Что такое битум и для чего он используется

Технические характеристики и маркировка

Вещество аморфно: являясь материалом твердым, при воздействии температуры (160-200 градусов), битум переходит в жидкое состояние. Им можно пропитывать поверхности, придавая им влагостойкость. При охлаждении, происходит процесс полимеризации, благодаря чему объекты, смоченные битумом, надежно склеиваются, а последний застывает, образуя беспористый непроницаемый слой. Вязкость напрямую зависит от температуры: на холоде он густей очень быстро.

Благодаря хорошим диэлектрическим свойствам, применяется материал также для изоляции.

Битум устойчив к действию агрессивных веществ: щелочей, кислот, солевых растворов, но, как упоминалось, растворяется в ацетоне, бензоле и других растворителях.

Упругий и гидрофобный материал изменяет свойства под воздействием ультрафиолетовых лучей и воздуха. Эти показатели снижаются, как и содержание масел и смол.

Состав

Существует несколько разновидностей битума, но все они включают в свой состав:

• смолы (20-40% от общего объема). Улучшают сцепление с поверхностями;
• масла нефтяные (30-60%). Отвечает за пластичность и вязкость;
• кислоты асфальтогеновые (до 3%). Необходимы для обеспечения липкости покрытия;
• асфальтены (10-40%). Обеспечивают веществу твердость и тугоплавкость.

Классификация битума по происхождению

Битумы, по методу их получения, делятся на 2 группы – природные, извлекаемые как ископаемое из горных битумных пород, и искусственные. Битумы природные отличаются от нефтяных низким содержанием парафина и высоким – минералов.

Технический (искусственный) битум

Искусственный битум (технический) – это вторичный продукт нефтеперегонки. Гудрон, образующийся после отбора из исходного сырья топлива и смазки, подвергают нагреву или продуву, получая эластичный нефтяной битум с высоким показателем теплоустойчивости.

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 – 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%

Состав

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

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

Основные фракции внутри материала:

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

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

Состав асфальта и его разновидности

В состав смеси, предназначенной для покрытия дорог, помимо битума, могут входить такие компоненты, как песок и щебень. С использованием первого изготавливают песчаный асфальт. Иногда в смесь добавляют также минеральный порошок и щебень. Эта очень распространенный вид покрытия. Называется такой асфальтобетон щебневым. Также этот дорожный материал иногда делают с использованием гравия. В смесь в этом случае добавляют щебень и минеральный порошок. Асфальт этой разновидности называется гравийным.

В зависимости от назначения смеси соотношение всех этих компонентов может меняться. Так, для пешеходных дорожек применяется асфальт, изготовленный с использованием мелких песка и щебня. Нижний слой проезжей части обычно делают из смеси немного другого состава. В этом случае асфальт делают с применением только очень крупного щебня. Верхний слой дорог заливают более гладким асфальтом. В его состав входит щебень мелких фракций.

Маркировка

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

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

Битум нефтяной общего назначения

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

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

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

Битум кровельный

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

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

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

Дорожный битум

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

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

Герметики на битумной основе

На сегодняшний день битумные герметизирующие составы активно используются при проведении различных работ, связанных с обеспечением гидроизоляции. Прежде всего, такие средства позволяют избавиться от протечек. Их также применяют в ходе монтажа мансардных окон, герметизации элементов водосточной системы, герметизации швов между трубой дымохода и кровельным покрытием, а также заделки трещин в бетонных покрытиях и других минеральных поверхностях. Битумные герметики не нужно прогревать перед нанесением. Для нанесения материала используется монтажный пистолет. После того как все растворители, которые входят в состав герметика, испаряются, его консистенция становится резиноподобной.

Чем отличаются по происхождению и составу?

Гудрон – продукт нефтепереработки, а точнее, остаток после этого процесса. В составе есть нефтяные смолы, множество углеводородов и малая доля металлов. По плотности вещество сопоставимо с водой. Вещество появилось относительно недавно.

Битум – это смолистый продукт, чаще твердый. Его производят из гудрона. Состав вещества всегда основывается на углеродистых соединениях. Однако точные компоненты зависят именно от происхождения смолы.

Битум обычно получается из-за того, что залежи нефти недостаточно качественно законсервированы. Так, химический состав изменяется под воздействием кислорода, и получается новое вещество. К образованию вещества могут приводить различных химические реакции. В этом основное отличие от гудрона, ведь последний делают искусственным путем. Твердое вещество же просто добывают.

Точный состав смолы и ее свойства зависят непосредственно от особенности изначальной нефти. А также влияет процесс формирования вещества. Есть и искусственный вариант битума. В таком случае для производства используют продукты переработки сланца, угля и нефти.

Естественные битумы известны людям уже много лет. Есть исторические данные о том, что такие смолы использовались еще древними шумерами. Тогда веществом обрабатывались напольные покрытия. Древние египтяне применяли битум при изготовлении мумий. Есть данные, что даже люди в неолите крепили битумом наконечники копий к основанию.

Добывают твердые смолы на естественных местах, где есть источник нефти. Однако сейчас редко продукт применяется в чистом виде. Разнообразные технологии используют для того, чтобы улучшить свойства и характеристики битума. В некоторых случаях свойства могут различаться именно из-за особенностей обработки. Вот основные различия битума и гудрона.

1. Гудрон является остатком после переработки нефти, а вот второе вещество существует в природе. Однако оба они сделаны на основе нефти.
2. Твердые смолы имеют более многокомпонентный состав. В итоге и свойства, и область применения значительно шире.
3. Иногда гудрон применяют для изготовления битумов. Сделать обратную операцию невозможно. В гудрон добавляют множество химических соединений, чтобы он стал твердым и прочным.
4. Битум используется в больших сферах жизни, чем гудрон.

Оба материала изготавливают с помощью нефти, поэтому внешне они очень похожи. В остальном же различий довольно много. Даже сферы применения разные.

Немного энциклопедии

Битум – это продукт переработки нефтяной промышленности, он представляет собой твердую либо смолоподобную смесь углеводородов с разнообразными производными. Состав битума включает в себя 70-87% углерода, около 15% водорода, приблизительно 10% кислорода, и около 1,5% серы. Это вещество абсолютно не растворимо в воде, но частично или полностью растворяется в хлороформе, бензоле, сероуглероде и прочих органических растворителях. Плотность битума составляет от 0,9 до 1,5 г/см?. По цвету данное вещество бывает черным либо темно-бурым. Битумы обладают довольно характерными физическими свойствами. К ним относятся атмосферостойкость, гидрофобность, растворимость в большинстве органических растворителей, размягчение во время постепенного нагревания, адгезия, пластичность, вязкость и т.д. Вязкость битума одна из его важнейших характеристик. Она зависит от температурных колебаний: при повышении температуры этот показатель снижается, при понижении – возрастает, а при температурном режиме ниже нуля материал становится достаточно хрупким. Помимо прочего, еще одним показателем качественного состава битума является его удельный вес. Удельный вес битума по всем стандартам должен составлять не менее 1 г/см3 при t 25 ?С.

Битум, характеристика и виды:

Битум (от лат. bitūmen — горная смола, асфальтовый) – это твёрдый или смолоподобный продукт, представляющий собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных. Битум представляет собой аморфное вещество, а, значит, проявляет свойства жидкости в твёрдом состоянии и не имеет температуры плавления.

С давних времен битум является одним из самых распространенных инженерно- строительных материалов. Природный битум, иначе – «земляная смола», применялся для прикрепления наконечников древних копий. Битум делал посуду древнего человека водонепроницаемой (посуда из битума предшествовала глиняной). Также в древности природный битум часто использовался как связующее вещество при работе с мозаикой и для создания изделий из полудрагоценных камней. В Древнем Египте его применяли для мумификации и бальзамирования.

Битумы бывают природными и искусственными.

Природные битумы являются составной частью горючих полезных ископаемых органического происхождения. Они распространены в местах нахождения нефти. Это естественные производные нефти, образованные в процессе природных, биохимических, химических, окислительных реакций полимеризации нефти. В зависимости от состава исходных нефтей и условий их преобразования, битумы условно делят на такие классы, как: асфальты, мальты, асфальтены, кериты, озокериты, гуминокериты, антраксолиты, нафтоиды, нафтиды.

Мировые запасы природного битума составляют по разным оценкам порядка 500 – 1000 миллиардов тонн. Запасы природного битума малоизученны, поэтому разброс запасов достаточно велик. Во всяком случае запасов природных битумов в несколько раз больше, чем запасов нефти.

Искусственные битумы (технические битумы) – это продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. Искусственные или технические битумы сходны по химическому составу с природными битумами. По виду технологического цикла искусственные битумы разделяют на окислительные, остаточные и крекинговые.

Природный битум

Природный материал входит в состав горючих ископаемых. Чаще всего его приходится очищать и перерабатывать. По сравнению с искусственными он не обладает какими-либо более ценными качествами. Однако модифицировать природный материал путем добавления некоторых веществ сложнее.

Состав

Состав битума в долях элементов выглядит так: 70–87% углерода, 8–12% водорода, 0,5–7% серы. Однако это мало что говорит потребителю. Более информативный характер носит перечисление составляющих смеси:

• нефтяные масла – от 30 до 60%, они придают составу вязкость и пластичность под действием температуры;
• смолы – от 20 до 40%, обуславливают адгезионные свойства;
• карбиды, карбены, асфальт-тены – содержание их доходит до 40%, обеспечивают твердость и тугоплавкость;
• асфальтеновые кислоты – 3%, выполняют роль ПАВ.

Смеси могут включать другие вещества, чаше всего минеральные добавки.

Как добывают

Общая схема добычи и переработки битумных пород выглядит так:

• извлечение породы;
• разделение сырья на органическую и минеральную части;
• транспортировка продукта;
• переработка битума.

Последние 3 этапа практически одинаковы. Добыча отличается при разных условияя залегания породы. Различают 3 метода.

• Карьерный или шахтный очистной – породу извлекают наверх, экстрагируют битумную смесь растворителем или путем выварки с получением эмульсии. Рудничным методом добывают породу, содержащую не менее 10% материала и залегающую не глубже 90 м.
• Шахтный дренажный – битум самотеком через систему восходящих дренажных каналов выходит наверх. Такой вариант используется при добыче жидких смесей с глубиной залегания более 100 м.
• Скважинный внутрипластовой – на породы воздействует термически или иным способом через пробуренные сверху скважины. Коэффициент извлечения при этом составляет не более 30%, так что к такому методу прибегают редко.

Где применяют

Сферы использования природного битума обусловлены его свойствами. Его применяют:

• для изоляции при строительстве зданий, дорог, других сооружений, а также прокладке трубопроводов разного типа;
• в производстве асфальтобетонов;
• при изготовлении аккумуляторных мастик;
• в кабельной и лакокрасочной промышленности;
• при получении кровельных материалов.

Битум используется в других областях, например, в садоводстве.

Физические свойства битума:

Примечание:

* Битум является аморфным веществом, не имеющим температуры плавления. Его переход из твердого состояния в жидкое характеризуют температурой размягчения. Температуру размягчения обычно определяют прибором «кольцо и шар», который помещают в сосуд с водой. Температура размягчения определяется температурой нагреваемой воды, при которой металлический шарик, под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное исследуемым битумом.

Способы получения битума

Используя вакуумную технологию переработки нефти, получают битум повышенной твердости с низким показателем вязкости. Крекинговый битум повышенной хрупкости получают, используя метод разложения нефти при высокой температуре.

Для искусственного получения необходимо специальное оборудование, которое позволяет из нефти выделить битум. Имеют в результате переработки торфа, каменного угля или нефти.

Торфяные, добываемые (как понятно из названия) из торфа при помощи органических растворителей, используют в производстве пластмасс, в медицине, в литейной промышленности. Угольные получают из отдельных видов угля, также пользуясь органическими растворителями. Ценностью этого вида является выделение в дальнейшем смол – необходимой составляющей в производстве клеев и лаков, и воска. Обладая повышенной канцерогенностью, этот вид битума применяется в дорожно-строительном деле только после дополнительной обработки. Нефтяные битумы – продукт, являющийся производной переработки нефти.

Природные битумы различают по методу получения:

• пластовые, разрабатываемые карьерным или шахтным способом (входят в состав горных пород);
• поверхностные – не отличающиеся чистой смеси, но не требующие дополнительных затрат на добычу, поскольку находятся на поверхности;
• жильные – особо чистые, содержащие небольшой процент примесей.

Нефтяные дорожные битумы (БНД)

Дорожные нефтяные битумы стали незаменимым материалом для асфальтобетонных горячих смесей, предназначенных для строительства и ремонта автомагистралей, для обработки дорожных щебеночных оснований. В их маркировке присутствует аббревиатура БН, СГ или БНД и цифры, обозначающие температуру размягчения материала и застывания (пениграцию): СГ 40/70 (дорожный жидкий битум), БНД 200/300 (вязкий), БНД-У 100/130 (вязкий улучшенный).

Полимер-битумные композиты (ПБК)

Увеличившейся рост автоперевозок, включая большегрузые, на покрытие дорог оказывает дополнительную нагрузку, из-за чего они быстро приходят в негодность.

Для улучшения их качества применяют асфальтобетонную смесь, достоинством которой является отличное сцепление минеральных материалов с битумом. Чтобы еще улучшить качество битума, в последние годы применяют модифицирующие добавки и полимерно-битумные композиты (ПБК). Последние положительно влияют на физико-механические свойства покрытия. Относятся к ним:

• термопласты (смолы эпоксидные, полиэтилен, этиленвинилацетат, полистирол);
• блоксополимеры стирола и дивинила (ДСТ и СБС);
• эластомеры (каучуки синтетические);
• реактопласты (полиэфирные, карбомидные, синтетические).

Использование полимер-битумных композитных материалов, характеризующихся большой разницей между размягчением и хрупкостью, позволяет работы не прекращать даже при минусовых температурах (до минус 10 градусов)

Битумные эмульсии

Они служат связующим при ведении дорожных работ (ЭБПК-1 и 2, ЭБК – 1), которым обрабатывают поверхность дорог. С не меньшим успехом применяют материал, проводя их холодную регенерацию.

Распространенные стройматериалы на основе битума

Производители сегодня могут предложить огромное разнообразие строительных материалов, изготовленных на основе битума:

• герметики. Составы на основе битума широко используют для гидроизоляции. Они являются надежной защитой от всякого рода протечек. Хорошо зарекомендовали они себя при монтаже мансардных окон, при заделке трещин на бетонных поверхностях и пр.;
• краски, которые обычно имеют темный цвет, что ограничивает их область применения. В то же время они отлично защищают поверхность, контактирующую с водой;
• мастики. Большой популярностью они пользуются при проведении работ по гидроизоляции;
• кровельные материалы. Они обеспечивают высокую устойчивость к повреждениям механического характера за счет верхнего слоя из каменной крошки, и отличную гидроизоляцию благодаря возможности сформировать монолитную водонепроницаемую мембрану при нагревании битумной основы.

Похожие записи:

Как эффективно экономить электричество в квартире Виды шпаклевки для внутренней отделки помещений Ландшафтный дизайн дачного участка: 100 красивых идей Девочки,какой потолок лучше глянцевый или сатиновый?? Как правильно заменить трубы в системе канализации Крепление моек к столешнице на кухне