Общее описание
Битум – это вязкое либо твердое черное вещество органического происхождения. В переводе с латинского сырье называется горной смолой, в простонародье – асфальтом. Базовой основой являются углерод (до 87 %) и водород (до 12 %). Примеси чаще представлены соединениями азота (до 2 %), кислорода (до 5 %), серы (0,5-7 %), металлов.
В состав композита могут входить различные смеси:
Масла (30-60 %). От них зависит вязкость и пластичность, которые проявляются в разной степени при нагревании. Чем выше содержание масел, тем ниже температура размягчения материала.
Смолы (20-40 %). Эта группа веществ задает адгезионные свойства. Здесь могут присутствовать азот (до 25 %) и сера (до 10 %).
Асфальтеновые кислоты (до 3 %). Условно их относят к поверхностно-активным веществам (ПАВ). Они при нагревании разлагаются, но не становятся жидкими. Под термическим воздействием также теряется способность растворяться. Дополнительно они способствуют адгезии битумного состава к каменным основаниям.
Также функциональной составной частью битума являются асфальтены, карбиды, карбены. Их содержание суммарно может достигать 40 %. Эти вещества обеспечивают твердость и тугоплавкость композита.
Технологии добычи производства
В природе битумы образуются в процессе длительного окислительного, химического, биохимического преобразования нефтяных залежей под воздействием высокого давления и температуры, под влиянием тектонических процессов. На это уходит порядка миллиона лет. Они содержатся в горючих ископаемых на разной глубине в толще земной коры либо на поверхности (смолистые выходы).
На добычу горной смолы приходится более 110 млн. тонн в год. Практикуются различные технологии, которые условно можно объединить в открытые и инжекционные методы. В случае с первыми используется механизированная техника для снятия поверхностных углеводородных слоев. Из вторых выделяются три способа:
Очистной. Порода с содержанием битума свыше 10 % добывается карьерным либо шахтным способом. Глубина залегания сырья в этом случае не превосходит 90 м. Полученная масса далее подвергается выварке либо растворению.
Дренажный. Здесь формируются шахты с заглублением ниже 100 м. Внутри организуется система из дренажных каналов, по которым жидкая масса выводится наружу.
Скважинный внутрипластовый. На залежи ниже 100 м оказывается термическое или иное воздействие через пробуренные скважины. КПД при таком подходе не превышает 30 % (до 85-90 % в первых вариантах), поэтому технология практикуется редко.
Искусственный битум в основном производят путем переработки нефти и нефтепродуктов. Так, в результате глубокой вакуумной отгонки из топливных и смазочных фракций получается твердая и слабовязкая масса. Метод продувки кислородом способствует окислению, уплотнению и повышению вязкости гудрона. В итоге синтетический продукт на фоне горной смолы становится более эластичным и стойким к нагреванию. Компаундирование предполагает смешивание между собой различных нефтяных остатков после перегонки с добавлением дегтя, масел и других присадок. На выходе получаются битумный композит с заданными техническими характеристиками.
Технические характеристики
Битум это аморфное вещество, что особенно ценится в дорожном строительстве. Суть свойства заключается в том, что асфальтовая смесь при нагревании до +35-+200 ℃ размягчается или становится жидкой, а при охлаждении затвердевает. При этом процесс сопровождается полимеризацией. В результате образуется плотное и прочное покрытие.
Горная смола также обладает следующими свойствами:
вязкость – в текучем состоянии масса способна принимать любую форму формируя равномерный рабочий слой;
плотность – 950-1500 кг/м³;
гидрофобность – затвердевшие покрытия имеют низкопористую структуру, проявляют стойкость к длительному воздействию влаги;
химическая инертность – материал устойчив ко многим щелочным, кислотным, солевым и другим агрессивным средам, включая процессы провоцирующие корродирование;
адгезия – обмазочные и расплавленные составы хорошо контактируют со многими типами оснований, способны проникать в структуру и частично заполнять поры с трещинами;
теплопроводность и теплоемкость – 0,5-0,6 Вт/м*℃ и 1,59-1,97 кДж/кг*℃;
электрическая проводимость – материал является диэлектриком.
Битумная масса может растворяться частично или почти полностью в органических растворителях (ацетон, бензин, хлороформ). Из недостатков выделяется несколько моментов. В частности, природное сырье обязательно подлежит обработке в промышленных условиях. Второе – битумы всегда размягчаются при нагревании, а тонкослойные покрытия обладают низкой механической прочностью. Долговечность – со временем под воздействием кислорода и солнечного света покрытие трескается, теряет гидрофобные свойства из-за постепенного снижения содержания смол и масел. Потому дорожное полотно или защитную пропитку/пленку периодически приходится обновлять.
Классификация
Классификация битумов проводится по ряду признаков: условия происхождения и состав, тип готового сырья или продукции. Рассмотрим детальнее отличия между подвидами углеводородных композитов. Начнем с природной группы. В зависимости от способа добычи различаются:
чистый – доля минеральных примесей в составе не превышает 10 %;
асфальтовый – доломиты, известняки, прочие породы с содержанием битума;
асфальтиты – высокоплавкие битумные композиты.
Асфальтит – минерал
Асфальтит – минерал
Источник mineralco.net
С учетом залегания исходного сырья различают природные битумы:
поверхностные – как правило, это составы с содержанием минеральных примесей больше 10 %;
пластовые – горные породы добываются шахтным либо карьерным методом;
жильные – чистые смеси с низким содержанием примесей.
Продукты переработки нефти могут быть такими:
мазуты – жидкие остатки после перегонки;
гудроны – остаточный результат отгонки из нефти топливных и масляных фракций;
нефтяные битумы – углеводородные продукты переработки нефти с содержанием гетероатомных соединений (азотистые, кислородные, сернистые, металлосодержащие).
Товарные битумы востребованы в различных сферах. Но в большинстве своем они идут на производство строительного, дорожного либо кровельного материала. Из первого типа рабочего сырья (БН) изготавливаются мастика, гидроизоляция (БНИ – изоляция для подземного трубопровода), герметик и прочие товары защитного характера, которые отличаются высокой стойкостью к возгоранию. Второе (БНД) используется для замешивания и укладки асфальтобетона. Третье (БНК) применяется для производства ондулина, гибкой черепицы и других видов мягкой кровли.
Комментарии