Реферат лабораторные методы исследования свойств дорожных покрытий

Обновлено: 05.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

1. Определение и виды лакокрасочных покрытий

2. Методы нанесения лакокрасочных материалов

3. Свойства лакокрасочных покрытий

1. Определение и виды лакокрасочных покрытий

Лакокрасочные покрытия, образуются в результате пленкообразования (высыхания, отверждения) лакокрасочных материалов. нанесенных на поверхность (подложку). Основное назначение: защита материалов от разрушения и декоративная отделка поверхности. По эксплуатационным свойствам различают лакокрасочные покрытия атмосфере-, водо-, масло- и бензостойкие, химически стойкие, термостойкие, электроизоляционные, консервационные, а также специального назначения. К последним относятся, например, противообрастающие (препятствуют обрастанию подводных частей судов и гидротехнических сооружений морскими микроорганизмами), светоотражающие, светящиеся (способны к люминесценции в видимой области спектра при облучении светом или радиоактивным излучением), термоиндикаторные (изменяют цвет или яркость свечения при определенной температуре), огнезащитные, противошумные (звукоизолирующие). По внешнему виду (степень глянца, волнистость поверхностисти, наличие дефектов. лакокрасочные покрытия принято подразделять на 7 классов. Для получения лакокрасочные покрытия применяют разнообразные лакокрасочные материалы (ЛКМ), различающиеся по составу и химической природе пленкообразователя:

ЛКМ на основе термопластичных пленкообразователей (битумные, эфироцеллюлозные лаки);

ЛКМ на основе термореактивных пленкообразователей (полиэфирные, полиуретановые лаки);

ЛКМ на основе масел (олифы, масляные лаки, масляные краски);

ЛКМ, модифицированные маслами (алкидные лаки).

Используют лакокрасочные покрытия во всех отраслях народного хозяйства и в быту. Более 50% всех ЛКМ расходуется в машиностроении (из них 20% - в автомобилестроении), 25% - в строительной индустрии. В строительстве для получения лакокрасочные покрытия (отделочные) применяют упрощенные технологии изготовления и нанесения ЛКМ. Большинство лакокрасочные покрытия получают нанесением ЛКМ в несколько слоев (рис. 1). Толщина однослойных лакокрасочных покрытий колеблется в пределах 3-30 мкм, многослойных - до 300 мкм. Для получения многослойных, например защитных, покрытий наносят несколько слоев разнородных ЛКМ (комплексные лакокрасочные покрытия), при этом каждый слой выполняет определенную функцию: нижний слой - грунт - обеспечивает адгезию комплексного покрытия к подложке, замедление электрохимической коррозии металла; промежуточный - шпатлевка - выравнивание поверхности; верхние, покровные, слои (эмали; иногда для повышения блеска последний слой - лак) придают декоративные и частично защитные свойства.

Рисунок 1. – Защитное лакокрасочное покрытие (в разрезе): 1 -фосфатный слой; 2 - грунт; 3 - шпатлевка. 4 и 5 - слои эмали.

При получении прозрачных покрытий лак наносят непосредственно на защищаемую поверхность. Технологический процесс получения комплексного лакокрасочного покрытия включает до нескольких десятков операций, связанных с подготовкой поверхности, нанесением ЛКМ, их сушкой (отверждением) и промежуточной обработкой. Выбор технологического процесса зависит от типа ЛКМ и условий эксплуатации лакокрасочного покрытия, природы подложки, формы и габаритов окрашиваемого объекта. Качество подготовки окрашиваемой поверхности в значительной степени определяет адгезионную прочность лакокрасочного покрытия к подложке и его долговечность. Подготовка металлических поверхностей заключается в их очистке ручным или механизированным инструментом, пескоструйной либо дробеструйной обработкой или др., а также химическими способами. Последние включают:

1) обезжиривание поверхности;

2) травление - удаление окалины, ржавчины и др. продуктов коррозии с поверхности (обычно после ее обезжиривания);

3) нанесение конверсионных слоев (изменение природы поверхности; используется при получении долговечных комплексных лакокрасочных покрытий). К нему относятся: фосфатирование, которое заключается в образовании на поверхности стали пленки нерастворимых в воде трехзамещенных ортофосфатов; оксидирование (чаще всего электрохимическим способом на аноде);

4) получение металлических подслоев - цинкование или кадмирование (обычно электрохимическим способом на катоде).

Химические методы обеспечивают высокое качество подготовки поверхности, но сопряжены с последней промывкой водой и горячей сушкой поверхностей, а следовательно, с необходимостью очистки сточных вод.

2. Методы нанесения лакокрасочных материалов

Методы нанесения жидких и порошковых ЛКМ различны.

Применяется несколько способов нанесения жидких ЛКМ:

Ручной (кистью, шпателем, валиком) - для окраски крупногабаритных изделий (строительных сооружений, некоторых промышленных конструкций), исправления дефектов. в быту; используются ЛКМ естественной сушки.

Валковый - механизированное нанесение ЛКМ с помощью системы валиков обычно на плоские изделия (листовой и рулонный прокат, полимерные пленки, щитовые элементы мебели, бумага. картон, металлическая фольга).

Окунание в ванну, заполненную ЛКМ. Традиционные (органоразбавляемые) ЛКМ удерживаются на поверхности после извлечения изделия из ванны вследствие смачивания. В случае водоразбавляемых ЛКМ обычно применяют окунание с электро-, хемо- и термоосаждением. В соответствии со знаком заряда поверхности окрашиваемого изделия различают ано- и катофоретическое электроосаждение - частицы ЛКМ движутся в результате электрофореза к изделию, которое служит соответственно анодом или катодом. При катодном электроосаждении (не сопровождающемся окислением металла. как при осаждении на аноде) получают лакокрасочные покрытия, обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Применение метода электроосаждения позволяет хорошо защитить от коррозии острые углы и кромки изделия, сварные швы, внутренние полости, но нанести можно только один слой ЛКМ, т. к. первый слой, являющийся диэлектриком. препятствует электроосаждению второго. При хемоосаждении используют ЛКМ дисперсионного типа, содержащие окислители. При их взаимодействии с металлической подложкой на ней создается высокая концентрация поливалентных ионов, вызывающих коагуляцию приповерхностных слоев ЛКМ. При термоосаждении осадок образуется на нагретой поверхности; в этом случае в воднодисперсионный ЛКМ вводят спец. добавку ПАВ, теряющего растворимость при нагревании.

а) пневматическое - с помощью ручных или автоматических пистолетообразных краскораспылителей, ЛКМ с температурой от комнатной до 40-85 °С подается под давлением (200-600 кПа) очищенного воздуха; метод высокопроизводителен, обеспечивает хорошее качество лакокрасочного покрытия.

б) гидравлическое (безвоздушное), осуществляемое под давлением, создаваемым насосом (при 4-10 МПа в случае подогрева ЛКМ, при 10-25 МПа без подогрева);

в) аэрозольное - из баллончиков, заполненных ЛКМ и пропеллентом. применяют при подкраске автомашин, мебели и др.

Существенный недостаток методов распыления - большие потери ЛКМ (в виде устойчивого аэрозоля, уносимого в вентиляцию, из-за оседания на стенах окрасочной камеры и в гидрофильтрах), достигающие 40% при пневмораспылении. С целью сокращения потерь (до 1-5%) используют распыление в электростатическом поле высокого напряжения (50-140 кВ): частицы ЛКМ в результате коронного разряда или контактного заряжения приобретают заряд (обычно отрицательный) и осаждаются на окрашиваемом изделии, служащем электродом противоположного знака. Этим методом наносят многослойные лакокрасочные покрытия на металлы и даже неметаллы.

Методы нанесения порошковых ЛКМ:

напыление (с подогревом подложки и газопламенным или плазменным нагревом порошка. либо в электростатическом поле);

нанесение в псевдоожиженном слое (вихревом, вибрационном).

Многие методы нанесения ЛКМ применяют при окраске изделий на конвейерных поточных линиях, что позволяет формировать лакокрасочные покрытия при повышенных температурах, а это обеспечивает их высокие технические свойства.

Получают также градиентные лакокрасочные покрытия путем одноразового нанесения ЛКМ, содержащих смеси дисперсий, порошков или растворов термодинамически несовместимых пленкообразователей. Последние самопроизвольно расслаиваются при испарении общего растворителя или при нагревании выше температур текучести пленкообразователей.

Промежуточная обработка лакокрасочного покрытия:

1) шлифование абразивными шкурками нижних слоев лакокрасочного покрытия для удаления посторонних включений, придания матовости и улучшения адгезии между слоями;

2) полирование верх, слоя с использованием различных паст для придания лакокрасочному покрытию зеркального блеска.

3. Свойства лакокрасочных покрытий

Свойства покрытий определяются составом ЛКМ (типом пленкообразователя, пигментом и др.), а также структурой покрытий. Наиболее важные физико-механические характеристики лакокрасочного покрытия - адгезионная прочность к подложке, твердость, прочность при изгибе и ударе. Кроме того, лакокрасочные покрытия оцениваются на влагонепроницаемость, атмосферостойкость, химстойкость и другие защитные свойства, комплекс декоративных свойств, например прозрачность или укрывистость (непрозрачность), интенсивность и чистота цвета, степень блеска. Укрывистость достигается введением в ЛКМ наполнителей и пигментов. Последние могут выполнять также и другие функции: окрашивать, повышать защитные свойства (противокоррозионные) и придавать специальные свойства покрытиям (электропроводимость, теплоизолирующую способность).

Адгезия (прилипание, притяжение) – сцепление поверхностей разнородных тел (подложки и лакокрасочные материалы), определяется силой химического взаимодействия молекул на поверхности раздела двух фаз. Адгезия является основополагающим свойством лакокрасочных пленок, которое основательно влияет на показатели практически всех других свойств и определяет пригодность использования данной краски для конкретной подложки. Степень адгезии зависит не только от прочности химических связей, но и от количества таковых. Пористость или шероховатость поверхности увеличивает адгезию, поскольку площадь поверхности взаимодействия краски и подложки в разы превышает линейную площадь окрашиваемого предмета. Для определения степени адгезии краски на практике используют два метода: решетчатого надреза (DIN 53151) и отрыва (ISO 4624).

Твердость лакокрасочного покрытия – способность пленки противостоять вдавливанию или проникновению в нее твердого тела. Важный параметр практически для всех видов красок и лаков, для промышленных материалов также очень важен такой параметр, как скорость набора твердости, напрямую связан с готовностью изделия к эксплуатации. Для измерения твердости используются три типа методов: устойчивость к царапанью (ASTM D3363), с помощью маятника (ISO 1522, ASTM D2134) и вдавливанием (ASTM D1474); при этом, каждый метод может быть реализован несколькими способами.

Эластичность – определяет способность лакокрасочной пленки принимать свою прежнюю форму после снятия деформирующего усилия. Для лакокрасочной пленки, это способность следовать за деформацией подложки без отслаивания и растрескивания. Изменение линейных размеров подложки могут возникать в результате изменения температуры и относительной влажности окружающей среды. Для измерения эластичности чаще всего применяют испытания на изгиб. Существуют также методы испытания эластичности на вдавливание (ISO 1520) либо проводят испытания на свободных пленках.

Износостойкость или абразивостойкость – физическое свойство, характеризующее устойчивость лакокрасочного покрытия к истиранию, является одним из основных параметров определяющих долговечность пленки. Для определения значения износостойкости используют различные абразивные среды, скорость воздействия и силу нагрузки. Самый распространенный способ – метод вращающегося диска (ISO 7784), когда абразивный диск с определенной скоростью, нагрузкой и временем воздействует на покрытие.

Следует отметить, что ни один из методов испытания не измеряет указанные величины в чистом виде. Например, измеряя твердость, можно получить удовлетворительные результаты царапаньем и плохие на маятнике, подобный пример можно продемонстрировать и для износостойкости. Происходит это потому, что на результаты оказывают влияния все указанные свойства, а также несколько других. Например: когезия, сила сцепления молекул внутри покрытия, влияет на показатели адгезии; пластичность, способность покрытия сохранять форму после снятия деформирующих сил, вносит серьезный вклад при измерении эластичности. В то же время износостойкость по природе своей совокупность физических параметров.

Большинство ЛКМ содержат органические растворители, поэтому производство лакокрасочного покрытия является взрыво- и пожароопасным. Кроме того, применяемые растворители токсичны (ПДК 5-740 мг/м3). После нанесения ЛКМ требуется обезвреживание растворителей,; при больших расходах ЛКМ и использовании дорогостоящих растворителей целесообразна их утилизация - поглощение из паровоздушной смеси (содержание растворителей не менее 3-5 г/м3) жидким или твердым (активированный уголь, цеолит) поглотителем с последующей регенерацией. В этом отношении преимущество имеют ЛКМ, не содержащие органических растворителей (водоэмульсионные краски, порошковые краски), и ЛКМ с повышенным содержанием твердых веществ. В то же время наилучшими защитными свойствами (на единицу толщины), как правило, обладают лакокрасочные покрытия из ЛКМ, используемых в виде растворов.

Бездефектность лакокрасочного покрытия, улучшение смачивания подложки, устойчивость при хранении (предотвращение оседания пигментов) эмалей, водно- и органо-дисперсионных красок достигается введением в ЛКМ на стадии изготовления или перед нанесением функциональных добавок; например, рецептура воднодисперсионных красок обычно включает 5-7 таких добавок (диспергаторы, стабилизаторы, смачиватели, коалесценты, антивспениватели и др.).

Для контроля качества и долговечности лакокрасочные покрытия проводят их внешний осмотр и определяют с помощью приборов (на образцах) свойства - физико-механические (адгезия, эластичность, твердость и др.), декоративные и защитные (антикоррозионные свойства, атмосферостойкость, водопоглощение).

Качество лакокрасочные покрытия оценивают по отдельным наиболее важным характеристикам (например, атмосферостойкие лакокрасочные покрытия - по потере блеска и мелению) или по квалиметрической системе: лакокрасочные покрытия в зависимости от назначения характеризуют определенным набором n свойств, значения которых x_i(_i/n) выражают в виде оценок (безразмерные относит. величины) и представляют как комплексную характеристику (R):

где х_i = (a_i/a_6макс); х_i 0 = (a_мин/a₆) (a_i, a_6мин и а_6мaкс - текущее, минимальное и максимальное базовые значения свойства);

k_i, - весомость i-го свойства (устанавливается для каждого типа лакокрасочного покрытия);

К - масштабный коэффициент.

Долговечность лакокрасочного покрытия зависит не только от исходной величины R, но и от интенсивности внешних разрушающих факторов (для атмосферостойких лакокрасочных покрытий - солнечное излучение, влажность, средняя температура и ее перепады и др.). Механизм разрушения покрытий существенно зависит также от природы пленкообразователя. каталитической активности пигментов и др. Долговечность современных атмосферостойких лакокрасочных покрытий (в умеренном климате) составляет 7-10 лет, водостойких - 3-5 лет, термостойкие выдерживают до 300 °С (кратковременно - 600 °С и более).

Крылова И. А., Котлярский Л. Б., Стуль Т. Г. Электроосаждение как метод получения лакокрасочных покрытий. – М.: Химия, 1974. – 136 с.

Рейбман А. И. Защитные лакокрасочные покрытия. – 5-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1982. – 320 с.

Справочник по противокоррозионным лакокрасочным покрытиям / В. П. Лебедев, Р. Э. Калдма, В. Л. Авраменко. – X.: Прапор, 1988. – 231 с.

Чеботаревский В. В., Кондратов Э. К. Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1978. – 295 с.

Яковлев А. Д., Евстигнеев В. Г., Гисин П. Г. Оборудование для получения лакокрасочных покрытий. – Л.: Химия, 1982. – 192 с.

Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. – Л.: Химия, 1989. – 384 с.

Методы проверки качества асфальтобетона в условиях стационарной лаборатории дают результаты высокой точности. Независимая экспертиза дороги, включая лабораторные исследования асфальтового покрытия ставит перед собой, как локальные, так и комплексные задачи. Это помогает своевременно выявлять нарушения, допущенные строителями на каждом этапе дорожных работ.

Лабораторная экспертиза асфальтового покрытия осуществляется в соответствии с действующими ГОСТ, СП к СНиП. Испытаниям подвергаются как взятые пробы (керны) из покрытий и оснований автодороги, так и переформованные образцы. Только в лаборатории специалист может изучить все физико-механические характеристики асфальтобетона и определить соответствие их показателей требованиям нормативных документов.

Когда необходима лабораторная экспертиза асфальтобетона?

Лабораторные испытания асфальтобетона вырубленного в виде кернов из покрытия асфальта, дадут точные результаты о его качестве. Протокол испытаний с положительными результатами является основанием для приемки дорожного объекта после асфальтирования.

Стоимость лабораторных исследований несравнимо ниже, чем строительство или ремонт непосредственно самой дороги. Отрицательные же результаты аттестованной лаборатории являются мотивированным поводом для возврата денежных средств или отказа платить за некачественно выполненные дорожно-строительные работы. Поводом для беспокойства могут являться дефекты, которые видны невооруженным глазом. Например трещины или выкрашивание щебня из асфальта говорит о несоблюдении технологии устройства.

Такого рода недостатки в покрытии, указывают на недостаточное его уплотнение. Конечно же дорожные строители Вам скажут, что так и должно быть, что трещины усадочные и при эксплуатации проблем никаких не будет. Однако, когда наступят морозы, вода попавшая в поры, трещины асфальтобетона замерзнет, неизменно увеличится в объеме и начнет рвать его структуру.

Нередко поводом для лабораторных исследований покрытия дороги являются разногласия заказчика и подрядчика. Отклонение от нормативов при строительстве, нарушение технологии, замещение заявленных в смете материалов дешевыми аналогами обычно становятся очевидными после глубокого исследования изъятых кернов. Результаты лабораторного анализа могут быть использованы в судебной практике.

Как проводятся испытания?

Лабораторные исследования асфальтовой дороги начинаются с выезда мобильной группы специалистов на место выборки проб. Необходимое оборудование, техника и приборы также доставляются на объект. Объем работ определяется заказчиком: комплексная экспертиза или локальная проверка – любой масштаб контрольных мероприятий современной технической лаборатории по силам.

На месте производятся все необходимые измерения, исследуется толщина слоев дорожного покрытия. При первичном осмотре асфальтобетонной дороги опытные специалисты определяют степень деформации и разрушений полотна.

Образцы вырубок асфальтобетона оперативно доставляются в оборудованную всем необходимым лабораторию.

По итогам лабораторных исследований заказчик может судить о состоянии асфальтобетонного дорожного покрытия и решить многие проблемы технического и финансового характера.

История асфальтобетона берет свое начало еще задолго до нашей эры, в Вавилоне. Древние люди делали смесь из грунта и смолы и использовали ее как гидроизоляцию для стен бань.

Более привычное нам применение началось только в середине двадцатого века. В 1830-х годах битумно-минеральную смесь впервые использовали для покрытия тротуаров в Париже. После этого материал получил широкое распространение по всей Европе, а затем начал применяться и в Российской Империи.

По современному стандарту, асфальтобетон – это составной строительный материал, который состоит из минерального наполнителя и вяжущего органического вещества. Для производства асфальтобетона эти компоненты смешивают под сильным давлением и высокой температурой

Высокотехнологичное качественную смесь используют для укладки дорог (магистралей, междугородних и городских шоссе), покрытия полов в технических помещениях и тротуаров. Специалисты совершенствуют материал с каждым годом, вносят поправки в его испытания и производство.

Свойства асфальтобетона

К основным свойствам асфальтобетона относят: предел прочности при сжатии и растяжении, водостойкости, химическую стойкость, удобообрабатываемость.

Состав дорожного покрытия содержит щебень(гравий), песок, минеральный порошок и битум. Структура асфальтобетона бывает пористой и высокопористой, плотной и высокоплотной. Применение в строительстве определяется классом материала.

Критерии классификации асфальтобетона:

- А: только горячие асфальтобетонные смеси; Должны содержать от 50-65% щебня.

- Б и Бх: горячие и холодные асфальтобетонные смеси; Должны содержать от 40-50% щебня или гравия.

- В и Вх: горячие и холодные асфальтобетонные смеси; Должны содержать от 30-40% щебня или гравия.

- Г и Гх: песчаные смеси, содержащие 30% песка, полученного дроблением горных пород.

- Д и Дх: песчаные смеси, содержащие 70% песка, полученного отсевом осадочных пород.

В настоящее время применяют полимерно-дисперсно-армированный асфальтобетон (уплотненная асфальтобетонная смесь с резиновым термоэластопластом). Это щебеночно-мастичная асфальтобетонная смесь минеральных материалов (щебня, песка из отсевов дробления и минерального порошка), дорожного битума (с полимерными или другими добавками, или без них) и стабилизирующей добавки, взятых в определенных пропорциях и перемешанных в нагретом состоянии.

Такой материал лучше защищает трассу от деформации и перепадов температур, повышая ее эксплуатационные свойства. Также такое покрытие более долговечное и не нуждается в частом ремонте. Это значительно сокращает затраты на обслуживание покрытия.

Для чего проводят испытания асфальтобетона

Лабораторные испытания асфальтобетона проводят для выявлений показателей нагрузки, в следствие которой асфальтобетонный состав разрушается.

– предварительно подготовленные образцы вынимают из воздушной бани;

– затем подкладывают по пресс и проводят испытания;

– предел прочности образца рассчитывают по формуле: \[R_=\frac*10^ \];

– холодные образцы выдерживают два часа в воздушной среде.

Испытания позволяют определить соответствие материала ГОСТу и проектной документации. Это необходимо, чтобы строители могли контролировать поставщиков смеси, исключая риск подмены марки на более дешевую.

Также заказчики и надзорные органы отслеживают эффективность выделенных на работы средств. Но главная цель испытания – это повышение качества дорожных покрытий. Качественный асфальтобетон:

– разметка легко наносится на покрытие и не стирается;

– прочный и надежный;

– имеет водоотталкивающие свойства;

– материал ложится ровно;

– имеет акт качества и гарантию от производителя.

Испытание асфальтобетона по ГОСТу

Норматив распространяется на:

– определение составной части покрытия;

– определение сцепления вяжущей жидкости с минеральными элементами состава;

– выявление водонасыщения состава;

Как проходят лабораторные испытания асфальтобетона

Асфальтобетон, как и любой материал, перед использованием в строительных работах, проходит специальные испытания. Исследования необходимы, чтобы получить информацию о качестве смеси , ее свойствах и соответствии ГОСТу. Для этого лаборанты определяют плотность по среднему показателю и общую массу состава.

– Подготовка асфальтобетонной смеси

Смесь для тестирования подготавливают согласно ГОСТу12801-84. Компоненты замешивают в специальной лабораторной мешалке, оборудованной устройством обогрева.

Щебень, песок и минеральный порошок высушивают, помещают в емкость и нагревают. Вяжущее вещества, уже в нагретом виде, добавляют в последнюю очередь. Температура степени нагрева компонентов зависит от вида смеси. Для соответствия сверяются с таблицей:

Вид асфальтобетонной смеси

Температура минерального материала

Температура вяжущего

Температура смеси в процессе изготовления образца

Если среди компонентов есть поверхностно-активные вещества или минеральные порошки, то температура вяжущего материала и самой смеси может снижена до 15-20°С.

– Как подготавливают тестовые образцы

Тестовые образцы из горячих асфальтобетонов берутся через 1-3 суток с момента укладки, пробы из холодных смесей бурят на 15-30 сутки после монтажа полотна. Количество кернов, необходимых на одну точку исследования, определяется размером сегментов асфальтобетона и необходимым количеством образцов для определения технических показателей материала.

Лаборатория асфальтобетона осуществляет вырубку проб согласно следующим стандартам: 3 керна на каждые 7 тыс. м2, либо на 10 тыс. м2, если общая площадь полотна для проверки составляет 30 тыс. м2.

– Отбор проб для исследования

Для лабораторных исследований материал просеивают под воздействием 40МПа. Просеивание подойдет для асфальтобетона, в котором содержание щебня не превышает 35%. Если же процентное содержание щебня выше, то его уплотняют вибрационным устройством и отправляют под пресс с давлением 20МПа.

Сырье холодной марки подготавливают для испытания под давлением 0,5МПа. Так устанавливают способность марки сопротивляться деформации. Сбор проб материала делают в течение получаса с момента изготовления смеси.

Если материал уже в эксплуатации, то пробы будут извлекать из общего полотна. Для этого лаборанты применяют бур или пневматический отбойный молоток.

– Испытание асфальтобетона на плотность

Плотность обоих материалов зависит от совокупности факторов, но в любом случае – от используемых в составе материалов, для асфальта она находится в диапазоне 1300 – 1700 кг/м3, для асфальтобетона – в диапазоне 2100 – 2700 кг/м3.

Есть два способа определения плотности асфальтобетона – это расчетный метод и пикнометрический.

При расчетном методе величину определяют, ориентируясь на средний показатель от общей массы минеральной части состава и других веществ. Плотность рассчитывают по специальной формуле.

Пикнометрический метод предполагает погружение пробы в сосуд с водой и считывателем, заполненным на 1/3. Полученную суспензию вымешивают, помещают в вакуумный прибор и выдерживают при температуре 20°С, доливая дистиллированную воду. Через полчаса лаборанты достают пробу и рассчитывают плотность по формуле.

– Как определяют среднюю плотность дорожного покрытия

Асфальт – строительный материал, состоящий из смеси битумов и минеральных наполнителей, соединенных в определенной пропорции. В природной разновидности содержится от 60 до 75% битумной составляющей. В искусственно синтезированных аналогах - от 13 до 60%.

Асфальтобетон является материалом искусственного происхождения, от асфальта его отличает в первую очередь наличие щебня, поэтому плотность асфальта значительно меньше плотности асфальтобетона. Плотность обоих материалов зависит от совокупности факторов, но в любом случае – от используемых в составе материалов, для асфальта она находится в диапазоне 1300 – 1700 кг/м3, для асфальтобетона – в диапазоне 2100 – 2700 кг/м3.

- часть измельченной смеси в колбе замеряют на технических весах;

- результат записывают в документ;

- части проб опускают в сосуд и через полчаса взвешивают;

- результат исследования фиксируют в испытательном журнале.

- Водонасыщение асфальтобетона

Водонасыщение асфальтобетона -это способность его к насыщению, заполнению всей своей структуры: пор и трещин влагой. Повышенное водонасыщение асфальтобетона характеризует его пористость и (или) недостаточное уплотнение. Показатели водонасыщения определяют по стандартной методике в соответствии с ГОСТ. В условиях стационарной лаборатории образцы (керны) асфальта в заданном режиме насыщаются водой.

Для тестирования образцы погружают в колбу при температуре не ниже 20°С. Затем колбу отправляют в шкаф, где она находится под давлением от 30 минут до часа, в зависимости от вида образцов.

Затем части суспензии взвешивают, а долю водонасыщения рассчитывают по формуле. Результат фиксируют в документе.

– Предел прочности при сжатии ненасыщенных образцов

Предел прочности асфальтобетона определяют, чтобы выяснить наибольшую нагрузку, которую способно выдержать дорожное покрытие без повреждений.

Для испытания используют воздушную баню, в которую помещаются пробы. Затем материал подкладывают под пресс и тестируют. Искомую величину определяют по формуле, а холодные пробы два часа выдерживают в воздушной среде.

– Как определяют коэффициент водостойкости

Коэффициент водостойкости асфальтобетона вычисляют с точностью до 0,01 по формуле: Kв = Rв/R20, где Rв – предел прочности асфальтобетона при сжатии после водонасыщения в вакууме, Па; R20 – предел прочности сухих образцов асфальтобетона при сжатии при температуре 20°С, Па.

Чтобы определить степень воздействия влаги на прочность смеси, образцы помещают в емкость с водой и оставляют на 15 суток для насыщения. Затем пробы вынимают и тестируют на прочность под прессом.

Испытания литого асфальтобетона

Литой асфальтобетон – это один из типов дорожно-строительных материалов. Такая смесь состоит из щебня, песка и минерального порошка. Для связки компонентов добавляют нефтяной битум. Укладка материала идет по литьевой технологии, без уплотнения, при температуре 190°С. Главное отличие литого асфальтобетона в том, что его изготавливают с применением специальных полимерных добавок, за счет этого материал становится пластичнее.

– На что испытывают литой асфальтобетон

– пористость минерального состава;

– предел прочности при сжатии при 50°С;

– предел прочности при расколе при 0°С;

Образцы керны

Керн – это цилиндрическая проба асфальтобетона, которую берут из одного или нескольких слоев дорожного полотна методом бурения. Керны добывают для проверки качества асфальтобетона и исследования физико-механических свойств материала (толщины слоя, степени уплотнения и т.д.).

Альтернативная методика исследований – это испытание вырубки асфальтобетона. Для тестирования из покрытия добывают контрольные образцы в форме кубов или параллелепипедов.

Оборудование для лабораторных испытаний асфальтобетона

Для лабораторных испытаний применяют следующее профессиональное оборудование:

– Прибор ПС. Таким оборудованием испытывают асфальтобетонное покрытие на колее образования;

– Вакуумная установка для насыщения образцов асфальтобетонного покрытия;

– Термометр для измерения температуры материала;

– Смеситель для создания минеральных смесей;

– Прибор ПСЛ для отслеживания минерального состава на процент слеживания;

– Тигель. Установка для обжига битум;

– Специальные прессы для испытаний;

– Весы для взвешивания проб.

Какие документы требуются для экспертизы

Результатов лабораторных исследований фиксируют в журнале испытания, где фиксируются такие данные:

В В основу методов получения покрытий могут быть положены различные принципы: физические, химические или технологические.

В В настоящей работе рассмотрены только те методы, которые более или менее широко используются в промышленности для получения жаростойких

покрытий или могут, по нашему мнению, оказаться перспективными.

Вложение	Размер
prezentaciya.doc	255.5 КБ

Предварительный просмотр:

Федеральное агентство по образованию РФ

ФГОУ СПО Арзамасский приборостроительный колледж им. П.И.Пландина

Основные методы нанесения покрытий. 4

Список использованной литературы. 12

Защитные покрытия широко применяются в промыш ленности, и их использование дает большой экономи ческий эффект. Поэтому методы их получения являются предметом многих исследований и изобретений.

При классификации покрытий используют различные принципы - по физической или химической природе по крытий, а также по физическим или химическим их свой ствам, например: металлические и неметаллические, тугоплавкие, химически стойкие, светоотражающие и т.д.

В основу методов получения покрытий могут быть по ложены различные принципы: физические, химические или технологические.

В настоящей работе рассмотрены только те методы, которые более или менее широко используются в про мышленности для получения жаростойких покрытий или могут, по нашему мнению, оказаться перспективными.

По назначению гальванические покрытия можно разделить на защитные, декоративные, декоративно-защитные и функциональные. Особого внимания заслуживают защитные цинковые и кадмиевые покрытия, создающие действенную защиту от электрохимической коррозии.

Основные методы нанесения покрытий.

1. Метод порошков заключается в том, что деталь, на которой создается покрытие, помещают в контейнер и засыпают порошкообразной смесью. Смесь обычно со держит: порошок металла или сплава, являющегося соб ственно покрытием, активатор, в качестве которого чаще всего применяются голоидные соли, и нейтральное ве щество, порошок которого вводится в смесь для предотв ращения спекания металлической составляющей. Осо бенность метода состоит в том, что в состав смеси входит активатор, и в результате взаимодействия его с метал лом образуется газообразное соединение.

Способы порошкового метода отличаются друг от друга составом смеси и условиями получения покрытий. В част ности, разновидностью метода порошков является алюмотермический метод, при котором детали или образ цы засыпаются смесью порошков, но покрывающий ме талл получается из его окислов в результате взаимодей ствия с алюминием.

Разновидностью газового метода является циркуля ционный метод, по которому газовая среда, содержа щая металл (или металлы), с помощью вентилятора пе ремещается в замкнутом контейнере, где размещены детали. Металлизация в тлеющем разряде - еще один способ газового метода, при котором дополнительно ионизируется газовая среда.

покрытий в вакууме: катодное рас пыление - метод, при котором мишень

изготовлена из материала покрытия и распыление происходит при бом бардировке её положительными ионами; термическое напыление - метод, при котором в вакуумной камере испаряется металл и осаждается на поверхности под ложки, размещенной на пути потока паров металла, при этом давление паров металла должно быть достаточным для получения покрытия за приемлемое время; ионное осаждение представляет собой термическое напыление в газовом разряде, материал покрытия испаряется при сравнительно неглубоком вакууме, а на подложку пода ется достаточно высокий относительно тигеля с испаря емым металлом отрицательный потенциал; часть паров металла ионизируется в плазме газового разряда, а ионы осаждаются на заряженной подложке.

Выделяют также электроннолучевой метод, при ко тором металл для покрытия расплавляется электронным лучом, а подложка нагревается до температур порядка 900-1000°С.

Установка МАП-2 для нанесения ионно-плазменных многокомпонентных защитных и упрочняющих покрытий

5. Методы погружения заключаются в том, что изде лия окунают в ванну, в которой насыщающий металл на ходится в расплавленном состоянии. После этого для получения требуемых свойств проводится высокотемпературная термическая обработка, при которой в резуль тате диффузии формируется структура покрытия.

6. Методы высокотемпературного распыления ха рактеризуются тем, что покрытие образуется в результа те последовательного нанесения дисперсных

частиц материала, который расплавляется, распыляется и на правленной газовой струей перемещается к подложке. Формирование покрытия происходит при повышенных температурах в зоне контакта частицы с поверхностью. К
методам высокотемпературного распыления относятся: пламенный, плазменный и детонационный.

Метод ХОП (химического осаждения покрытия) ос нован на химических реакциях, протекающих при темпе ратуре свыше 1000°С в парогазовой среде, окружающей изделия. В результате на поверхностях изделия конден сируется химическое соединение (нитрид, карбид или карбонид титана, оксид алюминия).

Метод ФОП (физического осаждения покрытия) за ключается в испарении с ионизацией вещества с поверхности расходуемого электрода и последующей конден сации вещества на поверхность изделия, находящегося под отрицательным потенциалом. В результате плазмохимических реакций в вакууме в среде газа реагента (N 2 , СН 4 , 0 2 и др.) образуется соответствующее тугоплав кое соединение.

Среди методов ФОП наибольшее распространение получили метод конденсации в вакууме с ионной бом бардировкой (метод КИБ), а также магнитронно-ионное реактивное распыление (метод МИРР). Эти мето ды позволяют сравнительно просто получать многослой но-композиционные покрытия на основе нитридов, кар бидов, карбонитридов и оксидов тугоплавких металлов IV- VI групп периодической таблицы.

Методом КИБ покрытия наносятся при температуре 200-500°С. В указанном интервале температур интен сивность диффузии углерода из приповерхностных слоев твердосплавной основы невысока, поэтому в них практи чески не формируется хрупкая т-фаза. Покрытия, полу ченные методом КИБ, прочнее покрытий, образованных методом ХОП.

В последнее время все шире применяются методы, основанные на воздействии на поверхностные слои де талей потоков частиц (ионов, атомов, кластеров и кван тов) с высокой энергией. В первую очередь к ним отно сятся вакуумные ионно-плазменные методы.

Вакуумные ионно-плазменные процессы нанесения покрытий включают в себя следующие этапы: генерацию атомарного или молекулярного потока вещества; его ионизацию; ускорение, фокусировку и конденсацию на поверхности деталей или подложки. Для генерации по тока вещества используются испарение (обычно элект ронным лучом) и различные формы газовых разрядов.

Применительно к машиностроению вакуумные ион но-плазменные методы можно условно разделить на че тыре группы: ионно-диффузионные методы, осуществля емые в тлеющем разряде; методы, основанные на явле нии катодного

(ионного) распыления в разряде постоян ного тока и в высокочастотном разряде; ионное осажде ние; ионное легирование и внедрение (имплантация).

Методы, основанные на явлении катодного (ионно го) распыления предполагают формирование покрытия в результате конденсации нейтральных частиц, выбива емых из мишени бомбардировкой ионами инертного газа (обычно аргона). Энергия частиц наносимого материала на порядок выше, чем энергия тепловых частиц, образу ющихся при испарении. Системы распыления на посто янном токе используются для получения покрытий из проводящих электрический ток материалов, системы высокочастотного распыления - для получения покры тий из диэлектриков. Для улучшения качества покрытия наносятся с приложением к деталям отрицательного по тенциала смещения.

Энергия осаждаемых частиц находится в пределах 2-20 эВ и зависит прежде всего от атомной массы осаж даемого вещества, расстояния между источником и под ложкой, давления и электрических параметров разряда. С учетом дополнительных тепловых и других воздействий на подложку среднюю энергию осаждаемых частиц мож но принять равной к 10-100 эВ.

Плотность ионного тока при магнетронном распыле нии (без дополнительных систем ионизации) составляет 1-10 мА/см г и достигает насыщения при потенциале сме щения на подложке всего - 6 В (рис. 1). Это позволяет независимо от плотности ионов варьировать их энергию в широких пределах. При потенциале насыщения плот ность ионного тока можно регулировать за счет мощнос ти разряда. Для магнетронного распыления характерно отношение ионов к нейтральным частицам в пределах 0,1-0,5, причем оно существенно зависит от давления.

Типичные параметры процесса в магнетронных сис темах: напряжение на мишени 700 В, давление в камере 0,1-0,4 Па.

Изменяя напряженность магнитного поля, можно в довольно широких пределах регулировать температуру подложки (от 50 до 250°С и выше).

На порядок снижается рабочее давление, что резко уменьшает загрязнение пленок газовыми примесями. Исключается интенсивная бомбардировка подложек высокоэнергетическими электронами, т.е. устраняется неконтролируемый нагрев подложки и повреждение структур.

При реактивном магнетронном распылении скорость осаждения чувствительна к напряжению между катодом и анодом. Увеличение напряжения на 20% повышает скорость осаждения на 150%.

Получена зависимость влияния парциального давле ния азота на показатель магнетронного распыления:

где U - потенциал мишени; / - расстояние мишень - анод; р - давление.

Методы ионного осаждения заключаются в иониза ции и ускорении в электрическом поле частиц наносимо го материала, переведенного тем или иным способом в газообразное или парообразное состояние. Благодаря высокой энергии ионов при их соударении с поверхнос тью детали, находящейся под отрицательным потенциа лом, облегчается образование высококачественного по крытия. Этому способствует непрерывная самоочистка поверхности бомбардировкой ионами осаждаемого ма териала. Адгезия и служебные характеристики покрытий повышаются при увеличении до определенного уровня энергии частиц, задаваемой ускоряющим напряжением.

Йонное легирование (имплантация) состоит в том, что при очень больших энергиях ионов они проникают в кри сталлическую решетку, легируя поверхностный слой де тали. Механические свойства слоев толщиной, многократ но превышающей глубину проникновения ионор, также улучшаются в результате искажений кристаллической ре шетки.

Реактивный электронно-плазменный метод (РЭП) представляет собой нагрев распыляемого материала (анода) электродами, имитируемыми нагретым катодом. Капельная фаза не образуется, и исходная шерохова тость поверхности в результате нанесения покрытия прак тически не увеличивается.

Практическое применение рассмотренных методов зависит от назначения покрытий и технологических воз можностей их осуществления.

Большинство деталей ремонтируемых машин выбра ковываются вследствие незначительного износа рабочих поверхностей, составляющего не более 1% массы дета лей. Причем для повторного использования после вос становления пригодно до 75% изношенных деталей. Так, у 83% деталей износ составляет до 0,6 мм, и 52% из них имеют простую цилиндрическую форму.

Этот факт предоп ределяет широкие возможности внедрения технологий восстановления, что является существенным резервом материальных и трудовых ресурсов. В то же время, приме няя комплексные технологии восстановления, можно по лучить особые свойства поверхности с более высокими эксплуатационными характеристиками, чем у новых изде лий, без потери прочности основного материала, как пра вило, прошедшего все виды термической обработки.

Центр высоких технологий ТолПИ занимается дальней шим развитием газотермических методов упрочнения де талей автомобиля: поршневых колец, коленчатых валов, распределительных валов, пальцев, ступиц, вилок КПП; деталей тепловых станций: валов багерных насосов, ва лов двигателей, плунжеров насосов, штоков задвижек, крыльчаток насосов, корпусов крупных подшипников; де талей сельскохозяйственных машин (рис. 2-5). Все эти де тали относятся к изделиям ответственного назначения, работающим в жестких условиях температурного и сило вого нагружения, в агрессивных и абразивных средах.

Практика показала, что некоторые свойства (адгезия, ударная вязкость, коррозионная стойкость, плотность) покрытий, полученных по традиционным технологиям газотермического напыления, недостаточны при общей возможности управления основными прочностными ха рактеристиками (твердостью и пластичностью).

Научные исследования, проведенные в Центре высо ких технологий ТолПИ, позволили существенно снизить на пряженное состояние газотермических покрытий, улуч шить структуру, химический состав и, следовательно, свой ства покрытий. Благодаря подробному изучению физико-химического взаимодействия на границах фаз стало воз можным применение диффузионной модели при форми ровании газотермических покрытий. За счет концентра ции и локализации плазменных потоков можно макси мально диспергировать структуру и уменьшить темпера турное воздействие на уже термически упрочненную ос нову, сохраняя ее исходные свойства. Большой темпера турный градиент накладывает важное условие: разница коэффициентов термического расширения материала ос новы и напыляемого покрытия должна быть минималь ной (желательно не более 10%) во избежание концент раций напряжений на границе раздела фаз. Это и дости гается применением диффузионной модели нанесения газотермических покрытий. Первые слои покрытия близ ки по составу и свойствам к основному материалу подлож ки с дальнейшим плавным изменением химического со става по сечению покрытия, т.е. с увеличением содержания С, В, Сг свойства изменяются в сторону упрочнения, причем, благодаря высокой дисперсности структуры, без значительной потери пластичности. Напыленные соеди нения имеют низкий коэффициент трения, высокую допу стимую рабочую температуру (до 800°С). В этом и заклю чаются основные достижения Центра высоких технологий ТолПИ в развитии газотермической технологии (рис. 6,7).

Для повышения адгезионных свойств плазменно-напыленных покрытий предлагается одновременное или последовательное локальное оплавление самофлюсу ющихся составов на основе системы Ni-Cr-B-Si. Наиболее эффективным и технологичным методом обработки плазменно-напыленных покрытий является лазерная элект ронно-лучевая вторичная обработка концентрированной плазмой, так как локальность температурного воздей ствия не вызывает общей деформации изделия, а высо кая скорость охлаждения локального очага расплава ве дет к дополнительной диспергации структуры и дополни тельному дисперсионному и термическому упрочнению.

Газотермические покрытия находят применение в различных промышленных отраслях - аэрокосмической технике, турбостроении, судостроении, автотракторной промышленности, сельскохозяйственном машинострое нии, химическом машиностроении. Учитывая все возра стающие требования к технологии получения и свойствам ответственных деталей, а также экономическое положе ние в стране, любые новые достижения, несомненно, будут востребованы.