Мастика для дорожного строительства

Где добывают природные битумы

Процедура получения и комплексного превращения природных битумов осуществляется в следующем порядке:

• промысел битумосодержащей породы
• выделение из битумосодержащей породы органической и минеральной частей
• перевозка битума
• этапы переработки битума.

Исходя из условий расположения и физических характеристик сырья процесс разработки месторождений природных битумов ведется такими методами:

• карьерный и шахтный очистной метод подразумевает извлечение породы на поверхность с дальнейшим экстрагированием битума при помощи растворителя или горячей воды с добавкой эмульгирующих компонентов
• шахтный дренажный метод подразумевает добычу природных битумов в шахте самотёком посредством системы восходящих дренажных скважин, пробурённых из горных выработок
• скважинный внутрипластовой метод отличается добычей природных битумов при помощи термического или иного действия на битумонасыщенные породы через скважины, пробурённые с поверхности.

Рудничные (карьерный и шахтный) методы подходят для разработки месторождений с битумонасыщенностью вмещающих пород более 10 % и глубиной залегания 60 — 90 метров. Доля добычи битума при этом составляет около 85 — 90 %. Именно так добывается битум на Ярегском нефтяном месторождении в Республике Коми. Скважинные методы подходят для разработки месторождений жидких природных битумов, к примеру, битуминозной нефти. Глубина залегания таких месторождений превышает 100 метров. Такой метод позволяет добиться коэффициента нефтеотдачи лишь 30 %. Различные природные битумы – это еще не товарный продукт, как нефть или газ. Чтобы получить товарный продукт нужно осуществлять дополнительные технологические процессы. Нефтяные битумы можно получить на нефтеперерабатывающем заводе из различных видов нефти, которые имеют различный химический состав. На перерабатывающем предприятии нефть перегоняют с выделением фракций:

• светлые продукты — бензин, лигроин, керосин
• смазочные масла
• другие виды нефтепродуктов.

Остаточные продукты по окончанию отбора более легких по массе фракций — гудрон, крекинг — далее применяют как сырье для производства нефтяных битумов определенных параметров. Сегодня существуют такие методы получения нефтяных битумов:

• атмосферно-вакуумная перегонка нефти с получением остаточных битумов, которые имеют низкую вязкость и чаще всего подвергаются окислению
• окисление нефтяных остатков с получением окисленных битумов. Такие продукты имеют более высокую вязкость
• смешение остатков, образующихся при перегонке нефти с получением компаундированных битумов. Их производят при помощи смешения битума деасфальтизации (конечный продукт обработки гудрона жидким пропаном) с масляными дистиллятами.

История

Битум — древнейший строительный и отделочный материал. О свойствах природного битума — «земляной смолы», применявшейся для скрепления наконечников древних копий и делающей посуду водонепроницаемой, древний человек знал еще в эпоху неолита — эпоху позднейшего каменного века. Битумная посуда предшествовала глиняной. Битум использовали в строительстве для изоляции достаточно редкого для Месопотамии дерева. Природный битум часто использовался как связующее вещество при создании мозаик из полудрагоценных камней и раковин (Урский штандарт, мозаичное панно из аль-Убейда). В древнем мире монополия на природный битум изначально принадлежала Месопотамии и составляла значительную часть экспорта. В Древнем Египте битумом пользовались для бальзамирования и мумификации. В Древнем Шумере эту субстанцию называли «эсир», аккадцы — «идду», арабы, проживавшие на территории Ирака, дали ей много имен: «сайали», «зифт» и «кар».

Битумы нефтяные строительные

Битум строительный бывает:

• для общестроительных работ. В этой категории три марки нефтяных битумов: БН-50/50; БН-70/30 и БН-90/10, где числитель – коэффициент температуры размягчения, а знаменатель – средний показатель пределов изменения пенетрации
• для кровельных работ, марок БНК45/180; БНК-90/40 и 90/30, а также БНК-45/190
• БНИ — нефтяной изоляционный — марок БНИ-IV-3, БНИ-IV и БНИ-V. Такие битумы применяются в процессе изоляции поземных трубопроводов для их защиты от коррозии.

Помимо перечисленных марок, бывает еще жидкий дорожный битум. Он отличается низким показателем вязкости и применяется в дорожном строительстве в составе асфальтобетона, если его нужно укладывать при пониженных температурах воздуха. Жидкие битумы изготавливают при помощи смешивания вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями-разжижителями, медленно испаряющимися после укладки дорожного покрытия. Однако вследствие высокой пожароопасности и колоссальным вредом для природы, его используют довольно редко.

Состав смеси

Ремонт дороги, не проведённый вовремя, может спровоцировать неприятные последствия, на устранение которых необходимо будет потратить много времени и средств. Полноценные ремонтные работы требуют, кроме того, задействования специальной техники, дополнительных материалов, а также множества специалистов. Оптимальным решением предупредить ремонт больших масштабов станет предохранение расширения трещин и швов, как только они появятся. Таким образом, замена целых участков дороги не потребуется. На сегодняшний день лучшим выбором для проведения данного мероприятия является битумная дорожная мастика, которая разделяется на материалы горячего и холодного применения.

Они состоят из:

• смеси нефтяного битума;
• наполнителей, изготовленных из полимеров;
• термопластов;
• адгезионных веществ и пластификаторов.

Дорожные мастики для швов и покрытия имеют целый ряд положительных свойств. Так, с ними просто работать, они обладают высокими показателями текучести, сохраняя эластичность и прочность при разных температурах. При разработке были учтены особенности дорожного покрытия, климата — мастики содержат в своём составе адгезионные компоненты, благодаря которым происходит прочная связь на краях трещин. Таким образом обеспечивается достаточная гидроизоляция. Для предотвращения старения асфальта, покрытого мастикой для дорожных работ, в состав добавлены антиоксиданты. Их задача — предотвращение окислительных процессов с сохранением пластичности, адгезии и гидроизоляции.

Свойства битумов

К главным свойствам битумов можно отнести:

• вязкость
• пластичность
• температуру размягчения и хрупкости
• адгезию.

Самая главная характеристика структурно-механических свойств битумов – это вязкость, которая зависит от температуры и группового состава. Вязкость характеризует сопротивление внутренних слоев битума перемещению относительно друг друга. Многие битумы обладают непостоянной и уменьшающейся вязкостью с ростом напряжения сдвига или градиента скорости деформации. С ростом температуры вязкость уменьшается, а при понижении наоборот моментально увеличивается. В условиях минусовых значений битум имеет повышенную хрупкость. Чтобы измерить вязкость используют такой метод, как проникновение иглы в битум (пенетрация) и измерение глубины. Глубина вхождения иглы в битум определяется на устройстве — пенетрометре. Для этого на иглу действует груз, вес которого 100 г, на протяжении 5 с при температуре 25°С или 0°С. Пенетрация твердых или вязких битумов определяется в единицах (градусах), равных 0,1 мм проникания иглы в битум. Боле вязкие типы битумов имеют более низкий показатель пенетрации. Пластичность, также немаловажная характеристика битумов. Показатель пластичности растет с повышением уровня масел, длительности действия нагрузки и ростом температуры. К примеру, с увеличением количества смол и асфальтенов пластичность при постоянной температуре увеличивается. Температуру размягчения определяют на устройстве «кольцо и шар» («К и Ш»). Температура размягчения битума, измеряемая в градусах Цельсия, равна температуре водяной бани в стакане устройства тогда, как битум, находящийся в латунном кольце диаметром 16,0 мм, изменяясь под влиянием металлического шарика массой 3,5 г и плавного нагрева жидкости со скоростью 5°С в минуту, дотронется до нижней полки подставки. Температура размягчения вязких и твердых битумов колеблется на уровне от 20 до 95°С. Интересная особенность битумов — высокая адгезия, то есть налипание на поверхность разных минеральных и органический соединений.

Состав дорожного битума

В предыдущей заметке мы уже рассматривали вопрос о том, что такое битум и какие его разновидности существуют в природе, или созданы в процессе производства и переработки нефти руками человека.

Битум, в основе своей, представляет смесь высокомолекулярных углеводородов, серы, кислорода, азота. Основу битума образуют различные сочетания химических соединений, состоящие из 3 частей:

— масла – жидкие углеводороды светло-желтого цвета плотностью менее единицы, отвечающие за морозостойкость вяжущего.

Увеличение содержания жидких углеводородов в битуме повышает его пенетрацию, уменьшает вязкость.

— смолы — вязкопластичные соединения темно-коричневого цвета плотностью около единицы. Придают битумам тягучесть и эластичность.

— твердая часть состоит из твердых неплавких соединений черного цвета плотностью немногим более единицы, называемых асфальтенами. Их повышенное содержание в битуме обуславливает высокую вязкость и температурную устойчивость.

Помимо асфальтенов в состав битумов могут входить парафины, уменьшающие температуру хрупкости. В процессе производства битумного вяжущего содержание парафина не должно превышать 6%.

При высокой термической обработке, а также при окислении битума происходит увеличение высокомолекулярных связей, то есть масла переходят в смолы, смолы в асфальтены, а последние переходят в вещества, называемые карбоидами (не растворяются в органических растворителях) и карбенами(образуются вследствие уплотнения асфальтенов в присутствии серы), которые способствуют повышению хрупкости битума, уменьшению его эластичности и, как следствие, потере прочностных характеристик.

Свойства битума, как дисперсной системы (масла и смолы – дисперсионная среда, асфальтены – диспергированные частицы), определяется соотношением всех входящих в его состав компонентов. Повышение содержания асфальтенов и смол увеличивает твердость, температуру размягчения и хрупкость битума, тогда как масла, растворяющие смолы, напротив, делают его мягким и легкоплавким.

В силу того, что качество отечественных битумов оставляет желать лучшего (нефтяники рассматривают битум, как побочный продукт производства – отходы, не уделяя его качеству особого внимания, по принципу: «все равно купят»), в Российской Федерации с целью улучшения качества асфальтобетонного покрытия уже более десяти лет при строительстве и ремонте федеральных автодорог широко применяется полимерно-битумное вяжущее, которое представляет собой не что иное, как дорожный битум с полимером типа «стирол-бутадиен-стирол». Данный вид термоэластопластов значительно увеличивает температуру размягчения (уменьшение процесса колееобразования) полимерного вяжущего летом и температуру хрупкости зимой (уменьшение трещинообразования).

битум, свойства битума, свойства дорожного битума, состав битума, состав дорожного битума

1. Главная
2. Блог
3. Заметки
4. Состав дорожного битума

Марки нефтяных битумов

По разным показателям главных свойств, особенно вязкости, пластичности и температуры размягчения, все нефтяные битумы делят на марки:

• для дорожного строительства ГОСТ предусматривает пять марок от БНД (битум нефтяной дорожный)-200/300 до БНД-40/60. Численные показатели отражают допустимые для конкретной марки пределы изменения коэффициентов пенетрации при 25°С, и четыре марки БН от 200/300 до БН-60/90
• для строительных работ ГОСТ предусматривает три марки, которые обозначаются «БН» — битум нефтяной: БН-50/50, БН-70/30 и БН-90/10. В данном случае цифры числителя дроби отражают температуру размягчения по «К и Ш» (кольцо и шар), а знаменатель — это средние значение показателей изменения пенетрации при 25°С
• для кровельных работ ГОСТ предусматривает такие марки: БНК (битум нефтяной кровельный)-45/180, БНК-90/40 и 90/30, а также БНК-45/190. Тут показатель числителя дроби отражает среднее значение показателей температуры размягчения по «К и Ш», а знаменатель — среднее значение показателей пенетрации на 25С.

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.

Составляющие битума можно классифицировать по 3 группам.

• Твердая составляющая — высокомолекулярные углеводороды — асфальтены и парафины (высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000 — 5000 г/моль и плотностью более 1 г/см3.)
• Смолы — аморфные материалы, которые имеют темно-коричневый цвет (с молекулярной массой 500 — 1000 г/моль, плотностью около 1 г/см3.)
• Масляные фракции — это различные углеводороды ( с молекулярной массой 100 — 500 г/моль, плотностью менее 1 г/см3).

Повышение в его массе асфальтенов приведет к увеличению твердости, хрупкости и температуры размягчения.

Парафины снижают пластичность битума, поэтому при производстве уделяется внимание снижению их содержания до 5 % и менее.

Торговля битумом

В настоящее время торговля битумом в России неуклонно наращивает темпы. Продающие компании организуют в основном продажу битума оптом, но не отказываются и от розничной торговли этим материалом широкого и устойчивого спроса.

Рассмотрим цены на битумное сырьё, установившиеся на отечественном рынке в настоящее время:

Анализируя приведенную таблицу, можно сделать вывод о том, что стоимость битума в настоящее время довольно высока. В ход идут и все имеющиеся старые запасы, и образующиеся при производстве и транспортировке отходы битума. Это даёт возможность производящим нефтяным компаниям получать расчётную прибыль, но сдерживает развитие дорожного строительства в стране.

Разновидности битума:

• чистый природный битум — это довольно редкое вещество,
• асфальтовый битум — встречается чаще, чем природный, расположен в пористых горных породах,
• нефтяной ( технический) битум — получают в процессе переработки нефти.

Нефтяной битум:

• это твердые или жидкие водонерастворимые органические материалы, представляющие собой смесь углеводородов и их сернистых, кислородных и азотистых производных;
• в его состав входят асфальтены, смолы и масла;
• получают из остатков от перегонки смолистой нефти, крекинга и очистки масла.