Виды и применение битумных вяжущих материалов

Виды и применение битумных вяжущих материалов

Виды и применение битумных вяжущих материалов

Битумные материалы

Битум — это (термопластичное соединение) твердый или вязкопластичный, смолообразный продукт. Он может быть от темно-коричневого до черного цвета. В состав битума входит сложная смесь углеводородов и неметаллических их производных (соединение углеродов с серой, азотом, кислородом и других химических элементов). С латыни битум — bitumen, переводится как — смола, горная смола.

Свойства битума

Битумные материалы характеризуются термопластичностью, то есть при колебании температуры могут принимать твёрдые или смолоподобное состояние. При высокой температуре переходят в жидкое состояние, превращаясь в пластичную массу с низким уровнем текучести. После остывания вновь приобретают первоначальную вязкость, не теряя свойств и характеристик. Также стоит отметить, что битумы не битумы не имеют чёткой температуры плавления (аморфность).
Данные вещества являются нерастворимыми в большей части кислот, воде, солевых растворах и щелочах, однако отлично растворяются в органических растворителях.
Вследствие отсутствия пор в структуре, битум характеризуется высоким уровнем плотности – примерно, 1,50 г/см. Таким образом, даже самый тонкий слой этого инженерно-строительного материала абсолютно водонепроницаем.
Перечисленные качества сделали битумы незаменимыми в строительной отрасли, в укладке дорог, в процессе реализации гидроизоляции разных поверхностей даже в самых неблагоприятных условиях.
В тоже время не стоит забывать о таком свойстве битума, как «старение». Это значит, что через определенное время свойства и характеристики битумов меняются, к примеру, увеличивается хрупкость и уменьшаются гидроизоляционные показатели. В результате неблагоприятного действия ультрафиолетовых лучей в структуре материала снижается количество смолистых веществ и возрастает объем твёрдых частиц.

Состав битума

Материал гидроизоляционный битумный состоит из следующих элементов:

  • углерод: 70–85%
  • водород: 8–15%
  • сера: 1–8%
  • азот: до 2%
  • кислород: 1–5%.

Полный химический состав очень сложен, тем не менее, все простые соединения можно разделить на четыре группы:

  • твёрдые компоненты, которые представлены высокомолекулярными углеводородами (асфальтен, карбоид, карбен). Они обеспечивают тугоплавкость и твёрдость. В различных видах битумов содержание этих веществ может колебаться от 10 до 40%
  • смолы – аморфные соединения, которые содержат серу. Они обеспечивают высокий уровень адгезии к разным поверхностям. Содержится таких веществ от 20 до 40%
  • кислоты выступают в роли поверхностно-активных веществ, защищающих материал от действия ультрафиолета, путем формирования на поверхности плёнки. Их количество не превышает 3%
  • нефтяные масла занимают 30–60% объема. В их составе находятся разнообразные углеводородные соединения. Отвечают они за вязкость и термопластичность
  • парафин повышает хрупкость при низкой температуре. Максимальное количество парафина не должно превышать 5%.

Виды битумных материалов

Для классификации битумов используют два критерия:

  • по происхождению
  • по сфере использования.

По происхождению бывают:

  • природные
  • искусственные.

В процессе природной полимеризации нефти происходит формирование чистого битума. Залежи такого вещества можно обнаружить в районах нефтяных месторождений. Они представлены битумными озёрами или линзами. Но, данные явления крайне немногочисленны. Зачастую наблюдается пропитывание осадочных пород природным битумом, вследствие чего процесс его добычи из горючих полезных ископаемых нецелесообразен.
Природные битумы бывают трех подвидов:

  • поверхностные: формируются вследствие выхода битум содержащих пород на поверхность
  • жильные: в них содержится незначительное количество примесей минералов
  • пластовые представляют собой горную породу, которая пропитана битумом.

Изготовление природного битума можно разделить на такие главные технологические этапы:

  • добыча битум содержащего сырья. Принимая во внимание особенности месторождения, можно использовать дренажный, шахтный, скважинный, карьерный и прочие способы
  • фракционирование массы на минеральные и органические составляющие. Для этого процесса применяют метод выварки в воде. А чтобы извлечь из горных пород используют растворители
  • далее промежуточный продукт подается на дальнейшую переработку, с целью добычи чистого битума.

Вследствие трудности получения природного битум содержащего сырья и последующей его переработки, конечный продукт стоит очень дорого. Таким образом, природный битум имеет довольно ограниченную сферу использования.
Искусственные (нефтяные) битумы создают из остатков перегонки нефти – гудрона. В результате нагревания или продувки гудрона кислородом получают полутвёрдую или твёрдую субстанцию, которая и является искусственным нефтяным битумом.
Чтобы получить такой продукт используют три технологии:

  • концентрирование. Этот процесс осуществляется методом перегонки нефтяных остатков в условиях вакуума. Вследствие чего получают остаточные битумы, иначе называемые осаждёнными. Их можно получить только из высокосмолистого сырья, к примеру, остатков перегонки сернистой нефти. Конечный продукт – твёрдое соединение с низким коэффициентом вязкости
  • окисление. Этот метод наиболее популярен в сфере получения искусственных битумов. Этот процесс осуществляется при температуре 180–300ºC. Такой способ позволяет получить более высокое содержание в битуме асфальтенов и смол, поэтому готовое соединение отличается теплостойкостью и эластичностью
  • смешивание. В результате пропорционального смешивания битумов, которые получены двумя предыдущими методами с дистиллятами и другими остатками, получаются компаундированные битумы. Также в это сырьё добавляют разные присадки, к примеру, дёготь, каменноугольное масло, полимеры и прочие добавки.

Создавать искусственные битумы менее сложный и затратный процесс, что отражается на цене готового продукта. Именно вследствие своей доступной стоимости нефтяные битумы широко применяются в различных сферах.

По области использования битумы бывают:

  • дорожные, которые применяют в дорожном строительстве. Они бывают вязкими и жидкими. Битумно вяжущие материалы применяются в качестве вяжущего вещества при создании асфальта, для верхнего слоя дорог. Жидкие используют при дорожном строительстве, для гидроизоляции оснований
  • строительные. Их получают в результате окисления остатков переработки сырой нефти. Они бывают таких марок БН: 50/50; 70/30; 90/10
  • кровельные выпускают следующих марок БНК: 40/180; 45/190. Они создаются методом окисления продуктов, которые остаются после атмосферно-вакуумной перегонки нефти
  • изоляционные битумы создают при помощи окисления продуктов, остающихся в результате прямой перегонки, а также смесей остатков нефти с асфальтами и другими компонентами.

Применение битумных материалов в строительстве

Битумы используют во всех строительных направлениях:

  • чтобы защитить основание от грунтовых вод, гидроизолировать перекрытия, создать плоскую кровлю
  • чтобы изготовить асфальтобетон, применяемый для строительства дорог
  • чтобы создать кровельные и другие гидроизоляционные материалы, мастики
  • чтобы создать изоляцию трубопроводов.

В целях применения по прямому назначению, битум нужно размягчить до пластичного (жидкого) состояния. Это делают тремя методами:

  • нагревание до 130–170 ºC
  • использование органического растворителя. Данный метод дает возможность размягчить твёрдый продукт до необходимой консистенции без нагрева. Таким образом, создают мастики, наносимые холодным методом
  • эмульгирование битума с целью создания паст и эмульсий.

Битумные кровельные материалы

Кровельный ковер продает рулонами. Укладывать его нужно в два слоя. Отметим, что верхний слой должен быть обязательно покрыт защитной посыпкой. Чтобы монтаж был наиболее качественным нужно выбирать надежные комплектующие для кровли, которые соответствуют всем установленным стандартам и нормам безопасности.
Все битумные рулонные материалы делятся на такие категории:

  • основные
  • безосновные (структура полотна)
  • битумные
  • полимерные
  • битумно-полимерные (тип компонентов покровного состава)
  • картонные
  • стекловолокнистые
  • комбинированные.

Битум становится мягким при температуре 45-50°С. Этого крайне мало для кровельного материала. С целью повышения теплостойкости конечного продукта, битум окисляют. В результате этого понижается морозостойкость материала. Стоимость данного кровельного материала доступна для потребителей. Битумный кровельный материал может применяться и для гидроизоляции внутри здания.
Битумно полимерный материал стоит дороже, чем чисто битумный, однако он более долговечный. Такой материал характеризуется более широким диапазоном рабочих температур и более высокой надежностью.

Битумно наплавляемые материалы

Растущая популярность наплавляемой кровли обусловлена её демократичной ценой и легкостью монтажа. Чтобы осуществить укладку этого покрытия потребуется лишь бытовая газовая горелка и базовые навыки проведения кровельных работ. Специальные требования к поверхности основания не предъявляются, поэтому монтаж крыши из наплавляемого рулонного материала сможет реализовать любой владелец гаража, загородного участка или торговой палатки.
Благодаря использованию наплавляемых кровельных покрытий можно обеспечить:

  • высококачественную защиту крыши зданий и жилых помещений от пагубного действия ветра и атмосферных осадков
  • сохранение тепла в зимний период и защиту от перегрева жаркими летними днями.

Область использования наплавляемых материалов довольно широка:

  • монтаж кровельного покрытия
  • гидроизоляция, к примеру, в процессе создания фундамента зданий
  • возведение конструкций под землей, к примеру, подвалы, кессоны, цокольные этажи
  • создание бассейнов и прочих аналогичных конструкций.

Использовать рулонные наплавляемые материалы можно в любых климатических зонах, даже в регионах с суровым морозным климатом.

Битумные вяжущие: виды, свойства и структура

Виды битумных вяжущих

Битумные и дегтевые вяжущие вещества наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На основе этих вяжущих производят большое количество материалов и изделий для строительства: асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, мастики, пасты, эмульсии и некоторые лаки.

Битумные материалы могут быть как природные, встречающиеся в виде отдельных скоплений или чаще пропитывающие горные породы, так и искусственные, получаемые при переработке нефти. Дегтевые — искусственные материалы, получаемые в заводских условиях при сухой перегонке твердых видов топлива.

Различают следующие группы битумных и дегтевых вяжущих веществ:

  • битумные, состоящие из нефтяных битумов или из сплавов нефтяных и природных битумов;
  • дегтевые — каменноугольные или сланцевые или сплавы дегтевых масел с пеками;
  • смешанного вида — гудрокамовые (продукты совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона);
  • дегте- и битумополимерные, содержащие нефтяные битумы пли каменноугольные дегтевые вещества и полимеры.

Битумные и дегтевые вяжущие имеют темно-коричневый или черный цвет, поэтому их часто называют «черными вяжущими».

Наиболее широкое применение в строительстве и производстве строительных материалов получили битумные вяжущие и особенно нефтяные битумы. Дегтевые материалы применяют ограниченно, так как большинство их служит сырьем для получения разных ценных химических продуктов. К тому же дегтевые вяжущие и материалы на их основе в условиях эксплуатации под влиянием влаги, кислорода воздуха, солнечной радиации сравнительно быстро «стареют», становясь хрупкими и малопрочными, обладают неприятным запахом и выделяют вредные для здоровья вещества.

По консистенции (при температуре 18°С) битумы могут быть твердыми, обладающими упругими, а иногда хрупкими свойствами, полутвердыми (вязкопластичными) и жидкими (легкотекучими). Твердые и полутвердые битумы транспортируют и железнодорожных цистернах, оборудованных подогревательными устройствами; жидкие битумы — в нефтяных и мазутных цистернах. Хранить битумы следует в специальных хранилищах.

Природные битумы

Природные битумы отличаются высокой атмосферостойкостью и хорошим прилипанием к поверхности каменных материалов, но из-за дефицитности и высокой стоимости в строительстве применяют ограниченно. Их используют главным образом в химической и лакокрасочной промышленности.

Нефтяные битумы

Нефтяные битумы получают из нефти путем обработки остатков, образующихся при ее фракционной перегонке на нефтеперерабатывающих заводах. В зависимости от способа производства различают остаточные, окисленные и крекинговые нефтяные битумы.

Остаточные битумы

Остаточные битумы получают путем глубокого отбора масел из гудронов. При нормальной температуре это твердые или полутвердые продукты относительно малой вязкости. Для повышения вязкости остаточные битумы или гудрон подвергают окислению, продувая через них воздух. При продувке под воздействием кислорода воздуха нефтяные остатки окисляются и уплотняются за счет образования высокомолекулярных компонентов, их вязкость повышается, в результате чего получаются окисленные битумы.

Окисленные битумы

Окисленные битумы более погодостойки, чем остаточные, и по долговечности не уступают природным битумам. Смешивая битум, полученный как остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном, с масляными дистиллятами, получают смешанные (компаундированные) битумы.

Крекинговые битумы

Крекинговые битумы получают окислением (продувка воздухом) крекинг-остатков, образующихся при переработке мазута, с целью увеличения выхода бензина, крекинг-процессом, т.е. расщеплением углеводородов при высоких температурах и больших давлениях.

Состав и структура битума

Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов, главным образом метанового и нафтенового рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных. Элементарный химический состав всех битумов достаточно близок. В них 70. 87% углерода, до 15% водорода, до 10% кислорода, до 1,5% серы (в природных битумах до 10%), небольшое количество азота. Элементарный химический состав битумов позволяет судить только о материальном балансе элементов, из которых построены компоненты битумов, и не дает представления о десятках химических соединений, содержащихся в битумах, и об их влиянии на структуру и свойства битумов.

Масла — жидкая при обычной температуре группа углеводородов, плотностью менее единицы и молекулярной массой 100…500. Повышенное содержание масел в битуме придает им подвижность и текучесть.

Смолы — вязкопластичные вещества, твердые или полутвердые при обыкновенной температуре, плотностью около единицы и молекулярной массой 500. 1000. Состав углеводородов в смолах более сложный, чем в маслах. Смолы придают битумам вяжущие свойства и пластичность.

Асфальтены — твердые неплавкие высокополициклические соединения с плотностью более единицы и молекулярной массой 1000…5000 и более. Некоторые асфальтены растворимы в маслянистых и смолистых фракциях, другие — карбены и карбоиды, содержащие свободный углерод, нерастворимы. Асфальтены придают битуму твердость и теплоустойчивость. При длительном нагревании битума в присутствии воздуха масла и смолы переходят в асфальтены. Чрезмерно большое количество асфальтенов в битуме может образоваться также под действием солнечной радиации, что вызывает постепенное разрушение — «старение» битума.

Асфальтогеновые кислоты принадлежат к группе полинафтеновых кислот; их консистенция может быть твердой или высоковязкой. Являясь поверхностно-активной частью битума, они способствуют повышению прочности сцепления битума с каменными и другими материалами.

Свойства битумных вяжущих

Важнейшими свойствами битумов для их применения в строительстве являются:

  • способность при нагревании (до 80…170°С) или добавлении растворителей (разжижителей) переходить в вязкожидкое состояние и объединяться с каменными или другими строительными материалами;
  • способность при понижении температуры (до 20…25°С и ниже) или испарении растворителей вновь загустевать и образовывать единый материал, сцепляться с введенными в них или пропитанными и обмазанными ими другими материалами (асфальтовые бетоны и растворы, кровельные и гидроизоляционные материалы);
  • способность придавать гидрофобные (водоотталкивающие) свойства другим материалам, обработанным битумом.

Основными свойствами, определяющими качество твердых и полутвердых битумов и деление их на марки, являются вязкость, температура размягчения и хрупкости, пластичность; для жидких битумов — вязкость и фракционный состав (содержание летучих масел).

Вязкость битумов

Вязкость битумов является характеристикой его структурно-механических свойств и зависит от группового состава и температуры. При повышении температуры вязкость снижается, при понижении — резко возрастает; при отрицательных температурах битум становится хрупким. По ГОСТу на методы испытаний твердых и вязких битумов вязкость, точнее текучесть (величину, обратную вязкости), определяют условным показателем — глубиной проникания иглы в битум при определенных нагрузке, температуре и времени погружения на пенетрометре. Чем выше вязкость битума, тем меньше глубина погружения иглы. Вязкость жидких битумов определяют на стандартном вискозиметре по времени (в секундах) истечения порции битума при определенной температуре битума и диаметре отверстия прибора.

Температура размягчения

Температурой размягчения битума условно считают температуру, при которой битум переходит из твердого состояния в пластичное, приобретая подвижность. Она соответствует температуре, при которой образец битума под грузом в виде шарика при нагревании размягчится настолько, что коснется нижней полочки этажерки стандартного прибора «кольцо и шар». Это свойство битума характеризует верхний температурный предел его применения. Нижний температурный предел применения битума характеризуется температурой хрупкости, при которой появляется первая трещина в тонком слое битума, нанесенном на стальную пластинку стандартного прибора при ее изгибе и распрямлении. Температурный интервал между температурой хрупкости и температурой размягчения называют температурным рабочим интервалом, который учитывают при выборе битума для применения в определенных температурных условиях.

Свойства битумов тесно связаны между собой. Твердые битумы (с малой глубиной проникания иглы) имеют высокую температуру размягчения, но малую растяжимость, т. е. являются относительно хрупкими (особенно при отрицательных температурах). Битумы с низкой температурой размягчения, т. е. мягкие, обладают высокой пластичностью.

Для учета огнеопасности при нагревании битума определяют температуру вспышки паров, выделяемых из битума при нагревании от поднесенного пламени.

Битумы обладают и другими важными свойствами: водостойкостью и водонепроницаемостью; стойкостью к действию водных растворов многих кислот, щелочей, солей и к большинству агрессивных газов; способностью частично или полностью растворяться в различных органических растворителях (хлороформе, спирте, бензине, бензоле, сероуглероде, дихлорэтане и др.).

Применение битумных вяжущих

Твердые и полутвердые нефтяные битумы применяют для дорожных покрытий, изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов, некоторых герметизирующих материалов, а жидкие битумы используют в основном при строительстве дорог (для обработки гравийных и щебеночных смесей, изготовления асфальтовых материалов).

вернуться к выбору статей ремонт своими руками

Битумные вяжущие: виды, свойства и структура Виды битумных вяжущих

Битумные и дегтевые вяжущие вещества наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На основе этих вяжущих производят большое количество материалов и изделий для строительства: асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, мастики, пасты, эмульсии и некоторые лаки.

Битумные материалы могут быть как природные, встречающиеся в виде отдельных скоплений или чаще пропитывающие горные породы, так и искусственные, получаемые при переработке нефти. Дегтевые — искусственные материалы, получаемые в заводских условиях при сухой перегонке твердых видов топлива.

Различают следующие группы битумных и дегтевых вяжущих веществ:

  • битумные, состоящие из нефтяных битумов или из сплавов нефтяных и природных битумов;
  • дегтевые — каменноугольные или сланцевые или сплавы дегтевых масел с пеками;
  • смешанного вида — гудрокамовые (продукты совместного окисления каменноугольных масел и нефтяного гудрона);
  • дегте- и битумополимерные, содержащие нефтяные битумы пли каменноугольные дегтевые вещества и полимеры.

Битумные и дегтевые вяжущие имеют темно-коричневый или черный цвет, поэтому их часто называют «черными вяжущими».

Наиболее широкое применение в строительстве и производстве строительных материалов получили битумные вяжущие и особенно нефтяные битумы. Дегтевые материалы применяют ограниченно, так как большинство их служит сырьем для получения разных ценных химических продуктов. К тому же дегтевые вяжущие и материалы на их основе в условиях эксплуатации под влиянием влаги, кислорода воздуха, солнечной радиации сравнительно быстро «стареют», становясь хрупкими и малопрочными, обладают неприятным запахом и выделяют вредные для здоровья вещества.

По консистенции (при температуре 18°С) битумы могут быть твердыми, обладающими упругими, а иногда хрупкими свойствами, полутвердыми (вязкопластичными) и жидкими (легкотекучими). Твердые и полутвердые битумы транспортируют и железнодорожных цистернах, оборудованных подогревательными устройствами; жидкие битумы — в нефтяных и мазутных цистернах. Хранить битумы следует в специальных хранилищах.

Природные битумы отличаются высокой атмосферостойкостью и хорошим прилипанием к поверхности каменных материалов, но из-за дефицитности и высокой стоимости в строительстве применяют ограниченно. Их используют главным образом в химической и лакокрасочной промышленности.

Нефтяные битумы получают из нефти путем обработки остатков, образующихся при ее фракционной перегонке на нефтеперерабатывающих заводах. В зависимости от способа производства различают остаточные, окисленные и крекинговые нефтяные битумы.

Остаточные битумы получают путем глубокого отбора масел из гудронов. При нормальной температуре это твердые или полутвердые продукты относительно малой вязкости. Для повышения вязкости остаточные битумы или гудрон подвергают окислению, продувая через них воздух. При продувке под воздействием кислорода воздуха нефтяные остатки окисляются и уплотняются за счет образования высокомолекулярных компонентов, их вязкость повышается, в результате чего получаются окисленные битумы.

Окисленные битумы более погодостойки, чем остаточные, и по долговечности не уступают природным битумам. Смешивая битум, полученный как остаточный продукт после обработки гудрона жидким пропаном, с масляными дистиллятами, получают смешанные (компаундированные) битумы.

Крекинговые битумы получают окислением (продувка воздухом) крекинг-остатков, образующихся при переработке мазута, с целью увеличения выхода бензина, крекинг-процессом, т.е. расщеплением углеводородов при высоких температурах и больших давлениях.

Состав и структура битума

Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов, главным образом метанового и нафтенового рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных. Элементарный химический состав всех битумов достаточно близок. В них 70. 87% углерода, до 15% водорода, до 10% кислорода, до 1,5% серы (в природных битумах до 10%), небольшое количество азота. Элементарный химический состав битумов позволяет судить только о материальном балансе элементов, из которых построены компоненты битумов, и не дает представления о десятках химических соединений, содержащихся в битумах, и об их влиянии на структуру и свойства битумов.

Масла — жидкая при обычной температуре группа углеводородов, плотностью менее единицы и молекулярной массой 100…500. Повышенное содержание масел в битуме придает им подвижность и текучесть.

Смолы — вязкопластичные вещества, твердые или полутвердые при обыкновенной температуре, плотностью около единицы и молекулярной массой 500. 1000. Состав углеводородов в смолах более сложный, чем в маслах. Смолы придают битумам вяжущие свойства и пластичность.

Асфальтены — твердые неплавкие высокополициклические соединения с плотностью более единицы и молекулярной массой 1000…5000 и более. Некоторые асфальтены растворимы в маслянистых и смолистых фракциях, другие — карбены и карбоиды, содержащие свободный углерод, нерастворимы. Асфальтены придают битуму твердость и теплоустойчивость. При длительном нагревании битума в присутствии воздуха масла и смолы переходят в асфальтены. Чрезмерно большое количество асфальтенов в битуме может образоваться также под действием солнечной радиации, что вызывает постепенное разрушение — «старение» битума.

Читайте также  Как выглядит росток арбуза

Асфальтогеновые кислоты принадлежат к группе полинафтеновых кислот; их консистенция может быть твердой или высоковязкой. Являясь поверхностно-активной частью битума, они способствуют повышению прочности сцепления битума с каменными и другими материалами.

Свойства битумных вяжущих

Важнейшими свойствами битумов для их применения в строительстве являются:

  • способность при нагревании (до 80…170°С) или добавлении растворителей (разжижителей) переходить в вязкожидкое состояние и объединяться с каменными или другими строительными материалами;
  • способность при понижении температуры (до 20…25°С и ниже) или испарении растворителей вновь загустевать и образовывать единый материал, сцепляться с введенными в них или пропитанными и обмазанными ими другими материалами (асфальтовые бетоны и растворы, кровельные и гидроизоляционные материалы);
  • способность придавать гидрофобные (водоотталкивающие) свойства другим материалам, обработанным битумом.

Основными свойствами, определяющими качество твердых и полутвердых битумов и деление их на марки, являются вязкость, температура размягчения и хрупкости, пластичность; для жидких битумов — вязкость и фракционный состав (содержание летучих масел).

Вязкость битумов

Вязкость битумов является характеристикой его структурно-механических свойств и зависит от группового состава и температуры. При повышении температуры вязкость снижается, при понижении — резко возрастает; при отрицательных температурах битум становится хрупким. По ГОСТу на методы испытаний твердых и вязких битумов вязкость, точнее текучесть (величину, обратную вязкости), определяют условным показателем — глубиной проникания иглы в битум при определенных нагрузке, температуре и времени погружения на пенетрометре. Чем выше вязкость битума, тем меньше глубина погружения иглы. Вязкость жидких битумов определяют на стандартном вискозиметре по времени (в секундах) истечения порции битума при определенной температуре битума и диаметре отверстия прибора.

Температура размягчения

Температурой размягчения битума условно считают температуру, при которой битум переходит из твердого состояния в пластичное, приобретая подвижность. Она соответствует температуре, при которой образец битума под грузом в виде шарика при нагревании размягчится настолько, что коснется нижней полочки этажерки стандартного прибора «кольцо и шар». Это свойство битума характеризует верхний температурный предел его применения. Нижний температурный предел применения битума характеризуется температурой хрупкости, при которой появляется первая трещина в тонком слое битума, нанесенном на стальную пластинку стандартного прибора при ее изгибе и распрямлении. Температурный интервал между температурой хрупкости и температурой размягчения называют температурным рабочим интервалом, который учитывают при выборе битума для применения в определенных температурных условиях.

Свойства битумов тесно связаны между собой. Твердые битумы (с малой глубиной проникания иглы) имеют высокую температуру размягчения, но малую растяжимость, т. е. являются относительно хрупкими (особенно при отрицательных температурах). Битумы с низкой температурой размягчения, т. е. мягкие, обладают высокой пластичностью.

Для учета огнеопасности при нагревании битума определяют температуру вспышки паров, выделяемых из битума при нагревании от поднесенного пламени.

Битумы обладают и другими важными свойствами: водостойкостью и водонепроницаемостью; стойкостью к действию водных растворов многих кислот, щелочей, солей и к большинству агрессивных газов; способностью частично или полностью растворяться в различных органических растворителях (хлороформе, спирте, бензине, бензоле, сероуглероде, дихлорэтане и др.).

Битум: виды, характеристики, свойства, применение, маркировка, фото, видео

Битум – незаменимая составляющая строительства. Благодаря своим уникальным характеристикам, битум надежно закрепился в строительной промышленности. Его практичность, долговечность и дешевизна не оставляют ни единого шанса альтернативным стройматериалам.

Характеристики битума

Битум – это асфальтоподобный материал, полученный искусственным образом. Является итоговым продуктом переработки натуральных битумов, остатков после обработки угля, нефти, сланцевых смол и торфяных экстрактов.

В зависимости от составляющих и характеристик различают несколько разновидностей битума:

  • Природный/натуральный битум – является побочным материалом при добыче нефтепродуктов из разнообразных горных пород. Характеризуются высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей, воды.
  • Строительный битум – продукт нефтяной перегонки и смешивания с разнообразными строительными компонентами (остатками маслопроизводства, асфальтом и пр.). Для работы с кровельными материалами и для высотных работ обычно используется битум марки БНК 45/180, БНК 45/90, БНК 90/40 или БНК 90/30. Характеризуются высокой устойчивостью к намоканию и воздействию высоких температур. По сравнению с кровельными битумами, строительные имеют большую сопротивляемость возгоранию.

  • Дорожный битум – самый востребованный вид битумов. Основные марки дорожного битума: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200 и БНД 200/300. Характеризуется большим коэффициентом пенетрации (проникновения в среду). Битумы с большими показателями пенетрации актуальны для северных районов, с меньшими – для южных.

Характеристики битумов постоянно изменяются и совершенствуются. Так, для того чтобы улучшить качества этого стройматериала, в него добавляют различные искусственные добавки, которые направленно усиливают те или иные характеристики. Как правило, такие химические ингредиенты позволяют повысить сопротивление резким перепадам температур, холоду или жаре.

Основные характеристики, по которым можно оценить качество битума:

• показатели температуры по хрупкости,

• показатели температуры по размягчению,

Соответственно, химические добавки для битумов направлены на улучшение этих характеристик. Цена битума напрямую зависит от качества и целевого применения стройматериала. Оптимизированные марки, устойчивые к большим нагрузкам и обладающие хорошей растяжимостью, будут стоить дороже. Как правило, все необходимые показатели отражены на маркировке битума.

Физические свойства битума:

Наименование параметра:Значение:
Плотность, г/см 3

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%.

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.

Разновидности

Битумы классифицируются по нескольким признакам. Первый критерий – происхождение и состав.

  1. Природные битумы получают при добыче нефтяных полезных ископаемых. Их основной состав – углеводороды и производные, которые получаются при активном окислении нефтяных веществ в недрах земли. Природный углеводород может быть твердым или вязким. В привычном виде вещество получают на производстве, отделяя нужные фракции.
  2. Битумы для укладки асфальта получают при добыче пористых полезных ископаемых, залегаемых глубоко в недрах земной коры. Породу измельчают вместе с углеводородным веществом, получается материал для дорожных работ.
  3. Строительный битум – это синтетический продукт, получаемый из нефти промышленным путём. Материал используют для гидроизоляции конструкций и производства кровельных рулонных материалов и мягкой черепицы. Синтетический углеводород твердой структуры, для применения его растапливают до жидкого состояния, после чего он снова фиксирует свою форму уже на рабочей поверхности.

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.

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.

Применяемое битумное вяжущее в битумных рулонных материалах

Битум

Битум – это жидкие, полутвердые или твердые соединения сложных органических веществ, состоящих из смеси углеводородов и их соединений с кислородом, серой, азотом.

Битумы могут быть природного происхождения или получены при переработке нефти, торфа, углей и сланцев.

Для производства рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов используют искусственные битумы, полученные при переработке нефти.

Для производства битумных рулонных материалов применяют 2 вида вяжущего:

  • на основе окисленного битума;
  • битумно-полимерное вяжущее.

Окисленный битум

Окисленный битум – самый дешевый способ повышения температуры размягчения битумов – окисление. При этом в битуме образуется жесткая структура асфальтенов.

При образовании такой структуры резко повышается вязкость смеси (об этом свидетельствует уменьшение пенетрации), повышается жесткость. Естественно деформативные свойства и пластичность так же сильно снижаются.

Битумно-полимерное вяжущее

При модификации полимерами происходит изменение свойств битума за счет придания им новых свойств, аналогичных свойствам полимера-модификатора.

Битум сохраняет начальную пластичность, и смесь наследует уникальные свойства полимера.

СБС-модифицированные битумы

Получают путем введения в битумную массу стирол-бутадиен-стирол. СБС — искусственный каучук, относящийся к термоэластопластам, представляет собой полистирольные блоки, соединенные между собой полибутадиеном, выполняющим роль эластичной «пружинки».

При введении в битум полимер адсорбирует ароматические соединения масел, набухая в них. СБС активно влияет на свойства битума, понижая его температуру хрупкости (до -35°С), повышая температуру размягчения (до +110°С).

Смешивание СБС-полимера с битумом:

Кроме того, СБС-модифицированные битумы отличаются высокой эластичностью (удлинение при разрыве – более 600%).

АПП-модифицированные битумы

Получают путем введения в битумную массу атактического и изотактического полипропилена (изомеров полипропилена).

АПП довольно легко растворяется в битуме, и для производства качественного материала достаточно высокоскоростного миксера. При перемешивании полимер с растворенными в нем маслами образует защитную оболочку вокруг мелких частиц битума.

Чем равномернее распределен полимер в битуме, тем выше защита битума от преждевременного старения.

АПП–модифицированные смеси, применяемые для производства битумно-полимерных материалов, имеют высокую температуру размягчения — до +140°С и относительно небольшое удлинение при разрыве – около 150%. Температура хрупкости по Фраасу находится в пределах от -15 до -20°С.

АПП-битумы отличаются высокой стойкостью к ультрафиолетовому излучению, а также химической стойкостью к щелочам и кислотам, более высокой тепловой стойкостью по сравнению с СБС-модифицированными битумами.

Материалы на битумно-полимерном вяжущем обладают более высокими физико-механическими свойствами вяжущего (более широкий диапазон между гибкостью и теплостойкостью), что обеспечивает лучшую долговечность на кровле и на фундаментах.

Материалы на СБС-модификаторе рекомендуется применять в умеренном климате, материал остается гибким, эластичным и не растрескивается на морозе, при этом теплостойкость материала остается на высоком уровне.

Материалы на АПП-модификаторе рекомендуется применять в жарком климате (южные регионы), где очень важна теплостойкость и пластичность материала.

Основные свойства битумного вяжущего

Температура размягчения вяжущего

При нагревании битумы и битумные вяжущие постепенно переходят в жидкотекучее состояние.

Температура размягчения битумов — температура, при которой битумы из относительно твердого состояния переходят в жидкое.

Пенетрация

Глубина, на которую проникает игла определенного диаметра (вес 100 г за 5 сек, диаметр 1 мм).

Глубина проникновения характеризует мягкость битума.

Температура хрупкости

Температура, при которой вяжущее разрушается под действием кратковременной нагрузки.

Температура хрупкости по Фраасу – это температура, при которой модуль упругости битума при длительности нагружения 11 секунд для всех одинаков и равен 11 МПа.

Характеристика битумных вяжущих веществ. Классификация, маркировка, состав, свойства, применение

Битумы — вяжущие вещества, сложные соединения из смеси углеводородов нафтенового, ароматического и метанового рядов и их сернистых, кислородных и азотистых производных, полностью растворимых в сероуглероде. Химический состав битумов сложен, они содержат около 200 различных органических веществ.

Различают битумы 3-х видов:

o природные;

o искусственные нефтяные;

o сланцевые.

Природные битумы – органическое вещество, почти без запаха, пластичное в нагретом состоянии, представленное в виде вязкой жидкости или твердообразного вещества темно-коричневого или черного цвета, которые в чистом виде встречаются сравнительно редко, образуя озёра; часто пропитывают асфальтовые (или битумные) горные породы – асфальтовые известняки, песчаники, пески и доломиты. Из асфальтовых пород природные битумы получают экстрагированием с помощью различных растворителей (но это дорогостоящий способ, поэтому он не получил достаточного распространения) или вывариванием в горячей воде.

Природный битум образовался в верхних слоях земной коры из нефти в результате медленного удаления из нее легких и средних фракций, а также в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Осадочные горные породы, пропитанные природным битумом, называют асфальтовыми.

Отличительные особенности природного битума от искусственного:

ü высокая атмосферостойкость;

ü замедленные темпы старения.

Применение – в связи с дефицитностью и высокой стоимостью применяют в основном для производства битумных лаков.

Нефтяные битумы – продукты переработки нефти и ее смолистых остатков – по стоимости почти в шесть раз ниже природных. Нефть – жидкое горючее ископаемое в виде маслянистой тёмно-бурой жидкости с присущим ей запахом керосина; представляет собой сложную смесь большого числа углеводородов различных классов, а также их соединений с кислородом, серой, азотом.

В зависимости от вязкости нефтяные битумы делят на:

В зависимости от скорости формирования структуры жидкие битумы

делятся на три класса:

Ø БГ – быстрогустеющие;

Ø СГ – среднегустеющие;

Ø Г – медленногустеющие.

Жидкие битумы применяют в качестве вяжущего в подогретом до 60-100 о С состоянии — при строительстве дорог (для обработки гравийных и щебеночных смесей, изготовления асфальтовых материалов).

В зависимости от способа переработки нефтяные битумы делят на:

Ø Остаточные (гудроны);

Ø компаундированные (смешанные);

Ø битумы деасфальтизации.

Остаточные битумы (гудрон) образуются после отгонки из нефти бензина, керосина и глубокого отбора части масел; при нормальной температуре являются твердыми веществами. Гудрон – остаток после отгонки из мазута масляных фракций; он является основным сырьем для получения нефтяных битумов.

Окисленные битумы (полутвердое состояние) получают в кубах (конверторах) непрерывного или периодического действия путем продувки воздуха через нефтяные остатки, которые при этом окисляются и уплотняются под действием кислорода.

Крекинговые битумы получают при крекинге (разложении при высокой температуре) нефти и нефтяных масел (жидкие битумы).

Компаундированные битумы получают смешиванием нефтяных продуктов различной вязкости. Компаундирование – это вторичный процесс их переработки. Ведь битум или смолистый остаток, полученный перегонкой, окислением, экстракцией или деасфальтизацией, не всегда удовлетворяет требованиям по всем показателям, предъявляемым к дорожным битумам. Поэтому путём смешения битума с другими смолистыми остатками соответствующего состава можно значительно улучшить его свойства и довести до требуемых характеристик.

Битумы деасфальтизации получают осаждением асфальтосмолистой части гудронов пропаном и другими растворителями.

В строительстве чаще используют остаточные и окисленные битумы. Нефтяные битумы в нагретом состоянии разливают в тару и после остывания отправляют по назначению. Сланцевые битумы – битумы, образующиеся при переработке продуктов перегонки битуминозных (горючих) сланцев без доступа воздуха.

Термин «сланцевые битумы» не совсем точен. По свойствам и химическому составу они приближаются к битумным материалам, а по способу лучения – к дегтям. Область применения сланцевых битумов в основном та же, что и нефтяных.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector