Для определения содержания блоксополимеров типа СБС в ПБВ используют методику, изложенную в пп. 13.11.1-13.11.5 настоящих Рекомендаций. Диапазон измерений содержания полимера в ПБВ составляет 2,0-6,0 % по массе.

Принцип метода заключается в сопоставлении концентрационной зависимости условной характеристической вязкости полимера в анализируемом ПБВ с аналогичной эталонной зависимостью для ПБВ известного состава. Этот принцип основывается на том, что условная характеристическая вязкость полимера не зависит от содержания полимера в ПБВ, а зависит только от его молекулярной массы.

Получаемое в результате анализа содержание полимера в ПБВ включает в себя только ту часть полимера, которая полностью растворяется в индустриальном масле марки И-40А при 160°С и концентрации раствора не менее 10% (отсутствие гелей, осадка). Для проверки растворимости полимера необходимо оставлять его арбитражные пробы в процессе производства работ.

Изложенная ниже методика описывает способ определения содержания блоксополимеров типа СБС в ПБВ.

13.11.1. Аппаратура, реактивы и материалы

Вискозиметр капиллярный стеклянный ВПЖ-2 по ГОСТ 10028-81, диаметр капилляра 0,73 мм;

весы лабораторные аналитические с диапазоном взвешивания 0-200 г, ц. д. 0,1 мг по ГОСТ 24104-88, погрешность ±0,3 мг или любые другие аналогичного типа;

весы технические любые по ГОСТ 24104-80, ц.д. 0,1 мг, погрешность ±0,3 мг;

гири общего назначения Г-2-210 по ГОСТ 7328-82;

центрифуга типа ЦЛС 31М;

сосуд цилиндрический СЦ-5 вместимостью 5000 мл по ГОСТ 10565-63;

колбы плоскодонные ПКШ-100-29/32 по ГОСТ 10394-72;

кружка фарфоровая вместимостью 500 мл, № 2 по ГОСТ 9147-73;

пипетка с одной меткой вместимостью 10 мл по ГОСТ 20292-74;

воронка простая конусообразная по ГОСТ 8613-64;

термометр лабораторный типа Б-4, пределы измерения от 0 до 55°С, ц.д. 0, ГС по ГОСТ 215-73;

пробки резиновые, диаметр 29 мм;

лабораторная мешалка;

скальпель медицинский;

электроплитка закрытого типа;

секундомер по ГОСТ 5072-79;

порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей по ГОСТ Р 52129-2003;

толуол по ГОСТ 5789-78;

индустриальное масло марки И-40А по ГОСТ 20799;

битум марок БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 190/130 по ГОСТ 22245.

13.11.2. Подготовка к испытанию

13.11.2.1. Перед анализом ПБВ нагревают до 155-165°C и проверяют на однородность (п. 13.2. настоящих Рекомендаций). Однородное ПБВ анализируют без фильтрации. Неоднородное ПБВ либо фильтруют через капроновую ткань, после чего определяют только растворенную в процессе приготовления ПБВ часть полимера, либо доводят ПБВ с помощью механической мешалки до однородного состояния, после чего определяют содержание всего введенного в ПБВ полимера, способного растворяться.

Для определения содержания полимера в ПБВ по данной методике необходимо знать точное содержание индустриального масла в ПБВ, а также иметь образец битума, использованного при приготовлении данного ПБВ. Образец битума отбирается из котла непосредственно перед загрузкой полимера и пластификатора или раствора полимера. При отсутствии указанного образца битума используют битум той марки, на которой было приготовлено ПБВ. При отсутствии образца битума или сведений о его марке может быть использован битум одной из следующих марок: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130.

ПБВ, содержащее 10% индустриального масла, анализируют без корректировки состава. ПБВ, содержащее иное количество индустриального масла, корректируют добавлением отобранного битума или индустриального масла.

Расчет добавляемых масс проводят по следующим формулам:

    (1)

     (2)

где q_ПБB — масса ПБВ, подлежащая корректировке, г;

А_М — содержание индустриального масла в анализируемом ПБВ,%;

q_Б — масса битума, которую необходимо добавить в ПБВ, содержащее более 10% индустриального масла, г;

q_M — масса индустриального масла, которую необходимо добавить к ПБВ, содержащему менее 10% индустриального масла, г.

В фарфоровой кружке взвешивают 20-30 г анализируемого ПБВ с точностью ±0,01 г и, в случае необходимости корректировки, рассчитанное количество битума или масла, затем добавляют толуол из расчета 5 мл на 1 г массы. Кружку нагревают на электроплитке до 80-90°С и содержимое перемешивают с помощью механической мешалки до получения однородного состояния, затем охлаждают. Для удаления из раствора нерастворимых образований в кружку добавляют минеральный порошок из расчета 2 г/г массы откорректированного ПБВ, массу перемешивают в течение 3-5 мин и переливают в пробирки для центрифугирования (основная масса порошка остается на дне кружки). Пробирки центрифугируют 0,5 ч при скорости вращения барабана центрифуги 5000 об/мин. После остановки барабана раствор сливают в чистые пробирки и повторяют центрифугирование. Полученный раствор сливают в прибор для отгонки толуола, состоящий из стандартных круглодонной колбы, насадки Вюрца, термометра, холодильника Либиха, аллонжа, приемной колбы и колбонагревателя. Отгонку заканчивают по достижении температуры в колбе 135-140°С. Оставшуюся массу ПБВ наливают в чашки Петри слоем 1 мм и сушат в термошкафу при 130°С до постоянной массы — изменение массы не должно превышать 0,04 г/ч. Первое взвешивание производят через 2 ч, последующие — через 1 ч.

По окончании сушки ПБВ из чашек переносят в металлический бюкс, нагревают до 160°С, перемешивая с помощью термометра до однородного состояния.

Дополнительно для анализа на основе отобранного битума готовят образец разжиженного битума с 10% индустриального масла. Полученный образец растворяют в толуоле и обрабатывают аналогично ПБВ.

В том случае, если анализу подлежит ПБВ, извлеченное из полимерасфальтобетона, полученный толуольный раствор центрифугируют по описанному в данном разделе режиму без добавления минерального порошка.

В связи с введением в технические требования на ДСТ показателя его полной растворимости в индустриальном масле марки И-40А

(Изменение № 1 к ТУ 38.40327-98 «Термоэластопласты бутадиен-стирольные ДСТ-30Р, ДСТ-РМ», п. 13 технических требований) входе анализа ПБВ на основе такого ДСТ отпадает необходимость в его предварительной очистке путем растворения ПБВ в толуоле, центрифугирования раствора от нерастворившихся примесей и последующего удаления растворителя. Указанное ПБВ перед определением в нем содержания полимера достаточно нагреть до 160°С, перемешать и отфильтровать через сито № 07.

В том случае, если в ходе проведения анализа выясняется, что точки на графике зависимости относительной вязкости от доли полимера в пробе от его искомого содержания в ПБВ (А) плохо укладываются на прямой, то это означает, что полимер, использованный для получения ПБВ, не соответствовал техническим требованиям в части полноты растворимости в индустриальном масле. В этом случае ПБВ перед определением в нем содержания полимера необходимо растворить в толуоле, центрифугировать и высушить от толуола, после чего анализировать.

13.11.2.2. Взвешивание и растворение проб ПБВ и разжиженного битума

В каждую из 10 конических одногорлых плоскодонных колб (НШ 29, V= 100 мл) отбирают навески разжиженного битума и ПБВ согласно табл. 14.

Таблица 14

Навески ПБВ и разжиженного битума

№№ колб	Навеска, г		Доля полимера в ПБВ от его искомого содержания, А, %
	ПБВ	разжиженного битума
0	0	2,0000	0
0	0	2,0000	0
1.3	1,3000	0,7000	65
1.4	1,4000	0,6000	70
1.5	1,5000	0,5000	75
1.6	1,6000	0,4000	80
1.7	1,7000	0,3000	85
1.8	1,8000	0,2000	90
1.9	1,9000	0,1000	95
2.0	2,000	0	100

Доля полимера в пробах (А) определена по следующей формуле:

    (3)

где q_ПБB — навеска ПБВ в пробе, г.

Примечания:

— № колбы соответствует навеске ПБВ в ней;

— две пробы № 0 предусмотрены для повышения точности определения относительной вязкости;

— в каждую колбу, начиная с № 1.3, отбирают две навески — ПБВ и разжиженного битума — так, чтобы общая навеска пробы составляла 2 г;

-доля полимера в пробе № 2.0принятаза 100%, во всех остальных пробах уменьшают навеску ПБВ за счет введения такого же количества разжиженного битума, тем самым уменьшая долю полимера в каждой пробе.

В колбы с навесками отмеряют по 10 мл толуола. Колбы герметично закрывают резиновыми пробками с прокладками из тонкой полиэтиленовой пленки и ставят на песчаную баню, нагретую до 100-105°С. Периодически колбы встряхивают до получения однородного раствора, после чего дополнительно выдерживают 0,5 ч на горячей песчаной бане, далее охлаждают до температуры окружающей среды.

13.11.3. Проведение испытания

Определение относительных вязкостей приготовленных проб проводят в вискозиметре, помещенном в стеклянный цилиндрический сосуд с водой, снабженный термометром и перемешивающим устройством. Испытания проводят при 25°С±0,1°С. Пробы следует анализировать в порядке, указанном в табл. 14.

С помощью воронки с плотным ватным тампоном в вискозиметр заливают приготовленную пробу, термостатируют в течение 5 мин, после чего определяют время истечения (т) через капилляр вискозиметра. Замеры повторяют до получения не менее 10 одинаковых параллельных результатов. После чего раствор тщательно сливают из вискозиметра и заливают следующий. Окончательные результаты измерений вносят в табл. 15.

13.11.4. Обработка результатов измерений

Полученные данные используют для расчета значений условной характеристической вязкости полимера в анализируемом ПБВ (η^у_о) и относительной вязкости раствора данного ПБВ в толуоле (η^с_отн). Результаты расчетов также вносят в табл. 15.

Таблица 15

Результаты измерений

№№ колб	Время истечения раствора, с	Относительная вязкость, ηотн
1	2	3

Относительную вязкость рассчитывают по следующей формуле:

        (4)

где τ_i— время истечения растворов проб №№ 1.3-2.0 в толуоле, с;

τ_о — среднее время истечения растворов проб № 0, с.

По экспериментальным данным табл. 14 и 15 строят график зависимости η_отн.i от А (см. рисунок 2). Для расчета η^у_о и η^с_отн) точки, не укладывающиеся на прямую, исключают из последующей обработки. Результаты испытаний, соответствующие точкам, лежащим на прямой, обрабатывают по методу наименьших квадратов, для чего вносят в табл. 16.

Таблица 16

Данные для обработки результатов анализа по методу наименьших квадратов

Ai	ηотн.i — ηуо	Ai·ηотн.i -Ai·ηуо	Аi2
А1.3	η1.3 — ηуо	А1.3·η1.3 -А1.3·ηуо	А21.3
А1.4	η1.4 — ηуо	А1.4·η1.4 -А1.4·ηуо	А21.4
А15	η1.5 — ηуо	А1.5·η1.5 -А1.5·ηуо	А21.5
А1.6	η1.6 — ηуо	А1.6·η1.6 -А1.6·ηуо	А21.6
А1.7	η1.7 — ηуо	А1.7·η1.7 -А1.7·ηуо	А21.7
А1.8	η1.8 — ηуо	А1.8·η1.8 -А1.8·ηуо	А21.8
А1.9	η1.9 — ηуо	А1.9·η1.9 -А2.9·ηуо	А21.9
А2.0	Η2.0 — ηуо	А2.0·η2.0 -А2.0·ηуо	А22.0
ΣAi	Σηотн.i — n·ηуо	Σ(Ai·ηотн.i) -Σ(Ai·ηуо)	ΣАi2

Примечание. Коэффициент «n» равен числу точек, принятых при обработке.

Рис. 2. Зависимость относительной вязкости 18,7% раствора ПБВ в толуоле от содержания полимера

Прямая пропорциональная зависимость в общем виде описывается формулой

y — b = xtgα,                                                                                (5)

гле у = η_отн; b = η^у_о; х=А;

tgα — тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.

Для обработки данных анализа по методу наименьших квадратов составляют два уравнения:

Σу — Σв = Σx·tgα,                                                                         (6)

Σху — Σxв = Σx²·tgα.                                                                    (7)

Используя данные, полученные в табл. 5, и уравнения (6) и (7), получают следующие уравнения:

Ση_отн — n·η^у_о = ΣA·tgα,                                                                     (8)

Σ(A·η_отн) — ΣA·η^у_о = ΣA²·tgα.                                                        (9)

Решив систему уравнений (8) и (9), определяют значения η^у_о и tgα, по которым вычисляют значение η^с_отн и η⁵_отн по формулам

η^с_отн = 100·tgα + η^у_о                                                                        (10)

η⁵_отн = 3,6984 — 1,9312η^у_о                                                              (11)

Уравнение (11) получено на основе корреляции между условной характеристической вязкостью блоксополимеров типа СБС с разной молекулярной массой и относительной вязкостью ПБВ, содержащих 5% этих полимеров и 10% индустриального масла марки И-40А.

По полученным значениям η^с_отн, η⁵_отн, η^у_о и формуле (12) вычисляют содержание полимера (С, %) в ПБВ.

 (12)

где η^с_отн — расчетная относительная вязкость раствора ПБВ, содержащего 100%-ную долю полимера;

η^у_о — расчетная условная характеристическая вязкость полимера, содержащегося в ПБВ, характеризуемая как отрезок на оси ординат, отсекаемый прямой концентрационной зависимости относительной вязкости раствора ПБВ в толуоле;

η⁵_отн расчетная относительная вязкость раствора ПБВ, содержащего 5% полимера с условной характеристической вязкостью, равной η^у_о.

В том случае, если перед анализом к ПБВ добавляли битум или масло (см. п. 13.11.2.1), содержание полимера (С’) необходимо уточнить по следующей формуле:

    (13)

где q = q_м или q_б.

Результаты расчета округляют до значения, кратного 0,1%.

Содержание полимера в ПБВ с учетом доли нерастворимого полимера рассчитывают по формуле

где С» — содержание полимера в ПБВ с учетом доли нерастворимого полимера, %;

С — содержание растворимой части полимера в ПБВ;

С’ — содержание растворимой части полимера в ПБВ с учетом его разбавления битумом или маслом в ходе анализа, %;

С_н — доля нерастворимого полимера.

Содержание полимера в полимерасфальтобетонной смеси рассчитывают по формуле

С_П^ПАБ = С_ПБВ·С_П^ПБВ

где С_П^ПАБ — содержание полимера в полимерасфальтобетонной смеси, %;

С_П^ПБВ — содержание полимера в извлеченном ПБВ, равное С, С’ или С» ,%;

С_ПБВ — содержание ПБВ в полимерасфальтобетонной смеси по п. 13.9.6 настоящих рекомендаций, %.

Доверительные границы относительного значения погрешности результатов анализа при Р = 0,95 (см. табл. 17).

Таблица 17

Условия анализа	Доверительные границы относительного значения погрешности результатов
	суммарная погрешность, %	систематическая составляющая погрешности, %
Наличие исходного битума, знание точного содержания пластификатора в ПБВ	±6,0	±5,2
Отсутствие исходного битума, знание точного содержания пластификатора в ПБВ	±7,0	±6,3
Наличие исходного битума и знание содержания пластификаторов в ПБВ с точностью ±1%	±7,0	±6,3
Отсутствие исходного битума и знание содержания пластификатора с точностью ±1%	±8,0	±7,3

13.11.5. Пример определения содержания полимера — дивинил-стирольного термоэластоплата (ДСТ 30Р-01) в ПБВ.

Дано:

— образец битума, использованного для приготовления анализируемого ПБВ;

— содержание индустриального масла марки И-40А — 13%;

— содержание ДСТ в ПБВ — 4%.

Подготовка к испытанию

Горячее ПБВ фильтруют через капроновую ткань, т.к. на фильтре отсутствует остаток, то ДСТ растворился полностью.

В фарфоровой кружке взвешивают 30 г анализируемого ПБВ. Для корректировки состава ПБВ, в котором должно содержаться 10% индустриального масла, по формуле (1) рассчитывают необходимое количество битума.

К ПБВ добавляют 9 г битума и (30+9)·5 = 195 мл толуола. Кружку со смесью нагревают на песчаной бане до 80-90°С при перемешивании с помощью механической мешалки. Полученную однородную систему охлаждают и добавляют (30+9)·2 = 78 г минерального порошка, перемешивают в течение 3-5 мин и переливают в пробирки для центрифугирования. Основная масса порошка остается на дне кружки.

Пробирки с раствором и остатками минерального порошка центрифугируют 0,5 ч при скорости вращения барабана 5000 об/мин. После остановки барабана смесь переливают в чистые пробирки и повторяют центрифугирование. Полученный раствор сливают в колбу для отгонки толуола. По достижении температуры 135-140°С отгонку прекращают, оставшийся раствор сливают в 4 чашки Петри и помещают в термошкаф для окончательной сушки при 130°С до постоянной массы. Первое взвешивание проводят через 2 ч, последующие — через 1 ч. Сушку прекращают при изменении массы не более чем на 0,04 г/ч. С помощью скальпеля ПБВ из всех 4 чашек переносят в металлический бюкс и нагревают на плитке до 160°С, перемешивая до получения однородной массы. Аналогичные операции проводят с разжиженным битумом, содержащим 10% индустриального масла марки И-40А.

Взвешивание навесок ПБВ и разжиженного битума, а также растворение их в толуоле проводят по п. 13.11.2.2. Затем определяют время истечения приготовленных проб с помощью вискозиметра ВПЖ-2.

Результаты измерений и расчетов η_отн заносят в табл. 18.

τ, η_отн и А рассчитывают по формулам соответственно.

Таблица 18

Результаты измерений

№№ колб	Время истечения раствора, τ, с	ηотн**	А, %
0	53,8*	1	0
0	54,0	1	0
1.3	70,9	1,3154	65
1.4	72,5	1,3451	70
1.5	75,2	1,3952	75
1.6	75,7	1,4045	80
1.7	77,3	1,4341	85
1.8	79,0	1,4657	90
1.9	80,5	1,4935	95
2.0	82,3	1,5269	100

Примечания:

По данным табл. 18 строят график зависимости η_отн от доли полимера (А) в пробе (рис. 2). Поскольку точка, соответствующая А = 75%, не укладывается на прямую, она исключается из дальнейшей обработки. Остальные данные обрабатывают по методу наименьших квадратов (табл. 19).

Таблица 19

Обработка данных по методу наименьших квадратов

А	ηотн — ηуо	А·ηотн — А·ηуо	А2
65	1,3154 — ηуо	85,501 — 65 ηуо	4225
70	1,3451 — ηуо	94,157 — 70 ηуо	4900
80	1,4045 — ηуо	112,36 — 80 ηуо	6400
85	1,4341 — ηуо	121,89 — 85 ηуо	7225
90	1,4657 — ηуо	131,913 — 90 ηуо	8100
95	1,4935 — ηуо	141,8825 — 95 ηуо	9025
100	1,5269 — ηуо	152,69 — 100 ηуо	10000
585	9,9852 — ηуо	840,402 — 585 ηуо	49875

По данным табл. 19 составляют 2 уравнения по формулам (8) и (9).

Ση_отн — n·η^у_о = ΣA·tgα = 9,9852-7η^у_о = 585tgα

Σ(A·η_отн) — ΣA·η^у_о = ΣA²·tgα= 840,402 — 585η^у_о = 4975tgα

Для решения системы уравнений обе части первого уравнения умножают на частное от деления 

Получают:

Затем из полученного уравнения вычитают второе уравнение, полученное по формуле (9)

851,3023-596,7949η^у_о =49875tgα,

η^у_о = 0,9242.

Значение η^у_о подставляют в первое уравнение, полученное по формуле (8), и находят значение tgα.

9,9852-7·0,9242 = 585tgα,

Вычисляют η^с_отн и η⁵_отн по уравнениям (10) и (11)

η^с_отн = 100tgα + η^у_о = 100·0,0060 + 0,9242 = 1,5242,

η⁵_отн = 3,6984 — 1,9312η^у_о = 3,6984 — 1,9312 0,9242 = 1,9136.

Содержание полимера в ПБВ определяют по формуле (12)

С учетом выполненной корректировки состава анализируемой пробы содержание ДСТ (С’) в исходном ПБВ рассчитывают по формуле (13)

Результат анализа содержания ДСТ в ПБВ составляет 3,9%±0,2%, где 0,2% определяют согласно п. 13.11.4 как 6% от 3,9%.

Фактическое отклонение полученного результата от заданного значения для лабораторного образца ПБВ составило