Битумные вяжущие вещества
Все битумы в зависимости от назначения подразделяются:
битумы общестроительного назначения;
дорожные битумы;
кровельные битумы.
В зависимости от происхождения все битумы подразделяются:
Природные. Они находятся в природе в виде трех различных месторождений ─ пластов, жил и поверхностных скоплений жидкого битума.
Извлечение природного битума осуществляют перегретым водным паром либо с помощью органических растворителей.
Сланцевые битумы. Они получаются при термической обработке без доступа воздуха горючих сланцев.
Нефтяные битумы ─ т.е. битумы, которые получают из остатков при нефтепереработке. В зависимости от технологии производства подразделяются:
а) нефтяные остаточные битумы;
б) нефтяные окисленные битумы;
в) компаундированные битумы.
Сырьем для производства нефтяных битумов являются тяжелые смолистые остатки от нефтепереработки.
Мазут ─ густая жидкость, остаток после отгонки из нефти всех летучих фракций; служит топливом, смазочным и пропиточным материалом, а так же сырьем для производства нефтяных битумов.
Гудрон ─ остаток после отгонки из мазута масляных фракций.
Крекинговые остатки.
Остатки после селективной очистки масел.
Получение нефтяных остаточных битумов
Процесс получения остаточных битумов состоит в следующем: сырье нагревается в трубчатых печах и подается в ректификационную колонну, туда же подается перегретый пар и в колонне создается небольшой вакуум. Водяной пар извлекает из сырья легколетучие компоненты и удаляется, а в кубе колонны удаляются тяжелые смолистые остатки, которые удовлетворяют требованиям ГОСТов на нефтяные битумы.
Получение окисленных битумов
Исходное сырье нагревают в трубчатых печах и подают в колонну, в которую одновременно подводят воздух или чистый кислород. Кислород окисляет легколетучие компоненты (т.е. соединения с низкой молекулярной массой) и в результате получается продукт удовлетворяющий требованиям ГОСТов.
Получение компаундированных битумов
Компаундированные битумы получаются путем смешивания твердых окисленных или остаточных битумов с органическими растворителями, в результате чего получаются жидкие компаундированные битумы.
Состав и структура битума
Битумы являются органическими веществами и поэтому главные элементы, входящие в битум это углерод его содержится 70 ─ 80 %, водород ─ 10 ─ 15 %, кислород ─ 5 ─ 10 %, сера ─ 1 ─ 5 % и азот ≈1%.
По элементарному составу битумов нельзя судить об их свойствах, так как при одном и том же составе, но при различных технологиях и при различном сырье получаются битумы с очень различными свойствами и только по содержанию гетероатомов можно косвенно судить об адгезионной способности битума к поверхности минеральных и органических материалов (адгезия ─ прилипание).
Поэтому разработан групповой состав битумов, который основан на неодинаковой растворимости компонентов битума в различных растворителях.
Согласно групповому составу битумы включают в себя следующие группы:
Масла (40─60 %) ─ светло-желтые жидкие вещества, самые легкие из составляющих битума. Их удельный вес меньше единицы. Масла служат растворителями для твердых частей битумов, и от их содержания зависит вязкость битумов.
Смолы (15─40 %) представляют собой вязкопластические вещества, удельный вес близок к единице, температура плавления ниже 100 ºС, смолы снижают вязкость битума.
Асфальтены (10─30 %) ─ твердые и хрупкие кристаллические веществ. При нагревании они вспучиваются и разлагаются; удельный вес их больше единицы. Асфальтены повышают вязкость битума. Получать их можно из маслянистых и смолистых продуктов длительным нагреванием с продувкой воздухом. Под действием солнечного света в битумах образуется все больше хрупких веществ: материал «стареет».
Карбены и карбоиды (1 ─ 2%) твердые углеродистые вещества, образующиеся при высоких температурах, которые повышают адгезионную способность битумов.
Асфальтены, карбены и карбоиды содержатся в битумах в тонкодисперсном состоянии; от их содержания зависит твердость битумов.
Асфальтогенные кислоты и их ангидриты (до 1 %) ─ жидкие вещества, повышающие адгезию битумов.
Парафины (0,6 ─ 8%) представляют собой твердые вещества, которые понижают качество нефтяного битума; материал становится хрупким. Если парафинов содержится до 4 %, то они не влияют на структуру битума, если более 4 % , то они переводят битум из коагуляционной структуры в кристаллизационную. В битумах для ответственных строительных работ содержание парафина ограничивается одним процентом.