Испытания, стандартные и реологические

 

Битумы - дисперсные системы, структура которых относится к коагуляционным.

Битумы, по мнению А.С. Колбановской, состоят «из смеси разнообразных высокомолекулярных соединений нефти, объединенных по величине молекулярного веса и характеру растворимости в селективных растворителях в группы углеводородов, смол и асфальтенов».

Битумы могут быть как остаточными, так и окисленными. В России используются окисленные битумы.

Можно сказать, что битумы относятся к коллоидным дисперсиям. Сложность изучения свойств битумов и процессов структурообразования в них обусловлена тем, что в зависимости от температуры они могут быть отнесены к твердым телам (при отрицательных температурах) и к жидкостям (при положительных температурах) и являются непрозрачными даже в тонких пленках.

В связи с этим мы изучали битумы методом структурной реологии, разработанным академиком П.А. Ребиндером, используя при необходимости принцип моделирования.

Реология - наука о течении. На рис.1 приведены кривые, на основе которых получают реологические характеристики битумов и других упруго-вязко-пластичных материалов.

Как видно из схемы испытания, приведенной на рис. 1а, при простом сдвиге в условиях постоянного напряжения сдвига Р получаем кривую ползучести.

На этой кривой со временем формируется участок с постоянной скоростью ползучести

 

V = ε / t.

 

Частное от деления скорости ползучести на толщину слоя битума (а), позволяет получить значение градиента скорости сдвига  = V / a.

При этом предполагается, что скорость сдвига изменяется прямо пропорционально толщине слоя.

При малых и весьма малых , как правило, меньших, чем 1 • 10^-6 сек^-1, для битумов наблюдается область независимости значения реологических характеристик (η _i и G_mi) от напряжения сдвига Р.

Таким образом, получаем инвариантные, т.е. независимые от условий деформирования, показатели, характеризующие истинную вязкость η₀ и упругость G_mo материала.

 

 

 

Рис.1. Реологические характеристики.

 

Эти параметры и их производные можно считать физически обоснованными именно потому, что они не зависят от условий деформирования, в то время как η _i и G_mi - условные характеристики, как и их производные, и могут быть использованы только для сопоставления материалов при одинаковых режимах деформирования.

Стандартные показатели, принятые для регламентирования качества битумов в ГОСТ 22245, также являются условными реологическими характеристиками.

К инвариантным реологическим характеристикам относятся:

наибольшая ньютоновская вязкость η₀, инвариантные модули упругости:

равновесный G_m, эластический G_me, условно-мгновенный

G_mo, податливость J_m, период релаксации напряжений _{m о},

показатель эластичности К_о, статический (шведовский) предел текучести Р_К1,

динамический (бингамовский) предел текучести Р_К2

наименьшая пластическая вязкость  или   наименьшая ньютоновская вязкость

η_m, степень разрушения структуры

 

К неинвариантным реологическим характеристикам относятся эффективные вязкость η _i и модуль G_mi, и все их производные, а также показатели свойств битумов:

пенетрация, температура размягчения по методу «Кольцо и Шар», дуктильность, температура хрупкости по Фраасу.

С помощью реологических характеристик можно не только оценить свойства материала, в частности, битумов и композиций на их основе - вязкость, прочность, упругость, эластичность, пластичность, трещиностойкость, но и исследовать процессы структурообразования, установить критические концентрации структурообразования и, как будет показано далее, рассчитать параметры образовавшейся дисперсной структуры.