Состав и строение битумов. Свойства и использование жидкого битума Из него делают битум

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

Благодаря уникальным практическим, эксплуатационным свойствам, незаменимым в различных областях строительства сферах является жидкий битум.

Применение этого стройматериала существенно облегчает технологические процессы при возведении жилищных, промышленных объектов, изготовлении кровельных конструкций, прокладке дорог, трубопроводов, других инженерных коммуникаций.

Стройматериал обладает повышенной степенью вязкости, пластичностью, превосходными водоотталкивающими свойствами. Проникая в поры, трещины на поверхности материалов и покрытий, битум является связующим слоем, обеспечивает надежную адгезию, увеличивает износостойкость покрытий.

Битум – асфальтоподобный материал, который является смесью различных гетероорганических соединений с высокомолекулярным углеводородом.

Состав битумных смесей определяет их коллоидную структуру, технические, качественные параметры, эксплуатационные свойства.

Химические добавки направлены на улучшение показателей .

Характеристики битума определяются соотношением его составляющих: асфальтенов, смол, масел, минеральных компонентов.

Преобладание в биохимическом составе тех или иных составляющих повышает прочность, увеличивает температуру размягчения смесей.

Смолы, масла, органические вещества повышают легкоплавность, мягкость, увеличивают пластичность битумных составов. Различные варианты жидкого битума отличаются по показателям прочности, степени эластичности, твердости.

По составу, сфере применения битум классифицируют на:

натуральный (природный)
строительный (гидроизоляционный, кровельный)
дорожный, который по плотности разделяют на вязкий и жидкий
битумные составы специального назначения

В зависимости от применяемого сырья битумы бывают:

торфяные
угольные
нефтяные (остаточные, окисленные, крекинговые, экстрактные)

По природе происхождения битум классифицируют на искусственный и природный (естественный). В состав натуральных битумных смесей входят природные составляющие, производные компоненты нефти, которые образуются вследствие нарушения консервации ее залежей под воздействием сложных биохимическо-окислительных процессов.

Технические, искусственные битумные смеси относятся к продуктам, полученным в процессе очистки масел, при переработке угля, нефти, торфа, каменноугольных, органических смол.

По консистенции битумные смеси классифицируют на: высокопластичные, пластичные, вязкие, жидкие, хрупкие.

Жидкий битум – готовая для использования однородная смесь черного цвета, вязкой консистенции, которую получают при смешивании вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями, растворителями, испаряющимися через некоторый период времени после . В составе жидких битумов присутствует торф, продукты нефтепереработки, органические соединения, смолы, остатки минеральных пород.

Основные свойства, параметры жидкого битума

Жидкий битум – пластичный, вязкий стройматериал. Повышение температур приводит к его размягчению, увеличению пластичности, что позволяет применять битумные смеси в процессе проведения целого ряда строительных работ.

Чтобы сделать стройматериал пригодным для применения, достаточно немного прогреть жидкий битум. Применение, видео, другую информацию о свойствах, характеристиках данного вида стройматериала можно посмотреть ниже:

К основным характеристикам, определяющим свойства битума, относят:

Дуктильность (растяжимость) – определяет степень пластичности битумных .
Пенетрацию – величина, определяющая вязкость, уровень твердости материала.
Термостабильность. Этот параметр определяет температуру размягчения битумных масс, переход битума в хрупкое состояние.

Жидкий битум относится к группе стройматериалов, обладающих высоким уровнем адгезии. Кроме пластичности, вязкости, температуры плавления, эксплуатационные характеристики материала определяет такой параметр, как температура хрупкости, при которой в слое битума появляется первая трещина.

При соблюдении правильной технологии укладки, определенных условиях битум максимально крепко пристает к основанию любых поверхностей.

После застывания его практически невозможно удалить при помощи подручных средств, что объясняет не только высокое качество, надежность стройматериала, но и указывает на то, что все рекомендуется проводить с максимальной ответственностью, придерживаясь установленной технологии. Расход жидкого битума зависит от состояния, свойств, конфигурации обрабатываемых поверхностей.

После нанесения битумной смеси на обрабатываемую поверхность, процесс загустения битумной массы происходит за счет испарения масел, которые присутствуют в структуре материала, что приводит к полному его затвердению. Независимо от силы механических воздействий, материал не подвержен деформации, не чувствителен к другим факторам внешней среды.

К основным преимуществам жидкого битума можно отнести:

простоту, удобство в применении
высокие качественные, эксплуатационные параметры
водонепроницаемость
морозоустойчивость
низкую электропроводность
высокую степень температурных расширений
отличные , гидрофобные свойства
доступную стоимость
высокий уровень адгезии, независимо от обрабатываемой основы

Жидкий битум не требует разогрева перед нанесением, повышает долговечность, износоустойчивость покрытий. Укладку битумных смесей можно проводить на пористых поверхностях.

Применение жидкого битума позволяет увеличить сроки выполнения строительных, дорожно-ремонтных работ.

Биохимический состав, уникальная структура, физико-химические свойства материала позволяет проводить работы зимой, в холодное время года. На современном рынке стройматериалов представлены различные марки жидкого битума, которые отличаются по своей структуре, что позволяет подобрать стройматериал с учетом конкретных условий, вида, специфики производимых .

Сфера применения жидкого битума

Жидкий битум – универсальный стройматериал, основное преимущество которого заключается в том, что его допустимо применять в любых погодно-климатических условиях.

Химическая устойчивость битумных составов к воздействию коррозии разнообразных стройматериалов объясняет их широкое использование для защиты железобетонных конструкций, металлических трубопроводов, инженерных коммуникаций, гидро- и пароизоляции оснований, изготовлении асфальтобетонных составов.

Довольно часто нефтяные жидкие битумы применяют при укладке, ремонте автодорожного полотна, производстве холодных асфальтобетонных составов.

От качественных параметров, химического состава битума зависит прочность, устойчивость, эксплуатационный ресурс асфальтируемых покрытий. Нефтяной жидкий битум не заменим при производстве битумных эмульсий, используемых для обработки различных поверхностей, подгрунтовки конструктивных слоев дорожных полотен.

Жидкий битум широко применяют при наклейке рулонных материалов, обустройстве паро- и гидроизоляционных строительных объектов.

Невысокая цена стройматериала, широкая область применения обуславливает популярность жидкого битума при проведении различного вида работ. Стоимость битумных смесей зависит от состава, технических, эксплуатационных характеристик материала.

Жидкий битум в строительстве

Жидкий битум довольно часто применяют при проведении кровельных работ, для улучшения характеристик кровельных конструкций. Жидкие битумные смеси имеют доступную стоимость и абсолютно ничем не уступают по качественным, практическим параметрам современным аналогам.

При необходимости можно провести повторное нанесение материала на поверхность.

При нанесении битумного состава мастера часто добавляют к битумной смеси нефтяные растворители, моторное, дизельное топливо. Такая маленькая хитрость значительно повышает качество гидроизоляционного слоя кровельной конструкции.

Битумное покрытие является дополнительным гидроизоляционным слоем, служит прослойкой между перекрытиями и непроницаемыми слоями кровельных конструкций. При повреждении кровли, битумный слой предотвращает губительное воздействие влаги.

Главное правильно наносить жидкий битум на поверхность, тщательно заполнять составом зазоры, стыки, образованные между кровельными полосами.

Соблюдение технологических тонкостей при проведении кровельных работ увеличивает ресурс конструкций. Правильная укладка битума, других стройматериалов позволит избежать проведения ремонтных работ до 8-12 лет.

Улучшить практические характеристики, повысить прочность, долговечность битума можно при помощи различных добавок. Выбор, количество вносимых в состав дополнений зависит от специфики проводимых работ, конкретных условий.

Применение жидкого битума при возведении фундаментов

Жидкий битум, применение в строительстве обусловлено универсальными свойствами материала. Благодаря высоким изоляционным свойствам, прочности, морозоустойчивости, битумные составы используют в качестве гидроизоляционного материала при возведении фундаментных оснований.

Данный вид стройматериала также применяют для заливки швов в строительных конструкциях, изготовлении битумных мастик.

Известно, что прочность любой конструкции обеспечивают армированием, при помощи железной арматуры. Несмотря на монолитность, надежность в бетонных основаниях присутствуют трещины, через которые проникает влага.

Соприкосновение с влагой, коррозия может привести к деформации, потере качеств. По этой причине проводят обмазку битумом, что позволяет фундаментные основания от воздействия влаги.

Процесс гидроизоляции начинают с нанесения битумной смеси на внешние поверхности фундамента. Поверх слоя накладывают битумное полотно на резиновой, прорезиненной основе.

При низком расположении грунтовых вод, оказывающих давление на конструкцию, если работы проводятся на неустойчивых грунтах, обработку битумом проводят в один слой. Заполнение битумными составами щелей, дефектов фундамента предотвращает воздействие влаги.

При возведении фундаментных оснований применение обмазки в комплексе с битумно-резиновыми покрытиями обеспечивает надежную защиту, увеличивает эксплуатационный термин.

Жидкий битум в дорожно-строительных работах

При создании асфальтированных покрытий дорог довольно часто применяют жидкий битум.

Чтобы покрытие имело длительный эксплуатационный ресурс, не подвергалось воздействию неблагоприятных факторов, для используют исключительно высококачественные смеси, к которым применяют особые требования.

Особенность жидких битумных составов заключается в том, что их необходимо использовать в максимально сжатые сроки.

Жидкий битум незаменим при проведении дорожно-ремонтных работ, укладке асфальтных полотен в холодное время года, обработке гравийных, щебеночных смесей. Недостатком битумных составов является потеря прочности под воздействием высокого давления и температур.

Для улучшения свойств дорожных покрытий, при укладке асфальта применяют пластификаторы, модификаторы, другие добавки. Выбор марки битумных смесей зависит от климатических условий, максимально допустимой нагрузки.

Доставка жидкого битума к месту проведения работ осуществляется в специальных машинах-битумовозах. Прогрев до нужного температурного режима обеспечивает необходимую консистенцию материала.

Битум, расфасованный в металлические тары, удобен для использования и хранения. Герметические емкости защищают от пагубного воздействия неблагоприятных внешних факторов.

Особенности, технология нанесения битумных смесей

При нанесении жидких битумных составов, необходимо придерживаться определенной последовательности, установленной технологии выполнения работ. Изначально производят прогрев битумных смесей при помощи специальных установок, которые предназначены для плавки стройматериалов.

При небольших объемах работ расплавить, нагреть битум можно разведя огонь под обычными металлическими емкостями. Для этих целей вполне подходит старая металлическая бочка.

Убедиться в готовности битумной смеси к нанесению можно по оценке ее поверхности. Гладкий, блестящий верхний слой является критерием начала проведения строительно- работ.

Жидкий битум перед нанесением хорошо перемешивают. В случае сильного загустения, смесь можно развести бензином, сольвентом, керосином, но не более 15-20% от общего объема.

На заранее подготовленную поверхность наносят малярными кистями, валиками, щетками. Полосы смеси накладывают внахлест.

Повысить характеристики битумных составов можно путем внесения растворителей, пластификаторов. В качестве растворителей применяют соляровое масло, дизтопливо, растворители на бензиновой основе, уайт-спирите.

Но нужно учитывать, проведение модификации битумных смесей довольно рискованный, кропотливый процесс, который лучше доверить профессиональным мастерам. Неправильные пропорции тех или иных компонентов могут негативно сказаться на качестве битума, уменьшить его прочность, увеличить восприимчивость к температурным режимам, климатическим факторам.

При проведении работ не менее важно учитывать то, что битум быстро застывает, твердеет. Поэтому материал нужно набирать небольшими порциями, наносить на поверхности сразу после его прогревания.

Выравнивание слоя не должно занимать более 3-5 минут. Наносят битумные смеси на обрабатываемые поверхности малярными валиками, специальными катками, кистями, другими приспособлениями.

К сожалению, жидкий битум, как и большинство стройматериалов не лишен недостатков. Жидкий битум относится к быстро воспламеняемым материалам.

Длительное воздействие минусовых температур может привести к растрескиванию. Чтобы предотвратить снижение эксплуатационных параметров, через определенный период времени, раз в несколько лет рекомендуется обновлять битумный слой.

Для удаления битума со строительных, любых других поверхностей подойдут растворители на углеводородной основе, дизтопливо, бензин, уайт-спирит.

Битум применяется для различных целей с давних времен и по сей день является одним из наиболее распространенных материалов для строительства. Еще задолго до нашей эры такие знаменитые города, как Вавилон и Ассирия, использовали его в строительных целях. Он прекрасно осуществляет функцию как цементирующего, так и водоупорного основания.

Виды дорожных битумов

Этот строительный материал можно разделить на несколько отдельных групп по свойствам и техническим характеристикам. Определить все параметры можно только после исследования органического состава материала. Отдельной группой выступает дегтевый битум, так как в эту широкую группу можно определить все разновидности пеки и дегтя.

Есть такие варианты битумов:

Природный битум. Данное вещество можно найти как в жидкой, так и в затвердевшей конфигурации, однако все эти разновидности остаются в одной группе. Природные битумы нефтяные дорожные ГОСТ определяет как состоящие из органических составляющих, а также из их производных, которые классифицируются как неметаллический тип химических соединений. Такое вещество появляется только после того, как нефть обрабатывается окислительными полимерами исключительно в природных условиях и по прошествии большого количества времени. Обычно битум естественного зарождения можно в больших количествах найти исключительно в местах, где диагностированы и выявлены крупные месторождения нефти. Данный материал можно сравнить с асфальтом, хранится он в виде специфических небольших болотцев. Обычно природные битумы нефтяные дорожные, ГОСТом определяемые, встречаются очень редко, а преимущественно их находят там, где есть большое количество горных пород.
Асфальтовый порошок. Это вещество, которое захоранивается только в горных породах и имеет вид известняка при его нахождении. Когда происходит дальнейшая обработка вещества, оно извлекается, а далее действия производятся с ним такие же, как и с асфальтовым порошком.

Другие разновидности битумов

Искусственный битум. Его часто называют нефтяным, так как получить данный материал удается лишь при переработке нефти. Технология, которая работает при производстве битумов, подразумевает несколько типов данного вида: окисленные, остаточные, крекинговые.
Гудронный битум. Его первоначальное местонахождение можно определить в мазуте. Получить данный вид можно только при помощи отжимания некоторых масляных фракций из данного вещества. Гудронный битум нефтяной дорожный чаще всего выступает в качестве отличного связующего элемента, он также помогает добывать все остальные разновидности данного строительного материала.

Основные разновидности битума

БН-50/50. Размягчить его можно только после достижения температуры в 50 градусов, что не является завышенным или сложным показателем. Он является отлично прилипающим, что оценивают все ремонтные и строительные бригады, занимающиеся укладкой дорог. Если оставить данный материал на ровной поверхности, он будет постепенно растекаться, то есть оплывать, что позволяет гарантированно сделать ровный и однородный слой.
БН-70/30. Чтобы это вещество начало размягчаться, необходимо довести его температуру до 70-72 градусов, в зависимости от состава конкретного химического соединения. Он отлично прилипает к поверхности, то есть обеспечивает высокий показатель адгезии. Обычно этот материал применяется для создания гидроизоляции, то есть как нижний или верхний слой дороги. Следует помнить, что этот материал имеет предрасположенность к образованию сколов, однако если он разбивается, образуются большие куски без дополнительной пыли или мелких элементов.
БН-90/10. Довольно сложный материал, который для расплавления требует не менее 90 градусов. Обеспечивает отличную адгезию, а в готовом виде практически не проявляет чувствительности даже к относительно высоким температурам. Разбить его довольно сложно, однако при применении нагрузки, похожей на удары молотком, можно ожидать его рассыпания на осколки, поверхность которых имеет способность к поблескиванию.

Сферы применения

Битум нефтяной дорожный вязкий является практически универсальным строительным материалом, поэтому, помимо гидротехнической и промышленной сферы, смешанной с коммерцией, данное вещество часто применяется в дорожном строительстве. Обычно битумы используются не только при закладке и строительстве дорог, но и при их ремонте, поэтому потребность в таком материале практически не иссякает.

Важные отличия от других материалов

Битум нефтяной дорожный состоит из вяжущего вещества органической природы и резины, заменить которую может определенный полимер. Такой состав позволяет улучшить качество и износостойкость изделий из битума или предметов с его добавлением, а также обеспечить соответствие нормам современных технологий в строительстве.

Состав битума

Обычно битум нефтяной дорожный состав имеет простой, так как он содержит примерно одинаковые компоненты, смешанные в немного отличающихся друг от друга пропорциях. Большую часть занимают углероды, так как их в данном веществе около 75-80 %. Водород занимает значительную, но все же не первую позицию, посколько объем его равен около 10-15 % от общего состава. Так определяется доля летучей части битума нефтяного дорожного. Сера обычно присутствует, однако ее количество никогда не превышает 10 %, если состав битума соответствует основным нормам. Кислород занимает всего 5 %, однако является важным элементом. Если сравнивать строение битума с коллоидной системой, можно найти множество общих черт. Асфальтены полностью диспергированы в специально созданной среде, состоящей из смеси масла и воды.

Особенности состава

Перечисленные выше элементы всегда входят в состав, который имеют битумы нефтяные дорожные жидкие. ГОСТ определяет несколько важных свойств и характеристик этого строительного материала. Чтобы увеличить твердость битума, достаточно добавить в смесь больше асфальтенов совместно со смолой. Следует помнить, что повышение этих параметров влечет за собой повышение плотности и увеличение температуры, при которой возможно даже минимальное плавление конкретного материала.

Особенности битума

Когда рассматриваются битумы нефтяные дорожные, технические характеристики предусматривают повышенное содержание разнообразных веществ маслянистой природы. Данный элемент сильнее разжижается и становится мягким во всех отношениях. Его можно легко расплавить, используя даже меньшую температуру, чем указано в характеристиках конкретной марки, к которой относятся битумы нефтяные дорожные. ГОСТ 22245-90 определяет, что содержание масла совместно со смолой в битуме обязательно корректируется до среднего уровня. Если данным параметром пренебрегли или осуществление коррекции невозможно, следует ожидать, что материал станет менее прочным и будет лучше плавиться.

Определение технических характеристик

Следует помнить, что степень вязкости можно определить по минимальной температуре, при которой происходит плавление битума. Если увеличить температуру, вязкость практически сразу повысится. Когда градусы уменьшаются, материал заметно твердеет, становится менее пластичным. Если температура опустилась до нуля или наблюдаются минусовые отметки, битумы нефтяные дорожные вязкие ГОСТ определяет как имеющие возможную хрупкость, поэтому при выборе материала для производства дороги следует проявлять особую внимательность.

Главные преимущества

Битум имеет одно важное и во многом положительное свойство. Он не способен растворяться в воде. Следует учитывать, что битумы нефтяные дорожные жидкие ГОСТ определяет как подлежащие полному или частичному растворению в веществах, имеющих кислотную природу. Также битум не отличается высокой теплоемкостью, поэтому для утепления он не подходит. В качестве изоляционного материала его используют только для отграничения конструкции от влаги. Если принимать во внимание сертификат соответствия, битум нефтяной дорожный должен иметь консистенцию с показателем плотности не менее 1,5 г/см куб. Когда высчитывается суммарная масса битума, на 1 л вещества допустимо значение плотности в 1 кг/м куб. Этот факт предопределяет особенности, которыми обладают битумы нефтяные дорожные вязкие.

ГОСТ предусматривает, что битумы отличаются широким перечнем положительных особенностей и важных свойств. Качественный битум должен обладать гидрофобностью, не растворяться в жидкости, если в ней нет химических реагентов, размягчаться и становиться более вязким при изменении окружающей температуры. Среди связующих материалов в строительной сфере битум нефтяной дорожный занимает неоспоримое первое место. Если выбрать качественный его вид, можно применить его с максимальной эффективностью для строительства массивных дорог, а также их ремонта, предусматривающего долговечный положительный результат.

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).

И их азотистых , кислородистых , сернистых и металлосодержащих производных. Битумы нерастворимы в воде ; полностью или частично растворимы в бензоле , хлороформе , сероуглероде и других органических растворителях. Плотность битума 0,95-1,50 г/см 3 , его свойства зависят от качества входящих в смесь нефтей, главным образом, их окислённости и насыщенности серой.

Бо́льшая часть запасов природного битума содержится в породах с низким или средним содержанием (1-3 или 3-5 %); лишь 13 % изведанных запасов залегают в породах, содержащих свыше 5-10 %. Причём, большинство этих богатых битумом месторождений находятся в Канаде (71 %) и Венесуэле (27 %) .

Классификация

Природные битумы - полезные ископаемые органического происхождения с первичной углеводородной основой. К ним относятся естественные производные нефти , образующиеся при нарушении консервации её залежей в результате химического и биохимического окисления или тектонических процессов . Их добычу проводят главным образом карьерным или шахтным способом (битуминозные пески).

По составу, зависящему от состава исходных нефтей и условий их преобразования, условно подразделяются на несколько классов:

Искусственные битумы (технические битумы) - это остаточные продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. По составу близки с природными битумами.

Добыча и переработка природных битумов

Процесс добычи и комплексной переработки природных битумов производится в следующей последовательности:

добыча битумосодержащей породы;
разделение битумосодержащей породы на органическую и минеральные части;
транспортировка битума;
переработка битума.

В зависимости от условий залегания и физических свойств сырья разработка месторождений природных битумов осуществляется следующими способами:

карьерным и шахтным очистным, при которых породу извлекают на поверхность, где из неё экстрагируют битум растворителем или горячей водой с добавкой эмульгирующих составов;
шахтным дренажным, при котором природные битумы добываются в шахте самотёком через систему восходящих дренажных скважин, пробурённых из горных выработок;
скважинным внутрипластовым, при котором природные битумы добываются путём термического или иного воздействия на битумонасыщенные породы через скважины, пробурённые с поверхности.

Рудничными (карьерным и шахтным) способами разрабатываются месторождения с битумонасыщенностью вмещающих пород не менее 10 % и глубиной залегания 60 - 90 метров. Коэффициент извлечения битума при этом до 85 - 90 %. Примером такой добычи является Ярегское нефтяное месторождение в Республике Коми .

Скважинными способами разрабатываются месторождения жидких природных битумов (битуминозная нефть) с глубиной залегания, как правило, более 100 метров. При скважинных способах коэффициент нефтеотдачи достигает в среднем 30 %. В Татарстане битуминозную сверхвязкую нефть в экспериментально-показательном и пока убыточном проекте добывают на Ашальчинском месторождении. Здесь пробурено несколько пар дугообразных с выходом на дневную поверхность скважин. В паре скважины располагаются параллельно друг над другом на расстоянии несколько метров. Одна скважина предназначена для закачки пара, прогревающего пласт, другая - для откачки нефти, ставшей менее вязкой под воздействием прогрева.

Природные битумы не являются сами по себе товарным продуктом, как нефть или газ. Для получения из них товарного продукта нужны дополнительные технологические процессы. В качестве товарного продукта переработки природных битумов может рассматриваться «синтетическая нефть » - вид сырья, альтернативный природной нефти. Кроме того, являясь многокомпонентным полезным ископаемым, природные битумы помимо углеводородов нередко содержат нафтеновые кислоты, сульфокислоты , простые и сложные эфиры , серу , редкие цветные металлы (ванадий , никель , рений) в кондиционных концентрациях. Минимальная концентрация ванадия в природных битумах, при которой выгодна его промышленная добыча составляет 120 г/т, а никеля - 50 г/т .

Свойства и методы получения

Нефтяные битумы
Битумы твёрдых горючих ископаемых

Мировые запасы природного битума составляют около 580 млрд т, добыча 115 млн т (на 1981 год).

Применение

Битумы - широко распространённый и известный инженерно-строительный материал, используемый в разных сферах:

для устройства гидроизоляции в строительстве дорог, зданий и сооружений, прокладке трубопроводов;
в производстве асфальтобетона ;
при изготовлении кровельных материалов ;
в лакокрасочной и кабельной промышленности;
для заливочных аккумуляторных мастик и др.

Битумы обладают недостатками при использовании их в дорожном строительстве. К ним относятся:

высокая термическая чувствительность (размягчение при высоких температурах и хрупкость при низких);
плохие механические характеристики и низкая упругость;
склонность к старению (высыхание).

Для решения этой проблемы в дорожном строительстве используют «модифицированный битум» [ ] .

Битум является аморфным веществом , то есть в твёрдом состоянии проявляет свойства жидкости. Чтобы доказать это, в 1927 году сотрудник Квинслендского университета Томас Парнелл поместил битум в воронку и стал ждать, когда он вытечет. Эксперимент удался: первая капля упала через восемь лет, за что Парнелл и удостоился