Получение высококачественных битумов из нефтей разной природы (компонентый состав) возможно при правильном определении не только вклада того или иного процесса в общую технологическую схему производства, но и последовательности их проведения.
Битум — это продукт черного цвета с плотностью около единицы, с низкой тепло- и электропроводностью. Он прекрасно противостоит воздействию различных химических реагентов, водо- и газонепроницаем, устойчив к действию различных видов радиации и длительному тепловому воз¬действию. Именно такие ценные качества битумов в сочетании с низкой стоимостью и массовым производством сделали их незаменимыми во многих областях хозяйства.
Будучи веществом аморфным, битум не имеет температуры плавления. Переход от твердого состояния к жидкому характеризуется температурой размягчения, которая обычно определяется по методу «кольца и шара». Твердость битумов оценивается путем измерения пенетрации, а пластичность - растяжимостью (дуктильностью).
Битумы не растворимы в воде, полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и др. органических растворителях; плотностью 0,95—1,50 г/см3.
Как будет подробно рассмотрено ниже, нефтяные битумы по способу производства делятся на остаточные, окисленные и компаундированные. Остаточные битумы - мягкие легкоплавкие продукты, окисленные - эластичные и термостабильные. Битумы, получаемые окислением крекинг-остатков, содержат большое количество карбенов и карбоидов, которые нарушают однородность битумов и ухудшают их цементирующие свойства.

СОСТАВ БИТУМОВ

Элементный состав

Нефтяные битумы представляют собой полутвёрдые и твёрдые продукты, состоящие из углерода и водорода, содержащие определённое количество кислород-, серо-, азотсодержащих соединений, а также целый ряд металлов (Fe, Wg, V, Ni и др.)
Элементный состав их следующий, масс. %: углерода 80—85, водорода 8—11,5, кислорода 0,2—4. серы 0,5—7, азота 0,2—0,5.

Компонентный состав

Нефтяные битумы - это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой являются масла и смолы, а дисперсной фазой - асфальтены. В зависимости от степени агрегирования и пептизации нефтяные битумы образуют различные мицеллярные системы - золи, золи-гели, гели.
Компонентный состав битума предопределяет его коллоидную структуру и реологическое поведение и тем самым - технические свойства, которые характеризуются условными показателями качества, определяемые в стандартных условиях. Рассмотрим основные из них.
Из-за большого многообразия соединений, входящих в состав битума, не представляется возможным выделить какие-либо индивидуальные вещества из этой сложной смеси. Кроме того, основная масса соединений, входящих в его состав, представляет собой вещества гибридного характера. Единственный класс соединений, которые можно выделить из битумов в более или менее чистом виде, — это парафины. Сложность состава битумов подтверждается и тем, что их молекулярно-весовое распределение охватывает границы от 300 до 40000 и более. Все это является причиной того, что анализ битумов затруднителен, неточен и преследует своей целью выделить лишь характерные группы, отличающиеся большим или меньшим однообразием их состава.
В состав нефтяных битумов входят следующие группы веществ, различающихся по растворимости:
- асфальтены (наиболее высокомолекулярные соединения нефти), которые растворимы в хлороформе, сероуглероде, не растворяются в спирте, эфире и ацетоне. Асфальтены обуславливают твёрдость и высокую температуру размягчения битума, смолы - его эластичность и цементирующие свойства, масла - морозостойкость;
- асфальтогеновые кислоты - кислые смолистые вещества, растворимые в спирте, хлороформе, плохо растворимые в бензине;
- нейтральные смолы, растворимые в нефтяных маслах, бензоле, эфире, хлороформе и уплотняющиеся при нагревании и кислотной обработке в асфальтены;
- нефтяные масла;
- карбены - высокомолекулярные вещества, образующиеся вследствие уплотнения асфальтенов в присутствии серы; растворимы в пиридине, сероуглероде;
- карбоиды - вещества не растворимые в органических растворителях.
Более подробно рассмотрим некоторые из них.

Масла

Наиболее легкой частью битумов являются масла. Состав масляного компонента зависит не только от природы исходной нефти, но и от условий получения остатка. К тому же именно состав масляного компонента гудрона меняется наиболее значительно при изменении глубины отбора дистиллятных фракций в процессе перегонки нефти.
С повышением содержания масел в битумах, а точнее соотношения масла: асфальтены повышается пенетрация, понижаются температура размягчения и температура хрупкости, уменьшается вязкость. Максимальное значение дуктильности достигается при соотношении масла: асфальтены, равном 2:5. Увеличение содержания масел в битумах одних и тех же марок из разного сырья понижает когезию.
Однако различное содержание в маслах групп углеводородов (парафино-нафтеновых, моно-, би- и полициклических) по-разному влияет на свойства битумов. Кроме того, это вызвано и существенными различиями в составе каждой из названных групп.

. Парафино-нафтеновые углеводороды

Само название группы парафино-нафтеновых углеводородов говорит о смешанном характере этой фракции, в которую, наряду с парафинами нормального и изостроения, могут входить соединения с 5- и 6-членными циклопарафиновыми кольцами. Кроме того, могут встречаться и соединения с ароматическими кольцами. Содержание этой группы углеводородов в гудронах может достигать 60% и более. Парафино-нафтеновые углеводороды являются пластификаторами в битуме, причем замена их на моноциклоароматические углеводороды не может компенсировать их пластифицирующее действие. С повышением отношения насыщенные: асфальтены наблюдаются понижение температуры размягчения, повышение пенетрации и дуктильности и понижение температуры хрупкости, причем большее влияние этого соотношения проявляется в битумах, полученных из более тяжелого остатка.
Большое влияние на свойства битумов оказывают твердые парафины. Их содержание в сырье не должно превышать 3—6%. Превышение этих значений, по мнению авторов, приводит к резкому понижению структурно-механической прочности битумов. Такие особенности влияния парафиновых углеводородов на свойства битумов вынуждают применять особые технологические приемы при переработке парафинистых нефтей, например, повышать глубину отбора масляных фракций.

Моноциклические ароматические углеводороды

Характерной особенностью моноциклоароматических углеводородов является наличие в их составе бензольного ядра. Кроме того, в состав их молекул могут входить от 1 до 3 и более нафтеновых колец, наряду с более или менее длинными алкильными цепями. В состав этой фракции могут входить S, N и О, и поэтому ее название носит условный характер.

Полициклические ароматические углеводороды

Полициклоароматические углеводороды обычно содержатся в незначительных количествах в битумах. Кроме того, их выделение затруднено. Вероятно, они являются переходной фракцией от масел к смолам.

Смолы

Основным структурным элементом этих углеводородов являются, по-видимому, кон¬денсированные системы типа нафталина, которые также могут входить в состав гибридных структур, состоящих из трех и более циклов. Смолы отличаются еще более высокой степенью конденсации. Углеродный скелет молекул смол представляет собой полициклическую систему, состоящую преимущественно из ароматических колец высокой степени конденсации с алифатическими заместителями. Было показано, что в среднем на молекулу смолы приходится 5—6 колец, из них 3—4 ароматических. Элементный состав смол отличается высоким соотношением содержания С и Н (С - 79-87 %; Н — 8,5-9,5 %). Кроме того, для смол характерно высокое содержание гетероатомов S, N и О, а также металлов. Молекулярный вес смол порядка 800—1200.
Вероятно, в составе смол нет чистых углеводородов. Сера в основном входит в состав циклических структур. Ее содержание в смолах может достигать 10%. Также велико может быть и содержание кислорода. Азот не всегда присутствует в смолах, хотя иногда его содержание достигает 2% и более.

Асфальтены

Большое влияние на структуру и свойства битумов оказывают асфальтены — твердые аморфные вещества, окрашенные в темный цвет, — от темно-бурого до черного. Плотность их больше единицы. При нагревании они разлагаются без плавления. При хранении на воздухе, особенно под действием солнечного света или других видов радиации, асфальтены переходят в нерастворимое состояние. В асфальтенах содержится 80—88% углерода и 7,3— 9,4% водорода при примерно одинаковом отношении С: Н, равном 9—11 (процентное). Обычно в значительном количестве присутствуют гетероатомы: серы — до 9%, азота — до 1,5%, кислорода—до 9%. Это означает, что практически во всех асфальтеновых молекулах находятся гетероатомы.
Кроме того, в состав асфальтенов обычно входят металлы (Fe, V, Ni и др.), которые могут находиться, в частности, в виде порфириновых комплексов.
Определение молекулярной массы асфальтенов сталкивается со значительными трудностями, поскольку молекулы их склонны к ассоциации. Чтобы уменьшить это явление, искажающее результаты анализа, приходится прибегать к повышенным температурам и разбавленным растворам, что сказывается на точности определения. Все это приводит к результатам, которые значительно отличаются в зависимости от применяемого метода (от 900 до 140000). Следует отметить, что степень полидисперсности асфальтенов очень высока.
Асфальтеновые молекулы представляют собой полициклическую ароматическую сильно конденсированную систему с короткими алифатическими цепями в качестве заместителей ароматического ядра; среди циклических структурных элементов молекулы, наряду с карбоциклами, присутствуют также пяти- и шестичленные гетероциклы. Следует отметить, что асфальтены выделяются из битумов на основании их нерастворимости в низкомолекулярных парафиновых углеводородах (С5—C7). И причиной их нерастворимости может быть не только наличие конденсированных ароматических структур, но и наличие полярных групп. Методы анализа, такие как рентгеновская дифракция, масс-спектрометрия и парамагнитный резонанс, показали, что в состав молекул асфальтенов входят ароматические системы, состоящие из двумерных дискообразных пластин, имеющих диаметр в пределах от 8,5 до 15 Ангстрем. Эти величины соответствуют размерам периконденсированных полиядерных ароматических углеводородов приблизительно с 7—18 кольцами. Большинство из них имеет короткие алкильные заместители. В молекулу может входить от 3 до 7 таких пластин, соединенных между собой алкильными цепочками, состоящими из 4-5 атомов углерода. Изучение спектров парамагнитного резонанса битумов показало, что основным источником парамагнетизма являются асфальтены. Как выяснилось, в 1 г асфальтенов содержится 2—4*10 свободных радикалов, что соответствует примерно одному парамагнитному центру на 100 молекул (при молекулярном весе-2000).

Битум нефтяной представляет собой твердые, вязкопластичные или жидкие продукты переработки нефти. По химическому составу битумы - сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных азота, кислорода и серы, полностью растворимые в сероуглероде.

Группы углеродов

Для исследования битумов их разделяют на основные группы углеводородов (близкие по свойствам) - масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды .

Масла

Смесь циклических углеводородов (в основном нафтенового ряда) светло-желтой окраски с плотностью менее 1 и молекулярной массой 300…500; повышенное содержание масел в битумах придает им подвижность, текучесть. Количество масел в битумах колеблется в пределах 45…60%.

Смолы

Вязкопластичные вещества темно-коричневого цвета с плотностью около 1 и молекулярной массой до 1000. Смолы имеют более сложный состав углеводородов, нежели масла. Они состоят в основном из кислородных гетероциклических соединений нейтрального характера и придают битумам большую тягучесть и эластичность. Содержание смол 15.,30%.

Асфальтены

И их модификации (карбены и карбоиды) – твердые, неплавкие вещества с плотностью несколько больше 1 и молекулярной массой 1000…5000 и более. Эта группа углеводородов является существенной составной частью битумов. Повышенное содержание асфальтенов в битуме определяет его высокие вязкость и температурную устойчивость. Общее содержание асфальтенов в различных битумах составляет 5…30% и более.

Карбены и карбоиды

Встречаются в битумах сравнительно редко в малом количестве (1…2%) и способствуют повышению хрупкости битума.

Асфальтовые кислоты и их ангидриды

Вещества коричневатого цвета смолистой консистенции с плотностью более 1. Они относятся к группе полинафтеновых кислот и могут быть не только вязкими, но и твердыми. Асфальтогеновые кислоты являются поверхностно-активной частью битума и способствуют повышению сцепления его с поверхностью минеральных заполнителей. Содержание их в нефтяных битумах составляет около 1 %.

Коллоидный раствор

Вышеуказанные группы углеводородов битума образуют сложную дисперсную систему – коллоидный раствор, в котором жидкая среда – это масла и раствор смол в маслах, а твердая фаза представлена асфальтенами, на поверхности которых адсорбированы асфальтогеновые кислоты. Масла, смолы и асфальтены входят в состав битумов в различных соотношениях и тем самым предопределяют их структуру.

В зависимости от количественного содержания масел, смол и асфальтенов (а также от температуры нагрева) коллоидная структура битума - «гель», «золь», «зольгель» претерпевают изменения от типа «золь» до типа «гель». Структура гель - характерна для твердых битумов при температуре 2О…25°С и обусловливается обычно повышенным содержанием асфальтенов. Структура золь присуща битумам жидкой консистенции с повышенным содержанием смол и масел.

Свойства битумов

Важнейшими свойствами битумов, характеризующими их качество, являются вязкость, пластичность, температуры размягчения и хрупкости ; кроме того, следует отметить высокую адгезию , обусловливающую способность битумов сцеплять в монолит минеральные зерна заполнителей; они способны также придавать гидрофобные свойства материалам, обработанным битумом.

Вязкость

Основной характеристикой структурно-механических свойств битумов является вязкость, зависящая главным образом от температуры и группового состава. Вязкость - сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга.

Для многих битумов вязкость непостоянна и уменьшается с увеличением напряжения сдвига или градиента скорости деформации. При повышении температуры вязкость снижается, при ее понижении вязкость быстро возрастает, а при отрицательных температурах битум становится хрупким. Для измерения структурной вязкости применяют различные приборы, позволяющие определить вязкость в абсолютных единицах (Па-с) или выразить ее в условных единицах.

Для характеристики вязкости, точнее величины обратной вязкости, т.. е. текучести битумов, принимается условный показатель - глубина проникания иглы в битум (пенетрация). Глубину проникания иглы в битум определяют на приборе - пенетрометре при действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 с при температуре 25°С или 0°С при грузе 200 г в течение 60 с. Пеиетрация твердых или вязких битумов выражается в единицах (градусах), равных 0,1 мм проникания иглы в битум. Чем больше вязкость, тем меньше проникание иглы в битум.

Пластичность

Является важным свойством битумов. Она повышается с увеличением содержания масел, длительности действия нагрузки и повышения температуры. Пластические свойства твердых и вязких битумов условно характеризуются растяжимостью (дуктильностью) -способностью вытягиваться в тонкие нити под действием внешних постоянных сил.

Растяжимость определяют на специальном приборе - дуктилометре при скорости деформации образца битума в виде «восьмерки» 5 см/мин, температурах испытания 25 и 0°С. Показателем растяжимости служит длина нити в момент разрыва образца, выраженная в сантиметрах. Пластические свойства битума зависят от температуры, группового состава и структуры. Так, например, с повышением содержания смол и асфальтенов пластичность при постоянной температуре битумов возрастает.

Температура размягчения

Существенной характеристикой свойств битума является также и температура размягчения, определяемая на приборе «кольцо и шар» («К и Ш»), Температура размягчения битума, выраженная в градусах Цельсия, соответствует температуре водяной бани в стакане прибора в момент, когда битум, имеющийся в латунном кольце (диаметр 16,0 мм), деформируясь под воздействием металлического шарика массой 3,5 г и постепенного нагрева воды со скоростью 5°С в минуту, коснется нижней полки подставки.

Нижняя полка подставки прибора находится на стандартном расстоянии от кольца, равном 25 мм. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется в. пределах от 20 до 95°С.

Температура хрупкости

Для характеристики тепловых свойств битумов кроме температуры размягчения определяют температуру хрупкости.

Температуру хрупкости битума определяют на специальном приборе Фрааса. Для этой цели испытуемый битум наносят тонким слоем па латунную пластинку, которая вместе с битумом может охлаждаться и изгибаться с помощью приспособления, имеющегося на приборе. За температуру хрупкости принимают ту температуру, при которой на топком изгибаемом слое битума образуется первая трещина. Температура хрупкости, например, дорожных битумов может быть от -20 до +5°С. Очевидно, что чем ниже температура хрупкости битума, тем больше его морозостойкость и выше качество.

Температура вспышки

Температура, при которой пары образующиеся при нагревании битума в открытом тигле, воспламеняются от поднесенного пламени. Температуру вспышки определяют на стандартном приборе и отмечают по показанию термометра в момент вспышки паров битума. Температура вспышки твердых и вязких битумов обычно выше 200°С и характеризует степень огнеопасности битума при его разогреве.

Адгезия

Существенной особенностью битумов является их высокая адгезия- прилипание к поверхности различных минеральных и органическиx материалов. Для определения адгезии существует много методов и приборов. Одним из них является визуальный метод, по которому степень прилипания битумов к поверхности минеральных материалов оценивают по пятибалльной шкале.

Отличное прилипание битума 5 баллов в том случае, когда пленка битума на поверхности гравия или щебня полностью сохранилась после кипячения в дистиллированной воде. Очень плохое прилипание, оцениваемое в один балл, когда пленка битума после кипячения полностью смещается с минеральных зерен и всплывает на поверхность воды.

Марки битумов

В зависимости от показателей основных свойств, особенно вязкости, пластичности и температуры размягчения, нефтяные битумы делятся на марки:

• Для дорожного строительства но ГОСТу предусмотрены пять марок от БНД (битум нефтяной дорожный)-200/300 до БНД-40/60, где цифры дроби указывают на допустимые для данной марки пределы изменения показателей пенетрации при 25°С, и четыре марки БН от 200/300 до БН-60/90.
• Для строительных работ по ГОСТу предусмотрено три марки, обозначаемые «БН» - битум нефтяной: БН-50/50, БН-70/30 и БН-90/10, где цифры числителя дроби соответствуют показателю температуры размягчения по «К и Ш» (кольцо и шар), а знаменателя - указывают на средние значения пределов изменения пенетрации при 25°С.
• Для кровельных работ по ГОСТу предусмотрены следующие марки: БНК (битум нефтяной кровельный)-45/180, БНК-90/40 и 90/30, а также БНК-45/190. В данном случае числитель дроби соответствует среднему значению показателей температуры размягчения по «К и Ш», а знаменатель - среднему значению показателей пенетрации на 25СС.

Жидкие битумы

Кроме твердых и вязкопластичных битумов указанных марок существуют жидкие битумы. Жидкие битумы при комнатной температуре имеют незначительную вязкость, т. е. жидкую консистенцию, и применяются в строительстве в холодном или слегка подогретом (до 50.. .60°С) состоянии.

Вследствие испарения летучих фракций и процессов окисления жидкие битумы постепенно загустевают. В зависимости от скорости загустевания жидкие нефтяные битумы выпускают двух классов – густеющие со средней скоростью (класс СГ) и медленногустеющие (класс МГ).

• Жидкие битумы класса СГ изготовляют путем разжижения обычных, вязких битумов легкими разжижителями типа керосина.
• Для получения битумов класса МГ применяют разжижители каменноугольного или нефтяного происхождения (нефть, мазут и т. п.).

В зависимости от показателей вязкости дорожные жидкие битумы классов СГ и МГ каждый делят на три марки – эти битумы должны удовлетворять требованиям ГОСТа.

Получение нефтяных битумов

Нефтяные битумы получают на нефтеперерабатывающих заводах из различных нефтей отличающихся друг от друга химическим составом и свойствами.

Нефть на заводах подвергается фракционной перегонке с целью получения светлых продуктов (бензина, лигроина, керосина) смазочных масел и других видов нефтепродуктов.

Нефтяные остатки после отбора более легких по массе фракций - гудрон, крекинг - в дальнейшем используют в качестве сырья для получения нефтяных битумов заданных свойств. В настоящее время нефтяные битумы получают при атмосферно-вакуумной перегонке нефти (остаточные битумы); окислением нефтяных остатков (окисленные битумы) и смешением остатков, образующихся при перегонке нефти (компаундированные битумы).

Остаточные битумы представляют собой продукты малой вязкости и обычно подвергаются окислению.

Окисленные битумы

Получают путем продувки воздухом нефтяных остатков (гудрона) на специальных окислительных установках до заданной вязкости. В результате взаимодействия кислорода воздуха с гудроном в процессе продувки идет реакция образования высокомолекулярных компонентов окисленного битума и повышение его вязкости.

За последнее время освоен метод непрерывного окисления битума. Нефтяные остатки при температуре около -210°С поступают в реактор, где с помощью специальных аппаратов (диспергаторов) засасывается воздух и распределяется в окисляемом продукте. В данной технологии наряду с интенсификацией процесса окисления улучшается качество окисленного битума.

Смешанные (компаундированные) битумы

Получают в основном путем смешения битума деасфальтизации (остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном) с масляными дистиллятами.
Нефтяные битумы, как твердые или вязкопластичные, так и жидкие, находят широкое применение в строительстве.

Их используют для устройства дорожных покрытий, покрытий аэродромов, устройства плоских кровель, ирригационных каналов, производства гидроизоляционных и кровельных материалов в лакокрасочной и химической промышленности

БИТУМНЫЕ И ДЕГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И БЕТОНЫ (РАСТВОРЫ) НА ИХ ОСНОВЕ

Общие сведения

Битумы применялись в качестве строительного материала еще в 1лубокой древности в качестве вяжущего и водоизолирующего

материала.

К битумным материалам относятся следующие.

Природные битумы - вязкие жидкости или твердообразные ве­щества, состоящие из смеси углеводородов и их неметаллических про­изводных. Природные битумы получились в результате естествен­ного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтные озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.

Асфальтовые породы - пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде асфальтового порошка.

Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего глу­бокого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинго­вые, получаемые переработкой остатков, образующихся при кре­кинге нефти.

Гудрон - остаток после отгонки из мазута масляных фракций;

он является основным сырьем для получения нефтяных битумов, используется в виде связующего вещества в дорожном строитель­стве.

К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пе­ки, получаемые в результате сухой перегонки каменного угля, древесины и др..

Все эти материалы относятся к органическим вяжущим ве­ществам. Наиболее широкое применение они получили в промышленно-гражданском, гидротехническом, дорожном строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных и уплотняющих материалов - асфальтобетона, асфальтораствора. Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответ­ствии с требованиями современного строительства.

Битумные вяжущие вещества

Состав и строение битумов

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углеро­да 70-80%, водорода 10-15%, серы 2-9%, кислорода 1-5%, азота 0-2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом. Химический состав би­тумов весьма сложен. Так, в них могут находиться смеси угле­водородов метанового и нафтенового рядов и их кислородных, сер­нистых и азотистых производных. Все многообразие соединений,

образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.

Твердая часть битума - это высокомолекулярные углеводоро­ды и их производные с молекулярной массой 1000-5000, плот­ностью более 1, объединенные общим названием "асфальтены". В асфальтенах содержатся карбены, растворимые только в СС4 и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды-пара-

Смолы представляют собой аморфные вещества темно-ко­ричневого цвета с молекулярной массой 500-1000, плотностью

Масляные фракции битумов состоят из различных углево­дородов с молекулярной массой 100-500, плотностью менее 1.

По своему строению битум представляет коллоидную систему, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой являются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18-20 мкм, являются ядрами, каждое из них окружено оболочкой убывающей плотности - от тяжелых смол к

Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соот­ношением входящих в него составных частей: масел, смол и ас-фальтенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хруп­кости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Групповые углеводорода входя в состав битумов в различных соотношениях и образуя сложную дисперсную систе­му, предопределяют их струк­туру и свойства. Если в дисперсной системе имеется избыток дисперсной среды, то комплексные час­тицы - мицеллы не контактируют между собой свободно перемещаясь. Эта структура характерна для жидких битумов при нормальной температуре и для вязких битумов при повышенных температурах. При большом коли­честве мицелл они контактируют между собой, образуя мицел-дярную пространственную сетку. Такая структура характеризуется высокой вязкостью и твердостью при высокой температуре.

Состав определил практические способы перевода твердых би­тумов в рабочее состояние: нагревание до 140-170°С, размягча­ющее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах; раство­рение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и т.п.); эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.

Битум - это один из самых древних строительных материалов, известных человечеству. В наше время его применение предполагает достаточно разнообразные варианты. Существует множество разновидностей этого материала.

Разновидности

Битумные вещества - это органические материалы, к которым относится несколько видов.

Состав

Битум имеет следующий состав в классическом варианте:

Перечисленные вещества находятся в виде соединений углеводородов, серы, кислорода и азота.

Все элементы можно классифицировать по трем группам.

1. Твердая составляющая - высокомолекулярные углеводороды, которые называются асфальтенами. Также к твердым составляющим относятся парафины.

2. Смолы - аморфные материалы, которые имеют темно-коричневый окрас.

3. Масляные фракции - это различные углеводороды, которые имеют плотность менее 1.

Битум - это достаточно сложное вещество с определенным соотношением всех составляющих. Повышение в его массе асфальтенов приведет к увеличению твердости, хрупкости и температуры размягчения.

Парафины также снижают пластичность битума, поэтому при производстве уделяется внимание снижению их содержания до 5 % и менее.

Область применения

В зависимости от физических свойств различают следующие направления применения битума:

• дорожное строительство;
• устройство кровли;
• гидроизоляция;
• производство электорокабеля;
• шино-резиновая технология;
• аккумуляторы;
• лакокрасочная продукция;
• металлургия;
• производство углебрикетов;
• нефтепереработка.

В проведении строительных работ своими силами битум является самым востребованным материалом для гидроизоляции различных объектов, особенно погребов и подвалов.

Нефтяной дорожный

В строительстве дорог используются битумы нефтяные дорожные (ГОСТ 22245-90). Существует несколько марок такого материала.

Чтобы правильно подобрать разновидность, следует определиться с типом климатической зоны.

Для природных условий, которые характеризуются температурой в холодное время года в среднем не выше -20 ˚С, подойдут в соответствии с ГОСТом такие дорожные битумы, как БНД 200/300, БНД 130/200, а также БНД 90/130.

Для регионов, где средние температуры в холодное время года составляют от -10 до -20 ˚С, предусмотрены битумы нефтяные дорожные ІІ и ІІІ климатической дорожной зоны. К ним относятся приведенные выше разновидности, а также БНД 60/90.

Если же среднемесячные температуры в холодное время года находятся в пределах от -5 до -10 ˚С, то ГОСТ предусматривает использование таких нефтяных дорожных битумов, как все вышеперечисленные виды, а также БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.

Для местности, в которой зима характеризуется среднемесячными температурами не ниже +5 ˚С, подходят нефтяные дорожные битумы таких типов, как БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90, БН 90/130.

Нефтяной

Существуют разновидности, которые используются для строительства не только дорог, но и жилых объектов. Это универсальные марки. Есть только три марки, к которым относятся такие битумы нефтяные, как БН 70/30, БН 90/130, БН 50/50.

Так же как и битумы нефтяные дорожные, ГОСТ которых регламентирует условия применения каждой разновидности, для строительных битумов действует ГОСТ 6671-76.

Чем меньше температура окружающей среды, тем более эластичный материал необходимо применять для строительства. Это обеспечит его долговечность и длительность эксплуатации.

Нефтяные кровельные материалы

Для различных работ по монтажу кровли используют специальный битум. Свойства и область применения его регламентирует ГОСТ 9548-74. Данный стандарт подразумевает использование трех разновидностей этого материала кровли:

• БНК 90/30 - имеет такую сферу применения, как образование покровного слоя крыши.
• БНК 40/180 - используется для совершения пропитывания.
• БНК 45/190 - выбирается для обработки кровли и получения материала для крыши.

Факторы, влияющие на тип дорожного материала

Битум дорожный, ГОСТ которого предусматривает несколько типов такого вещества, характеризуется множеством различных свойств. Каждое придает определенные качества материалу.

Самыми важными из них, определяющими область применения битума, считаются пластичность, температура размягчения, хрупкость, вспыхивание, вязкость, адгезионные качества.

Высокие температуры способствуют увеличению степени вязкости битума. При похолодании материал теряет это качество и в момент достижении тепловой границы становится хрупким.

Увеличить пластичность помогает добавление в состав материала масел. Чем больше морозоустойчивость нефтяного дорожного битума, тем выше класс его качества.

Температура вспыхивания также является очень важным показателем для такого материала, как битум дорожный. ГОСТ предусматривает стандартную величину этого показателя +200 ˚С и выше. Чем больше температура вспыхивания, тем меньше пожароопасность вещества.

Показатель адгезии поможет узнать, как хорошо схватывается битум с основанием поверхности. Чем выше этот показатель, тем прочнее держится материал на поверхности.

Технология использования материала

При строительстве дорог и других объектов применяется технология разогревания битума. Этот процесс проводится в соответствии с определенными правилами. Техника использования материала заложена в характеристиках такого вещества, как битум. ГОСТ раскрывает его самые важные свойства.

Для разогрева материала, применяемого в строительстве и ремонте, используется специальный котел с толстыми металлическими стенками и герметично закрывающейся крышкой. Толщина материала позволит ему избежать подгорания.

Заполняется 2/3 емкости. Битум перед загрузкой раскалывается на куски небольшого размера.

Подогрев производится на небольшом огне, и материал растапливается до однородной массы. При появлении инородных примесей их извлекают специальным ситом. Предельная температура разогревания составляет +200 ˚С.

При температуре подогрева от +160 до +170 ˚С битум расплавится приблизительно за 3 часа. Если увеличить ее до предельного значения, процесс разогрева составит всего 1 час.

Не терпят увеличения подогрева свыше +200 ˚С, ведь их свойства от этого будут ухудшаться. При +220 ˚С начнет образовываться кокс.

При перегреве битума образуется неприятный желто-зеленый дым, а при достижении границы в +240 ˚С вещество может даже вспыхнуть. Тогда крышку котла закрывают, чтобы потушить пламя.

После перегрева и вспыхивания битум дорожный становится хрупким и уже не подойдет для проведения работ по строительству или ремонту.

Хранение и перевозка

Складирование битумов происходит в специальных резервуарах. Они оборудованы механизмами перемешивания подогреваемого вещества. Эта техника должна иметь особые пути подачи водяного пара для профилактики вспыхивания паров материала.

Для опустошения резервуаров в них предусмотрено дно под уклоном.

Техника, перевозящая жидкий битум дорожный, оборудована специальными насосами, которые перекачивают вещество.

Если же материал перевозят в твердом виде, используются специальные разборные формы.

В процессе транспортировки и хранения обеспечиваются все требования пожарной безопасности, так как битум относится к легко воспламеняемым веществам. Выполняя все правила безопасности, можно не бояться возникновения непредсказуемых ситуаций в работе с этим материалом. Изучив свойства и разновидности материала, можно грамотно применять его в строительстве различных объектов.

Битум - это вещество, обладающее такими положительными качествами, как влагостойкость, прочность, неподверженность климатическим воздействиям, низкая звуко- и теплопроницаемость, а также малая проводимость тока. Благодаря этим свойствам он является очень востребованным и надежным строительным материалом.

Все слышали слово битум, и все знают, что его применяют при строительстве дорог. Давайте, узнаем подробнее об этом материале.

Битум представляет собой смолоподобное вещество на основе углеводородов смешанных с кислородом, серой и азотом. В переводе с латинского «bitumen» означает горная смола. Почему битум так часто используется нами в строительстве? Ответ прост, у него есть масса полезных для нас свойств. Битум удачно сочетает в себе стойкость к воздействию многих кислот, солей, щелочей, водонепроницаемость с отстутствием определенной температуры плавления. Именно эти свойства позволяют использовать его при обустройстве кровель, всем известные битумные кровельные материалы, а также выполнять гидроизоляционные работы (битумные мастики и т.д.).

Можно предположить, что битум – полностью искусственный материал, однако это не так. Существует природный битум, который можно встретить при добычи нефти, в местах с нарушением ее консервации под землей. Добывают природный битум в шахтах или карьерах, так как в природе битум является частью асфальтных горных пород, то необходимо его выделить, для чего используют выварку в горячей воде.

Искусственные битумы получают в результате переработки нефти и каменного угля.

Битумы по назначению делятся на дорожные, строительные и кровельные. Это разделение основано на ряде важнейших характеристик битума, так существуют такие понятия:

Температура хрупкости
Рястяжимость
Пенетрация.

Фундамент кирпичного дома Битум маркируют буквенно-цифровым кодом, где буквы, например, БНК – битум нефтяной кровельный, затем цифры, первая цифра – температура размягчения, а вторая значение пенетрации.

Битум горючий материал. Битумы марок БН 50/50, БН 70/30 в основном применяют для выполнения гидроизоляционных работ. Это так называемые строительные битумы.

Для организации кровли многоэтажного строительства, гаражей и других строений, имеющих плоскую либо с минимальным уклоном крышу, используют кровельные битумы из них делают рубероид, рубемаст, битумную бумагу и мастику.

Для пропитки бетонных оснований крыши используют битум марок БНК 45/180, 45/90. Битум марок БНК 90/40 и 90/30 используют для изготовления покровного слоя. Например, при постройке фундаментов для домов из кирпича

В чистом виде битумы не применяют, все материалы на основе битума изготовлены из модифицированного битума. Безусловно база одна – битум, но он улучшен полимерными добавками. Добавки увеличивают эластичность битума, морозоустойчивость, повышают температуру плавления, устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

Все материалы, которые изготовлены из модифицированных битумов, получили общее название полимерно-битумные материалы (ПБМ).