ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

при нормальних умовах: при температурі (20 ± 2) °С і відносній вологості повітря 95–100 %. Через (24 ± 2) год після виготовлення зразки витягають з форми і нумерують. Потім зразки протягом 3 діб витримують у камері з відносною вологістю повітря (95–100) % або у вологому піску (тирсі), а протягом іншого часу до досягнення проектної міцності – на повітрі (у приміщенні з відносною вологістю повітря 65 ± 10 %, якщо розчини призначені для повітряного твердіння) або у воді у розчинах гідравлічного твердіння. Зразки з розчинів на повітряних в’яжучих до випробування зберігають тільки у приміщенні при температурі (20 ± 2) °С і відносній вологості повітря (65 ± 10) % на відстані від опалювальних приладів. Перед випробуванням зразки розглядають, вимірюють їх розміри і зважують. Зразки водного твердіння витягають з води не раніш ніж за 10 хв до випробування і протирають тканиною. Зразки повітряного твердіння очищають волосяною щіткою від піщинок та пилу.

Для випробування зразок установлюють плоскою гранню на нижню плиту пресу точно по її центру. Навантаження має зростати безперервно з постійною швидкістю (0,6 ± 0,4) МПа до самого руйнування зразку. Максимальне зусилля преса, при якому здійснюється руйнування зразка, обирають за руйнівне навантаження.

Границю міцності розчину на стиск обчислюють для кожного зразка як частку від ділення руйнівного навантаження на площу поперечного перерізу зразка, а результатом випробування обирають середнє арифметичне з результатів випробування трьох зразківкубів. Установлені такі марки будівельних розчинів за міцністю на стиск: М4, М10, М25, М50, М75, М150, М200.

Вологість розчину визначають випробуванням зразків або проб, що одержані дробленням зразків після їх випробування на міцність або вилучених з готових виробів або конструкцій. При цьому найбільша крупність частинок розчину не перевищує 5 мм. Зразки проб подрібнюють і зважують одразу після відбору, після чого зберігають у паронепроникній упаковці або герметичній тарі, об’єм якої перевищує об’єм укладених до неї зразків не більш ніж у два рази. Підготовлені зразки або проби зважують та висушують до постійної маси при температурі (105 ± 5) °С. Гіпсові розчини висушують при температурі 45–55 °С.

171

Постійною є маса зразка, при якій результати двох послідовних зважувань відрізняються не більш ніж на 0,1 %. При цьому час між зважуваннями має бути не менш 4 год. Перед повторним зважуванням зразки охолоджують в ексикаторі з безводним хлористим кальцієм або разом з сушильною шафою до кімнатної температури. Похибка при зважуванні не повинна перевищу-

вати 0,1 %.

Вологість розчину за масою Wм у відсотках підраховують з похибкою до 0,1 % за формулою

Wм =	mв −mс	100,	(5.48)
	mс

де mв – маса зразка розчину до сушіння, г; mс – маса зразка розчину після сушіння, г.

Вологість розчину за об’ємом W0 у відсотках підраховують з похибкою до 0,1 % за формулою

W	=	Wм ρ0	,	(5.49)
0		ρв

де ρм – середня густина сухого розчину, яку визначають за формулою (5.41);

ρв – істинна густина води (г/см3), яку приймають рівною 1 г/см3. Вологість серії зразків розчину визначають як середнє арифметичне значення результатів визначення вологості окремих

зразків розчину у відсотках.

Водовбирання розчину визначають випробуванням зразків-кубів з ребром розміром 70,7 мм, які виготовлені з розчинової суміші робочого складу або пластин розміром 50 × 50 мм, вилучених з швів конструкцій, товщиною, що дорівнює товщині шву. Перед випробуванням поверхню зразків очищають від пилу, бруду та залишків мастила з допомогою дротової щітки або абразивного каменя. Зразки піддають випробуванню у стані природної вологості або після сушіння до постійної маси. Для випробування зразки поміщують до ємності заповнення водою таким чином, щоб рівень води у ємності перевищував верхній рівень укладених зразків приблизно на 50 мм.

172

Температура води у ємності має бути (20 ± 2) °С. Зразки зважують після кожних 24 год водовбирання на звичайних або гідростатичних терезах з похибкою не більш 0,1 %. При зважуванні на звичайних терезах зразки після витягання з води попередньо обтирають вологою тканиною. Випробування продовжують до тих пір, поки результати двох послідовних зважувань будуть відрізнятись не більш ніж на 0,1 %. Зразки, що випробовують у стані природної вологості, після закінчення процесу водовбирання висушують до постійної маси.

Водовбирання окремого зразка розчина за масою Wм у відсотках визначають з похибкою до 0,1% за виразом

Wм =	mв −mс	100,	(5.50)
	mс

де mв – маса зразка у стані водовбирання, г; mс – маса висушеного зразка, г.

Водовбирання окремого зразка розчина за об’ємом W0 у відсотках визначають з похибкою до 0,1% за формулою

W0 =	Wм ρ0	,	(5.51)
	ρв

де ρ0 – середня густина сухого розчину, г/см3; ρв – істинна густина води, яку приймають рівною 1 г/см3.

Водовбирання серії зразків розчину визначають як середнє арифметичне значення результатів випробувань окремих зразків у серії.

Морозостійкість розчину визначають тільки у випадку, якщо розчин виготовлено на гідравлічному в’яжучому, при цьому марка розчину перевищує 10. Розчини марок М4 та М10 і розчини, виготовлені на повітряних в’яжучих, на морозостійкість не випробують.

Випробування будівельного розчину на морозостійкість здійснюють шляхом багаторазового заморожування та відтавання зразків-кубів з ребром 70,7 мм у стані насичення водою при температурі заморожування мінус 15–20 °С і відтаванні їх у воді при температурі 15–20 °С. Для випробувань готують готують

173

6 зразків-кубів, з яких 3 зразки піддають заморожуванню, а інші 3 зразки залишають контрольними. За марку розчину за морозостійкістю приймають найбільшу кількість циклів навперемінного заморожування та відтавання, які при випробуванні витримують зразки.

Проведення випробування починається з насичення зразків водою без попереднього висушування шляхом витримування їх протягом 48 год у воді при температурі 15–20 °С. При цьому зразок має бути зануреним до води шаром води товщиною не менш 20 мм. Час насичення у воді входить до загального віку розчина.

Основні зразки мають випробуватись на морозостійкість у 28-добовому віці після витримування у камері нормального твердіння. Контрольні зразки, призначені для випробування на стиск, потрібно зберігати у камері нормального твердіння при температурі (20 ± 2) °С і відносній вологості повітря не менш 90 %.

Основні зразки після насичення водою слід поміщати до морозильної камери в спеціальних контейнерах або установлювати на сітчасті полиці стелажів. Відстань між зразками, а також між зразками і стінками контейнерів та розташованими вище полицями має бути не менш 50 мм.

Зразки заморожують у морозильній установці, яка забезпечує охолодження камери зі зразками до температури мінус 15 – 20 °С і підтримання цієї температури. Тривалість одного заморожування повинна бути не менш 4 год. Після вивантаження з морозильної камери зразки піддають відтаванню у воді при температурі 15 – 20 °С протягом 3 год. Після проведення навперемінного заморожування та відтавання зразків основні зразки піддають випробуванню на стиск.

Контрольні зразки випробують на стиск у насиченому водою стані перед початком заморожування основних зразків. При оцінюванні морозостійкості при втраті маси після проведення визначеної кількості циклів заморожування і відтавання зразки зважують у насиченому водою стані з похибкою не більш 0,1 %.

Морозостійкість за втратою міцності на стиск зразки при навперемінному заморожуванні та відтаванні оцінюють шляхом порівняння міцності основних та контрольних зразків у насиченому водою стані.

174

Втрату міцності зразків ∆ у відсотках підраховують за формулою

∆ =	Rконтр − Rосн	100,	(5.52)
	R
	констр

де Rконтр – середнє арифметичне значення міцності на стиск контрольних зразків, МПа;

Rосн – середнє арифметичне значення міцності на стиск основних зразків після випробування їх на морозостійкість, МПа.

Допустима втрата міцності зразків при стиску після навперемінного їх заморожування і відтавання не більш 25 %. Втрату маси зразків за результатами випробування на морозостійкість М у відсотках підраховують за виразом

	M =	m1 −m2	100,	(5.53)
		m
	1

де m1 – маса насиченого водою зразка перед випробуванням його на морозостійкість, г;

m2 – маса насиченого водою зразка після випробування його на морозостійкість, г.

Втрату маси зразків після випробування на морозостійкість підраховують як середнє арифметичне значення результатів випробування трьох зразків. Допустима величина втрати маси зразків після навперемінного заморожування і відтавання не більше 5 %. Для розчинів, що піддаються навперемінному заморожуванню та відтаванню у зволоженому стані у конструкціях будівель і споруд, існує поділ на марки за морозостійкістю F10, F15, F25, F35, F50, F75.

175

РОЗДІЛ 6

ВИЗНАЧЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ОРГАНІЧНИХ В’ЯЖУЧИХ МАТЕРІАЛІВ

Дорожні органічні в’яжучі – це природні або штучні речовини, які здатні до склеювання твердих поверхней термопластичності та складаються із суміші різноманітних вуглеводнів та їх похідних. За видом вихідної сировини вони можуть бути нафтовими (бітумні в’яжучі), кам’яновугільними (дьогтьові в’яжучі), горюче-сланцевими (бітуми, пеки, масла), торф’яними (дьогті) та деревними (дьогті, пеки, смоли). За способом отримання вони діляться на природні (асфальтити, асфальти, мальти) такі, що виготовляють промисловою переробкою (нафтові та сланцеві бітуми, деревні та торфяні дьогті) та такі, що отримують суміщенням компонентів різної консистенції та походження (дьогтьобітуми і бітумодьогті, бітумота дьогтьополімери, сіркобітумні, емульсії тощо). За консистенцією (твердістю) органічні в’яжучі розподіляються: на тверді (асфальти, бітуми, пеки); в’язкі (бітуми, дьогті, смоли); рідкі (бітуми дьогті, смоли, мальти) та легкотекучі (смоли, емульсії).

Органічні в’яжучі необхідні для виготовлення матеріалів, що використовуються при будівництві та ремонті автомобільних доріг різного призначення, покриття тротуарів, злітно-посадочних смуг, рулювальних доріжок, а також улаштування покриттів та основ різними технологічними способами (розподілом органомінеральних сумішей просочуванням, змішуванням на місці, інше). Найбільш розповсюджені у світі бітумні в’яжучі та матеріали на їх основі, зокрема асфальтобетонні суміші та асфальтобетони.

Органічні в’яжучі мають забезпечувати матеріалам такі властивості: довговічність; міцність при однота багаторазових навантаженнях; стійкість у рідких агресивних середовищах (воді та різних водних розчинах); зсувостійкість при високих температурах; тріщиностійкість при негативних температурах; морозостійкість; стійкість проти старіння.

176

6.1. В’язкі дорожні бітуми

В’язкі дорожні бітуми є найбільш поширеним органічним в’яжучим, що використовується для будівництва та ремонту конструктивних шарів нежорстких дорожніх одягів автомобільних доріг та аеродромів.

В’язкі бітуми виготовляють окисленням залишків атмосферновакуумної перегонки нафти, прямою перегонкою нафти або компаундуванням високов’язких неокислених та окислених нафтопродуктів (мазуту, гудрону, асфальтів деасфальтизації, екстрактів селективної очистки нафти). В’язкі нафтові дорожні бітуми використовують для виготовлення різних видів гарячих асфальтобетонних сумішей, поверхневої обробки покриттів, а також для отримання рідких бітумів, бітумних емульсій та бітумів, модифікованих полімерами.

Якість в’язких бітумів оцінюють, визначаючи такі показники: глибина проникності стандартної голки (пенетрація) при температурі 0 °С та 25 °С; розтяжність (дуктильність) стандартного зразка бітуму при температурах 0 °С та 25 °С; температура розм’якшеності за кільцем і кулею; температура крихкості за Фраасом; стабільність властивостей бітуму при його прогрітті до високої температури при зміні маси, температури розм’якшеності та пенетрації; температура спалаху; індекс пенетрації; зчеплюваність зі склом та кам’яними матеріалами; розчинність в органічному розчиннику. Визначення наведених показників якості передбачається ДСТУ 4044-2001 «Бітуми нафтові дорожні в’язкі. Технічні умови».

З врахуванням значень показників якості бітуми діляться на марки. В позначенні марки абревіатура БНД означає бітум нафтовий дорожній, а числовий індекс – границі пенетрації бітумів даної марки. Наприклад, БНД 40/60 – бітум нафтовий дорожній, який відповідає вимогам норм щодо бітуму з глибиною прониканості голки – (40–60) 0,1 мм. Вимоги ДСТУ 4044-2001 до в’язких бітумів наведені в табл. 6.1. Поряд з перерахованими для оцінки якості бітуму є ще такі показники: істинної в’язкісті, від якої залежить температура нагріву бітумів в змішувачах; груповий склад, реологічний тип, що дозволяє передбачити поведінку бітуму в експлуатаційних умовах та ін.

177

Таблиця 6.1

Технічні вимоги до дорожніх в’язких бітумів

		Назва показника		Значення для марок						Метод
				БНД		БНД		БНД	БНД
										випробування
				40/60	60/90		90/130		130/200
	1.	Глибина проникності голки		40–60		61–90		91–130	131–	Згідно з
	(пенетрація) при температурі								200	ГОСТ 11501
	25 °С, 0,1 мм
	2.	Температура		51–57		47–53		43–49	39–45	Згідно з
	розм’якшеності за кільцем і									ГОСТ 11506
	кулею, °С
	3.	Розтяжність (дуктильність),
	см, не менше:		°	–	3,0		4,0		6,5	Згідно з
	при температурі, 0									ГОСТ 11505
			С	45	55		65		70
	при температурі 25 °С
	4.	Зміна властивостей після
	прогріття:									Згідно з
	зміна маси після прогріття, %,			0,8						ГОСТ 18180
	не більше				0,8		1,0		1,2	Згідно з
	залишкова пенетрація, %			60	60		55		50	ГОСТ 11501
	зміна температури розм’якше-			6,0	6,0		6,0		70	Згідно з
		°								ГОСТ 11506
	ності, С, не більше
	5.	Температура крихкості, °С,		-10	-12		-15		-17	Згідно з
	не вище									ГОСТ 11507
	6.	Температура спалаху, яку								Згідно з
	визначають у		відкритому	240	230		230		220
										ГОСТ 4333
	тиглі, °С, не нижче
	7.	Зчеплюваність зі склом, %								Згідно з
				32	20		17		13	ДСТУБВ.2.7-
										81
	8.	Масова частка парафінів, %		Не	нормується			. Визначення		Згідно з
				обов’язкове для накопичення						ГОСТ 17789
						даних
	9.	Розчинність в органічному		99,0		99,0		99,0	99,0	Згідно з
	розчиннику, % не менше									ГОСТ 20739
	10. Індекс пенетрацї					Від –2,0		до +1,0

Стандартизація бітумів здійснюється в усіх розвинутих країнах світу. Російські дорожні будівельники користуються нормативними показниками згідно з ГОСТ 22245. На відміну від ДСТУ 4044-2001

178

цей стандарт передбачає випуск бітумів марок класу БН. Для них характерна нижча температура розм’якшеності та більш висока температура крихкості при рівній з бітумами БНД пенетрації. Такі бітуми не можуть забезпечити необхідну зсувостійкість та тріщиностійкість асфальтобетонів в кліматичних умовах України. В зв’язку з цим вони не використовуються в Україні. Крім того, ГОСТ 22245 не передбачає визначення таких важливих показників як зчеплюваність бітуму з мінеральною поверхнею, зміну пенетрації та маси при прогрітті, розчинність в органічному розчиннику.

Випробуванням бітумів передує їх обезводнювання обережним нагріванням до температури на 80–100 °С вище температури розм’якшеності, але не вище 180 °С та не нижче 120 °С. Обезвожений та розплавлений бітум проціжується через металеве сито №07 та ретельно перемішується до повного видалення пузирьків повітря.

Визначення глибини проникності голки (пенетрації). Традиційно вважається, що глибина проникності голки характеризує умовну в’язкість бітумів. В той же час цей показник тісно пов’язаний з когезією бітумів. Чим більше значення пенетрації, тим менше в’язкість бітуму, тим більше його когезія у відповідних умовах випробування. Пенетрацію визначають шляхом вимірювання глибини занурення голки пенетрометра в зразок бітуму під навантаженням (100 ± 0,25) г на протязі 5 с при температурі 25 °С або під навантаженням 200 г протягом 60 с при 0 °С. Показник глибини проникності голки є одним із ведучих при визначенні марки бітуму.

Для визначення глибини проникності голки використовується класичний або автоматичний пенетрометр (рис. 6.1, 6.2).

Конструктивно прилад складається з ряду елементів. Опорна площадка пенетрометра забезпечена трьома регульовочними гвинтами для приведення приладу в горизонтальний стан. До опорної площадки пенетрометра прикріплена стійка 1 з кронштейнами та предметний столик 10, що обертається, на який встановлюють кристалізатор 9 з металевим стаканчиком циліндричної форми 8, який містить бітум. На верхньому кронштейні закріплено лімб 2, поділений на 360 °С та кремольєра 3. Кожний градус лімба відповідає зануренню голки на 0,1 мм. На нижньому кронштейні закріплений вільно падаючий стержень 4 з голкою 7 та вантажем. Стержень фіксується стопорною кнопкою 5.

179

Рис. 6.1. Пенетрометр класичний			Рис. 6.2. Автоматичний пенетрометр

Попередньо підготовлений (обезводнений та розігрітий) бітум заливається в металевий стаканчик висотою не менше 35 мм так, щоб від верхнього його краю до поверхні бітуму було не більше 5 мм. Стаканчик з бітумом охолоджують на повітрі при температурі (25 ± 5)°С на протязі 60 – 75 хв. Через цей термін стаканчик розміщують у водяній бані об’ємом не менше 10 л та висотою не менше 200 мм. Висота шару води над бітумом має бути не менш 100 мм, а відстань між дном стаканчика та чашки не менш 50 мм. Температура води в бані підтримується рівною (25 ± 0,1) °С. У випадку визначення глибини проникності голки при 0 °С час охолодження становить 80 – 90 хв, а температура води в бані зі льодом, а також у кристалізаторі має бути 0 – 0,1 °С.

Пенетрометр за допомогою трьох гвинтів та рівня станини приладу встановлюють так, щоб столик зайняв горизонтальне положення. Перевіряють точність роботи приладу. Для цього виймають голку з плунжера, опускають його під дією власної ваги, вставляють калібрований стержень висотою 50 мм між плунжером та кремольєрою, виводять стрілку приладу на нуль, виймають стержень і опускають кремольєру до торкання з плунжером. Показання пенетрометра має відповідати довжині тарованого

180