Что тяжелее вода или битум

Характеристики и свойства битума: краткий обзор основных качеств

Битум использовался еще в древних временах. Такие столицы, как Вавилон или Ассирия использовали битум в виде строительного материала еще за 3 тыс. лет до н. э. Он отлично выполнял функцию цементирующего или водоизолирующего материала.

Виды и основные характеристики битумов

Данное вещество можно разделить не несколько групп, которые определяются на основании органического состава строительного материала. Что касается дегтевых битумов, то сюда можно отнести все виды дегтя и пеки. Так, они бывают дегтевыми и природными органическими.

К битумным можно отнести следующие:

• Природный битум. Подобное вещество бывает в жидкой и твердообразной форме, состоящее большей мерой из органических веществ и их производных неметаллического типа. Такое вещество получается в результате природной обработки нефти окислительными полимерами. Главным образом, битум естественного происхождения находится в местах нефтяных рождений или образует специальные асфальтовые болота. К слову, такие породы встречаются редко, а в большинстве случаев они пронизывают так называемые осадочные горные породы;
• Асфальтовый порошок. Битум – вещество, способное храниться в таких горных породах, как известняк. В дальнейшей обработке это вещество извлекается или используется как асфальтовый порошок;
• Искусственный (нефтяной) битум. Материал, получаемый в результате переработки нефти. Технология, с помощью которой проводится обработка, выделяет следующие типы битумов: остаточные, окисленные, крекинговые;
• Гудронный битум. Добывается путем отжима масляных фракций из мазута. Подобное вещество – отличное связующее и основа добычи любого вида битума.

Физико-механические особенности строительных битумов

Битум строительный	Температура размягчения, С	Основные свойства и внешние признаки
БН-50/50	Около 50	Хорошо прилипающий и легкотекучий на ровной поверхности постепенно растекается (оплывает)
БН-70/30	70-72	С хорошей адгезией (прилипаемостью), наиболее пригоден для гидроизоляционных покрытий, разбивается на крупные куски без осколков
БН-90/10	Около 90	С высокой адгезией и малой чувствительностью к высокой температуре, разбивается молотком, образуя осколки с блестящей поверхностью

Сферы использования

Конечно, битумы (как строительные материалы) получили крайне широкое распространение в гидротехническом, дорожном или промышленно-коммерческом строительстве. Сегодня они используются в виде кровельных материалов, способствуют коммерческому строительству и используются при дорожно-ремонтных работах.

Вяжущее органическое вещество отлично сочетается и взаимодействует с резиной или полимером, что позволяет только улучшить общее качество битумных изделий в соответствии с требованиями и нормами современного строительства.

На видео подготовка и использование дорожного битума марок БНД 90/130 и БНД 60/90:

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.

Источник

Свойства и характеристики битума

Битумы применялись в качестве строительного материала еще в глубокой древности. За 3000 лет до нашей эры в Вавилоне и Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Евфрата, природный битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего материала.

Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые.

К битумным материалам относятся следующие:

Природные битумы — вязкие жидкости или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводов и их неметаллических производных. Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.

Асфальтовые породы — пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде асфальтового порошка.

Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего глубокого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.

Гудрон — остаток после отгонки из мазута масляных фракций;

он является основным сырьем для получения нефтяных битумов, используется в виде связующего вещества в дорожном строительстве.

К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки.

Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в гидротехническом, дорожном, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтобетона, асфальтораствора, уплотняющих материалов. Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.

Возникла новая отрасль, производящая гидроизоляционные материалы (изол, бризол и др.) из вторичного резинового сырья. Изготовление рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов осуществляется на полностью механизированных поточных линиях непрерывного действия.

Состав и строение битумов

Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.

Элементарный состав битумов колеблется в пределах: углерода 70 — 80%, водорода 10 — 15%, серы 2 — 9%, кислорода 1 — 5%, азота 0 — 2%. Эти элементы находятся в битуме в виде углеводородов и их соединений с серой, кислородом и азотом. Химический состав битумов весьма сложен. Так, в них могут находиться предельные углеводороды от С9Н20 до С30Н62. Все многообразные соединения, образующие битум, можно свести в три группы: твердая часть, смолы и масла.

Твердая часть битума — это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000—5000, плотностью более 1, объединенные общим названием асфальтены”. В асфальтенах содержатся карбены, растворимые только в СCl4, и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды — парафины.

Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой 500—1000, плотностью около 1.

Масляные фракции битумов состоят из различных углеводородов с молекулярной массой 100—500, плотностью менее 1.

По своему строению битум представляет коллоидную систему, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой являются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18—20 мкм, являются ядрами, каждое из них окружено оболочкой убывающей плотности — от тяжелых смол к маслам.

Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.

Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их свойства, повышает хрупкость при пониженных температурах. Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не превышало 5%.

Состав определил практические способы перевода твердых битумов в рабочее состояние: 1) нагревание до 140—170°С, размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах; 2) растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и т. п.); 3) эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.

Свойства битумов

Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготовляемых на их основе, различны; Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.

Плотность битумов в зависимости от группового состава колеблется в пределах от 0,8 до 1,3 г/см3. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5—0,6 Вт/(м•°С); теплоемкость — 1,8—1,97 кДж/кг•°С. Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5•10-4 до 8•10-4°С1, причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения; при пониженных температурах — около 2•104°С-1. Устойчивость при нагревании характеризуется: 1) потерей массы при нагревании пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%) и 2) температурой вспышки (230—240°С — в зависимости от марки).

Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2—0,3% по массе). Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции электрокабелей.

Физико-химические свойства. Поверхностное натяжение битумов при температуре 20—25°С составляет 25—35 эрг/см2. От содержания поверхностно-активных полярных компонентов в органическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами (порошкообразными наполнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорбционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доломита с большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са3+ и Ме+2.

Старение — процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.

Реологические свойства битума зависят от группового состава и строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твердые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко-упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одновременно возникает упругая (обратимая) и пластическая (необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса деформирования вязко-упругих тел используют реологическую модель Максвелла и др.

Химические свойства. Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. По данным Н. А. Мощанского, битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей окислы азота, а также при действии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.

Физико-механические свойства. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.

Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в десятых долях миллиметра).

Температуру размягчения определяют на приборе “кольцо и шар”, помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом.

Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (“восьмерки”) при температуре 25°С, определяемым на приборе — дуктилометре.

Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные.

Строительные битумы применяют для изготовления асфальтобетона и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, покрытия и восстановления рулонных кровель.

Кровельные битумы используют для изготовления кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон); а тугоплавкие битумы служат для покровного слоя.

Источник

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

(зависит от температуры, давления и химического состава) от 0,965 до 1,5 Плотность, кг/м 3

(зависит от температуры, давления и химического состава) от 965 до 1500 Агрегатное состояние твердое или смолоподобное вещество Цвет черный Теплопроводность, Вт/(м∙°С) 0,17-0,27 Температура размягчения*, о С* от 35 (мальты) до неплавких (кериты, антраксолиты, гуминокериты) Удельная теплоёмкость, кДж/(кг∙К) 1,591-1,968 Диэлектрическая проницаемость 2,5-3,3 Удельная электрическая проводимость, Ом -1 ∙см -1 1∙10 -14

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.

Источник