Виды битума и их состав. Что такое битум, сколько стоит и где его купить. Битум нефтяной общего назначения

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

Дегтевые вяжущие вещества и битум по своей сути — это такие же органические вещества, как, скажем, клеи или вяжущие. Данные вещества являются фундаментом для изготовления огромного ассортимента строительных материалов и изделий различного назначения: асфальтовых смесей и бетонов, ряда кровельных материалов, обладающих гидроизоляционными свойствами, мастик и эмульсии.

Описание материала

Битумы могут быть не столько естественными веществами природного происхождения, сколько и искусственными, что добывают при обработке продуктов нефтяной породы. Что касается естественных, то они по большей части распространены как отдельно взятые образования или добываются путем обработки горной породы. Кроме того, к ним относят дегтевые ресурсы, добывающиеся путем трансформации топлива в твердой породе, используя сложное и высокотехнологическое оборудование.

Незначительная часть битумов добывается в практически готовом виде, хотя основан на переработке тяжелых нефтяных остатков. При добыче ископаемого материала применяют комплексное физическое воздействие на битуминозную породу.

Как правило, можно определить ряд мастик или веществ, изготавливаемых на основе битумных материалов:

Битумы. Данные материалы из нефтяных продуктов или смесей нефтяных или естественных битумов;
Дегтевые. По большей части состоят из масел, мастик или пеков;
Битумы смешанного вида. Продукты, которые добываются путем воздействия кислорода на нефтяные породы;
Дегте-, битумнополимерные. Сплавы, в состав которых входят дегтевые вещества, полимеры и нефтяные битумы.

Фото строительно битума

Области применения и особенности эксплуатации

Битумные вещества и нефтяные элементы получили широчайшее распространение в строительстве и производстве стройматериалов. Что касается дегтевых продуктов, то их применение имеет несколько ограниченные рамки, поскольку они используются для изготовления различных химических продуктов.

Более того, сами дегтевые вещества и элементы, изготовленные с их использованием, быстро теряют свои эксплуатационные характеристики под влиянием различных внешних природных факторов, вроде воздействия кислорода, солнечных лучей или влажности.

Классификация битумов

Если классифицировать битумные вещества по степени их консистенции, то выделяют твердые, полутвердые (вяжущие, пластичные) и жидкие, то есть материалы с легкой текучестью.

Твердые битумы по большей части обладают не только упругими свойствами, но и характеристиками, придающими материалу хрупкости, а их транспортировка совершается в специальных железнодорожных контейнерах с функцией подогрева. Жидкие битумы перевозятся в нефтяных и мазутных цистернах.

Разновидности битумных веществ:

Природные битумы. Такая разновидность – наиболее качественная продукция. Она обладает хорошей атмосферостойкостью и коэффициентом прилипания к поверхности. Однако, такой битум используется достаточно ограничено ввиду его высокой стоимости и дефицитности;
Нефтяные битумы. Вещества, которые получают после обработки нефтяных продуктов или после фракционной перегонки на специальных нефтеперерабатывающих заводах;
Остаточные битумы. Такое вещество получается в том случае, когда из гудронов отобрали масла. Полутвердые и твердые элементы отличаются небольшим уровнем вязкости. Для его увеличения используют метод окисления;
Окисленные битумы. Вещества, поддавшиеся обработке кислородом, являются наиболее устойчивыми к изменениям погодных условий, а по своей прочности не сильно уступают природным битумам;
Крекинговые битумы. Этот продукт добывают путем окисления, то есть обработки воздухом, крекинг-остатков, которые остаются при переработке мазутных веществ.

По консистенции он бывает:

Вязким. К ним относятся материалы, используемые в дорожном и коммерческом строительстве;
Жидким и текучим (разжиженным). Вещество, которое используется для герметизации и гидроизоляции трубопроводов и прочих коммуникаций;
Каменноугольным, твердым. К ним относятся материалы, которые эксплуатируются в строительстве;
Жидким на сланцевой основе. Речь идет холодных и окрасочных битумах с функцией гидроизоляции.

Широким спектром особенностей и полезных свойств, которые выводят его на ведущий уровень среди прочих связующих строительных материалов.

Описание основных видов

Среди всех перечисленных видов битумов наибольшей популярностью пользуется именно горячий или холодный дорожный битум. Как правило, используют либо жидкий, либо вязкий, в зависимости от типа выполняемых работ. Вязкий битум – основополагающая основа при укладке дорог или их ремонте, так как он является веществом, повышающим полезные свойства горячего асфальта.

Что касается жидкого дорожного битума, то его изготовление сводится к добавлению нефтяного растворителя к вязкому. Исходя из погодных условий и климатических особенностей региона, выбирается тип битума (БН, БНД).

Строительный битум не менее популярен, чем его дорожные аналоги. Он широко применяется при выполнении строительных работ различного типа: гидроизоляции домов, фундаментов и подвалов.

Материалы, которые имеют битум в своем составе, позволяют заделывать максимально широкие щели благодаря высокому уровню пластичности. Такой битум также может применятся в холодном виде, но при этом должен содержаться в виде эмульсии или быть разбавленным специальными растворителями.

Легко догадаться, что кровельный битум используется для производства и изготовления кровельных стройматериалов. Он может применяться как для покрытия кровельной основы (речь идет о покровных битумах), так и для пропитки кровли (пропиточный тип битума).

Данное вещество может быть простым или пропитанным кислородом, то есть окисленным. Стоит заметить, что такой материал, как евробитум имеет более высокие теплоизоляционные свойства, нежели простой искусственный битум.

На этом область применения битума далеко не заканчивается, ведь он отлично справляется с теплоизоляционными задачами. Таким образом, битум отлично смогут защитить трубы от коррозийного воздействия.

Мастики на основе битума позволяют сохранить показатели эластичности даже при низких температурах благодаря тому, что изготавливаются из полимерно-модифицированного сырья. Высокие изоляционные свойства могут быть сохранены при изготовлении материалов для гидроизоляционных работ, в которых он выступает в разжиженном виде.

Некоторые виды битума

Жидкий битум Битум в мешках Кровельный битум Мастика на основе битума

Какие марки являются наиболее востребованными в отечественном строительстве

БД, то есть битум дорожный, подразумевает использование серии БНД 90 130 (речь идет о битуме нефтяном дорожном) и реже — БНД 60 90. Нефтяной битум также довольно распространен при выполнении дорожных работ и использует по большей мере БН 200 / 300 и БН 40 / 60. В подобной ситуации дробные показатели – это допустимые пределы коэффициентов пенетрации битума каждой конкретной марки.

Строительный битум разработан на основе следующих марок: БН 90 10, БН 70 30 и 50 50, где первое число — это число размягчения, а второе — усредненный коэффициент пенетрации. Также выделяют марки кровельного битума — БНК 45 и 190, 90 / 40 и 90 / 30.

Поскольку битумы в чистом виде слабо отвечают требованиям и показателям, которые необходимы для современного строительства, то на их основе изготавливаются различные полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) разного назначения.

В состав таких мастик входят не только продукты нефтяного битума, но и целый ряд всевозможных полимеров, добавок и пластификаторов. Подобные операции позволяют материалу существенно повысить уровень пластичности, гибкости и термостойкости.

Совершенно очевидно, что битум – это производная от переработки гудрона, которая имеет ряд преимуществ и недостатков. Главное их отличие в том, что битум обладает лучшими показателями эластичности, гибкости и износостойкости, а использование гудрона позволит вам добиться лучших термоизоляционных показателей.

В решении ряда строительных задач, связанных с возведением зданий, сооружений, прокладкой дорог и коммуникаций.

Оценка материала

Природный или искусственный битум – это органическое связующее, обладающие огромным перечнем преимуществ, которые существенно преобладают над его недостатками. Популяризация его использования в строительстве, ремонте дорог и сфере кровельных работ наладило современное производство, которое на высокотехнологическом уровне получает различные смеси, мастики и битумы.

Если оценивать битум по пятибалльной системе, ему можно поставить твердую 4-ку. Данная оценка обусловлена только сложностями при транспортировке, которая требует специальных условий. Если исключить фактор транспортировки, битум (как строительный материал) однозначно заслуживает 5-ку, которая подтверждена его использованием в строительстве на протяжение многих веков.

И в завершение, предлагаем посмотреть видео о современных разработках в производстве битума, улучшающих его свойства:

Битум нефтяной - это твердый, вязкопластичный или жидкий продукт переработки нефти. Химический состав битумов говорит о том, что они являются сложными смесями высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных, таких как, азот, кислород и сера, полностью растворимых в сероуглероде.

Где добывают природные битумы

Процедура получения и комплексного превращения природных битумов осуществляется в следующем порядке:

промысел битумосодержащей породы
выделение из битумосодержащей породы органической и минеральной частей
перевозка битума
этапы переработки битума.

Исходя из условий расположения и физических характеристик сырья процесс разработки месторождений природных битумов ведется такими методами:

карьерный и шахтный очистной метод подразумевает извлечение породы на поверхность с дальнейшим экстрагированием битума при помощи растворителя или горячей воды с добавкой эмульгирующих компонентов
шахтный дренажный метод подразумевает добычу природных битумов в шахте самотёком посредством системы восходящих дренажных скважин, пробурённых из горных выработок
скважинный внутрипластовой метод отличается добычей природных битумов при помощи термического или иного действия на битумонасыщенные породы через скважины, пробурённые с поверхности.

Рудничные (карьерный и шахтный) методы подходят для разработки месторождений с битумонасыщенностью вмещающих пород более 10 % и глубиной залегания 60 — 90 метров. Доля добычи битума при этом составляет около 85 — 90 %. Именно так добывается битум на Ярегском нефтяном месторождении в Республике Коми.
Скважинные методы подходят для разработки месторождений жидких природных битумов, к примеру, битуминозной нефти. Глубина залегания таких месторождений превышает 100 метров. Такой метод позволяет добиться коэффициента нефтеотдачи лишь 30 %.
Различные природные битумы - это еще не товарный продукт, как нефть или газ. Чтобы получить товарный продукт нужно осуществлять дополнительные технологические процессы.
Нефтяные битумы можно получить на нефтеперерабатывающем заводе из различных видов нефти, которые имеют различный химический состав. На перерабатывающем предприятии нефть перегоняют с выделением фракций:

светлые продукты - бензин, лигроин, керосин
смазочные масла
другие виды нефтепродуктов.

Остаточные продукты по окончанию отбора более легких по массе фракций — гудрон, крекинг — далее применяют как сырье для производства нефтяных битумов определенных параметров. Сегодня существуют такие методы получения нефтяных битумов:

атмосферно-вакуумная перегонка нефти с получением остаточных битумов, которые имеют низкую вязкость и чаще всего подвергаются окислению
окисление нефтяных остатков с получением окисленных битумов. Такие продукты имеют более высокую вязкость
смешение остатков, образующихся при перегонке нефти с получением компаундированных битумов. Их производят при помощи смешения битума деасфальтизации (конечный продукт обработки гудрона жидким пропаном) с масляными дистиллятами.

Битумы нефтяные строительные

Битум строительный бывает:

для общестроительных работ. В этой категории три марки нефтяных битумов: БН-50/50; БН-70/30 и БН-90/10, где числитель - коэффициент температуры размягчения, а знаменатель - средний показатель пределов изменения пенетрации
для кровельных работ, марок БНК45/180; БНК-90/40 и 90/30, а также БНК-45/190
БНИ - нефтяной изоляционный - марок БНИ-IV-3, БНИ-IV и БНИ-V. Такие битумы применяются в процессе изоляции поземных трубопроводов для их защиты от коррозии.

Помимо перечисленных марок, бывает еще жидкий дорожный битум. Он отличается низким показателем вязкости и применяется в дорожном строительстве в составе асфальтобетона, если его нужно укладывать при пониженных температурах воздуха. Жидкие битумы изготавливают при помощи смешивания вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями-разжижителями, медленно испаряющимися после укладки дорожного покрытия. Однако вследствие высокой пожароопасности и колоссальным вредом для природы, его используют довольно редко.

Свойства битумов

К главным свойствам битумов можно отнести:

вязкость
пластичность
температуру размягчения и хрупкости
адгезию.

Самая главная характеристика структурно-механических свойств битумов - это вязкость, которая зависит от температуры и группового состава. Вязкость характеризует сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга. Многие битумы обладают непостоянной и уменьшающейся вязкостью с ростом напряжения сдвига или градиента скорости деформации. С ростом температуры вязкость уменьшается, а при понижении наоборот моментально увеличивается. В условиях минусовых значений битум имеет повышенную хрупкость. Чтобы измерить вязкость используют такой метод, как проникновение иглы в битум (пенетрация) и измерение глубины. Глубина вхождения иглы в битум определяется на устройстве — пенетрометре. Для этого на иглу действует груз, вес которого 100 г, на протяжении 5 с при температуре 25°С или 0°С. Пенетрация твердых или вязких битумов определяется в единицах (градусах), равных 0,1 мм проникания иглы в битум. Боле вязкие типы битумов имеют более низкий показатель пенетрации.
Пластичность, также немаловажная характеристика битумов. Показатель пластичности растет с повышением уровня масел, длительности действия нагрузки и ростом температуры. К примеру, с увеличением количества смол и асфальтенов пластичность при постоянной температуре увеличивается.
Температуру размягчения определяют на устройстве «кольцо и шар» («К и Ш»). Температура размягчения битума, измеряемая в градусах Цельсия, равна температуре водяной бани в стакане устройства тогда, как битум, находящийся в латунном кольце диаметром 16,0 мм, изменяясь под влиянием металлического шарика массой 3,5 г и плавного нагрева жидкости со скоростью 5°С в минуту, дотронется до нижней полки подставки. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется на уровне от 20 до 95°С.
Интересная особенность битумов - высокая адгезия, то есть налипание на поверхность разных минеральных и органический соединений.

Марки нефтяных битумов

По разным показателям главных свойств, особенно вязкости, пластичности и температуры размягчения, все нефтяные битумы делят на марки:

для дорожного строительства ГОСТ предусматривает пять марок от БНД (битум нефтяной дорожный)-200/300 до БНД-40/60. Численные показатели отражают допустимые для конкретной марки пределы изменения коэффициентов пенетрации при 25°С, и четыре марки БН от 200/300 до БН-60/90
для строительных работ ГОСТ предусматривает три марки, которые обозначаются «БН» — битум нефтяной: БН-50/50, БН-70/30 и БН-90/10. В данном случае цифры числителя дроби отражают температуру размягчения по «К и Ш» (кольцо и шар), а знаменатель — это средние значение показателей изменения пенетрации при 25°С
для кровельных работ ГОСТ предусматривает такие марки: БНК (битум нефтяной кровельный)-45/180, БНК-90/40 и 90/30, а также БНК-45/190. Тут показатель числителя дроби отражает среднее значение показателей температуры размягчения по «К и Ш», а знаменатель — среднее значение показателей пенетрации на 25С.

Битум нефтяной кровельный

Вязкие нефтяные битумы незаменимы в обеспечении гидроизоляции зданий. Низкая цена и 100% непроницаемость влаги давно сделала битум очень востребованным в строительстве жилых, бытовых, промышленных и прочих зданий.
Все виды кровельных битумов отличаются высокой температурой самовоспламенения, которая составляет более 300 градусов, и температурой вспышки не менее 240 градусов. Кровельные битумы применяют в процессе пропитки кровельных материалов, а также как самостоятельный материал для гидроизоляции кровли.
Среди кровельных материалов, в производстве которых использовался битум, относятся:

битумная бумага
рубероид
рубемаст
пергамин
рубитэкс и другие.

Для пропиток используют битумы следующих марок: БНК 45/90 и БНК 45/180. Покровным материалом выступает битум БНК 90/30 или БНК 90/40.
Стоит отметить, что все битумы гидрофобны, они не пропускают влагу и не смачиваются водой. В структуре битумов отсутствуют поры, поэтому они водонепроницаемы. Кровельным битумам не страшны и водные растворы агрессивных веществ, к примеру, солей, большинства щелочей или кислот. Однако отрицательное действие на битумы оказывают органические растворители (бензол, ацетон, скипидар, бензин).
Кровельные битумы отличаются морозостойкостью, поэтому они так востребованы в строительных работах. Если добавить в битум специальные вещества, то получается материал, не требующий нагревания для нанесения на поверхность. Такой материал называют битумной мастикой. Работать с ней нужно также, как с обмазочной гидроизоляцией.

Технические требования к битумам нефтяным дорожным (БНД) и битумам нефтяным (БН)

Наименование показателей						Метод испытаний
Глубина проникания иглы, °С, не менее:						по ГОСТ 11501


Температура размягчения по КиШ, °С, не ниже						по ГОСТ 11506
Растяжимость, при 0 °С см, не ниже:						по ГОСТ 11505
Температура хрупкости, °С, не выше						по ГОСТ 11507 с допол. по п.3.2
Температура вспышки, °С, не ниже						по ГОСТ 4333
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более						по ГОСТ 18180, 11506, допол. по п.3.3
Индекс пенетрации	от-1,0 до+1,0				от -1,5 до + 1,0	по прил. к ГОСТ 22245-90
Массовая доля водорастворимых соединений, %, не более	0,20	0,20	0,30	0,30	0,30	по ГОСТ 11510

Битум строительный. Битумы нефтяные строительные, кровельные (ГОСТ) – это смолянистое минерально-органическое вещество, в составе которого содержатся углеводородные элементы, а также азотные кислородные и металлосодержащие соединения. Существует несколько видов битума, которые присутствуют в природной среде (в жидкой форме в нефти, в твердом состоянии – в смоле и асфальте). Битум может растворяться в веществах органического происхождения, таких как бензол или сероуглерод. Вода не оказывает на него никакого воздействия и вызывает только отталкивающую реакцию. Кстати, если вас интересует достройка дома , переходите на сайт buildnw.ru.

Материалы на основе битума широко применяются в строительстве

Переработка битумного сырья

Битум добывается скважинным, шахтным или карьерным путем. Нефтепродукты в твердом, жидком или вязком состоянии широко применяются в строительстве. Производятся битумы нефтяные - строительные, кровельные, дорожные, гидроизоляционные. Также смолянистые вещества используются в химическом и лакокрасочном производстве.

Кровельный материал с применением битума

Полезный совет! Основными показателями, по которым определяется сфера применения битума в твердом состоянии, являются критерии вязкости, пластичности, аморфности и ломкости. Для жидких веществ – вязкость и фракция летучих масел.

Основным видом сырья, из которого производятся битумы нефтяные строительные, кровельные, является нефть. После фракционной перегонки и выделения из ее состава светлых веществ, таких как бензин, лигроин, керосин, смазочных, а также иных попутно производных нефтепродуктов, из тяжелых остатков получают основу битумного материала. Количество продукта зависит от качественного состава нефти, которая имеет разные консистенции. Современный способ получения битума основывается на атмосферной сепарации и вакуумной дистилляции с последующим окислением или смешиванием твердых остатков.

Процесс окисления заключается в продувке остатков нефтепереработки до получения продукта определенного уровня вязкости. Кислород, вступая во взаимодействие с гудроном, способствует прохождению реакции окисления битума и образованию в нем высокомолекулярных компонентов. Данная технология позволяет получать качественный продукт. Из него производятся битумы нефтяные кровельные, ГОСТ которых, разработан специально для этого материала.

Твердый битум применяется в производстве асфальта

Второй способ изготовления, который производится после перегонки – смешивание. После него на выходе получаются компаундированные материалы. Суть данного процесса заключается в том, что гудроновое вещество обрабатывается пропаном в жидком виде и смешивается с масляными дистиллятами.

Свойства и показатели битума

Показатель пластичности зависит от содержания маслянистых веществ, продолжительности воздействия механических нагрузок и температуры. У битумов нефтяных кровельных, ГОСТ по показателям пластичности определяется способностью материала растягиваться в тонкую нить на приборе, который называется дуктилометр. Испытание проводится при температуре нулевой и 25°C температуре. Длина нити в момент разрыва служит показателем пластичности битума.

Вязкость вещества отражает структурно-механическую основу материала. Данная характеристика является отражением композиционного состава и реакции на определенную температуру. При низких температурах показатель вязкости повышается, а при высоких – падает. На битумы нефтяные кровельные, ГОСТ метод испытаний твердых и вязких веществ, проверяют с помощью иглы.

Процесс монтажа битумного покрытия на крышу

Ее проникновение вглубь материала при определенной нагрузке, температуре и времени погружения фиксируется пентаметром. Чем меньше глубина проникновения, тем выше данный показатель. Уровень вязкости жидких материалов определяется с помощью вискозиметра, когда исследуемое вещество протекает через отверстие прибора за определенный промежуток времени.

Температура размягчения определяется на приборе «шар и кольцо». Принцип исследования состоит в том, что битумный образец помещается на латунное круглое отверстие определенного диаметра и постепенно разогревается под равномерным давлением металлического шарика до момента прикасания к нижней планке прибора. Стандартная температура размягчения находится в пределах от 20 до 95°C.

Дополнительной характеристикой теплостойкости битумного материала является температура хрупкости. Данный показатель определяется моментом появления первой трещины на материале во время одновременного сгибания и охлаждения исследуемого материала.

Рулонный битум может использоваться для обустройства гидроизоляции деревянного пола

Температура воспламенения . При нагревании битума образуются пары, которые при контакте с открытым огнем воспламеняются. В ходе исследования на специальном приборе момент загорания паров характеризует степень его пожароопасности. Обычный показатель разогрева до момента воспламенения для твердых или вязких веществ находится за показателем в 200°C.

Для определения адгезивных свойств разработано много технологий, а также приборов. Наиболее доступным является визуальный метод. Для проверки не требуется сложных приспособлений.

Полезный совет! Важной особенностью битумных материалов является их свойство прилипать к любым поверхностям минерального или органического происхождения.

Битум приклеивается к поверхности гравия, после чего кипятится в воде. Если после завершения эксперимента пленка осталась в том же положении, показатель оценивается высшей оценкой по пятибалльной шкале. Неудовлетворительная оценка адгезивности ставится в том случае, если пленка совсем не держится на предмете в процессе кипячения.

Устройство современного дорожного покрытия не обходится без битума

Битумы нефтяные строительные, кровельные (ГОСТ)

Получение результатов исследований на вязкость, пластичность, температуру размягчения позволяет определять марки продукции, которые по ГОСТам характеризуется следующим образом.

Битумы нефтяные строительные

ГОСТ делятся на три вида, которые имеют обозначение БН. Аббревиатура «БН» обозначает «битум нефтяной». После нее следуют цифры – это температура размягчения и усредненное значение пределов иголочной пенетрации.

Наименование показателя	Норма для марки			Метод испытаний
	БН 50/50	БН 70/30	БН 90/10
	ОКП 02 5624	ОКП 02 5623	ОКП 02 5622
Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм	41-60	21-40	5-20	По ГОСТ 11501-78
Температура размягчения по кольцу и шару, °С	50-60	70-80	90-105	По ГОСТ 11506-73
Растяжимость при 25°С, не менее	40	3,0	1,0	По ГОСТ 11505-75
Растворимость, %, не менее	99,5			По ГОСТ 20739-75
Изменение массы после прогрева, %; не более	0,5			По ГОСТ 18180-72
	230	240		По ГОСТ 4333-87
Массовая доля воды	Следы			По ГОСТ 2477-65

Битумы нефтяные кровельные

ГОСТ разрабатываются в модификациях БНК. «БНК» – это битум нефтяной кровельный. Показатели размягчения и вязкости определяются и присваиваются аналогичным способом.

Наименование показателя	Норма для марки			Метод испытаний
Наименование показателя	БНК 40/180	БНК 45/190	БНК 90/30	Метод испытаний
Глубина проникания иглы, 0,1 мм при 25 °С	160-210	160-220	25-35	ГОСТ 11501
Температура размягчения, по кольцу и шару, °С	37-44	40-50	80-95	ГОСТ 11506
Температура хрупкости, °С, не выше	-		-10	ГОСТ 11507
Растворимость в толуоле или хлороформе, %, не менее	99,5			ГОСТ 20739
Изменение массы после прогрева, %, не более	0,8	80,0	0,5	ГОСТ 18180
Глубина проникания иглы в остатке после прогрева, % от первоначального значения, не менее	60		70	ГОСТ 11501
Температура вспышки, °С, не ниже	240			ГОСТ 4333
Массовая доля воды, %, не более	Следы			ГОСТ 2477
Массовая доля парафина, %, не более	-	5,0	-	ГОСТ 17789
Индекс пенетрации	от 1,0 до 2,5	-		ГОСТ 954

Помимо веществ твердой и вязкой консистенции существуют битумные материалы, которые находятся в жидком состоянии. При обычной комнатной температуре они имеют незначительный показатель вязкости. В строительных целях они задействуются в охлажденном или относительно подогретом состоянии.

Использование битума

Как материал для строительства битум наделен отличными адгезионными и водоотталкивающими свойствами. Его использование позволяет создавать надежные прочные кровельные покрытия, коммуникации, гидроизолировать фундаменты и другие виды сооружений. Для того чтобы правильно определить назначение конкретного вида битума, важно ознакомиться с его качественными и составляющими характеристиками. Числовые показатели позволяют правильно выбирать и использовать битум по назначению, потому что битум может быть строительный, дорожный или для крыш.

Помимо этого, битум может использоваться и в других целях. На его основе производятся суперпрочные герметики, которые используются для заделывания швов на аэродромных полях и взлетных полосах. Не обходится без битума промышленное и гражданское строительство, так как мастики, в составе которых содержатся полимерно-битумные ингредиенты, применяются для отделочных изоляционных работ.

Битумная гидроизоляция плоской крыши

Этот материал лучше всего подходит для укрепления и гидроизоляции проемов в конструкциях. Резиново-битумные материалы применяются для покрытия мастичных кровель безрулонного типа. Битум нефтяного происхождения незаменим при большинстве видов кровельных работ.

Полезный совет! Важно отметить, что долговечность битумного покрытия зависит от правильного использования материала. Его марка и ГОСТ должны соответствовать целям применения в каждом конкретном случае.

Например, дорожный битум не может полноценно заменить кровельный или строительный, или наоборот. Пользователям всегда необходимо обращать на это внимание, несмотря на то, что визуально битум разных сортов практически идентичен.

Битумы нефтяные строительные, кровельные (ГОСТ) практически не имеют срока годности, поэтому они могут прослужить очень длительное время, обеспечивая надежную защиту и уплотнение строительным конструкциям. Также битумные поверхности можно просто, легко и не дорого обновлять и ремонтировать.

Битум строительный (видео)

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).