Влияние УФ-облучения на основные характеристики наполненного стеклянным порошком битума

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №1-2, 2018г.

Битумы представляют смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных. Они нерастворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и других органических растворителях. Плотность битума колеблется в интервале 0,95–1,50 г/см3 [1].

Состав и свойства битумов обусловливают область его применения, a также – рост объемов использования [2]. В настоящее время битумы применяются при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов, при проведении водоизоляционных работ [3]. Основное применение битума – это производство кровельного рубероида для покрытия гражданских и промышленных крыш. Также производят сборные кровельные покрытия, состоящие из кровельного картона (пропитанного расплавленным битумом), уложенного в несколько слоев. Битумы являются одним из основных материалов, используемых при устройстве дорожного полотна.

Таким образом, в ходе эксплуатации битумы подвергаются целому спектру неблагоприятных воздействий, приводящих к его старению, что, в свою очередь, приводит к снижению его работоспособности. Замедление процесса изменения основных эксплуатационных характеристик битума марки БН 90/10 под действием неблагоприятных факторов, в том числе и УФ-облучения, предлагается путем его наполнения стеклянным порошком фракцией 0,063 в соотношении стекла к битуму 1:2 по объему, так как, как правило, именно наполнение позволяет достичь необходимого результата [4]. Для оценки эффективности такого наполнения необходимо изучить влияние УФ-облучения на основные характеристики наполненного битума марки БН 90/10.

Методологические вопросы

Основными характеристиками битума являются температура размягчения, растяжимость и глубина проникновения иглы, которые определяются по стандартным методикам.

Испытания на определение температуры размягчения проводятся на стандартном приборе «кольцо и шар» по ГОСТ 11506-73* [5]. Сущность метода заключается в определении температуры, при которой битум, находящийся в кольце заданных размеров, в условиях испытания размягчается и, перемещаясь под действием стального шарика, коснется нижней пластинки. Температура размягчения вычисляется как среднее арифметическое двух измерений.

Испытание на растяжимость проводится на приборе дуктилометре по ГОСТ 11505-75* [6]. Сущность метода заключается в определении максимальной длины, на которую может растянуться битум без разрыва, залитый в специальную форму, раздвигаемую с постоянной скоростью 5 см/мин при температуре 25 °С.

Испытания на определение глубины проникновения иглы (пенетрация) проводятся на стандартном приборе пенетрометре по ГОСТ 11501-78* [7]. Сущность метода заключается в измерении глубины, на которую погружается игла пенетрометра в испытуемый образец битума при нагрузке 1 Н, температуре 25 °С в течение 5 секунд. Вязкость выражается в единицах, соответствующих десятым долям миллиметра (0,1 мм).

Неблагоприятное воздействие в виде УФ-облучения моделировалось в специальной камере искусственного фотостарения, в которой образцы битума выдерживались под лампой ДРТ 1000 в течение 25, 50, 75 и 100 ч.

Основные результаты исследования

Изменение температуры размягчения битума марки БН 90/10 от продолжительности старения, как видно из графика (рис. 1), подчиняется линейной зависимости: y = –0,6x + 75. Свободный член уравнения говорит о температуре размягчения битума, не подверженного воздействию УФ-облучения. Угловой коэффициент показывает степень интенсивности протекания процесса старения битума. Так, после 25 ч УФ-облучения температура размягчения снизилась на 1,6 % и составила 73,8 °С от изначальных 75 °С. После 50 ч УФ-облучения температура размягчения снизилась на 8,67 % и составила 68,5 °С от изначальных 75 °С. После 75 ч УФ-облучения температура размягчения снизилась на 2,7 % и составила 73 °С от изначальных 75 °С. После 100 ч УФ-облучения температура размягчения снизилась на 3,5 % и составила 72,4 °С от изначальных 75 °С.

Рис. 1. Значения температуры размягчения битума марки БН 90/10 с добавлением стекла с фракцией 0,063 в соотношении 1:2 по объему после УФ-облучения

Изменение растяжимости битума марки БН 90/10 от продолжительности старения, как видно из графика (рис. 2), подчиняется линейной зависимости: y = –0,11x + 2,5. При этом коэффициент достоверности аппроксимации составляет R² = 0,8176, что говорит об адекватности принятой модели аппроксимации. Свободный член уравнения говорит о растяжимости битума, не подверженного воздействию УФ-облучения. Угловой коэффициент также показывает степень интенсивности протекания процесса старения битума. Так, после 25 ч УФ-облучения растяжимость снизилась на 4 % и составила 2,4 см от изначальных 2,5 см. После 50 ч УФ-облучения растяжимость снизилась на 12 % и составила 2,2 см от изначальных 2,5 см. После 75 ч УФ-облучения растяжимость снизилась на 16 % и составила 2,1 см от изначальных 2,5 см. После 100 ч УФ-облучения растяжимость снизилась на 20 % и составила 2 см от изначальных 2,5 см.

Рис. 2. Значения растяжимости битума марки БН 90/10 с добавлением стекла с фракцией 0,063 в соотношении 1:2 по объему после УФ-облучения при 25 °С

Изменение глубины проникновения иглы в битум марки БН 90/10 от продолжительности старения, как видно из графика (рис. 3), подчиняется линейной зависимости: y = 0,783x + 5. При этом коэффициент достоверности аппроксимации составляет R² = 0,7957, что говорит об адекватности принятой модели аппроксимации. Свободный член уравнения говорит о глубине проникновения иглы в битум, не подверженный воздействию УФ-облучения. После 25 ч УФ-облучения глубина проникновения иглы в битум повысилась на 26 % и составила 0,675 мм от изначальных 0,5 мм. После 50 ч УФ-облучения глубина проникновения иглы в битум повысилась на 38,6 % и составила 0,814 мм от изначальных 0,5 мм. После 75 ч УФ-облучения глубина проникновения иглы в битум повысилась на 36,4 % и составила 0,786 мм от изначальных 0,5 мм. После 100 ч УФ-облучения глубина проникновения иглы в битум повысилась на 40 % и составила 0,836 мм от изначальных 0,5 мм.

Рис. 3. Значения глубины проникновения иглы при 25 °С в битум марки БН 90/10 с добавлением стекла с фракцией 0,063 в соотношении 1:2 по объему после УФ-облучения, 0,1 мм

Для удобства анализа полученные экспериментальные данные сведены в таблицу.

Таблица

Значения температуры размягчения, растяжимости и глубины проникновения иглы для битума марки БН 90/10 с добавлением стекла с фракцией 0,063в соотношении 1:2 по объему после УФ-облучения

 До облучения25 ч50 ч75 ч100 ч
Температура размягчения, °С7573,868,57372,4
Растяжимость при 25 °С, см2,52,42,22,32
Глубина проникновения иглы при 25 °С, 0,1 мм56,758,147,868,36

Выводы

Анализ таблицы и ранее полученных экспериментальных данных о влиянии УФ-облучения на основные характеристики ненаполненного битума марки БН 90/10 [8, 9] позволяет сделать вывод об эффективности наполнения битума марки БН 90/10 стеклянным порошком фракции 0,063 в соотношении 1:2 по объему. Таким образом, наполнение помогает замедлить процесс изменения характеристик битума.