где т – масса нижней части формы с поддоном и уплотненным минеральным порошком, г; т1 – масса нижней части формы с поддоном, г; V – объем уплотненного порошка, равный 100 см3.
За величину плотности порошка принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных испытаний. Каждый результат вычисляют по формуле (11.7) до сотых долей.
Расхождение между результатами двух параллельных испытаний не должно быть более 0,02 г/см3. В случае большого расхождения проводят третье определение и за результат испытания принимают среднеарифметическое двух ближайших по величине значений.
11.8.4.Определение пористости уплотненного порошка. Пористость Vп
впроцентах объема вычисляют с точностью до 0,01 % по формуле
V |
|
|
|
мп |
|
|
пор |
1 |
|
100, |
(11.8) |
||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
где мп – средняя плотность порошка, г/см3 (см. п. 11.8.3); – истинная плотность порошка, г/см3 (см. п. 11.8.2).
Полученный результат округляют до десятых долей %.
11.8.5. Определение остаточной пористости образцов. Остаточную пористость образцов из смеси порошка с битумом рассчитывают на основании предварительно установленных средней и истинной плотностей образцов.
Остаточную пористость Vпор в процентах объема рассчитывают с точностью до 0,01 % по формуле
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
(11.9) |
||
|
|
|||||
|
Vпор 1 |
|
|
100, |
||
|
|
см |
|
|||
где т – средняя плотность образцов, |
г/см3; см – истинная плотность |
|||||
образцов, г/см3. |
|
|
|
|
|
|
Полученный результат округляют до десятых долей %. |
|
|||||
11.8.6. Обработка результатов определения набухания образцов. Набу- |
||||||
хание образцов Н в процентах объема вычисляют с точностью до |
0,01 % |
|||||
по формуле |
|
|
|
|
|
|
Н |
(m2 m3) (m m1) |
100, |
(11.10) |
|||
|
||||||
m m1
где т – результат взвешивания образца на воздухе по пп. 11.7.4.2, г; т1 – результат взвешивания образца в воде по пп. 11.7.4.2, г; т2 – результат взвешивания образца на воздухе после насыщения водой по пп. 11.7.4.4, г; т3 – результат взвешивания образца в воде после насыщения водой по пп. 11.7.4.4, г.
За величину набухания принимают округленное до первого десятичного знака среднеарифметическое значение результатов трех определений. Расхождение между наибольшим и наименьшим значениями набухания не должно превышать 0,2 %.
11.8.7. Определение водостойкости образцов из смеси порошка с битумом. Прочность при сжатии исходных (сухих) образцов и после водонасыщения определяют при температуре 20 2 0С с помощью гидравлического пресса (см. пп. 11.2.7.4). После этого коэффициент
водостойкости Квод вычисляют по формуле |
|
Квод = Rвод / R , |
(11.11) |
где Rвод – предел прочности при сжатии образцов после испытания их по пп. 11.7.4.5, МПа; R – предел прочности при сжатии образцов до испытания их по пп. 11.7.4.5, МПа.
11.8.8. Обработка результатов определения показателя битумоемкости.
Показатель битумоемкости ПБ в г |
(количество масла |
на 100 см3 |
||
порошка) вычисляют по формуле |
15 |
|
|
|
ПБ |
100, |
(11.12) |
||
|
||||
m m1
где т – масса отвешенной порции порошка, г; т1 – масса оставшегося после испытания порошка, г; – истинная плотность порошка, г/см3.
Полученную величину округляют до целого числа.
11.8.9. Результаты определений и расчетов записывают в таблицы по формам (пример, табл. 11.3, 11.4).
Таблица 11.3
Виды и характеристики испытуемых составов порошка
|
Содержание |
|
|
Содержание зерен после рассева |
|
|
|
||||
|
компонентов, |
% |
|
на ситах с отверстиями, мм |
|
|
|
||||
|
массы |
|
|
|
|
|
|
|
, % |
, % |
|
состава№ |
|
|
|
|
аi |
|
|
|
, % |
||
Известняк |
(БитумБ) |
ПАВ |
ПАВ+Б |
|
|
|
|||||
|
|
|
М |
М |
М |
||||||
|
|
|
|
|
|
1,25 |
0,315 |
0,071 |
1,25 |
0,315 |
0,071 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 11.4
Результаты экспериментов и вычислений
№ состава
Определяемые и вычисляемые величины
, |
|
мп |
, |
V , |
|
т |
, |
|
см, |
V |
, |
Н, |
R |
вод |
, |
R, |
К |
ПБ, |
Гидрофоб- |
|
|
|
п |
|
|
|
пор |
|
|
|
|
|
вод |
|
|
||||
г/см3 |
г/см3 |
% |
г/см3 |
г/см3 |
% |
|
% |
МПа |
МПа |
|
г |
ность |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11.8.10.На основании экспериментальных результатов и вычислений строят графики зависимостей М0,071, Vпор, Н, ПБ = f (% содержания активирующей смеси в порошке).
11.8.11.Каждая бригада оформляет отчет по выполненной лабораторной работе, в котором приводятся не только данные, полученные бригадой, но и сводная таблица результатов всех бригад.
12. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИТУМОВ И ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОТАЦИОННОГО ВИСКОЗИМЕТРА «РЕОТЕСТА-2»
12.1. Цель определения
Установить характер течения дисперсной системы на основе определения ее вязкостных и реологических свойств.
12.2.Область применения
Впроизводстве дорожно-строительных материалов широко используются жидкие гетерогенные дисперсные системы, содержащие твердую (коллоиды, суспензии, пасты, мастики), жидкую (эмульсии) или газообразную (пены) фазу. Органические вяжущие материалы (битумы, гудроны, дегти, полимерно-битумные вяжущие) также являются коллоидными дисперсными системами.
Для выполнения различных технологических процессов (перемешивание, перекачивание, транспортирование, дозирование, уплотнение и др.) необходимо знать вязкостно-температурные свойства
дисперсных систем. В ряде производств одним из основных показателей
качества готовой продукции является вязкость, которую контролируют на различных стадиях и в конце технологического цикла.
При анализе поведения битумов в дорожных покрытиях важно знать характеристики вязкости битумов при малых деформациях, т.е. для случая неразрушенной структуры.
При исследовании свойств материалов в вязкотекучем состоянии предпочтение отдается ротационным вискозиметрам, т.к. именно ротационные методы и приборы обеспечивают получение наибольшего количества реологических характеристик исследуемого материала.
Ротационный вискозиметр «Реотест-2» пригоден для определения динамической вязкости ньютоновских жидкостей и реологических исследований неньютоновских жидкостей (см. п. 12.3.4). «Реотест-2» позволяет измерять динамическую вязкость и следующие аномалии текучести: структурную вязкость, пластичность (предел текучести), тиксотропию (способность некоторых структурированных дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру).
12.3.Теоретические основы методики
12.3.1.Вязкость – это свойство жидкости оказывать сопротивление силам, вызывающим относительное перемещение ее слоев.
Допустим, что к поверхности слоя жидкости толщиной n по площадке F приложена сдвигающая сила Р, в результате чего самый верхний слой придет в движение со скоростью W. Все последующие смежные слои в результате проявления внутреннего молекулярного трения будут тормозиться, двигаться с тем меньшей скоростью, чем глубже рассматриваемый слой (рис. 12.1).
В результате по глубине потока возникает градиент скорости, dW/dn, величина которого определяется величиной внутреннего трения данной жидкости.
12.3.2.По закону Ньютона сдвигающая сила Р будет пропорциональна градиенту скорости dW/dn (или скорости сдвига) и поверхности соприкосновения данных слоев жидкости F:
|
Р = F dW/dn; |
(12.1) |
или |
= dW/dn, |
(12.2) |
где = Р / F – напряжение сдвига, Па; dW/dn – скорость сдвига, с-1; – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом внутреннего трения или абсолютной вязкости, коэффициентом динамической вязко-
сти или просто вязкостью, Па с (Н с
м2 ).
Величины Р и могут быть положительны или отрицательны в зависимости от выбранного направления отсчета n, в формулах (12.1) и (12.2) фигурирует абсолютное значение градиента скорости dW/dn.
12.3.3. Обозначив градиент скорости , уравнение Ньютона можно записать в виде
|
(12.3) |
= . |
12.3.4. Жидкости, которые подчиняются закону внутреннего трения Ньютона, называются нормальными или ньютоновскими (неструктурированными).Характеристика текучести ньютоновских жидкостей в координатах напряжения сдвига – скорость сдвига представляет прямую линию, проходящую через начало координат (рис. 12.2, линия 1). Жидкости, не подчиняющиеся этому закону, называются аномальными или неньютоновскими (структурированными). Течение таких жидкостей характеризуется не динамической, а кажущейся (эффективной) вязкостью.
Рис. 12.1. График изменения скорости движения жидкости по глубине потока
При этом различают жидкости и жидкоподобные системы (см. рис. 12.2, линии 1, 2, 3), твердые и твердоподобные системы (см. рис. 12.2, линии 4 и 5). Для жидкоподобных систем течение (деформация) начинается при сколь угодно малом напряжении сдвига без разрыва их сплошности и с выходом на прямолинейное (ньютоновское) течение. Для твердоподобных систем обязательным является наличие предела текучести – предельного напряжения сдвига (см. рис. 12.2, линии 4 и 5). Закону Ньютона не подчиняются растворы многих полимеров, коллоидные растворы, густые суспензии, пасты, мастики, битумы, эмульсии и др.
12.3.5. Ньютоновские жидкости подразделяются на три группы:
1)реологически стационарные, реологическая характеристика которых
=f ( ) не зависит от времени приложения сил сдвига;
2)реологически нестационарные, реологическая характеристика которых =f ( ) зависит от продолжительности действия напряжения;
3)вязкоупругие, проявляющие одновременно вязкое течение и упругое восстановление формы после снятия напряжения.
12.3.6. Жидкости первой группы делятся на три типа по характеру функции =f ( ): 1) бингамовские (пластичные); 2) псевдопластические;
3)дилатантные (см. рис. 12.2).
12.3.7.Бингамовские (пластичные) жидкости под действием напряжения менее 0 лишь деформируются, но не текут. Вязкое течение