АППАРАТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАРЕНИЯ БИТУМОВ

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована при определении свойств дорожных битумов, применяемых для приготовления асфальтобетонных смесей на автомобильных дорогах.
В процессе приготовления, хранения в накопительном бункере и транспортирования асфальтобетонной смеси битум в виде тонких пленок на поверхности минерального материала находится при высоких температурах. Это создает благоприятные условия для интенсивного протекания в нем термоокислительных и других процессов, приводящих к старению битума.
По мере старения битума понижаются его когезия, адгезия и пластичность, деформативная способность асфальтобетона падает.
Испытание битумных покрытий на старение является одним из важнейших при определении эксплуатационных характеристик материалов. В тонких пленках при высокой температуре процессы старения протекают настолько интенсивно, что практически через каждый час битум переходит в другую марку с более высокой вязкостью. В итоге асфальтобетон в покрытии содержит битум с меньшей глубиной проникания иглы, чем было принято при подборе его состава. Это обстоятельство - одна из главных причин понижения трещиностойкости асфальтобетонных покрытий.
Повышение температуры и увеличение времени выдерживания смеси при этой температуре ускоряют старение битумов в тонкой пленке. Независимо от состава смеси и качества процессы старения битума в пленках резко интенсифицируются при температуре 160°С и выше.
Наряду с характеристикой параметров старения, таких как температура размягчения, кольцо и шар, пенетрация и пластичность, необходимо получить более дифференцированные рассматриваемые и оцениваемые свойства битумов относительно параметров вязкости в тонкой пленке.
Известно устройство для определения параметров старения битумов по промышленному стандарту ФРГ 52016 «Термическая нагрузка во вращающейся колбе и определение изменения веса вследствие термической нагрузки» (Электронный магазин стандартов Din
52016-1988. Битумы. Определение изменения массы при термической нагрузке во вращающейся колбе» Режим доступа: http://nd.gostinfo.ru). В устройстве в качестве основы используют термическую нагрузку на тонкие битумные слои во вращающейся колбе с соблюдением граничных условий соответственно промышленному стандарту ФРГ 52016. Недостатком данного устройства является низкая производительность испытаний.
По количеству общих признаков и достигаемому результату к заявляемому техническому решению наиболее близка климатическая камера для определения свойств старения битумов RFTOT; ASTM D 2872 (режим доступа http:www.petrotech.ru), в которой поддерживается постоянная температура. В климатической камере установлена карусель с гнездами для 8 стеклянных контейнеров для испытания вяжущего в подвижной тонкой пленке, расходомер, предназначенный для контроля величины расхода воздуха, подаваемого в стеклянные колбы и пультом управления с электронным регулятором температуры. Данное установка позволяет производить одновременно 8 испытаний битумов при идентичных условиях, что позволяет ускорить процесс испытания и точность определения характеристик.
Недостатком данного устройства является то, что при данном испытании не учитываются атмосферные воздействия. Постоянно же действующие атмосферные факторы изменяют качество асфальтобетона, его состояние, при этом в большинстве случаев происходят необратимые процессы, а битум является основным составляющим, определяющим старение асфальтобетона и его долговечность.
Основная задача полезной модели заключается в создании устройства, позволяющего увеличить эффективность испытаний, точность и достоверность показаний за счет приближения условий естественного старения битума в тонкой пленке, имитируя воздействие солнечного излучения на пленку битума.
Технический результат достигается тем, что аппарат для ускоренного старения битумов, состоящий из климатической камеры, в которой установлена карусель с гнездами для 8 колб, расходомер, предназначенный для контроля величины расхода воздуха, подаваемого в стеклянные колбы и пультом с электронным регулятором температуры, дополнительно содержит две ртутно-кварцевые лампы, а карусель приводит во вращение мотор-редуктор с преобразователем частоты для изменения скорости вращения от 2 до 50 об./мин.
Две ртутно-кварцевые лампы создают имитацию воздействия солнечного излучения на пленку битума во вращающихся колбах для приближения условий естественного старения битума. Возможность варьировать скорость вращения карусели позволяет воспроизводить различные режимы старения битумов для получения сравнительных результатов для различных марок битумов.
В результате исследований образцов битумов в аппарате ускоренного старения битумов получают характеристики битума после старения, имитирующие процесс приготовления асфальтобетонной смеси с укладкой в покрытие и эксплуатацию в течение одного - двух лет.
Аппарат для ускоренного старения битумов (вид сбоку и вид сверху) включает климатическую камеру 1, пульт управления с электронным регулятором температуры 2, карусель с колбами 3, колба с битумом 4, змеевик для подачи воздуха 5, ртутно-кварцевые лампы 6, частотный преобразователь 7, мотор-редуктор 8, насос подачи воздуха с регулятором и расходомером 9.
Аппарат позволяет проводить одновременно несколько независимых определений - как стандартные испытания по старению битумов, так и исследовательские работы по влиянию температурных режимов и солнечного излучения различной интенсивности (имитация) и времени воздействия в зависимости от скорости вращения карусели на тонкие пленки битумов для различных марок битумов.
На пульте управления 2 аппарата для ускоренного старения битумов устанавливают заданную температуру, время и обороты вращения карусели 3. Карусель с колбами 3 приводится во вращение мотором-редуктором 8, снабженным частотным преобразователем 7 для изменения скорости вращения карусели от 2 до 50 об/мин. Включают насос 9 подачи воздуха, необходимый объем которого регулируют через расходомер. Две ртутно-кварцевые лампы 6 (например, марки ДРШ-100) создают имитацию воздействия солнечного излучения на пленку битума во вращающихся колбах для приближения условий естественного старения битума.
Принцип работы аппарата для определения старения битумов основан на измерении потери массы битума до и после испытания.
Пример.
Для проведения испытания требуется следующее оборудование: стеклянные колбы 8 шт., термометр ртутный типа ТН-3 и ТН-7 по ГОСТ 400-80; палочка стеклянная или металлическая для перемешивания битума; весы лабораторные; щипцы; стакан фарфоровый или металлический; компрессор; емкость для разогрева вяжущего.
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 150 г. Предварительно две колбы взвешиваются (приблизительно до 0,001 г), они будут использоваться для определения потери массы.
Проведение испытания
На пульте управления 2 аппарата для определения старения битумов устанавливают заданную температуру 163°С, скорость вращения карусели 3 устанавливают 15 оборотов в минуту, время старения образцов устанавливают 85 мин. и прогревают климатическую камеру до заданной температуры.
Подготовленный к испытанию битум наливают в колбы по 50 г. После прогрева камеры термостата до заданной температуры колбы с битумом помещают в гнезда карусели, закрывают камеру и по восстановлению заданной температуры включают таймер времени старения, включают вращение карусели. Включают насос подачи воздуха, необходимый объем которого регулируют через расходомер. Включают одну или две ртутно-дуговые лампы в зависимости от задачи исследования.
Подготовленный к испытанию битум помещают в колбы, которые устанавливают в гнездах карусели. Образцы прокручивают в климатической камере в течение 85 минут при температуре 163°С, карусель в испытательной камере движется со скоростью 15 оборотов в минуту. В образцы битума в печи вдувается воздушная струя под давлением в каждую колбу, когда колба очутится в самой низкой точке своего пути.
Обработка результатов
После того как старение закончилось, две колбы, служащие для подсчета потери в массе, охлаждают и взвешивают до 0,001 г. Процент потери массы выражается следующим образом:
% изменения массы =(начальная масса-масса после старения)*100 начальная масса.
Затем состаренный таким образом битум подвергают стандартным испытаниям.
Таким образом, с помощью аппарата для определения старения битумов можно оценить возможность применения исходной марки битума при приготовлении асфальтобетонных смесей для покрытия автомобильных дорог с учетом региональных климатических условий эксплуатации.
Используемые источники
1. «Термическая нагрузка во вращающейся колбе и определение изменения веса вследствие термической нагрузки» (Электронный магазин стандартов Din 52016-1988. Битумы. Определение изменения массы при термической нагрузке во вращающейся колбе» Режим доступа: http://nd.gostinfo.ru).
2. Климатическая камера для определения свойств старения битумов RFTOT; ASTM D 2872 (режим доступа http:www.petrotech.ru).