Твердые нефтепродукты (Битумы)
Битумы
29.03.2012
Битум с давних пор является одним из наиболее известных строительных материалов. Благодаря своим адгезионным и гидрофобным свойствам он находит широкое применение в дорожном строительстве, изготовлении кровельных материалов, при строительстве фундаментов зданий и сооружений, прокладке трубопроводов.
Битум представляет собой чрезвычайно сложную смесь углеводородов и гетероорганических соединений разнообразного строения, в основном не выкипающую при температурах перегонки нефти. Идентификация всех составляющих битум соединений невозможна. Но для решения многих задач оказывается достаточным определить содержание отдельных классов или групп веществ. Общепризнанным является разделение веществ по их отношению к растворителям и адсорбентам. В соответствии с эти битум состоит из асфальтенов - соединений не растворимых в алканах С5 - С7, смол - соединений, растворимых в алканах и десорбируемых с поверхности силикагеля бензолом или его смесью со спиртом, но не десорбируемых алканами, и масел - соединений, растворимых в алканах и десорбируемых указанными элюетами. Среди масел различают соединения парафиновой, нафтеновой или ароматической основы.
Групповой состав битума предопределяет его коллоидную структуру и реологическое поведение и тем самым - технические свойства, которые характеризуются условными показателями качества, определяемыми в стандартных условиях.Среди этих показателей важнейшие: пенетрация (глубина проникания иглы в битум), температура размягчения и хрупкости, дуктильность (растяжимость) - способность битума растягиваться в нить. Некоторые показатели определяют как для исходного битума, так и для битума после прогрева, который имитирует процесс старения.Стандартами задаются определенные значения показателей качества, что отражает оптимальный состав битума. Этот состав может быть различным для разных областей применения битума.
Задачей технологии производства битумов является правильный выбор исходной нефти и процессов переработки.
Для производства окисленных дорожных битумов предложено классифицировать нефти по содержанию (%, мас. доля) в них асфальтенов (А), смол (С) и твердых парафинов (П). Нефть считается пригодной, если выполняется условие А+С больше, либо равно 0, при А+С меньше 6.
Предложена также классификационная зависимость, основанная на содержании (%, мас. доля) в нефти общей серы (S) и твердых парафинов, позволяющая не только судить о пригодности нефти для производства дорожных битумов окислением остатка перегонки, но и определить требования к остатку - к температуре (t) начала кипения по ИТК нефти.
Малосернистые высокопарафинистые нефти не соответствуют этим условиям, и поэтому никакие гудроны этих нефтей не могут дать качественных окисленных битумов. При П меньше 1 требования к глубине перегонки снижаются, и битумы могут быть получены даже из нефтей, практически не содержащих серы.
Вакуумную перегонку мазута используют доя получения остаточных битумов или гудрона с последующим окислением воздухом с целью производства окисленных битумов. В процессе деасфальтизации гудрона пропаном получают осажденные битумы, которые могут использоваться как товарный продукт, так и в качестве сырья для последующего окисления.
С углублением перегонки возрастает содержание в остатке асфальтенов и смол и уменьшается содержание масел. В процессе деасфатизации в асфальте-битуме концентрируются смолисто-асфальтеновые вещества. При этом в масляной части асфальта увеличивается доля ароматических структур. Процесс окисления характеризуется переходом легких ароматических соединений в тяжелые и далее - в смолы и асфальтены.
Увеличение отношения асфальтены: смолы в битуме и уменьшение доли ароматических соединений в масляной части битума приводит к повышению температуры размягчения, увелечению пенетрации при 0 °C и уменьшению дуктильности при 25 °C - для битумов с одинаковой пенетрацией при 25°C.
С учетом изложенного и общих задач переработки конкретной нефти производят окисленные, остаточные и осажденные битумы. Используется и компаудирование компонентов сырья и битумов.
Отечественной промышленностью вырабатывается широкий ассортимент битумов: дорожных, строительных (индустриальных) и специальных высокоплавких.
Дорожные битумы разделяют на вязкие и жидкие.
Вязкие битумы используются в качестве вяжущего материала при строительстве и ремонте дорожных покрытий. Основное количество таких битумов вырабатывается в России в соответствии с ГОСТ 22245-90.
В соответствии с ГОСТ 22245-90 вырабатываются вязкие битумы двух типов: БНД и БН. Все битумы маркируются по пенетрации при 25°C. При равной пенетрации при 25 °C битумы БНД имеют более высокую температуру размягчения, более низкую температуру хрупкости и большие значения пенетрации при 0°C, чем битумы БН. В то же время для битумов БНД устанавливаются требования по дуктильности при 0°C, а требования по дуктильности при 25°C менее строгие по сравнению с битумами БН. Требования к термостабильности битумов БНД более жесткие.
Рекомендации по применению зависят от типа битумов и их пенетрации при 25°C. В первой дорожно-климатической зоне при среднемесячной температуре наиболее холодного времени года не выше -20°C рекомендуется использовать битумы БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130; во второй и третьей климатических зонах при температуре в приделах -10...-20°C - битумы БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90; во второй , третьей и четвертой зонах при температуре -5..-10°C - битумы БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60; в четвертой и пятой климатических зонах при температуре не ниже +5°C - битумы БН 90/130, БН 60/90, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60.
Некоторое количество вязких битумов вырабатывается на отдельных заводах по техническим условиям,носящим часто конъюнктурный характер. Однако битумы вырабатываемые по ТУ 38.1011356-91 пользуются большим спросом иностранных фирм для строительства ответственных объектов как в России, так и за рубежом.
В тоже время на российском рынке пользуются спросом импортные битумы, вырабатываемые по спецификации Nestle.
Жидкие битумы предназначены для удлинения сезона дорожного строительства. В соответствии с ГОСТ 11955-82 их получают смешение вязких битумов БНД с дистиллятными фракциями - разжижителями. После укладки покрытия разжижитель постепенно испаряется. Применение жидких дорожных битумов не соответствует современным требованиям к энергосбережению и защите окружающей среды. кроме того низкая температура вспышки предопределяет их пожаробезопасность.
Строительные битумы применяют при выполнении различных строительных работ, в частности для гидроизоляции фундаментов зданий.
Кровельные битумы применяют для производства кровельных материалов. Их разделяют на пропиточные и покровные (соответственно для пропитки основы и получения покровного слоя).
Изоляционные битумы используют для изоляции трубопроводов с целью защиты их от коррозии
К высокоплавким относят битумы с температурой размягчения выше 100°C. Такие битумы и маркируют в зависимости от температуры размягчения в отличие от вышеописанных битумов, в основу которых положена пенетрация при 25°C. Известно несколько сортов высокоплавких битумов: битума для аккумуляторных мастик, хрупкие битумы (лаковые), битумы - высокоплавкие размягчители (рубраксы). все эти битумы получают глубоким окисление остатков перегонки нефти, и поэтому важным для них является показатель растворимости в тех или иных растворителях.
Хрупкие битумы (ГОСТЬ 21822-87) предназначены для использования в лакокрасочной, шинной и электротехнической промышленности. Битумы, представляющие собой твердое вещество черного цвета без запаха, выпускают двух марок: Б и Г
Битумы - высокоплавкие мягчители (рубраксы) (ГОСТ 781-78) производят для резинотехнической и шинной промышленности. В зависимости от глубины проникновения иглы устанавливаются две марки битума: А-10 и А-30.
Все битумы обычно используют в чистом виде. Однако достаточно часто в битумы вводят компоненты, улучшающие их потребительские свойства. Так в дорожные битумы перед применением вводят адгезионные добавки, улучшающие сцепление битума с каменным материалом. Для модификации реологических параметров в дорожные и кровельные битумы вводят полимеры разного строения, например, стирол-бутадиенстирольные каучуки. Смешивая битумы с водой и эмульгаторами, получают битумные эмульсии. Все эти продукты производят обычно по нормативно-технической документации потребителей.
