Битум. виды и применение. характеристики и особенности

Оценка материала

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

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

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

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.

Состав, строение и особенности материала

Средний состав битума варьируется в таком отношении элементов: 75-80% углеродов, 10-15% водорода, до 10% серы и до 5% кислорода. Твердая часть данного строительного материала — это углеводороды и их производные на молекулярном уровне. По своему строению данное вещество напоминает коллоидную систему, в которой асфальтены диспергированы в дисперсионной среде из масла и смолы.

Данные элементы, входящие в состав битумов, определяют также ряд свойств и характеристик, которыми обладает материал. К примеру, повышенный процент содержания асфальтенов и смолы влечет за собой увеличение твердости, плотности и температуры плавления.

В противном случае, то есть при повышенном уровне масел, битум размягчается и становится более легким и легкоплавким. Согласно ГОСТ 22245 90, содержание масла и смолы в битуме должно быть средним и уравновешенным, иначе он приобретет излишнюю пластичность и вязкость.

Степень вязкости битума напрямую зависит от степени нагревания. Увеличение температуры приведет к увеличению вязкости, а ее уменьшение сделает материал более твердым. При нулевой или минусовой температуре битум становится достаточно хрупким материалом.

Битум также обладает еще одним важным свойством: он не растворяется в воде, но полностью или частично растворяется в кислотных веществах, вроде хлороформа, бензола или сероуглероде, имеет невысокую теплоемкость. Согласно сертификату соответствия, битум должен обладать плотностью, которая находится в пределах 1,5 г/см куб. Но при расчете общей массы битума, вес 1 литра будет рассчитываться через плотность 1 кг/м куб.

Битумы обладают широким спектром особенностей и полезных свойств, которые выводят его на ведущий уровень среди прочих связующих строительных материалов. Гидрофобность и растворимость в большей части современных растворителей, размягчение и увеличение вязкости при постепенном нагревании, пластичность и адгезия – всеми этими свойствами должен обладать качественный битум.

Что такое индекс пенетрации

Пенетрация — это показатель, который характеризует свойства битумов в твердом виде. Иными словами, это глубина, на которую проникает игла при температуре битума в 25 градусов. Для определения данного коэффициента используется специальный прибор Пенетрометр.

Процесс измерения подразумевает замер глубины проникновения калиброванной иглы с учетом заданного промежутка времени и постоянной нагрузкой. Такой замер производится в заданной температуре битума и рассчитывает глубину погружения иглы, что измеряется в отношении 1 к 10 мм. Среди трех подобных измерений выбирается среднее, которое и является индексом пенетрации.

Таблица сравнительных характеристик строительных марок битума

Марка БН (Битум нефтяной строительный)	Предел температуры размягчения, С	Допустимый показатель пенетрации, мм	Допустимый показатель растяжимости (при температуре=25С), см
БН 90 10	90	5-15	1
БН 70 30	70	20-40	3
БН 50 50	50	50-60	40

Таблица сравнительных характеристик кровельных марок битума

Марка БНК (Битум нефтяной кровельный)	Предел температуры размягчения, С	Допустимый показатель пенетрации, мм	Допустимый показатель растяжимости (при температуре=25С), см
БНК 90 30	85-95	25-35	—
БНК 90 40	85-95	35-45	—
БНК 45 180	40-45	140-220	—

Стоит упомянуть еще один качественный показатель, который отлично характеризует битум как дорожный (жидкий или вязкий), строительный изоляционный и кровельный — это удельный и объемный вес. Согласно всем технологическим и строительным стандартам, удельный вес битума должен составлять не более 1 г/см. куб. при его температуре кипения. Все эти показатели обязательно указываются в паспорте продукта.

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.

Свойства и показатели битума

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

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

Процесс монтажа битумного покрытия на крышу.

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

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

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

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

Для определения адгезивных свойств разработано много технологий, а также приборов. Наиболее доступным является визуальный метод

Для проверки не требуется сложных приспособлений.На заметку! Важной особенностью битумных материалов является их свойство прилипать к любым поверхностям минерального или органического происхождения

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

Химический битум

Такой материал не добывают, а производят. Сырьем для него служат остатки, получаемые после перегонки нефти, что заметно снижает стоимость продукта. При этом появляется возможность модифицировать смесь, так как ее свойства зависят от состава и метода получения.

Технология производства

Искусственный вариант получают несколькими методами. По технологии различают и типы искусственного битума.

Остаточный – производится путем глубоковакуумной отгонки на специальных аппаратах. Сырьем служат топливные и смазочные фракции из нефти с высоким содержанием смолы. Продукт получают твердый, слабовязкий.
Окисленный – получают продувкой кислородом гудроновых нефтяных остатков. При этом в смеси увеличивается вязкость, она окисляется и уплотнятся. Такая модификация более эластична и устойчива к нагреву по сравнению с природной.
Крекинговый – производится разложением сырой нефти масла при получении бензина. Остатки окисляют. Продукт отличается высокой хрупкостью и не популярен.
Компаундированный – его получают смешиванием остатков перегонки нефти. Технология предполагает добавку дегтя, легкой нефти, масел, других фракций, чтобы получить битумы с оговоренными свойствами. Такой метод универсален.

Элементарный и компонентный состав

Элементарная формула искусственного битума ничем не отличается от природного – они являются нефтяными продуктами, хотя и производится по разным схемам.

Компонентный состав тоже близок. Однако возможность варьировать содержание разных составляющих в искусственном битуме делает некоторые составляющие более значимыми.

Масла – самая легкая фракция. Чем больше доля масла, тем более эластичным и вязким получается битум и тем более низкая у него температура размягчения. При этом масло – моно-, би-, полициклическое – по-разному влияет на качество смеси.
Парафинонафтеновые углеводороды – основной пластификатор. Больше всего на свойства влияют твердые парафины, их в смеси должно быть не более 3–6%. При повышении доли снижаются структурно-механические характеристики.
Ароматические углеводороды – обычно их немного, так что на свойства они не влияют.
Смолы – главный структурный элемент. Нередко содержат до 10% серы и до 25% азота.
Асфальтные кислоты – при плавлении материала они разлагаются, но не переходят в жидкое состояние. Под действием солнечных лучей становятся нерастворимыми. Это и обеспечивает старение битумных покрытий.

Искусственный битум применяют в тех же работах, что и природный.

Добыча и переработка природных битумов

Добыча и переработка природных битумов производится в следущей последовательности: 1. добыча битумосодержащей породы. 2. разделение битумосодержащей породы на органическую и минеральные части. 3. транспортировка и переработка битума.

В зависимости от условий залегания и физических свойств сырья разработка месторождений природных битумов классифицируется следующим образом:

Карьерным и шахтным очистным. При данном способе породу извлекают на поверхность, где из нее экстрагируют битум органическим растворителем или горячей водой с добавкой эмульгирующих составов. Данным способами разрабатываются месторождения с содержанием в породе битума не менее 10% и глубиной залегания 60 — 90 метров. Коэффициент извлечения битума при этом достигает 85 — 90%. Примером такого способа добычи является Ярегское нефтяное месторождение в Республике Коми.
Шахтным, дренажным. При данном способе битумы добываются в шахте самотеком через дренажные скважины, пробуренные из горных выработок.
Скважинным, внутрипластовым — битумы добываются путем термического или иного физического воздействия на породу насыщенную битумом через скважины, пробуренные с поверхности. Скважинными способами разрабатываются месторождения глубиной залегания жидких природных битумов (битуминозная нефть) более 100 метров. При скважинных способах коэффициент нефтеотдачи достигает в среднем 30%. В Татарстане битуминозную сверхвязкую нефть добывают на Ашальчинском месторождении. Здесь пробурено несколько пар дугообразных скважин с выходом на поверхность. Скважины расположены параллельно друг от друга на расстоянии несколько метров. В одну скважину подается пар, прогревающего пласт, а из другой происходит откачки нефти, ставшей менее вязкой под воздействием прогрева. Данный метод носит экспериментальный характер, экономически себя не оправдавший.

Применение битумов

По назначению битумы разделяются на основные три вида: строительные, кровельные и дорожные.

Строительные битумы — это битумы используемые в строительстве и гидроизоляционных работах. Данные битумы носят марки БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Маркировка битума расшифровывается следующим образом: БНК -Битум Нефтяной Кровельный, первая цифра – температура размягчения, вторая – пенетрация, или глубина проникновения в битума специальной иглы при температуре 25 С и нагрузке 0,1 кг.

Кровельные битумы -применяются для производства кровельных материалов таких как рубероид, гидростеклоизол, пергамин, рубемаст, мастика, битумная бумага, стеклоизол, стеклоэласт, рубитэкс, праймер.
Для пропитки используют битумы марок БНК 45/180 и БНК 45/90, а для получения покровного слоя — битумы марок БНК 90/40 и БНК 90/30.

Твердый Битум также применяют в различных отраслях народного хозяйства: в литейном деле — как один из компонентов модельных составов при прецизионном литье ; в качестве электроизоляционного материала в электротехнической промышленности, а также для отделки различных изделий из бумаги, кожи, дерева, и пр.

Мировые запасы природного битума составляют около 580 млрд т, добыча 115 млн.т

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.

Битум — что это такое?

Битум

Битум (горная смола) – природное или искусственное вещество. Переводится он как «асфальтовый», «горная смола». Он по виду напоминает твердую смолистую субстанцию темно-коричневого или черного цвета. В своем составе он содержит соединения серы, азота, металла, кислорода. Отличаясь высоким сцеплением с различными покрытиями, он используется в качестве связующего при выполнении строительных и ремонтных работ. Материалы, пропитанные им, становятся нечувствительными к влаге и пару. В воде он нерастворим, но растворяется частично в хлороформе, бензоле и некоторых иных растворителях.

Технология приготовления и нанесения

С рулонными материалами из битума для кровли и гидроизоляции всё просто — их раскатывают по конструкциям или по кровле и фиксируют наплавлением или приклеиванием на расплавленный битум. Последний, в свою очередь, может применяться как самостоятельный компонент в строительстве. Для этих целей его нужно правильно подготовить.

Существует 2 формы продажи битума:

Готовые мастики размешивают и наносят на поверхность кистью. Стоят такие растворы дороже твердого битума, а в качестве практически не уступают, но и не выигрывают, кроме удобства.

Чтобы растворить твердый битум, понадобится газовая горелка и толстостенный котел с крышкой. Материал крошат на кусочки небольшого размера и заполняют ими емкость на 2/3. Нагревают котел до заданной в марке температуры, возможно превышение на 10-15°С. При этом, следует следить и за температурой, и за временем: градусов горелки может быть больше, тогда раствор расплавится быстрее, но перегрева допускать нельзя — качество углеводорода будет падать. Температура кипения битума у разных марок своя, самой высокой считается +200°С.

Во время нагрева всплывающие твердые частицы следует вылавливать и утилизировать.

Нагретый раствор наносят на поверхности широкой кистью и валиками. Следует соблюдать технику безопасности при работе с горячим материалом, использовать индивидуальные средства защиты.

Средний расход битума на 1 м2 гидроизоляции при слое 1,5…2,5 мм составляет 1…1,5 кг.

Не стоит также забывать, что многие путают такие физические величины, как «масса» и «вес». Они хоть и связаны между собой, но не являются одним и тем же.

Вспомним определения. Вес – это сила воздействия тела на опору, препятствующую падению. Она возникает в поле сил тяжести. Единица измерения в СИ – ньютон. Вес равен произведению массы на ускорение свободного падения. Масса – это физическая величина, которая определяет инерционные и гравитационные свойства материи. Единица измерения в системе СИ – килограмм. Масса равна произведению плотности вещества и его объема.

Таким образом, для нахождения веса битумной эмульсии сначала нужно найти ее массу по известному объему и плотности.

Источник

Маркировка