Битумом называют смолоподобный продукт чёрного или тёмно-коричневого цвета, который состоит из смеси углеводородов и их производных, не содержащих металлы.

Свойства битума

Битумы термопластичны: при изменении температуры способны быть твёрдыми или смолоподобными. При сильном нагревании разжижаются, становясь пластичной массой с низкой текучестью. После остывания набирают первоначальную вязкость, без потери свойств и характеристик. Битумы относятся к веществам, которые не имеют чёткой температуры плавления (аморфность).

Ещё одно отличительное свойство – продукт не растворяется в большинстве кислот, воде, солевых растворах и щелочах, но при этом хорошо растворяется органическими растворителями.

Непористая структура битума наделяет его высокой плотностью (около 1,50 г/см). Благодаря этому даже тонкий слой этого инженерно-строительного материала является полностью водонепроницаемым.

Все эти свойства делают битумы незаменимыми в строительной сфере, укладки дорог, при проведении гидроизоляции различных поверхностей даже в самых неблагоприятных условиях.

Обратите внимание! Битумы обладают таким свойством, как «старение», под которым подразумевается изменение свойств и характеристик с течением времени. Старение сопровождается увеличением хрупкости и снижением гидроизоляционных свойств, которые ускоряются под воздействием ультрафиолета: в структуре материала уменьшается количество смолистых веществ и увеличивается содержание твёрдых частиц.

Состав битума

Битум включает в себя такие элементы:

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

Полный химический состав очень сложен, но все элементарные соединения делятся на четыре группы:

  1. Твёрдые компоненты – высокомолекулярные углеводороды (асфальтены, карбоиды, карбены), придающие тугоплавкость и твёрдость. Их содержание колеблется в пределах 10–40%.
  2. Смолы – серосодержащие аморфные соединения, благодаря которым битум обладает хорошей адгезией к различным поверхностям. Содержание – от 20 до 40%.
  3. Кислоты играют роль поверхностно-активных веществ, которые защищают материал от воздействия ультрафиолета, создавая на поверхности плёнку. Их содержание в составе не достигает 3%.
  4. Нефтяные масла (30–60%) состоят из различных углеводородных соединений и придают вязкость и термопластичность.

Важно! Входящий в состав материала входит парафин повышает хрупкость при снижении температуры. Поэтому предельно допустимое содержание парафина – не более 5%.

Классификация битума

Для классификации битумов подходят два критерия: по происхождению и сфере применения.

Виды битума по происхождению

Здесь выделяют природные и искусственные битумы.

Природный

Естественная полимеризация нефти приводит к образованию чистого битума, залежи которого встречаются возле нефтяных месторождений, где они образуют битумные озёра или линзы. Однако такие явления очень редки, чаще всего природный битум пропитывает осадочные породы, поэтому процесс его добычи из горючих полезных ископаемых довольно трудоёмок.

Природные битумы подразделяются на три подвида:

  1. Поверхностные: образуются в результате выхода битумосодержащих пород на поверхность.
  2. Жильные: содержат небольшие включения примесей минералов.
  3. Пластовые: горная порода, пропитанная битумом.

Производство битума естественного происхождения можно разделить на несколько основных технологических этапов:

  • Добыча битумосодержащего сырья. Исходя из особенностей месторождения, применяется дренажный, шахтный, скважинный, карьерный и другие методы.
  • Разделение массы на минеральные и органические компоненты. Для этих целей используется метод выварки в воде, а для извлечения из горных пород применяются растворители.
  • После этого промежуточное сырьё поступает на дальнейшую переработку для получения чистого битума.

Сложность добычи природного битумосодержащего сырья и дальнейшей его переработки делает конечный продукт дорогим в ценовом соотношении, что ограничивает его сферу применения промышленной отраслью.

Искусственные (нефтяные) битумы

Производится из остатков перегонки нефти – гудрона. При нагреве или продувке гудрона кислородом получается полутвёрдая или твёрдая субстанция – искусственный нефтяной битум.

Для получения искусственного продукта применяется три технологии:

  1. Концентрирование: при помощи перегонки в вакууме нефтяных остатков получают остаточные битумы, которые также называют осаждёнными. Для их получения используется высокосмолистое сырьё (остатки перегонки сернистой нефти). Битумы, получаемые методом концентрирования – твёрдые вещества с небольшим коэффициентом вязкости.
  2. Окисление – наиболее применяемый метод получения искусственных битумов. Продувка кислородом нефтяных остатков и других различных компонентов производится при температуре 180–300 ºC. Благодаря этой методике, в конечном продукте увеличивается содержание асфальтенов и смол, благодаря которым готовый продукт отличается теплостойкостью и эластичностью.
  3. Смешивание. При пропорциональном смешивании битумов, полученных методом окисления и концентрирования, а также дистиллятов и других остатков, получают компаундированные битумы. Кроме этого, в процессе компаундирования (смешивания) в сырьё добавляют различные присадки: дёгти, каменноугольные масла, полимеры и другие добавки. Это позволяет получить материал с определёнными характеристиками и свойствами.

Производство искусственных битумов менее трудоёмкое и затратное, что отображается на стоимости конечного продукта. Именно благодаря своей низкой цене нефтяные битумы получили широкое применение в различных сферах.

Виды битума по сфере применения

В зависимости от эксплуатационных и технических характеристик, битумы подразделяются на следующие виды.

Дорожные

Битумы, применяемые в дорожном строительстве, делятся на вязкие и жидкие составы.

Вязкие

Основные требования к эксплуатационным характеристикам и техническим условиям описаны в ГОСТ 22245–90.

Этот вид производится методом окисления массы, получаемой после перегонки нефти. Применяется как вяжущее вещество при производстве асфальта для верхнего слоя дорог.

Вязкие битумы выпускаются следующих марок:

  • БНД: 200/300; 130/200; 90/130; 60/90; 40/60.
  • БН: 200/300; 130/200; 90/130; 60/90.

Жидкие

Технические условия и основные характеристики регламентирует ГОСТ 11955–82.

Жидкие битумы получаются в результате добавления растворителей к вязким компонентам и перемешивании их на специальных установках при помощи инертного газа. Применяются при дорожном строительстве, гидроизоляции оснований, а также других целях.

Жидкие битумы выпускаются следующих марок:

  • МГО: 40/70; 70/130; 130/200.
  • МГ: 40/70; 70/130; 130/200.
  • СГ: 40/70; 70/130; 130/200.

Строительные

Марки, технические требования и эксплуатационные показатели строительных битумов регламентирует ГОСТ 6617–76.

Строительные битумы – результат окисления остатков переработки сырой нефти. Также допускается использование метода компаундирования окисленных и неокисленных остатков с асфальтами и отходами масляного производства.

Строительные битумы производятся следующих марок БН: 50/50; 70/30; 90/10.

Кровельные

Марки, технические условия и основные характеристики кровельных битумов регламентирует ГОСТ 9548–74.

Кровельные битумы производятся таких марок БНК: 40/180; 45/190 – получают в результате окисления продуктов, оставшихся после атмосферно-вакуумной перегонки нефти. При дальнейшей переработке и окислении марки 45/190, получается битум БНК 90/30, который предназначается для покровного слоя кровли.

Изоляционные

Технические условия, основные эксплуатационные показатели и марки изоляционных битумов регламентирует ГОСТ 9812–74.

Изоляционные битумы производятся окислением продуктов, оставшихся после прямой перегонки, а также смесей остатков нефти с асфальтами и другими компонентами.

Производят следующие марки изоляционных битумов (БНИ): IV-З; IV; V.

Применение битума в строительстве

Битумы применяют во всех строительных отраслях:

  • Для защиты оснований от грунтовых вод, гидроизоляции перекрытий, оборудования плоских кровель.
  • Для изготовления асфальтобетона, который используется для строительства дорог.
  • При производстве кровельных и других гидроизоляционных материалов, мастик.
  • Защитной изоляции трубопроводов
  • Другие сферы применения.

Для использования по прямому назначению, битум чаще всего необходимо размягчить до пластичного (жидкого) состояния. Для этого применяют три способа:

  1. Нагревание до 130–170 ºC.
  2. Применение органического растворителя. Этот способ позволяет размягчить твёрдый продукт до нужной консистенции без нагрева. Применяется для получения мастик, которые можно наносить холодным методом.
  3. Эмульгирование битума для получения паст и эмульсий.

Технические характеристики битума

К разным битумам предъявляются различные требования по физико-химическим параметрам, описанные в действующих ГОСТах. Основными критериями, определяющими эксплуатационные характеристики и физико-химические свойства битумов, являются:

  1. Степень твёрдости или вязкости (пенетация). Определяется на специальном приборе – пенетрометре с иглой. Индекс пенетрации – глубина проникания иглы в исследуемый материал при температуре не более 25 ºC.
  2. Температура размягчения (пластичность) и хрупкость также определяется на специальном автоматическом аппарате. Суть метода – определение опытным путём температуры, при которой образец размягчается и теряет необходимую вязкость, а также при какой температуре теряет свою эластичность и становится хрупким.
  3. Дуктильность – это способность испытуемого образца растягиваться в нить при температуре 25 ºC. Определяется на специальном приборе – дуктилометре.

Основные производители

По объёмам производства битумов Россия занимает второе место в мире, уступая лишь США. Заводы по переработке нефти есть практически в каждом регионе нашей страны. Крупнейшие производители собраны в небольшом обзоре.

АО «ГАЗПРОМНЕФТЬ» – крупнейшая компания России, занимающаяся добычей, переработкой и поставкой нефти. Нефтеперерабатывающие заводы компании разбросаны по всей стране. Крупнейший из комбинатов – Омский НПЗ, перерабатывающий 20 млн тонн нефти в год. Второй по мощности – Московский НПЗ, производительность которого составляет около 11 млн тонн в год. Кроме всех видов топлива, эти заводы перерабатывают и остатки перегонки нефти, производя основные виды битумов.

АО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания» – одно из нефтеперерабатывающих предприятий, входящих в состав ПАО «НК «Роснефть». Проектная мощность этого завода составляет около 19 млн тонн переработанной нефти. На предприятии производят основные виды топлива, а также инженерно-строительные материалы, мазут для котельных и другие нефтепродукты.

ОАО «Славнефть-ЯНОС» – крупнейший нефтеперерабатывающий завод северного региона России, входящий в состав ОАО «НГК «Славнефть». Ассортимент продукции предприятия насчитывает более 100 позиций, среди которых битумы всех видов.

ООО «КИНЕФ» (Киришский нефтеперерабатывающий завод) входящий в структуру ОАО «Сургутнефтегаз» – крупнейший поставщик нефтепродуктов для Ленинградской, Новгородской и Псковской области. Среди выпускаемой продукции предприятия – бензины, керосины, мазуты, дизельное топливо, битумы и другие продукты переработки нефти.