Спосіб визначення індексу пенетрації бітумів нафтових дорожніх

Реферат: Спосіб визначення індексу пенетрації бітумів нафтових дорожні включає випробування глибини проникності голки при різних температурах, у т. ч. при +25 °C (П25). Замість температури розм'якшеності, експериментально-графічним методом визначають температуру, яка відповідає глибині проникності голки (пенетрації) 800×0,1 мм (Т800), після чого знаходять індекс пенетрації, що характеризує теплочутливість бітуму, за формулою: 20  Тр  500  LgП25  1952 . ІП  Тр  50  LgП25  120 UA 120548 U (12) UA 120548 U UA 120548 U 5 10 Корисна модель належить до способу визначення індексу пенетрації бітумів нафтових дорожніх в'язких, які отримані окисленням залишків атмосферно-вакуумної перегонки нафти та ін. способами і може використовуватися при дослідженні властивостей дорожньо-будівельних матеріалів на їх основі. Бітуми призначені для використання як в'яжучого матеріалу для будівництва і ремонту дорожніх та аеродромних покриттів. Обов'язкові вимоги до властивостей бітумів, що забезпечують їх якість, нешкідливість або безпечність для населення і довкілля, викладено у стандарті ДСТУ 4044-2001 [1]. Одним із показників якості бітумів є індекс пенетрації (показник 10 ДСТУ), який визначається на основі даних показників глибини проникності голки (пенетрації) П25 та температури розм'якшеності Тр за формулою: ІП  15 20 25 30 35 40 45 20  Тр  500  LgП25  1952 . Тр  50  LgП25  120 (1) Нормоване значення індексу пенетрації (ІП) для всіх марок бітуму дорівнює від -2,0 до +1,0. Індекс пенетрації залежить від його вуглеводного складу. Однакові по консистенції бітуми можуть мати різний склад та різну структуру. Бітуми з індексом пенетрації більш +1,0 проявляють ярко виражені колоїдні властивості, бітуми з індексом пенетрації менш -2,0 не мають дисперсної фази і наближаються до розчинів. Індекс пенетрації бітуму характеризує температурну чутливість бітумів і визначається за температурною залежністю значення логарифма показника глибини голки. Глибина проникності голки при температурі 25 °C є основним показником бітуму, який відносить його до тієї чи іншої марки (показник 1 ДСТУ 4044-2001), який визначається за [2]. При температурі розм'якшеності, що визначається за стандартом ГОСТ 11506 [3] і є другим показником властивості бітуму, глибина проникності голки складає 800×0,1 мм. Таким чином, за наявністю значень цих двох показників і розраховують температурну чутливість бітуму по індексу пенетрації за формулою (1). Спосіб визначення індексу пенетрації за допомогою показників глибини проникності голки при 25 °C і температури розм'якшеності є більш придатним для визначення температурної чутливості бітумів, саме він за своєю технічною суттю і призначенням є найближчим до того, який заявляється, і вибраний як найближчий аналог. Описаному способу властиві недоліки, які зв'язані з припущенням того, що всі бітуми при температурі розм'якшеності мають глибину проникності голки 800×0,1 мм. Це припущення справедливе лише для дистиляційних (залишкових) бітумів [4, 5], що отримані за технологією глибокої атмосферно-вакуумної перегонки нафти. В сучасних технологіях виробництва бітумів існують інші способи виробництва: окислення залишків перегонки нафти, селективного розділення нафтопродуктів, компаундуванням високов'язких окислених і неокислених продуктів перегонки нафти. Різні способи виробництва бітумів впливають на його склад і структуру. Крім того бітуми модифікують полімерними та ін. добавками, що також призводить до зміни їх структури. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення достовірності визначення індексу пенетрації бітумів, незалежно від їх способу виробництва або походження, за рахунок використання експериментально-графічного методу визначення температури, яка відповідає пенетрації 800×0,1 мм. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у відомому способі визначення індексу пенетрації замість використання температури розм'якшеності, згідно винахідницького задуму, встановлюють температуру, яка відповідає пенетрації 800·0,1 мм (Т800). Температура Т800 співпадає з температурою Тр для залишкових бітумів і відрізняється для бітумів вироблених по інших технологіях і, відповідно, з іншою структурою, що звужує об'єктивність оцінки або сфери прийнятності індексу пенетрації. Таким чином показник індекс пенетрації розраховують по формулі: 50 ІП  55 20  Т800  500  LgП25  1952 . Т800  50  LgП25  120 (2) Спосіб реалізують визначенням температури Т800 експериментально-графічним методом, який заснований на лінійній залежності логарифму пенетрації від температури [6]. При цьому методі в діапазоні помірних температур (від + 5 °C до + 35 °C) визначається глибина проникності голки (пенетрація) бітуму, з подальшою побудовою температурно-пенетраційної 1 UA 120548 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 залежності (див. графік). По залежності методом екстраполяції встановлюється температура Т800. Для даного методу використовується стандартний пенетрометр зі стандартними пенетраційними стаканами, стандартною пенетраційною голкою та ємностями для термостатування, які використовуються й при визначенні пенетрації при 25 °C відповідно до ГОСТ 11501. Порівняння результатів запропонованого і існуючого способу. Перевірка способу визначення температур Т800 виконана на дистиляційних, окислених, компаундованих, та на бітумах з сучасними добавками-модифікаторами. Бітуми надані нафтопереробними заводами (НПЗ), та отримані за різними технологіями. Компаундовані бітуми були отримані шляхом компаундування вихідного гудрону виробництва Лисичанського НПЗ з високов'язкими бітумами (БН), які в свою чергу були виготовлені окисленням вихідних гудронів у виробничій окислювальній установці. Бітуми з сучасними добавками модифікаторами були отримані в випробувальній лабораторії ХНАДУ. Для всіх бітумів були визначені: глибина проникності голки (пенетрація) при різних температурах (від +5 °C до + 35 °C), температури розм'якшеності та побудовані температурнопенетраційні залежності. Графічно, методом інтерполяції, визначені температури, при яких пенетрація в'яжучих дорівнювала 800×0,1 мм (Т800) Отримані дані та властивості бітумів наведені в таблиці. З отриманих експериментальних даних видно, що тільки дистиляційні (залишкові) бітуми мають близькі значення Тр та Т800 в межах точності методу вимірювання температури розм'якшеності. Бітуми, що отримані за іншими технологіями і які мають структуру колоїдних систем, мають різні значення температур Тр та Т800. Ця різниця збільшується при зниженні значення пенетрації при 25 °C. Збільшення кількості полімеру в бітумі також збільшує цю різницю. Якщо різниця Тр - Т8по невелика (до 1 °C), значення індексу пенетрації близькі, що спостерігається тільки для дистиляційних бітумів. Для бітумів, що отримані за іншими технологіями, значення індексу пенетрації, що розраховані за формулами (1) і (2) відрізняються на величину, що значно перевищує точність визначення ІП. Технічний результат, що досягається при реалізації запропонованого способу: - визначення індексу пенетрації бітуму використовуючи лише один метод випробування визначення глибини проникності голки; - підвищення достовірності одержаних результатів про теплочутливість бітумів, які вироблені за будь-якою технологією, за даними значень індексу пенетрації шляхом використання температури, що відповідає глибині проникності голки 800 × 0,1 мм; - підвищення чутливості показника індексу пенетрації до бітумів різної структури і таким чином отримання більш об'єктивних результатів щодо визначення властивостей бітумів, які забезпечують їх якість. Таким чином, при використанні рішення досягається новий технічний результат, що знаходиться у причинно-наслідковому зв'язку з ознаками, що відрізняють корисну модель. Джерела інформації: 1. Бітуми нафтові дорожні в'язкі. Технічні умови: ДСТУ 4044-2001. - [Чинний від 2002-01-01]. - К.: Державний комітет будівництва, архітектури та житлової політики України, 2001. - 10 с. (Національний стандарт України). 2. Битумы нефтяные. Метод определения глубины проникания иглы: ГОСТ 11501-78. [Чинний від 1980-01-01]. - Μ.: Стандартинформ, 2005. - 6 с. 3. Битумы нефтяные. Метод определения температуры размягчения по кольцу и шару: ГОСТ 11506-73. - [Чинний від 1974-01-07]. - Μ.: Стандартинформ, 2008. - 7 с. 4. Битумы, модифицированные полимерами и добавками. Избранные труды. Том 2 /В.А. Золотарев - 1-е изд. - Санкт-Петербург: Славутич, 2013. - 150 с. 5. Molenar J.Μ.Μ. An investigation into the specification of rheological properties of polymer modified bitumen /J.M.M. Molenar, E.T. Hagos, F.C. Van De M. //Proceeding 3rd EurasphaltEurobitume Congress Papers Technical Session 5-8. - Vienna. - 2004. - P. 2080-2091. 6. Pfeiffer J.P.H. The Rheological Properties of Asphaltic Bitumen /J.P.H. Pfeiffer, Van Doormaal //Journal of Institute of Petroleum. - Vol. 22. - 1936. - p.p. 414-440. 2 UA 120548 U Таблиця Властивості бітумів різних марок, виготовлених за різними технологіями Пенетрація, 0,1 мм, при°С Бітум Характеристика бітумів Виробник/маркування Марка за технологгією виготовлення Τ°С Т800, °C 5 15 25 35 ІП |Тр- ІПТр Т800 |ІПТрза Т800|, °C заТр ΙΠТ800| Т800 1,42 1,56 1,79 1,71 0,51 0,20 1,09 50/70 Ε 4 15 52 200 48,3 Akzo Nobel ПАТ "Укртатнафта» Окислені ПАТ "Укртатнафта" ВАТ "НАФТАН" Лисичанський НПЗ/Г1П1 Лисичанський НПЗ/Г1П2 Компаундовані Лисичанський НПЗ/Г1ПЗ Лисичанський НПЗ/Г1П4 0,8 70/100 Ε 7 24 79 297 44,7 Дистиляційні 47,5 44,5 0,2 12 40 118 341 40,7 42,0 1,2 18 63 182 678 37,3 36,5 0,8 - 38 67 205 49,9 52,0 2,1 - 43 110 203 45,9 52,0 6,1 4 16 63 229 48,3 44,0 4,3 15 27 48 93 57,4 68,0 10,6 20 36 77 180 49,4 56,5 7,1 25 48 123 43,2 49,0 5,8 27 62 160 42,8 43,5 0,7 0,12 0,38 0,26 5 16 48 205 49,4 47,0 2,4 -2,06 0,62 1,44 2 9 47 132 78,1 48,0 30,1 3,95 -1,84 5,79 2 7 40 115 105,3 50,0 50,3 6,38 -1,67 8,05 3 10 36 108 53,6 51,0 2,6 2 9 33 90 57,4 52,0 5,4 2 7 28 75 77,5 53,5 24,0 2,57 -1,56 4,13 3 9 37 108 53,7 51,0 2,7 -1,59 0,61 0,98 100/150 Ε 160/220 Ε БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 40/60 БНД 60/90 БНД 90/130 БНД 130/200 40/50 Дистиляційні з Іракський НПЗ добавками +2 % Licomoni +3 % Licomoni +3 % SBS +4 % SBS +5 % SBS +3 % Calprene -1,76 0,34 -1,63 0,07 -1,30 0,49 -2,11 0,40 0,02 0,53 1,56 1,76 -2,32 1,24 0,39 2,39 2,00 1,48 1,76 0,28 1,13 1,86 0,73 -1,64 0,58 1,06 -1,58 1,14 0,44 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб визначення індексу пенетрації бітумів нафтових дорожніх, що включає випробування глибини проникності голки при різних температурах, у т. ч. при +25 °C (П25), який відрізняється тим, що замість температури розм'якшеності експериментально-графічним методом визначають температуру, яка відповідає глибині проникності голки (пенетрації) 800×0,1 мм (Т800), після чого знаходять індекс пенетрації, що характеризує теплочутливість бітуму, за формулою: 3 UA 120548 U ІП  20  Тр  500  LgП25  1952 . Тр  50  LgП25  120 Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4