Что такое битум и для чего он
Перейти к содержимому

Что такое битум и для чего он

  • автор:

Для чего нужен битум?

Битум – органическое вещество, являющееся смесью высокомолекулярных углеводородов с их неметаллическими производными. Получается при переработке нефти с добавлением органических соединений и смол.

Продукт представляет собой твердый или смолообразный материал с цветом от темно-бурого до иссиня-черного. Он не растворяется в воде, полностью или частично растворяется в органических растворителях (бензине, ацетоне и др.); плавится при нагревании.

По происхождению различают природные и искусственные битумы. С древних времен человек использовал природный в строительном деле и как гидроизоляционное вещество. Сегодня различные виды битумов находят широкое применение в разных областях народного хозяйства: при строительстве и ремонте дорог, при производстве кровельных и гидроизоляционных материалов, в лакокрасочном производстве и пр.

По своему составу и назначению битумную продукцию делят на дорожную, кровельную, изоляционную, строительную и др. Разные виды обладают разным набором физико-механических свойств.

Битум для асфальта и дорог

Битум и продукты, созданные на его основе, — одни из основных материалов, использующихся в современном дорожном строительстве (до 80% от общей массы используемых битумов применяются для строительных и ремонтных дорожных работ). Продукция выступает вяжущим веществом в асфальтобетонных смесях, предназначенных для укладки и ремонта дорожного покрытия. Материал выполняет роль связующего компонента, надежно удерживая все компоненты асфальтобетонных смесей вместе, обеспечивает прочность и безопасность асфальта. При этом он гораздо дешевле, чем бетон.

Совершенствование свойств дорожных изделий – один из основных путей улучшения качества асфальтобетонных смесей. В основном под совершенствованием свойств имеется в виду внесение различных добавок с целью улучшения адгезионных свойств материала, устойчивости к температурным перепадам и преодоление склонности к старению (высыханию).

Битум для кровли и крыши

Доля битумов, применяемых для изготовления кровельных материалов и для гидроизоляции, составляет до 15-20% от их общего использования. Широкое распространение в этих областях материал получил благодаря тому, что он абсолютно влагонепроницаем и обладает низкой стоимостью.

Широкое применение находит товар в производстве кровельных (рубероидных) материалов. Кровельный битум активно используется при сооружении покрытий для крыши разных сооружений — жилых домов, бытовых и промышленных объектов. Они могут выступать в качестве самостоятельного материала для гидроизоляции кровли, но чаще применяются в качестве пропитки при изготовлении кровельных материалов на битумной основе (рубероида, мягкой черепицы, битумной кровельной ленты и пр.).

Битум для гидроизоляции и фундамента

От того, насколько хорошо защищен фундамент здания от грунтовых вод, зависит качество, надежность и долговечность всего сооружения. Один из самых надежных и распространенных вариантов гидроизоляции фундамента – обмазочная гидроизоляция битумом и мастиками на его основе. В процессе работы расплавленный битум наносят на бетонные элементы фундамента, аккуратно промазывая стыки, предварительно обработанные цементным раствором. В качестве альтернативы горячему битуму может браться битумная мастика.

Изоляционные битумы употребляют для создания изоляционного слоя на трубопроводах разного назначения для защиты их от коррозионных процессов. Изоляционные битумы – это мастики с включенными в их состав пластификаторами, позволяющими осуществлять работы при невысоких температурах.

Компания «ЮгПромИзоляция» предлагает к продаже и поставке огромный выбор изоляционных материалов: полимерно-битумные и полиэтиленовые ленты и обертки, битумные грунтовки и мастики, ленты ПВХ, термоусаживающие манжеты.

Закажите продукцию по телефону, указанному в разделе «Контакты», или через онлайн-форму на сайте. Доставим товар в течении короткого срока в любой регион России. По всем возникшим вопросам, обращаться к нашим менеджерам.

Свойства и характеристики битума

image

Битумы применялись в качестве строительного материала еще в глубокой древности. За 3000 лет до нашей эры в Вавилоне и Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Евфрата, природный битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего материала.

Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые.

К битумным материалам относятся следующие:

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

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

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

Гудрон — остаток после отгонки из мазута масляных фракций;

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

К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки.

Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в гидротехническом, дорожном, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтобетона, асфальтораствора, уплотняющих материалов. Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.

Возникла новая отрасль, производящая гидроизоляционные материалы (изол, бризол и др.) из вторичного резинового сырья. Изготовление рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов осуществляется на полностью механизированных поточных линиях непрерывного действия.

Состав и строение битумов

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70 — 80%, водорода 10 — 15%, серы 2 — 9%, кислорода 1 — 5%, азота 0 — 2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Так, в них могут находиться предельные углеводороды от С9Н20 до С30Н62. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.

Твердая часть битума — это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000—5000, плотностью более 1, объединенные общим названием асфальтены”. В асфальтенах содержатся карбены, растворимые только в СCl4, и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды — парафины.

Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой 500—1000, плотностью около 1.

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

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

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

Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их свойства, повышает хрупкость при пониженных температурах. Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не превышало 5%.

Состав определил практические способы перевода твердых битумов в рабочее состояние: 1) нагревание до 140—170°С, размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах; 2) растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и т. п.); 3) эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.

Свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготовляемых на их основе, различны; Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового состава колеблется в пределах от 0,8 до 1,3 г/см3. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5—0,6 Вт/(м•°С); теплоемкость — 1,8—1,97 кДж/кг•°С. Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5•10-4 до 8•10-4°С1, причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения; при пониженных температурах — около 2•104°С-1. Устойчивость при нагревании характеризуется: 1) потерей массы при нагревании пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%) и 2) температурой вспышки (230—240°С — в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2—0,3% по массе). Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции электрокабелей.

Физико-химические свойства. Поверхностное натяжение битумов при температуре 20—25°С составляет 25—35 эрг/см2. От содержания поверхностно-активных полярных компонентов в органическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами (порошкообразными наполнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорбционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доломита с большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са3+ и Ме+2.

Старение — процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.

Реологические свойства битума зависят от группового состава и строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твердые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко-упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одновременно возникает упругая (обратимая) и пластическая (необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса деформирования вязко-упругих тел используют реологическую модель Максвелла и др.

Химические свойства. Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. По данным Н. А. Мощанского, битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей окислы азота, а также при действии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Физико-механические свойства. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.

Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в десятых долях миллиметра).

Температуру размягчения определяют на приборе “кольцо и шар”, помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом.

Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (“восьмерки”) при температуре 25°С, определяемым на приборе — дуктилометре.

Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные.

Строительные битумы применяют для изготовления асфальтобетона и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, покрытия и восстановления рулонных кровель.

Кровельные битумы используют для изготовления кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон); а тугоплавкие битумы служат для покровного слоя.

Применение нефтяных битумов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Халиулина Лилия Эльверовна

В статье рассмотрены основные области применения битумов , приведено их различие.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Халиулина Лилия Эльверовна

Свойства и модификация битумных вяжущих
Основные тенденции производства битумов в России

Развитие технологии получения и эффективного использования в Кузбассе композиционных полимерно-битумных вяжущих на основе резиновой крошки

Разработка составов битумно-резиновых композиционных мастик холодного применения и их использование в дорожном строительстве

Новое высококачественное вяжущее для асфальтобетонных дорожных покрытий с эффективным использованием резины шинных отходов

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Применение нефтяных битумов»

ПРИМЕНЕНИЕ НЕФТЯНЫХ БИТУМОВ Халиулина Л.Э.

Халиулина Лилия Эльверовна — инженер II категории, Инженерно-технический центр — филиал ООО «Газпром добыча Ямбург», г. Новый Уренгой

Аннотация: в статье рассмотрены основные области применения битумов, приведено их различие.

Ключевые слова: битум, вяжущее, пенетрация, климатическая зона, температура размягчения, хрупкость.

Битум — это (термопластичный материал) твердый или вязкопластичный, смолоподобный продукт (темно-коричневого или даже черного цвета), состоящий из сложных смесей углеводородов и неметаллических их производных (соединение углеродов с серой, азотом, кислородом и других химических элементов). Битум от латыни bitumen, что означает — смола, горная смола. Полный состав всех соединений составляющих битум не известен. Битумы полностью или частично растворимы в бензоле, бензине, этиловом спирте, сероуглероде, хлороформе, а так же других органических растворителях. Битумы делятся на природные и искусственные, но источник получения и образования является нефть. Битумными материалами называют строительные материалы, в составе которых содержится битум. Битум при нагревании обратимо разжижается и становится жидкой смесью, в этом состоянии им смачивают другие материалы, при охлаждении он отвердевает, крепко склеивая смоченные им другие материалы. Он водостоек и непроницаем водой, при пропитке им других материалов, материалы становятся гидрофобными, т.е. водостойкими. Поэтому битумы и используют в строительстве, для получения гидроизоляционных строительных, клеящих строительных и кровельных материалов. Битум имеет аморфное строение, в отличие от кристаллических тел, не имеет определенных температур плавления. Битум — гидрофобный материал, имеющий высокою плотность с почти нулевой пористостью, из-за чего битум не проницаем водой и морозостоек.

Существует несколько видов битума:

Строительный битум является одним из важнейших строительных материалов. Этот материал используется при строительстве дорог, производстве кровельных материалов, при гидроизоляции битумом фундаментов сооружений, зданий подвалов, санузлов, для заливки трещин и при прокладке трубопроводов. Также битум применяется в литейной и электротехнической индустрии.

Изоляционные битумы используются для изоляции трубопроводов с целью защиты от коррозии.

Кровельные битумы применяют при производстве кровельных материалов.

Дорожные битумы классифицируются на вязкие и жидкие.

Для того чтобы минимизировать сезонные повреждения дорожного покрытия, асфальтобетонные заводы, в разных климатических зонах применяют различные виды битума, различающиеся: вязкостью, пластичностью, температурой размягчения и хрупкости. Нефтеперерабатывающие заводы выпускают два основных подвида дорожных битумов — вязкие и жидкие. К вязким относятся битумы БНД и БН. Это самый используемый тип в дорожном строительстве. Для возможности укладки асфальта в холодное время года, изготавливаются, так называемые, жидкие битумы. Получают их следующим образом: нефтеперерабатывающие заводы добавляют в него

специальные разжижители, которые после укладки (заливки) испаряются, возвращая его в более вязкое (изначальное — не разбавленное разжижителями) состояние. Однако, стоит заметить, что подобная технология асфальтирования существенно ухудшает экологию.

Вязкие битумы используют в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных покрытий. Основное количество таких битумов вырабатываются в России в соответствии с ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. В соответствии с этим нормативным актом битумы разделяют на два типа: БНД и БН. Все битумы маркируются по пенетрации при 25 градусах. При равной пенетрации битум БНД имеет более высокую температуру размягчения, более низкую температуру хрупкости и большое значении пенетрации при нуле градусов, чем битумы БН. Требования к термостабильности битумов БНД более жесткие [1].

Рекомендации по применению зависят от типа битумов. В первой дорожно-климатической зоне при среднемесячной температуре наиболее холодного времени года рекомендуется использовать битумы БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130; во второй и третьей зонах при температуре в пределах -10. -20 градусов — битумы БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90; во второй, третьей и четвертой зонах при температуре -5.-10 градусов — битумы БН 200/300, БН 130/200, БН 90/130, БНД 130/200, БНД 90/130, БнД 60/90, БНД 40/60; в четвертной и пятой климатических зонах при температуре не ниже +5 градусов — битумы БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, БН 90/130, БН 60/90.

Жидкие битумы предназначены для удлинения сезонного дорожного строительства. В соответствии с ГОСТ 11955-82 Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия [2]. Жидкие битумы получают смешением вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями-разжижителями. После укладки покрытия разжижитель постепенно испаряется. Применение жидких дорожных битумов не соответствует современным требованиям к энергосбережению и защите окружающей среды. Кроме того, низкая температура вспышки предопределяет их пожароопасность.

1. ГОСТ 22245-90 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 2005.

2. ГОСТ 11955-82 Битумы нефтяные дорожные жидкие. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2009.

Битум

Битум – это твердое или смолистое вещество из углеводородов и их производных в виде азотистых, сернистых, кислородо- и серосодержащих соединений. Название происходит от лат. bitumen, что означает «горная смола» и «асфальтовый».

Фракционный (химический) состав и характеристики битума

Битум поддается полному или частичному растворению органическими веществами, включая бензол, хлороформ, сероуглерод. Нефтепродукт нерастворим в воде. Битум бывает разных видов, но в большинстве из них в состав входят компоненты в следующем количестве:

  • углерод – не более 80%;
  • водород – не более 15%;
  • сера – 2-9%;
  • кислород – до 5%;
  • азот – до 2%.

Все вещества в составе по консистенции делятся на 3 группы:

  • Твердые. Сюда относятся парафины и углеводородные полимеры (асфальтены).
  • Смолы. Аморфные вещества с темным коричневым оттенком.
  • Маслянистые. Углеводородные соединения с плотностью не более 1000 кг/м 3 .

В зависимости от состава битум может иметь разные свойства. Если в нем преобладают асфальтены, материал приобретает твердость, но одновременно становится более хрупким и начинает плавиться под влиянием высокой температуры.

Важные характеристики и свойства:

  • Плотность – от 950 до 1500 кг/м 3 .
  • Низкая тепло- и электропроводность.
  • Стойкость к различным химическим реагентам.
  • Водо- и газонепроницаемость.
  • Отсутствие температуры плавления (битум переходит в жидкое состояние при температуре размягчения).

Способы получения битума

Битум может быть естественным (природным) или искусственным (техническим). Природный представляет собой полезное ископаемое органического происхождения. В особенно большом количестве встречается в регионах с большими залежами нефти.

Природный битум может иметь твердую форму или вязкую консистенцию. Образуется в ходе природного окисления и полимеризации нефти, происходящих при нарушении герметичности нефтяных залежей. Добыча ведется разными методами:

  • Очистным шахтным или карьерным, когда породу извлекают и используют для экстракции битума с помощью растворителей или горячей воды, к которой добавлены эмульгирующие составы.
  • Дренажным шахтным, который заключается в добыче посредством самотека битума через восходящую дренажную систему, состоящую из пробуренных скважин.
  • Скважинным, при котором битум извлекают из скважин, пробуренных с поверхности. Метод применяется для разработки месторождений жидких природных битумов (битуминозной нефти), которые залегают на глубине более 100 м. Коэффициент извлечения продукта равен 30%.

Карьерный и шахтный методы имеют коэффициент извлечения битума 85-90%. Способы применимы для месторождений горных пород, которые обладают насыщенностью более 10% и глубиной залегания 60-90 м.

С учетом состава исходной нефти и особенностей ее переработки битум делится на разные классы:

  • антраксолиты,
  • асфальты,
  • асфальтены,
  • гуминокериты,
  • кериты,
  • мальты,
  • нафтиды,
  • нафтоиды,
  • озокериты.

Особое распространение получили асфальтовые битумы, которые образуются в горных породах с пористой структурой. Их перемалывают до порошкообразного состояния, после чего используют в укладке дорожных покрытий.

Технический (искусственный или синтетический) битум нефтяной – побочный продукт перегонки нефти, сланцев и каменного угля. Известным способом получения выступает вакуумная перегонка мазута. В зависимости от способа нефтепереработки битум бывает:

  • Остаточным. Мягкий и легкоплавкий продукт.
  • Окислительным. Эластичный и термостабильный битум.
  • Крекинговым. В битуме большое количество карбенов и карбоидов.

Особое внимание при получении битума уделяют содержанию парафинов, поскольку они негативно влияют на пластичные характеристики. Чтобы этого избежать, количество парафиновых составляющих ограничивают 5%.

Способы (область) применения

Битум – древнейший строительный материал, который был известен человеку еще в эпоху неолита. Тогда его использовали для изготовления посуды, изоляции редких видов дерева в строительстве, в качестве связующего в мозаиках из полудрагоценных камней и раковин.

Природный битум – не товарный продукт. Чтобы сделать его таким, необходимы дополнительные технологические процессы. После этого материал становится подходящим для использования в разных сферах:

  • В строительстве. Ввиду нерастворимости в воде материал используется в гидроизоляционных работах. В отношении зданий и сооружений, трубопроводов, фундаментов.
  • В дорожных работах. Битум активно используется при изготовлении асфальтобетона.
  • В кровельных работах. Из битума производят мягкие кровельные материалы: рулонные и в виде черепицы. Примеры: рубемаст, гидростеклоизол, рубероид, мастика, пергамин, битумная бумага, стеклоэласт.

При использовании в строительстве битум проявляет несколько недостатков: низкую упругость, склонность к высыханию и высокую термочувствительность, которая проявляется в виде хрупкости при низкой и размягчении при высокой температуре. Чтобы устранить эти минусы, используют модифицированный битум, в который добавляют модификаторы, улучшающие свойства продукта.

Дополнительно битум используют как электроизоляцию в электротехнической промышленности, в отделке деревянных, кожаных и бумажных изделий, в изготовлении аккумуляторных мастик, изготовлении кабельной и лакокрасочной продукции, в прецизионном литье.

Особенности транспортировки и хранения

Битум транспортируют в автомобильных или железнодорожных цистернах, куда продукт переливают методом герметичного налива. Этот способ обеспечивает профилактику поражений обслуживающего персонала вследствие высокой температуры нагрева нефтепродукта.

Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)

Дорожные битумы производятся в соответствии с ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 33133-2014, а модифицированные – по ГОСТ Р 52056-2003.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *