТ
толуоле								20739
или хлороформе, %, не
менее					0,80
5. Изменение	массы		0,80				0,50	По ГОСТ
после								18180
прогрева, %, не более
6. Глубина проникания								По ГОСТ
иглы			60		60		70	11501
при 25 °С в остатке после
прогрева,	%	от
первоначальной величины,
не менее					240
7. Температура вспышки,								По ГОСТ
°С,								4333
не ниже
8. Массовая доля воды,					Следы			По ГОСТ
не								2477
более
9. Массовая доля			—		5,0		—	По ГОСТ
парафина, %, не более								17789
10. Индекс пенетрации			—	От 1,0 до			—	См. главу 4.
					2,5

17

ПРИЕМКА Кровельные нефтяные битумы принимают партиями. Партией

считается любое количество битума, однородного по своим качественным показателям и сопровождаемого одним документом о качестве. Объем выборок - по ГОСТ 2517. При получении неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы по одному показателю по нему проводят повторные испытания вновь отобранной пробы от двоенной выборки. Результаты повторных испытаний являются окончательными и распространяются на всю партию.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ Пробы кровельного нефтяного битума отбирают по ГОСТ 2517.

Масса объединенной пробы битума каждой марки - 0,5 кг. УПАКОВКА, МАРКИРОВКА, ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ

Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение кровельных нефтяных битумов по ГОСТ 1510. Допускается транспортирование покровных битумов в автоцистернах и бункерных полувагонах. Нефтяные кровельные битумы относятся к 9-му классу транспортной опасности по ГОСТ 19433 (подкласс 9.2, категория 9.21, классификационный шифр 921).

ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ Изготовитель гарантирует соответствие кровельных нефтяных

битумов требованиям настоящего стандарта. Гарантийный срок хранения кровельных нефтяных битумов - один год со дня изготовления.

3. Экспериментальные методы определения физикохимических характеристик нефтяных битумов.

3.1. Метод определения глубины проникновения иглы согласно ГОСТ 11501-78

Стандарт распространяется на нефтяные битумы и устанавливает метод определения глубины проникания иглы (пенетрации).

АППАРАТУРА Пенетрометр с иглой по ГОСТ 1440-78 или любой другой,

основные размеры рабочей части которого (размеры и масса иглы, держателя, плунжера, груза) соответствуют требованиям ГОСТ 1440-78. Пенетрометр должен быть снабжен дополнительным грузом - шайбой массой (100±0,05)г или (150±0,05)г.

Чашка металлическая цилиндрическая с плоским дном, внутренним диаметром (55±1) мм и внутренней высотой: (35±2) мм - для битумов с глубиной проникания иглы до 250; (60±1) мм - для битумов с глубиной проникания иглы более 250.

ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ Испытуемый образец битума нагревают до подвижного

состояния, при наличии влаги его обезвоживают путем нагрева до

18

температуры на 90°С выше температуры размягчения, но не выше 180°С (для дорожных битумов - не выше 160°С) при осторожном перемешивании, избегая местных перегревов. Время нагревания битума при указанных условиях не должно превышать 30 мин. Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через металлическое сито и наливают в две пенетрационные чашки так, чтобы поверхность битума была не более чем на 5 мм ниже верхнего края чашки, и тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. Чашку с битумом охлаждают на воздухе при 18-30°С предохраняя образец от пыли. Продолжительность охлаждения 60-60 мин при испытании битума с глубиной проникания иглы до 250 и 90120 мин - с глубиной проникания иглы более 250. Затем чашки с битумом помещают в баню для термостатирования при заданной температуре испытания. Время выдерживания чашек в бане высотой 35 мм – 60-90 мин, а чашек высотой 60 мм – 90-120 мин. Пенетрометр устанавливают горизонтально, после этого проверяют точность показаний прибора. Для этого вынимают иглу, произвольно опускают плунжер прибора. Затем между плунжером и нижним концом рейки кремальеры вставляют тарировочный стержень высотой (50±0,05) мм, устанавливают стрелку на нуль, вынимают тарировочный стержень и опускают рейку кремальеры до касания с верхним концом плунжера. Показание пенетрометра должно соответствовать высоте тарировочного стержня. Для приборов, снабженных автоматическим реле времени, необходимо проверить выключение их через (5±0,1) с и (60±0,6) с.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ Температура и условия испытания глубины проникания иглы

приведены таблице 6.

		Таблица 6
Температура и условия испытания глубины проникания иглы
Температура	Общая масса стержня,	Время опускания
испытания, °С	иглы и	иглы, с
0±0,1	200±0,20	60
4±0,1	200±0,20	60
25±0,1	100±0,15	5
50±0,1	50±0,10	5

По истечении заданного времени выдерживания чашку с образцом битума вынимают из бани для термостатирования и помещают в

плоскодонный сосуд вместимостью				не менее 0,5 дм3,		наполненный
водой	так,	чтобы	высота	жидкости	над	поверхностью

битума была не менее 10 мм, температура воды в сосуде должна соответствовать температуре испытания. Сосуд устанавливают на столик

19

прибора и подводят острие иглы к поверхности битума так, чтобы игла слегка касалась ее.

Правильность подведения иглы к поверхности битума проверяют с помощью зеркальца при освещении поверхности образца источником направленного холодного света. Доводят кремальеру до верхней площадки плунжера, несущего иглу, и устанавливают стрелку на нуль или отмечают ее положение, после чего одновременно включают секундомер и нажимают кнопку прибора, давая игле свободно входить в испытуемый образец в течение 5 с, по истечении которых отпускают кнопку. После этого доводят кремальеру вновь до верхней площадки плунжера с иглой и отмечают показание прибора.

Если прибор полуавтоматический, то устанавливают шкалу или стрелку на 0 и приводят в действие механизм, который по истечении 5 с выключается сам. Определение повторяют не менее трех раз в различных точках на поверхности образца битума, отстоящих от краев чашки и друг от друга не менее чем на 10 мм. После каждого погружения иглу вынимают из гнезда, отмывают ее толуолом, бензином или другим растворителем и насухо вытирают в направлении острия. Для отдельных марок битумов, если результаты имеют разброс, передпроведениемиспытания иглы погружают на 5 мин в 1%-ный толуольный раствор олеиновой кислоты, затем насуховытирают. Еслиглубинапрониканияиглыобразцавыше200 единиц, применяют неменеетрехигл,оставляякаждуювобразцедозавершениятрехопределений.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ За результат испытания при 25°С принимают среднее ариф-

метическое значение результатов не менее трех определений.

Два результата испытания, полученные в двух разных лабораториях, признаются достоверными (с 95 %-ной доверительной вероятностью), если расхождение между ними не превышает значения, указанного в таблице 7.

					Таблица 7
		Сходимость и воспроизводимость метода
Пенетрация, 0,1			Сходимость		Воспроизводимость
	мм
25 °С		До 50	1		4
		Св. 50
			3 % от среднего арифмети-	8%	от среднего арифмети-
		До 20	ческого		ческого
0 °С			2		7
		Св. 20	10% от среднего арифмети-	20%	от среднего арифмети-
			ческого		ческого

3.2. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару согласно ГОСТ 11506-73

Настоящий стандарт распространяется на нефтяные битумы, битумные составы, сырье для производства битумов, гудроны, асфальты деасфальтизации и подобные им нефтепродукты (далее битумы) и

20

устанавливает метод определения температуры размягчения этих продуктов по кольцу и шару от 20 до 200°С.

АППАРАТУРА

Рис. 1 Схема прибора для определения температуры размягчения по кольцу и шару

1- стеклянный стакан; 2-штатив; 3- накладка; 4-латунное гладкое кольцо; 4а-латунное ступенчатое кольцо; 5-верхняя пластинка; 6- нижняя пластинка; 7-шарик; 8-крышка; 9-термометр

ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ Перед испытанием образец битума, при наличии влаги,

обезвоживают осторожным нагреванием без перегрева до температуры на 80-100°С выше ожидаемой температуры размягчения, но не ниже 120°С и не выше 180°С. Обезвоженный и расплавленный до подвижного состояния битум процеживают через сито и затем тщательно перемешивают до полного удаления пузырьков воздуха. Масса пробы битума около 50 г.

Битум наливают с некоторым избытком в два гладких или ступенчатых кольца (для битумов с температурой размягчения свыше 80°С используют два ступенчатых кольца, которые первоначально подогревают с помощью горелки или электрической плитки до предполагаемой температуры размягчения битума), помещенные на пластинку, покрытую смесью Декстрина с глицерином (1:3) или талька с глицерином (1:3), при этом следует избегать образования пузырьков воздуха.