Что такое битум и для чего его применяют?


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.

Что это такое?

Подавляющее большинство людей знает о битуме преимущественно то, что его используют в дорожном строительстве и гидроизоляционных работах, а делают из нефти. Но по факту битум гораздо интереснее, чем представляется поначалу. Так, это не один продукт, а целая группа продуктов, отличающихся твердой либо смолоподобной консистенцией. Любой битум не растворяется в воде, но может быть полностью или частично растворен в хлороформе, бензоле и ряде иных органических растворителей. Само это название восходит к латинскому слову смола.

Плотность битумов варьируется в широких пределах от 0,95 до 1,5 граммов на 1 куб. см. Точные свойства определяются качеством вовлеченной нефти, прежде всего содержанием серы и уровнем окисления.

Подавляющее большинство природных запасов битума имеют низкую концентрацию и для полноценного производства не представляют интереса. А 99% перспективных и используемых сейчас битумных залежей расположены в Канаде и Венесуэле. Стоит отметить, что этот продукт – не твердое, а аморфное вещество, частично проявляющее свойства жидкостей.

Естественные месторождения возникают при нарушении нефтяных залежей, что может произойти за счет химического либо биохимического окисления. Но «нарушителем порядка» является иногда также и тектонический процесс. В основном битумы извлекают из недр земли карьерным либо шахтным методом. Искусственный или технический битум является остатком при переработке нефти, угля или горючих сланцев. Разницы по химическому составу между ним и натуральными продуктами нет.

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:

• растяжимость,

• показатели температуры по хрупкости,

• показатели температуры по размягчению,

• уровень пенетрации.

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/см3

(зависит от температуры, давления и химического состава)

от 0,965 до 1,5
Плотность, кг/м3

(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*, оС* 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.

Добыча природных битумов:

Чистый природный битум встречается довольно редко. В основном он встречается в составе битуминозных песков. Разработка месторождений природных битумов зависит от физических свойств исходного сырья, глубины и условий залегания.

Добычу природного битума из битуминозных песков производят в основном шахтным или карьерным способом. Этот способ заключается в том, что порода целиком извлекается на поверхность и битум экстрагируется с помощью растворителя или горячей воды. Коэффициент извлечения битума при этом составляет 85-90 %.

Скважинными внутрипластовыми способами разрабатывают месторождения жидких природных битумов, залегающих на глубине более 100 метров. Этим способом добывают битумы сквозь скважины, пробуренные на поверхности, путем термического воздействия на насыщенные битумом породы. При этом коэффициент извлечения битума составляет в среднем 30 %.

Есть еще способ добычи битумов в шахтах с помощью системы дренажных скважин, прорубленных из горных выработок. Это шахтный дренажный способ добычи. Битум вытекает самотеком через эту систему скважин.

Расход

Этот показатель может меняться в широких пределах. Но рассчитывается он отдельно для каждого применения. В любом случае затрата на 1 м2 определяется сообразно типу материала и варианту его использования. Обычно показатель расхода приводится на упаковке (с поправкой на толщину слоя). Так, при нанесении гидроизоляции на фундамент слоем 2 мм можно будет потратить 3-3,9 кг реактива на каждый «квадрат» (в сухом весе).

При покрытии кровли обычная затрата начинается от 0,8 кг. Она может достигать (в одном слое) 1,8 кг. Многое зависит от:

  • марки;
  • температуры воздуха;
  • подготовки поверхности.

Как растапливать?

Твердые виды битума обязательно требуется расплавить. Чтобы повысить эффективность растапливания, необходимо колоть битум на небольшие фрагменты. Эти куски обрабатывают соляркой либо отработанным маслом (с полным покрытием, но без толстого слоя сверху). Простым бытовым нагревателем битума оказывается обычно костер. Плавление идет в стальной бочке или ведре на слабом монотонном огне. В противном случае оно будет происходить неравномерно.

Расплавленный материал оставляют прогреваться дальше, пока не остановится появление пены. Добавляют наполнитель — распушенный асбест, мел, цемент или гипс. Далее доливают растворитель (ни в коем случае нельзя применять нефтепродукты).

Разжиженный битум разогревать не требуется. Он изначально подготовлен с расчетом на оптимальную консистенцию.

Чем можно разбавить?

В случае загустения потребуются разбавители. В этом качестве применяют низкооктановый бензин или более безопасный уайт-спирит. Мастики разводят авиационным керосином, уайт-спиритом либо скипидаром, иногда используют сольвент и ацетон. Выбор варианта разбавления определяется методом нанесения. Он определяет, надо ли добиваться жидкой либо густой консистенции. Битумно-каучуковые мастики очень эластичны. Потому их активно применяют, чтобы защищать трубы и другие подземные коммуникации. Масляные компоненты пригодны для самых разных применений, за исключением кровельных работ.

Они увеличивают клейкость и понижают жесткость вещества. Предотвращается растрескивание. Гарантируется целостность в течение длительного времени. Мастики с вхождением масел устойчивы к холодам до -50 и к нагреву до +80 градусов. Введение резиновой крошки является хорошим выбором для формирования прочных покрытий даже на металлических кровлях. Растворенный состав часто используют только как грунтовку.

Как убрать с одежды?

Снять с поверхности ткани битум или гудрон в домашних условиях можно ножом или иным острым инструментом. Действовать надо осторожно, чтобы ткань осталась цела. Но необходимо также использовать специальное чистящее средство. Ацетон и прочие растворители применять нельзя. Они, конечно, смоют загрязнение, однако и с одеждой придется распрощаться. Для борьбы с гудроновыми и битумными пятнами применяют специальные препараты. Например, российский «Элтранс» либо английский Superb Degreaser. Работать надо строго по инструкции. В любом случае требуется использовать средства индивидуальной защиты и меры предосторожности. После очистки проблемное место надо замачивать и отстирывать.

Небольшие кусочки и брызги можно смыть дизельным топливом либо автомобильным шампунем. Некоторые самостоятельно готовят чистящий раствор. Для его приготовления используют:

  • скипидар;
  • глину;
  • крахмал;
  • нашатырь.

Мягкая битумная черепица Шинглас и ее преимущества

В чем разница между гудроном и битумом?

Жидкий битум: виды, технические характеристики и маркировка, фото, видео, применение

Особенности использования битумно-полимерных лент

Праймер битумный: виды,типы,применение,расчет,фото,описание,обзор