Материал: 2031

Целью определения является количественная оценка качества сцепления испытуемого битума с поверхностью зерен минерального материала, используемого в данной асфальтобетонной смеси. Результаты определения практически используются для установления: а) количественной меры адгезионной устойчивости данного чистого битума на поверхности данных каменных материалов (щебня, гравия, песка, минерального порошка); б) эффективности добавок ПАВ в битум или других каких-либо воздействий на него; в) необходимого и достаточного количества добавок ПАВ в битум или вида и режима воздействия на него.

7.2.Теоретические основы методики

7.2.1.Как видно из разд. 6, используемая в отечественных стандартах методика оценки сцепления битума с поверхностью зерен каменных материалов основана на визуальной оценке величины поверхности зерен, на которой после кипячения в воде сохранилась битумная пленка. Очевидно, что такая оценка является субъективной и недостоверной. Чтобы эту оценку сделать более объективной и достоверной, следует точно измерить площадь поверхности зерен, которая после испытания кипячением оказалась оголенной или осталась покрытой битумной пленкой.

7.2.2.В данной методике для измерения величины поверхности зерен, не покрытой битумом, использована способность некоторых водорастворимых красителей избирательно адсорбироваться из водных растворов на оголенной минеральной поверхности зерен и не адсорбироваться на битумной пленке. Таким красителем является, например, метиленовый голубой, который можно применять только при концентрации водородных ионов в растворе в пределах рН=3 – 10.

7.2.3.Таким образом, данная методика основана на теории и принципах колориметрических методов анализа (КМА) окрашенных растворов с использованием колориметра погружения КОЛ-1М (см. разд.

4)или фотоколориметра КФК-3 (см. разд. 5).

7.2.4.По величине избирательной адсорбции красителя из водного раствора с известной его концентрацией на поверхности минеральных зерен до обработки их битумом и на оголенной поверхности зерен, обработанных битумом, после их испытания кипячением (см. разд. 5).

7.2.5.Отношение величины адсорбции красителя поверхностью битумированных минеральных зерен, оголившейся после кипячения, к величине адсорбции красителя чистой поверхностью исходных минеральных зерен выражает долю «открытой» поверхности навески зерен, т.е.

где S0 – доля "открытой" поверхности минеральных зерен, освободившейся от битума после кипячения, %; Sn – для поверхности минеральных зерен, с сохранившейся после испытания битумной пленкой, %; qn – величина адсорбции красителя оголившейся от битума после кипячения поверхностью минеральных зерен, мг/мл; q0 – величина адсорбции красителя поверхностью зерен чистого минерального материала, мг/мл; q

– величина адсорбции красителя, вычисляемая на основании разности концентрации красителя в исходном растворе (c1, мг/мл) и в растворе после адсорбции красителя адсорбирующей поверхностью (c2 , мг/мл), мг/г; V – объем раствора красителя в испытательной кювете прибора КФК-3, мл; m – навеска каменного материала (адсорбента) исходного или обработанного битумом, г.

7.2.6. Адсорбция красителя поверхностью битумированных зерен после их кипячения в воде и поверхностью такой же навески чистых минеральных зерен позволяет объективно и достоверно определить относительную величину поверхности зерен, на которой пленка битума сохранилась после испытания кипячением в воде. Показатель Sп (см. формулу 7.2) является характеристикой стойкости битумной пленки на поверхности минеральных зерен при воздействии кипящей водой, т.е. косвенным показателем адгезии битума.

7.3.Рабочие гипотезы

7.3.1.Показатель адгезии битума Sп повышается по мере использования каменных материалов в следующем порядке: ультракислые (золы от сжигания экибастузских углей на ТЭС) кислые (кварцевый порошок или песок, гранитный щебень) карбонатные (известняки, мраморы, доломиты, мергели и др.) основные (базальты, диабазы) ультраосновные (перидотиты, пироксениты, серпентиниты).

7.3.2.При добавлении в битум ПАВ показатель адгезии Sn растет,

причем имеется характерное для данных битума и каменного материала содержание ПАВ в битуме, при котором Sn 100 %. Дальнейшее повышение содержания ПАВ не дает эффекта, но увеличивает стоимость битума.

7.3.3. При использовании кислых и влажных каменных материалов эффект повышения адгезии при добавлении в битум анионных ПАВ отсутствует или незначительно. При добавлении таких ПАВ указанный выше эффект наблюдается только при использовании сухих карбонатных или основных каменных материалов.

50

7.3.4.Добавление к битуму катионактивных ПАВ улучшает сцепление

ссухой и влажной поверхностью зерен основных, карбонатных и кислых каменных материалов.

7.4.Используемые материалы и реактивы

1.Зерна щебня крупнее 10 мм из каменных материалов карбонатной и кислой горных пород (известняк и гранит).

2.Песок природный или дробленый.

3.Битум нефтяной дорожный вязкий.

4.Битум нефтяной дорожный жидкий класса СГ или МГ.

5.Поверхностно-активные вещества катионного и анионного типов.

6.Водорастворимые красители (метиленовый голубой, метилен оранж

ит.п.).

7.Вода дистиллированная.

8.Бумага фильтровальная.

7.5.Используемые приборы и оборудование

1.Колориметр фотоэлектрический концентрационный КФК-3 с комплектом принадлежностей (набор кювет №4, светофильтры контрольные) –

1шт.

2.Весы лабораторные квадрантные технические ВЛКТ –1 шт.

3.Стаканы химические термостойкие по ГОСТ 23932 вместимостью не менее 500 см3 – по числу бригад (от 4 до 6).

4.Электроплитка, баня песчаная – 2 шт.

5.Металлическая сетка № 025 или № 05 с проволочными дисками – по числу бригад (от 4 до 6).

6.Штатив – 2 шт.

7.Секундомер – 2 шт.

8.Проволока тонкая или нитки.

9.Термостат – 2 шт.

10.Металлические чашки вместимостью не менее 100 см3 – 4 – 6 шт.

11.Фарфоровые чашки № 4 по ГОСТ 9147 – 2 – 4 шт.

12.Мерные цилиндры или стаканы – по числу бригад.

13.Колбы конические или химические стаканы – по числу бригад.

7.6.Порядок подготовки к проведению испытания

7.6.1.Приготовить стандартный (исходный, эталонный) водный раствор вещества-красителя (ccm= 0,005 г/л) – 1,0 л.

7.6.2.Минеральные материалы (зерна щебня крупнее 10 мм из известняка и гранита, песок природный или дробленый), битум и битум с ПАВ подготовить к испытанию, как указано в разд. 6, пп. 6.7.1 – 6.7.5.

7.6.3.Приготовить по 100 мл водных растворов вещества-красителя с

различными концентрациями: 1) c1= 0,001 г/л; 2) c2 = 0,003 г/л; 3) c3= 0,006 г/л.

7.6.4. Подготовить к работе фотоколориметр КФК-3 (см. разд. 5.11.).

51

7.7.Порядок определения

7.7.1.Приготовить навески зерен минеральных материалов разной природы для определения величины адсорбции красителя поверхностью зерен чистого минерального материала. Навеску щебня сделать из 2 – 3 зерен, навеску песка или щебня размером 3 – 10 мм –10 г.

7.7.2.Провести испытание на сцепление сухих и (или) влажных минеральных материалов с битумом и (или) битумом с ПАВ методом кипячения по методике, изложенной в пп. 6.8 и 6.9.

7.7.3.Приготовить навески битумированных зерен минеральных материалов после их кипячения в воде и охлаждения. Битумированного щебня крупнее 10 мм взять 2 – 3 зерна (в зависимости от крупности), битумированного щебня размером 3 – 10 мм или битумированного песка –

10 г.

7.7.4.С помощью мерного цилиндра отмерить 100 мл стандартного раствора (ccm= 0,005 г/л), вылить его в колбу или стакан и опустить туда

зерна щебня или высыпать 10 г песка, прошедших испытания на сцепления. Перемешать содержимое покачиванием колбы в течение 2 – 3 мин, после чего оставить колбу в покое на 5 мин.

В другую колбу или стакан со 100 мл стандартного раствора опустить (или высыпать) зерна чистого минерального материала. Режимы перемешивания и выдерживания аналогичны.

7.7.5. Измерения коэффициента пропускания или оптической плотности (см. разд. 5.12).

7.7.5.1. В одну из кювет прибора налить до метки стандартный раствор красителя с концентрацией ccm= 0,005 г/л, установить ее в дальнее гнездо кюветодержателя. Во вторую кювету налить испытуемый раствор, часть красителя из которого адсорбировалась навеской чистого или битумированного минерального материала, и установить ее в ближнее гнездо кюветодержателя.

7.7.5.2.Провести измерения коэффициента пропускания или оптической плотности D три раза, вычислить среднее арифметическое значение измеряемой величины.

7.7.5.3.Для построения спектральной кривой или D исследуемого раствора провести измерения при разных длинах волн l по методике пп.

5.12.1.1– 5.12.1.4. Построить спектральную кривую зависимости f (l)

или D f (l).

7.7.6. Измерение концентрации вещества в растворе возможно после выполнения ряда подготовительных операций: выбора длины волны; выбора кюветы; построения градуировочного графика и определения коэффициента факторизации F (см. п. 5.12.2).

52

7.7.6.1.Выбор длины волны и выбор кюветы производят, как указано в

пп. 5.12.2.1 и 5.12.2.2.

7.7.6.2.Для построения градуировочного графика и определения коэффициента факторизации проводят измерения оптических плотностей D растворов различной концентрации c (см. п. 7.6.3), приготовленных заранее. По графику зависимости D f (c) рассчитывают коэффициент

факторизации F (см. п. 5.12.2.3).

Коэффициент факторизации F вводят в память вычислительного блока (см. п. 5.12.2.4). Если зависимость D f (c) нелинейная, то концентрацию раствора определяют по графику.

7.7.6.3. Измерение концентрации вещества в исследуемом растворе. Исследуемый раствор налить в кюветы той же рабочей длины, с которой производилась градуировка, и установить выбранную длину волны (см. п. 5.12.2.2). Провести операции по пп. 5.12.1.1 – 5.12.1.4.

Нажать на клавишу «С» прибора. На табло слева от мигающей запятой появляется значение концентрации исследуемого раствора.

7.7.7.Скорость изменения оптической плотности раствора за определенный (заданный) промежуток времени t определяют согласно п.

5.13.3.Расчет скорости A выполняют по формуле (5.3). Время может принимать значения целых чисел от 1 до 9 мин.

7.8.Обработка результатов, построение графиков и составление отчета по данной работе

7.8.1.Выполнить для всех испытуемых чистых и битумированных минеральных материалов расчет величины адсорбции красителя по формуле (7.3).

Таблица 7.1

Вид и характеристика испытуемых материалов

Таблица 7.2

Результаты экспериментов и вычислений