Когда битумные материалы классифицируются по своему составу, выделяют твердые, полутвердые (включая вяжущие и пластмассы) и жидкие, то есть вещества с высокой текучестью.
Битум
Битум, представленный на рынке, представляет собой смолистую органическую массу, обладающую черным или цветным окрашиванием и варьирующейся по состоянию от твердого до пластичного, в зависимости от температуры окружающей среды. Дело в том, что этот материал изменяет свою текстуру под воздействием температуры, становясь более мягким или жестким.
Различают два типа битума: натуральный и искусственный. Натуральный битум образуется из залежей сырой нефти, которая выходит на поверхность земли и, взаимодействуя с атмосферой, преобразуется в ископаемый битум. Этот вид добывается через шахты или карьеры. После разделения битума на органическую и неорганическую составляющие, его транспортируют для дальнейшей переработки с добавлением необходимых добавок в соответствии с утвержденными стандартами. Искусственный битум, в свою очередь, является продуктом переработки нефтяных отходов, таких как гудрон, и служит основой для производства асфальта. На современных нефтехимических заводах товарный продукт получается после технологической обработки и применения добавок, что позволяет улучшить его эксплуатационные характеристики.
Технические характеристики и химический состав битума четко регламентированы стандартами ГОСТа. Важно отметить, что битум является горючим веществом. При его горении выделяется черная сажа, которая является токсичной для человека и пагубной для окружающей среды. В состав сажи входят углеводородные остатки, формальдегид и различные металлические включения, что подчеркивает необходимость строгого соблюдения мер пожарной безопасности на всех этапах работы с этим материалом и его транспортировки.
В современных условиях дорожного строительства асфальт транспортируется в специальных автомобилях в виде жидкой массы из изолированных цистерн, которые поддерживают высокую температуру груза на уровне 180 градусов Цельсия. Важно помнить, что в качестве груза разрешается перевозить только жидкий асфальт. Поддержка заданной температуры критически важна — в случае застывания наполнителя дальнейшая эксплуатация цистерны становится невозможной. Транспортировка осуществляется в строгом соответствии с правилами группы «опасные грузы» согласно стандарту ДОПОГ (перевозка опасных грузов по дороге), при этом транспортное средство должно быть помечено в соответствии с третьей категорией опасных грузов.
Компактный асфальт, благодаря своей структуре, легко транспортируется и хранится. Этот материал сохраняет такие важные характеристики, как твердость и хрупкость, при нормальных условиях окружающей среды. Упакованный асфальт обладает высокой практичностью, поскольку не требует особых условий для транспортировки и хранения. Однако его следует плавить непосредственно на месте применения, что усложняет и удлиняет технологический процесс.
Состав битума
Битум в своей элементарной форме состоит приблизительно из 85 процентов углерода, 10 процентов водорода и кислорода, 3 процента серы, а также до одного процента азота. Этот продукт характеризуется многообразием и представляет собой сложную смесь углеводородов, нафтеновых соединений, серы, метана, кислорода и азота. Определенные требования к химическому составу битума должны быть соблюдены для его классификации и дальнейшего использования.
Битумы, как химические вещества, обладают высоким уровнем водонепроницаемости, что было использовано с древних времен, начиная с каменного века, для создания кровель, изготовления посуды, постройки конструкций и облицовки, а также для мумификации. Эти качества делают битум невероятно ценным материалом в строительстве и других отраслях.
Витумены (группа битумов) не подвержены критичному воздействию кислых, щелочных и солевых растворов. Однако они проявляют чувствительность к растворителям, таким как бензол и ацетон, что необходимо учитывать при их обработке и хранении.
Для определения принадлежности материала к определенному виду производится ряд тестов с проверкой его характеристик. К числу этих критериев относятся температура размягчения, хрупкость, пластичность, вязкость, пенетрация, температура вспышки и степень адгезии к металлическим поверхностям.
Плотность асфальта измеряется с использованием специального оборудования — плотномера для твердых и сыпучих материалов, что соответствует установленным стандартам. Дополнительно асфальт должен быть подвергнут тестированию с помощью измерителя проводимости, согласно методам, описанным в соответствующих таблицах методик.
Применение битума
Применение битума охватывает широкий спектр задач: строительство и ремонт дорог, гидроизоляция и влагоизоляция, кровля, производство кровельных материалов, изготовление асфальта, жилищное и промышленное строительство, а также обеспечение защиты от коррозии и изоляции коммуникаций и трубопроводов и другие области. Важно подчеркнуть, что современным инновационным функциям битума также сопутствуют технологии сжигания смолы и битума, которые могут служить альтернативой мазуту, тем самым уменьшая затраты на процессы.
Отметим, что для жидкого битума существуют различные классы, которые различаются по скорости образования своей структуры. Эти классы включают три категории: быстрый рост (FG), средний рост (SG) и медленный рост (SG), каждая из которых может применяться в зависимости от специфики производственного процесса.
Битум можно охарактеризовать как асфальтоподобный материал, который является результатом искусственной переработки природного битума, остатков угля, нефти, шиферной смолы и экстрактов торфа. В зависимости от его состава и свойств выделяются различные типы битума.
- Природный/естественный битум: он является побочным продуктом при добыче нефтепродуктов из различных горных пород. Этот вид битума проявляет высокую устойчивость к воздействию кислот, щелочей и воды, что делает его идеальным для использования в строгих условиях.
- Строительный битум: он представляет собой продукт перегонки нефти, который запускается в смесь с различными строительными материалами (нефтяные остатки, битум и др.). Битумы марок BOC 45/180, BOC 45/90, BOC 90/40 и BOC 90/30 находят свое применение в кровельных работах и высокотехнологичных применениях, отличаясь высокой устойчивостью к влаге и температурам. В отличие от битума, комплексный строительный битум демонстрирует более высокую огнестойкость.
- Дорожный асфальт: это самый распространенный вид асфальта. Основные марки дорожного асфальта включают: BND 40/60, BND 60/90, BND 90/130, BND 130/200 и BND 200/300. При этом битумные материалы с более высоким коэффициентом пенетрации лучше подходят для северных регионов, тогда как низкопенетратные материалы рекомендуется использовать в южных частях.
Свойства асфальта постоянно изменяются и улучшаются с помощью применения различных искусственных добавок, направленных на модификацию его характеристик. Эти добавки способствуют повышению устойчивости к резким температурным колебаниям, как холоду, так и жаре. За счет этого обеспечивается высокая надежность и прочность конечного продукта.
К основным характеристикам, по которым можно судить о качестве асфальта, относятся:
— Температура хрупкости;
— Температура отверждения;
Таким образом, химические добавки для асфальта нацелены на улучшение всех этих свойств. Стоимость битума зависит от его качества и назначения, где оптимизированные сорта (выдерживающие высокие нагрузки и обладающие хорошей масштабируемостью) будут дороже по сравнению с обычными вариантами. Как правило, все необходимые параметры отражены в маркировках асфальта.
Физические свойства битума:
| Название параметра: | Ценность: |
| Плотность, г/см3 |
Асфальт может быть как естественным (натуральным), так и искусственным. Битум составляют минеральное сырье органического происхождения и он часто встречается в районах с крупными залежами нефти.
Природный битум может быть либо твердым, либо вязким, и образуется он через естественное окисление и полимеризацию нефти в случаях, когда нарушается герметичность нефтяных скважин. его добыча осуществляется разными способами:
- Добыча из шахты или карьера: данный процесс включает в себя извлечение горной породы и использование растворителей или горячей воды с добавлением эмульгаторов для получения битума.
- Дренажная добыча: при этом методе битум самотеком поступает через восходящую дренажную систему, которая состоит из специально пробуренных скважин.
- Скважинная добыча: затрагивает получение битума с поверхности через бурение специальными скважинами, которые применяются для разработки влажных месторождений природного битума (битумной нефти), находящихся на глубине более 100 метров. Коэффициент извлечения составляет порядка 30 %.
При использовании карьеров и горных методов извлечения, степень извлечения битума достигает 85-90 %. Эти методы актуальны для месторождений горных пород с содержанием битума свыше 10 % и глубиной рабочего слоя в 60-90 метров.
Разделение на категории битума происходит в зависимости от состава исходной нефти и особенностей ее переработки, включая:
- Карбонаты;
- Битумный;
- Битуминозный;
- Гуминовые кератолиты;
- Керамика;
- Солод;
- Нафтиды;
- Нафтоиды;
- Озокериты.
Чаще всего распространен битум, образующийся в породах с пористой структурой. Они измельчаются в порошок и используются в дорожном строительстве.
- Остаток: мягкий и легко плавящийся продукт.
- Окислитель: используется для получения эластичного и термостойкого асфальта.
- Нарушение: содержит большое количество карбенов и карбоидов, что требует особого контроля при использовании.
При производстве битума важно обращать внимание на содержание парафина, так как оно негативно сказывается на его пластичных свойствах. Для улучшения свойств парафин ограничивают в процентном содержании до 5 %.
Способы (область) применения
Битум является одним из самых древних строительных материалов, известным человеку еще с времен неолита. Ранее его использовали для создания керамических изделий, для изоляции редких пород дерева в строительстве, а также как клей для мозаичных работ с использованием полудрагоценных камней и раковин.
Невзирая на то, что природный битум не является массовым продуктом, его получение требует дополнительных технологических операций. Данный материал подходит для множества различных применений:
- Благодаря своей водонепроницаемости, битум активно используется для гидроизоляции зданий, сооружений и трубопроводов, а также для укрепления фундаментов.
- На строительных площадках битум находит широкое применение в асфальтобетоне, что обеспечивает надежность покрытий дорог и тротуаров.
- В жилищном строительстве битум используется для создания различных видов мягких кровель: рулонные и черепичные крыши. Примеры материалов: Ругемаст, Гидростеклоизол, Рубероид, Мастикс, Глассин, Битумная бумага, а также Гласселаст.
Однако, несмотря на многочисленные положительные качества, у битума имеются и некоторые недостатки. К ним относятся низкая эластичность, склонность к высыханию и высокая термочувствительность, что проявляется в хрупкости при низких температурах и размягчении при высоких температурах. Для устранения этих недостатков к битуму добавляют модификаторы, которые способствуют улучшению свойств конечного продукта.
В дополнение к строительству битум также применяется в качестве электроизоляционного материала в электротехнической промышленности. Он используется для отделки деревянных, кожаных и бумажных изделий, в производстве шпатлевки, при изготовлении кабелей и лакокрасочных материалов, а также в технологии точного литья.
