Из чего делают битум состав. Гидроизоляция с использованием строительного битума. Марки нефтяных битумов

Битум - это продукт переработки нефти и составная часть полезных ископаемых. В его состав входят углероды, кислородные, азотистые, серные и металлосодержащие производные. Существует несколько разновидностей этого материала, отличающихся по свойствам, составу и применению.

Разновидности

Битумы классифицируются по нескольким признакам. Первый критерий - происхождение и состав.

Природные битумы получают при добыче нефтяных полезных ископаемых. Их основной состав - углеводороды и производные, которые получаются при активном окислении нефтяных веществ в недрах земли. Природный углеводород может быть твердым или вязким. В привычном виде вещество получают на производстве, отделяя нужные фракции.
Битумы для укладки асфальта получают при добыче пористых полезных ископаемых, залегаемых глубоко в недрах земной коры. Породу измельчают вместе с углеводородным веществом, получается материал для дорожных работ.
Строительный битум - это синтетический продукт, получаемый из нефти промышленным путём. Материал используют для гидроизоляции конструкций и производства кровельных рулонных материалов и мягкой черепицы. Синтетический углеводород твердой структуры, для применения его растапливают до жидкого состояния, после чего он снова фиксирует свою форму уже на рабочей поверхности.

Состав

В строительных битумах, которые используют для гидроизоляции и изготовления кровельных материалов, состав приблизительно одинаковый. Его составляют:

Углерод - около 80%;
Водород - приблизительно 15%;
Сера - 2…9%;
Кислород - до 5%;
Азот - до 2%.

Основные фракции внутри материала:

Твердая часть - асфальтены - высокомолекулярные углеводороды, их дополняют парафины.
Смолы тёмно-коричневого окраса, придающие битуму насыщенный цвет.
Консистенцию в расплавленном состоянии обеспечивают масляные фракции углеводородов.

Разное сочетание компонентов определяет разные характеристики, например, плотность битума кг/м3 может быть от 100 до 1400, в зависимости от марки.

Маркировка

Большое разнообразие битумов привело к необходимости к разделению материала на группы. Так появилась маркировка строительного вещества. Она включает в себя происхождение и назначение материала, температуру его нагрева и пенетрации. Рассмотрим пример БНК 90/30:

БНК - битум нефтяной кровельный;
90 - оптимальная температура нагрева твердого вещества для плавления;
30 - величина пенетрации, то есть размер проникновения иглы пенетрометра в битум при 25°С в мм.

Битум нефтяной общего назначения

Марки битума строительного, который используют для гидроизоляции конструкций обмазочным методом - БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Стоит отметить: чем выше числитель дроби-обозначения, то есть температура размягчения, тем ниже пенетрация.

Подвид строительного битума - изоляционный: БНИ-IV-3, БНИ-IV. Таким обрабатывают подземные трубопроводы для защиты их от коррозии.

Удельный вес битума - 0,95…1,50 г/см3.

Битум кровельный

Рулонные материалы (рубероид, рубемаст, еврорубероид и другие), мягкая черепица шинглас изготавливают из кровельного битума марок:

БНК 90/30 используют для покрытия кровли, организации финишного слоя;
БНК 40/180 подходит для пропитывания поверхностей с целью гидроизоляции;
БНК 45/190 служит материалом для изготовления кровельных материалов.

Температура плавления битума у кровельной разновидности материала небольшая, она не обязательно пропорциональна твердости покрова. Для данного типа важна пластичность листа, которую обеспечит полотно именно с мягкой текстурой.

Дорожный битум

В группу дорожных битумов входят несколько разновидностей материала по марке. Основное их отличие - климатическая зона, ведь дороги - это ответственные коммуникации. Рассматривая регионы, определяют максимальные и минимальные температуры:

Для регионов с низкими температурами, зимой редко поднимающимися выше -20°С выбирают битумы марок БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300.
Для умеренной зимы -20…-10°С подходят марки БНД 60/90 и ранее перечисленные 90/130, 130/200, 200/300.
На местности с температурами зимой в пределах -10…-5°С дорожное полотно укладывают с применением битума БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.
Для теплых регионов со средней температурой зимой +5°С применяют углеводороды марок БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300 и ранее перечисленные.

Технология приготовления и нанесения

С рулонными материалами из битума для кровли и гидроизоляции всё просто - их раскатывают по конструкциям или по кровле и фиксируют наплавлением или приклеиванием на расплавленный битум. Последний, в свою очередь, может применяться как самостоятельный компонент в строительстве. Для этих целей его нужно правильно подготовить.

Существует 2 формы продажи битума:

Твёрдая;
Готовая жидкая.

Готовые мастики размешивают и наносят на поверхность кистью. Стоят такие растворы дороже твердого битума, а в качестве практически не уступают, но и не выигрывают, кроме удобства.

Чем растворить битум, если он загустел? Подойдут керосин, бензин и уайт-спирит. Их добавляют в небольшом количестве, дожидаются реакции с мастикой и тщательно размешивают. Этими же веществами можно вывести битумное пятно с поверхности пола, автомобиля или ткани.

Чтобы растворить твердый битум, понадобится газовая горелка и толстостенный котел с крышкой. Материал крошат на кусочки небольшого размера и заполняют ими емкость на 2/3. Нагревают котел до заданной в марке температуры, возможно превышение на 10-15°С. При этом, следует следить и за температурой, и за временем: градусов горелки может быть больше, тогда раствор расплавится быстрее, но перегрева допускать нельзя - качество углеводорода будет падать. Температура кипения битума у разных марок своя, самой высокой считается +200°С.

Во время нагрева всплывающие твердые частицы следует вылавливать и утилизировать.

Нагретый раствор наносят на поверхности широкой кистью и валиками. Следует соблюдать технику безопасности при работе с горячим материалом, использовать индивидуальные средства защиты.

Средний расход битума на 1 м2 гидроизоляции при слое 1,5…2,5 мм составляет 1…1,5 кг.

Что такое битум? Какие они бывают? Где его используют? История битума берет свое начало еще в древние времена. Это вещество достаточно активно использовалось при выполнении строительных работ и выполняло изоляционную функцию, не пропуская влагу, а также выступало в роли связующего компонента.

Одно из первых упоминаний о битуме можно найти еще во времена неолита, правда называли его тогда по-другому – земляной смолой. И применяли для герметизации посуды, создания мозаик (связывание материалов), в качестве изолирующего слоя строительных конструкций. В древнем Египте битум использовался для бальзамирования тел умерших.

Так что же это за вещество? Битум – это смесь углеводородов с их производными. Последние имеют в своем составе серу, азот, кислород и металлы. По внешним признакам битум очень напоминает смолу, поскольку в основном имеет твердую структуру. Не удивительно, что дословный перевод термина «битум» звучит как «горная смола» или «нефть».

Отличительной особенностью битумов является неизменность их свойств под влиянием влаги. Растворение вещества возможно только в случае использования органических кислот (бензол, хлороформ и т.п.).

Какие бывают битумы?

Битумы бывают природными, т.е. такими, которые добывают из недр земли, и искусственными. Искусственные битумы получают в промышленности при переработке различных материалов.

Природные битумы делят на несколько классов: асфальты, асфальтиты, мальты, кериты и антраксолиты. Такие вещества добываются или в специальных шахтах, или же путем разработки месторождений в карьерах.

Искусственные битумы – это в основном остаточные продукты, образующиеся после переработки сырой нефти, каменного угля или сланцев. Химический состав технического и природного битума идентичен.

Как получают и перерабатывают битум в промышленности?

Рассмотрим алгоритм добычи и последующей переработки битумов. В результате шахтного или карьерного метода получают битумную породу, которую затем разделяют на органическую и минеральную части. Далее битум транспортируется в места последующей переработки, поскольку природное вещество не является готовым товарным продуктом.

Для получения искусственного битума из мазута или гудрона могут использоваться следующие процессы:

вакуумная перегонка;
деасфальтизация с помощью растворителей;
окислительные процессы.

Перечисленные походы применяются как по отдельности, так и в комбинации друг с другом.

Важные характеристики битумов

К наиболее важным показателям качества битумов относят:

адгезионные свойства;
температуру вспышки;
температуру хрупкости;
температуру размягчения;
пластичность;
вязкость.

При повышении температуры окружающей среды вязкость битумов уменьшается и наоборот, при понижении температуры вязкость резко возрастает. При отрицательных температурах битум представляет собой хрупкое вещество.

Пластичность вещества зависит от количества содержащихся в нем масел, температуры окружающей среды и времени воздействия нагрузок.

Температура размягчения позволяет определить температуру хрупкости битума. Обычно температура размягчения находится в пределах от +20 до +95ºС.

Если температура хрупкости битума низкая, то это свидетельствует о его устойчивости к влиянию морозов и высоком качестве материала.

Средняя температура вспышки битума превышает 200ºС. Этот показатель является достаточно важным, поскольку позволяет оценить степень огнеопасности вещества при его нагревании.

Адгезия – также достаточно важное свойство. Она характеризует способность битума прилипать к различным поверхностям.

Современное использование битумов

Среди современных применений битумов стоит выделить следующие:

герметизация кровли и фундаментов при проведении строительных работ;
изолирующий материал при прокладке трубопроводов;
строительный материал при укладке дорожного полотна.

Также битумы достаточно активно используются при изготовлении различных лакокрасочных материалов, электрических кабелей, заливке аккумуляторов, защитных покрытий нефтяных и газовых скважин, для повышения защитных качеств различных материалов от негативного влияния радиации и микроорганизмов.

Хранение и перевозка битумов

Битумы складируются в специальных резервуарах, которые обычно оборудованы средствами подогрева и перемешивания.

Битум перекачивается через трубопроводы, оснащенные насосами. Кроме транспортировки в жидком виде существуют также различные формы для перевозок битумов в твердом состоянии.

Модификация битумов

Несмотря на то, что битумы обладают хорошими эксплуатационными характеристиками, исследования и работы в направлении улучшения их качеств, расширения областей применения и методик переработки не прекращаются и до сих пор.

Это обусловлено тем, что требования, выдвигаемые к строительным материалам с течением времени, ужесточаются. Например, за последние десятилетия существенно возросло количество автомобилей и интенсивность дорожного движения. Как следствие, срок службы покрытий, на основе битумов, снизился.

Для максимального соответствия современным вызовам в отрасли строительства и эксплуатации автомобильных дорог целесообразно модифицировать битумы, т.е. улучшать их эксплуатационные свойства за счет введения специальных добавок.

Компания GlobeCore занимается разработкой и поставками оборудования для модификации битумов полимерами. (производительность от 4 до 22 м 3 /час) позволяют получать модифицированные битумы, включая полимерно-битумные вяжущие, которые используются при приготовлении асфальтобетонов верхнего слоя, поверхностной обработке дорожных покрытий, устройстве защитных слоев цементно-бетонных покрытий, приготовлении битумно-эластомерных герметизирующих мастик и кровельных материалов.

Качество модифицированного битума, полученного на установках типа УCБ-2, полностью соответствует мировым стандартам. Оборудование GlobeCore может одинаково успешно эксплуатироваться как на открытом воздухе под навесом, так и в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией.

Гумино-кериты, антраксолиты и др.) и их аналоги ().

Битумы природные применялись на Ближнем Востоке в 3-м тысячелетии до н. э. в качестве связующего строительного материала и для бальзамирования (Древний Египет). В дальнейшем битумы природные эпизодически использовались во многих странах для строительства, в медицине, военном деле, в качестве лаков и др. В 15 веке в инками строились дороги с покрытием из битумов природных. В конце 18 века была предпринята попытка коммерческой разработки битумов природных. Атабаски (Канада). В середине 19 века построены первые асфальтовые тротуары в Париже и Лондоне из битумов природных месторождения в Сеселе (), в 1870-80 — в ряде городов из асфальтов Тринидадского и Бермудского месторождений. В начале 20 века битумов природных интенсивно разрабатывают в США, Тринидаде, Франции, . В СССР асфальтовые битумы добывались в 30-50-х годов в Поволжье (Первомайское, Шугуровское, Садкинское и другие месторождения), Западном Казахстане (Мунайлы-Мола, Ак-Чий и др.), Грузии (Натанебское), Коми АССР (Ижемское) и других районах, озокериты — в Прикарпатье (Бориславское, Дзвинячское и др.) и Средней Азии (Шор-Су и др.). К началу 80-х годов эксплуатируются только Садкинское и Бориславское месторождения. Перспективы значительного расширения объёмов добычи битумов природных связаны с освоением и совершенствованием процесса промышленного получения из них нефти (см. ).

Битумы природные состоят из высокомолекулярных углеводородов и гетероатомных (кислородных, сернистых, азотистых, металлсодержащих) соединений. Физико-химические свойства битумов природных: консистенция — от вязкожидких (мальты) до рыхлых (гуминокериты); плотность соответственно от 965 до 1500 кг/м 3 ; температура размягчения от 35°С (мальты) до неплавких (кериты, антраксолиты, гуминокериты); растворимость в хлороформе от 100% (мальты, асфальты) до нерастворимых (антраксолиты). Классификационные границы для растворимых битумов природных определяют по содержанию масел: мальты 65-40%, асфальты 40-25%, асфальтиты 25-5%; для нерастворимых битумов — по параметрам элементного состава и оптическим данным. Для некоторых разностей асфальтовых битумов природных характерна обобщённость серой 10-15% и более (тиокериты, кискеиты), а также металлами (V, Ni, U, Со, Mo, Rb, Ge и др.). Известны промышленные ванадиево-битумные месторождения (например, в Перу с содержанием в золе V 2 О 5 до 65% и NiO — 7,5%), уран-битумные месторождения (на плато Колорадо, США) и др. Для ряда месторождений характерно наличие залежей с различными по составу битумов природных (например, озокеритов и мальт, асфальтов и керитов и др.).

Элементный состав (С, Н, О, S, N) определяется полумикро- и макрометодом, сжиганием; металлы в битумах устанавливаются методами колориметрирования, спектроскопии, нейтронно-активационным и др., групповой состав — методами восходящей хроматографии и др. Изучение нерастворимых и неплавких разностей твёрдых битумов природных осуществляется инфракрасной спектроскопией (диагностика химической структуры вещества) и методами углепетрографических исследований (определение отражательной способности и показателя преломления). Для некоторых областей использования битумов природных (например, в дорожном строительстве) определяются пенетрация, температура плавления, растяжимость, и др.

Битумы природные формируются в результате процессов: а) биохимических и химического окисления нефтей в зоне гипергенеза с образованием ряда асфальтовых битумов природных (мальта асфальт асфальтит оксикерит гуминокерит); б) концентрирования асфальтово-смолистых веществ за счёт нарушения равновесного состояния в коллоидной системе нефти с возникновением асфальтов, асфальтитов, реже мальт; в) природной деасфальтизации нефтей в залежах газом или лёгкими метановыми углеводородами с формированием твёрдых битумов природных — асфальтенитов (от асфальта до керитов); г) термального метаморфизма (контактового или гидротермального) смолистых нефтей и асфальтовых битумов природных с образованием керитов, антраксолитов, нефтяного кокса; д) дифференциации высоко-парафинистых нефтей при миграции с возникновением озокеритов; е) деструкции органического вещества в условиях контактового и динамометаморфизма с формированием битумов (нафтоидов) асфальтового и парафинового ряда, характеризующихся свойствами нефтяных битумов.

Основные запасы асфальтовых битумов природных (преимущественно мальт) приурочены к , где они контролируются зонами и несогласного срезания региональных нефтегазоносных комплексов осадочных бассейнов. Месторождения располагаются на внешних бортах мезозой-кайнозойских , примыкающих к и сводам древних платформ и находящихся в зоне действия активной инфильтрации. Крупнейшие из них (запасы в млрд. т) локализованы на склонах Канадского, Гвианского и других щитов, Оленёкского свода, где наряду с отдельными месторождениями прослежены зоны и пояса (Канадский, Оринокский) битумо-накопления. Месторождения подобного типа образовались в эпохи интенсивных поднятий краевых , когда создавались условия для восходящей латеральной из сопредельных прогибов и окисления её сульфатами и кислородом инфильтрационных вод. Величина потерь исходных запасов нефти за счёт битумо-образования в таких бассейнах превышает 95% (Западно-Канадский, Восточно-Венесуэльский). Залежи битумов природных (пластовые) структур распространены преимущественно в пределах эродированных сводовых поднятий и палеоподнятий в районах древних платформ (месторождения , на , палеосвода "Зинченко", Среднепечорского палеоподнятия в ), а также на бортах внутриплатформенных впадин и сопряжённых склонах крупных поднятий (группа месторождений Мелекесской впадины и Южного купола Татарского свода). Запасы отдельных залежей достигают сотен млн. т, зон битумонакопления — нескольких млрд. т.

Жильные и битумные скопления формируются на путях вертикальной миграции углеводородов по тектоническим трещинам и приурочены к локальным разрывам на нефтегазоносных структурах (Садкинское, Ивановское, Бориславское и другие месторождения), зонам региональных разрывов в передовых частях складчатых систем и на бортах межгорных впадин и краевых прогибов (система жил в юго-восточной части Турции, месторождения впадины Юинта в США и др.). Например, крупнейшие жильные тела в Турции (жилы Харбол, Авгамасья) достигают длины 3,5 км при мощности 20-80 м, прослеживаются на глубину до 500 м. Покровные залежи битумов природных образуются в результате субаэрального превращения излившихся нефтей, тяготеют к областям альпийской складчатости — внутренним бортам краевых прогибов и синклинальным прогибам, характеризуются высокой концентрацией битума при сравнительно небольших запасах. Отдельные залежи с запасами в десятки млн. т битума образуют т. н. асфальтовые озёра (Пич-Лейк на остров Тринидад, Гуаноко в восточной Венесуэле, Охинское и Нутовское на остров Сахалин).

Доказанные и перспективные геологические запасы битумов в промышленно развитых капиталистических и развивающихся странах оцениваются в 580 млрд. т, из которых 71% приходится на и 27% на Венесуэлу. Наибольшие геологические запасы битумов природных сосредоточены в Канаде (413,8 млрд. м 3), Венесуэле (около 159 млрд. м 3), США (около 5,2 млрд. м 3). Крупнейшие месторождения: в Канаде — , Колд-Лейк, Пис-Ривер, поле Трайэнгл, Уобаска; в Венесуэле — Пояс Ориноко (Суата — Моричаль, Хобо и др.); в США — Пеор-Спринг, Саннисайд, Тар-Санд — Трайэнгл; в Ираке-Кухе-Мунд. Значит, запасами битумов природных обладают

Добыча битумов природных ведётся карьерным, шахтным или скважинным способами. Первый эффективен при небольшой мощности покрывающих пород ( до 1). На больших глубинах (исчисляемых первыми сотнями м) применяют шахтный способ. Скважинная добыча вязких асфальтовых битумов природных характеризуется термическими и другими воздействиями на пласт.

Мировая добыча битумов и высоковязких нефтей в промышленно развитых и развивающихся странах (1981): 103,5 млн. т скважинным способом и 9,8 млн. т карьерами (в т.ч. Венесуэла 43,2 млн. т, США 17,2 млн. т, Канада 13 млн. т).

Битумы природные — комплексное сырьё, в основном химическое и энергетическое. Из асфальтовых битумов получают лёгкую синтетическую нефть и нефтяной кокс, компоненты моторного топлива и др. Битумы природные и тяжёлые высокосмолистые нефти — источники серы, ценных металлов (V, Ni, Sb, Ge, U) и др. В СССР обобщённость ванадием и никелем характерна для месторождений битумов природных некоторых районов Урало-Поволжья, Западного Казахстана, Средней Азии, северо-востока Европейской части СССР. Битумы природные используются как строительное сырьё (дорожные покрытия, производство мягкой кровли, асфальтитовой мастики и др.), в электропромышленности (изоляторы, антикоррозийные покрытия и др.).

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).

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).