битум

Что такое битум?

Битум — это тёмное, вязкое и липкое вещество на основе нефти, которое в основном используется в дорожном строительстве, гидроизоляции и в качестве связующего материала в асфальте. Он является природным веществом, но большая часть коммерческого битума получается в процессе переработки сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах.

Битум: более глубокое понимание

Битум, также известный как асфальт в смеси с минеральными заполнителями, представляет собой сложную смесь углеводородов, получаемую из сырой нефти. Он природно липкий, чёрный и обладает высокой вязкостью. Битум широко применяется в различных отраслях, особенно в строительстве и дорожном покрытии. Вот подробный разбор:

1. Образование и состав:

Битум в основном формируется в процессе перегонки сырой нефти и включает в себя следующие ключевые компоненты:

Асфальтены: Молекулы с высокой молекулярной массой, отвечающие за вязкость и твердость битума. Они делают битум менее летучим и более стабильным.
Смолы: Обеспечивают адгезию и связывающую прочность. Важны для способности битума связываться с заполнителями.
Насыщенные углеводороды: Легкие углеводороды (например, парафины), которые регулируют консистенцию и вязкость битума.
Другие элементы: Сера, азот и кислород могут присутствовать в небольших количествах, в зависимости от качества сырой нефти, из которой получают битум.

2. Свойства битума:

Свойства битума делают его уникально подходящим для определённых применений:

Вязкость: Битум обладает высокой вязкостью и медленно течёт при комнатной температуре. При нагревании становится более жидким и удобным для обработки, особенно в дорожном строительстве.
Эластичность: Важно для дорожных покрытий, так как позволяет битуму расширяться и сжиматься при изменениях температуры без трещин и разрушений.
Долговечность: Битум способен выдерживать интенсивное движение транспорта, экстремальные температуры и воздействие погодных условий в течение длительного времени.
Водонепроницаемость: Благодаря своей непроницаемой структуре битум отлично подходит для гидроизоляции.
Тепловая стабильность: Битум сохраняет свои свойства в широком диапазоне температур, что делает его подходящим для использования в жарком и холодном климате.

3. Производственный процесс битума:

Битум получают в основном путём перегонки сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах, но он также может добываться естественным путём (например, из нефтяных песков) или из определённых видов сырой нефти.

Типичный процесс производства:

Перегонка: Сырая нефть нагревается и разделяется на фракции в колонне перегонки. Самая тяжёлая фракция, которая с трудом испаряется, становится битумом.
Смешивание: После перегонки битум может смешиваться с другими маслами или материалами для регулирования его вязкости под конкретные задачи, например для дорожного строительства или гидроизоляции.
Обработка: В некоторых случаях для улучшения свойств битума применяют гидрирование или термический крекинг, что повышает его стабильность и удобство в использовании.

4. Основные области применения битума:

Битум — чрезвычайно универсальный материал, применяемый в различных отраслях, особенно в строительстве и энергетике. Вот основные сферы использования:

a. Дорожное строительство (Асфальт):
Основное применение битума — производство асфальтобетона, смеси битума с минеральными заполнителями, такими как щебень и песок.
Горячий асфальт (Hot Mix Asphalt, HMA) — самый распространённый тип для покрытия дорог, автомагистралей, парковок и взлётно-посадочных полос. Битум связывает заполнители, создавая прочную и нескользкую поверхность.
Холодный асфальт применяется в холодных регионах или для мелкого ремонта, так как не требует нагрева.
b. Гидроизоляция и кровля:
Битум широко применяется в кровельных материалах (например, битумный рулонный кровельный материал) для создания водонепроницаемых покрытий.
Модифицированный битум используется в кровельных покрытиях жилых и коммерческих зданий, обеспечивая долговременную защиту от влаги.
c. Промышленные покрытия:
Покрытия на основе битума защищают сталь и бетон от коррозии, воды и химических воздействий.
d. Клеи и герметики:
Битумные эмульсии (битум, смешанный с водой) часто применяются как клеящие материалы для промышленных нужд или как герметики для заделки трещин в асфальте.
e. Изоляция и защита от влаги:
В строительстве битумные материалы используют для гидроизоляции стен и фундаментов, а также для тепловой изоляции трубопроводов.
f. Горнодобывающая промышленность:
В некоторых горнодобывающих операциях битум используется для добычи определённых минералов и тяжёлой нефти из нефтяных песков.

5. Мировое производство и торговля битумом:

Битум производится и торгуется по всему миру. Основные факты:

a. Крупнейшие производители и запасы:
Канада — один из крупнейших производителей битума, особенно из нефтяных песков Альберты.
Венесуэла, Саудовская Аравия, Россия и Иран обладают значительными запасами битумоносной нефти и нефтяных песков.
b. Основные экспортёры:
Саудовская Аравия, Иран, Россия и Канада являются ведущими экспортёрами битума.
Многие страны с крупными инфраструктурными проектами импортируют битум для своих нужд, например, страны Азии, Африки и Европы.
c. Транспортировка и логистика:
Битум перевозят танкерами и специализированными контейнерами, так как он очень вязкий и требует хранения при нагреве.
В некоторых странах с крупными запасами, например в Канаде, битум транспортируют по трубопроводам к перерабатывающим заводам или портам.

6. Виды и марки битума:

Битум классифицируется по вязкости и проникающей способности. Основные классификации:

a. Пенетрационный битум:
Измеряется глубина проникновения иглы при температуре 25°C.
Распространённые марки: 60/70, 85/100, 120/150.
b. Вязкостный битум:
Вязкость битума при заданной температуре измеряется в пуазах или сантипуазах.
Распространённые марки: VG-10, VG-30, VG-40.
c. Окисленный битум (Blown Bitumen):
Этот тип битума обрабатывается продувкой воздухом при высокой температуре, что повышает твёрдость и окисляет его, делая пригодным для кровельных и гидроизоляционных работ.

Краткое резюме:

Определение: Битум — это густое, липкое нефтепродукт, который используется в основном для дорожного покрытия, гидроизоляции и промышленности.
Ключевые свойства: Высокая вязкость, долговечность, водонепроницаемость и высокая тепловая стабильность.
Применение: Основное использование — в асфальте для дорог, гидроизоляционных и промышленных покрытиях.
Производство: Получается из нефти, также добывается из нефтяных песков.
Мировая торговля: Крупнейшие производители — Канада, Саудовская Аравия, Россия и Венесуэла.

Марки битума:

Марка по пенетрации: Самый распространённый тип, измеряемый степенью мягкости или твёрдости битума. Марки, такие как 60/70, 85/100 и 120/150, указывают уровень пенетрации при заданной температуре и нагрузке.
Марка по вязкости: Измеряется вязкость битума при определённых температурах, например VG-10, VG-30 и VG-40. Эти марки применяются в различных климатических условиях.
Окисленный битум (обожжённый битум): Нагревается и обдувается воздухом для лучшего окисления. Используется в кровельных и гидроизоляционных работах.

Краткое описание битума:

Вязкий нефтяной продукт: Липкое, похожее на смолу вещество, получаемое из сырой нефти.
Основное применение: Строительство дорог (асфальт), гидроизоляция, промышленное использование.
Крупнейшие производители: Канада, Венесуэла, Саудовская Аравия, Россия.
Марки: По пенетрации (60/70, 85/100), по вязкости (VG), окисленный битум.

Определение марки битума по пенетрации 60/70

Марка по пенетрации 60/70 означает, что значение пенетрации находится в диапазоне от 60 до 70 при стандартных условиях испытания. Эта марка обычно используется как дорожная (покрытие). Она применяется для производства горячих асфальтобетонных смесей для основания и покрытий дорог. Производится путём аэрации вакуумного остатка (сырья, остающегося после вакуумной дистилляции нефти) на производственных установках. Пенетрация (мера твёрдости) варьируется от 60 до 70. Битум специфицируется испытаниями на пенетрацию и точку размягчения. Дизайн материала основан только на диапазоне пенетрации. Пенетрационная марка обладает термопластическими свойствами, из-за чего материал размягчается при высоких температурах и затвердевает при низких. Эта уникальная зависимость температуры и вязкости важна для определения рабочих параметров, таких как адгезия, долговечность и температуры применения.

Режим работы битума зависит от температуры. Зависимость температуры и жёсткости варьируется в зависимости от типа сырой нефти и метода переработки. Битум марки 60/70 является полутвёрдым, используется как дорожный материал, подходящий для строительства и ремонта дорог. Также применяется для производства асфальтобетонных покрытий с техническими характеристиками, приведёнными ниже. Эта марка битума главным образом используется при изготовлении горячих асфальтобетонных смесей для оснований и верхних слоёв покрытий. Марка 60/70 — одна из самых популярных и базовых для других битумных продуктов.
Пенетрация определяет твёрдость битума измерением глубины проникновения стандартной иглы с нагрузкой за 5 секунд в образец битума при температуре 25°C.

Применение битума марки 60/70

Битум 60/70 подходит для строительства дорог и асфальтобетонных покрытий с высокими эксплуатационными характеристиками. Эта марка используется для производства горячих асфальтобетонных смесей для оснований и верхних слоёв дорог. Основное применение — дороги в умеренных климатических условиях. Битум производится путём окисления вакуумного остатка на битумных заводах. Благодаря средней степени окисления и пенетрации, он применяется в регионах с умеренным климатом.

Битум — продукт перегонки сырой нефти. Это полутвёрдый углеводородный продукт, получаемый путём удаления лёгких фракций (газов, бензина, дизеля) из тяжёлой сырой нефти в процессе переработки. Поэтому его правильное название — рафинированный битум.

“АСФАЛЬТНЫЙ ЦЕМЕНТ” или “АСФАЛЬТ”

В Северной Америке битум обычно называют «асфальтным цементом» или «асфальтом». В других странах «асфальт» — это смесь мелких камней, песка, наполнителей и битума, используемая для покрытия дорог. В смеси асфальта битума примерно 5%. При комнатной температуре битум — стабильное полутвёрдое вещество.

ИСТОРИЯ БИТУМА

Шумеры использовали битум ещё в третьем тысячелетии до н.э. для статуй, кладки стен, гидроизоляции ванн и труб, в ступенях лестниц и судостроении. Другие культуры — Вавилон, Индия, Персия, Египет, древняя Греция и Рим — продолжали использовать битум, и в некоторых случаях он сохраняет сцепление компонентов до сих пор. В Библии битум упоминается как связующее для кирпичей Вавилонской башни. Существует неподтверждённая версия о подземном туннеле под рекой Евфрат, построенном с использованием битума как гидроизоляционного материала. Слово «битум» происходит от латинского, а греческое название — ?σφαλτος (асфальтос). В 40 г. н.э. Диоскорид описал производство асфальта (асфальтос), отличающегося от пещной смолы и нефти. Термины асфальт и битум часто используются взаимозаменяемо для обозначения природных и искусственных форм вещества. Юдейский битум (Judaicum Bitumen), добываемый у Мёртвого моря, считается одним из лучших и почти чистым (99,99%). В 312 г. до н.э. за этот битум велась первая известная битва за нефтяные месторождения между Селевкидами и Набатейцами.

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ БИТУМА

Природные залежи битума образовались из остатков древних микроскопических водорослей и других живых организмов. После их смерти останки оседали на дно океана или озера. Под действием температуры и давления они трансформировались в битум, кероген или нефть. Пример — залежи в Ла-Бреа (Лос-Анджелес). Структурно битум схож с органическим веществом в углеродистых метеоритах, но исследования показали их различия. Некоторые битумы могли иметь первичное происхождение во время формирования Земли и быть переработаны бактериями.

ПРИМЕНЕНИЕ БИТУМА

Битум известен своими адгезионными и когезионными свойствами, главным образом используется в строительстве. В дорожном строительстве битум вязок при нагревании и затвердевает при охлаждении, что позволяет ему выступать в роли связующего материала для каменных заполнителей.

Большая часть рафинированного битума применяется в строительстве: в основном для асфальтовых и кровельных материалов. В зависимости от конечного применения битум производится с заданными характеристиками путём рафинирования или смешивания.

Оценочно, мировой годовой расход битума составляет около 102 миллионов тонн. Приблизительно 85% всей произведённой продукции используется как вяжущее в асфальте для дорог.

Битум применяется при строительстве и ремонте:
Автомагистралей
Взлётно-посадочных полос аэропортов
Пешеходных дорожек
Парковок и автодромов
Теннисных кортов
Кровельных покрытий
Гидроизоляции
Линий водоёмов и бассейнов
Звукоизоляции
Покрытий труб и кабелей
Производстве красок, гидроизоляции зданий, подложек под плитку
Производстве газетных красок
И в многих других сферах
Для полного понимания битума как сложного продукта необходимо углублённое знание технологий дорожного строительства. Специалисты рассматривают битум не просто как побочный продукт нефтепереработки, а как сложный строительный материал. Основной асфальтобетон (горячая смесь HMAC или HMA) состоит примерно на 93-97% из минерального заполнителя (камень, песок, наполнитель), а остальное — битум.

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС БИТУМА

Из большого количества сырой нефти лишь немногие сорта подходят для производства битума нужного качества в коммерческих масштабах. Обычно это тяжёлые нефти с высоким содержанием серы.

На современных заводах часто смешивают несколько сортов нефти для получения стабильного битума высокого качества с точными инженерными характеристиками.

Производственные процессы:

Отходы дистилляции тщательно отобранных сортов нефти служат сырьём для битума. Переработка отделяет лёгкие фракции от остатков. Несколько методов производства применяются в зависимости от типа нефти и возможностей завода. Часто комбинируют процессы. Ниже перечислены основные методы.

Дистилляция

Основной процесс – прямой отбор из сырой нефти или смесей с использованием атмосферной и вакуумной дистилляции. Атмосферная дистилляция отделяет лёгкие фракции (газойль, топливо) от атмосферного остатка — нефтеосадка. Лёгкие фракции подаются в другие производства, а остаток идёт на битум. Для удаления остатков лёгких фракций и предотвращения термической деструкции остаток подвергается вакуумной дистилляции с пониженным давлением и температурой.

Осаждение растворителем

Используются специальные растворители (пропан, бутан) для отделения смазочных масел и битума без изменения химической структуры. В зависимости от растворителя получают битумы разных категорий. В сочетании с вакуумной дистилляцией можно контролировать пенетрацию и точку размягчения — ключевые свойства битума для инженерных требований. Дополнительные важные свойства — чувствительность к температуре и старению, когезия и эластичность — проверяются специализированными тестами.

Окисление

Битум дополнительно обрабатывается продуванием воздухом при высокой температуре (~280°C) для изменения свойств. Окисленный битум бывает двух типов: воздухонасыщенный (air rectified) и окисленный. Он приобретает резиноподобную структуру и изменяет реакцию на нагрузки. Окисление повышает жёсткость и точку размягчения, существенно меняя свойства. Продолжительность окисления влияет на конечный продукт. Окисленный битум используется в кровельных материалах, воздухонасыщенный — в дорожных и некоторых кровельных применениях.

Смешивание

Конечный продукт получают в процессе рафинирования или смешивания битумов с разными свойствами. Смесь высоко- и низковязких остатков позволяет получать битум с нужными характеристиками. Смешивание происходит на заводе, терминалах или на сторонних предприятиях для удобства транспортировки и распределения.

Стандартизация

В разных странах и регионах применяются различные стандарты и системы классификации качества нефтяных битумных вяжущих. Наиболее признанные стандарты публикуют:
Европейский комитет по стандартизации (CEN)
Немецкий институт стандартов (DIN EN)
Французская ассоциация стандартизации (AFNOR – NF EN)
Британский институт стандартов (BSI - BS EN)
Американское общество испытаний и материалов (ASTM)
Американская ассоциация дорожных и транспортных чиновников (AASHTO)
Южноафриканская организация стандартов (SABS)
Стандарты Австралии (AS)
Наиболее распространённые спецификации битума

Стандартные марки нефтяного битума:
ASTM D 946 и AASHTO M 20 (пенетрация при 25°C)
ASTM D 3381 и AASHTO M 226 (вязкость при 60°C)
Полимермодифицированный битум
ASTM D 5976; ASTM D 5840; ASTM D 5841 (по типу полимера; устаревшие в США, но ещё применяются в некоторых странах)
ASTM 6373 и AASHTO M 320 (PG-градация, для обычного и модифицированного битума)
EN 14023 (стандарт для полимермодифицированных битумов)
AUSTROADS (Австралия)
Эмульсии битума
США, анионные эмульсии: ASTM D 977 и AASHTO M 140
США, катионные эмульсии: ASTM D 2397 и AASHTO M 208; полимермодифицированные катионные эмульсии: AASHTO M 316
Европа: гармонизированный стандарт EN 13808 для катионных и полимермодифицированных эмульсий
(Международно существует широкий спектр спецификаций эмульсий, многие из которых технически неточны и вызывают путаницу.)

Жидкий битум (Cutback Bitumen)
ASTM D 2026, D 2027 и D 2028 для медленно, средне и быстро твердеющего битума
AASHTO M 81, M 82 для быстротвердеющего и среднетвердеющего битума
EN 15522 для жидких и разбавленных битумных вяжущих
Виды битума

По пенетрации
ASTM D 946: 40/50, 60/70, 80/100
BS EN 12591: 35/50, 50/70, 70/100
Система градации по пенетрации разработана в начале XX века для характеристики консистенции полутвёрдых асфальтов. Пенетрация отражает мягкость асфальта: чем меньше вязкость, тем глубже игла проникает.

Битум по пенетрации классифицируется по результатам испытания, измеряющему глубину проникновения иглы в битум под определённой нагрузкой при 25°C.

Битум марки по пенетрации получают путём окисления вакуумного остатка на производственных установках. Эта марка классифицируется в разные группы в зависимости от значения пенетрации. Чаще всего используется для дорожного покрытия и некоторых промышленных целей. Дополнительная обработка позволяет получать другие виды битума и расширять сферы применения.

Условия оплаты: T/T и аккредитив.
Упаковка: Бочки по 180 кг нетто (190 кг брутто). Для некоторых рынков, например Бангладеш, доступны бочки по 150 кг нетто. Большие мешки по 1 тонне, загружаемые в 20-футовые контейнеры зимой и в 40-футовые летом.
ASTM D 6373 и AASHTO M 320 (марки по показателям PG)
EN 12591 (пенетрация при 25°C) → NF EN; BS EN; DIN EN и др.
AS 2008 (вязкость при 60°C)
SABS 307 (пенетрация при 25°C, вязкость при 60°C после RTFOT)
IS 73 (Индия) — с 2006 года перешли с PEN на VG (вязкость при 60°C); модифицированный CRMB по-прежнему по пенетрации

Способы связи