Особенности производства и применения строительных материалов. Битум

Битум – это первый продукт, полученный из нефти, который начало использовать человечество. Он применялся в качестве стройматериала более 5 тысяч лет назад. Раньше битумы, которые добывались в районах месторождений нефти, находили применение как водонепроницаемые материалы, отлично подходящие для возведения башен, зданий, строительства туннелей, сточных, водопроводных каналов, водо-, зернохранилищ. С расцветом нефтяной промышленности увеличились и объемы производства битумов, а также их качество.

Битумом называется твердый (либо смолоподобный продукт), состоящий из углеводородов и их соединений (сернистых, кислородистых, азотистых). Этот материал не растворяется в воде, однако может целиком либо частично раствориться в сероуглероде, хлороформе, бензоле и других растворителях. К природным битумам с первичной углеводородной основой, имеющим органическое происхождение, принадлежат те естественные производные углеводородов, которые образуются вследствие биохимического и химического окислений нефти, возникающих в случае нарушения консервации залежей данного полезного ископаемого. Искусственный битум представляет собой остаточный продукт, получаемый при переработке нефти, сланцев, каменного угля. Состав природного битума очень похож на состав искусственной продукции.

Добыча и последующая комплексная переработка битумов естественного происхождения всегда осуществляются в определенной последовательности. Первым этапом является добыча породы, содержащей в себе битум. Далее порода разделяется на минеральную и органическую части. После транспортировки производится собственно переработка материала.

В качестве сырья при производстве битума используются остаточные продукты переработки нефти, такие как асфальты деасфальтизации, гудроны и т.д. Существуют 3 основных метода получения нефтяного битума. Один из них заключается в концентрировании нефтяных остатков перегонкой. В этом случае остаточные битумы получают в вакууме. Для этих целей подходит только такое сырье, которое включает в себя достаточно большую долю асфальтосмолистых веществ. Последние в необходимом количестве содержатся в высокосмолистой сернистой нефти. Вакуумная перегонка и процедура деасфальтизации обеспечивают получение осажденных и остаточных битумов. Асфальт и гудрон здесь являются побочными продуктами, в полной мере соответствующими требованиям, предъявляемым к сырью при изготовлении битума.

Второй способ предусматривает производство битума путем окисления кислородом разных нефтяных остатков. Процедура окисления осуществляется при температуре порядка +180-300 градусов. За счет окисления кислородом воздуха становится возможно значительное увеличение содержания асфальтосмолистых веществ, которые являются одной из важных составляющих битума. Главный этап при получении битума по этой технологии – это продувка гудрона кислородом. Для получения окисленных битумов применяются аппараты непрерывного и периодического действия. Преимущество устройств непрерывного действия заключается в экономичности и простоте эксплуатации.

Еще один метод получения битумов – это смешение разных остаточных и окисленных продуктов, дистиллятов и нефтяных остатков друг с другом. При строгом соблюдении всей технологии результатом проведенных процедур становится получение компаундированных битумов. Окисленный битум представляет собой термостабильный эластичный материал, а остаточный – легкоплавкий мягкий продукт.

Значение битума при возведении дорожного покрытия трудно переоценить, ведь такое покрытие отличается безопасностью, прочностью и сравнительной дешевизной (его стоимость примерно в 2-2,5 раза ниже бетонного покрытия). В дорожном строительстве битум нашел применение при поверхностной обработке грунта, дороги, основания, пропитке дороги. Перед укладкой битум смешивается с каменными материалами с помощью специальной машины – асфальтосмесителя. Ни для кого не секрет, что со временем в дорожном покрытии начинают образовываться трещины. Одной из причин этого явления часто называют использование вязких битумов с низким начальным показателем пенетрации (приблизительно 30-40). Сегодня специалисты рекомендуют использовать битумы, обладающие более высокой пенетрацией (до 90-120). Оптимальным вариантом является применение как можно более мягких битумов, однако должна быть обеспечена требуемая температурная стойкость материала в сильную жару. Здесь стоит отметить, что битум, имеющий повышенную температуру размягчения, при равной пенетрации обладает большей теплостойкостью.

Благодаря таким свойствам, как водонепроницаемость, нетоксичность, устойчивость к разрушению при низкой температуре, битумы используются при строительстве гидротехнических сооружений. Данный стройматериал хорошо справляется с предотвращением просачивания воды, а также надежно защищает каналы и берега от возможных оползней. Покрытие, состоящее из битума и минерального наполнителя, является гарантией долгосрочной защиты бассейнов и водохранилищ, дамб и плотин, портов и гаваней от протекания воды. Обладая высокой прочностью, данная смесь стоит гораздо ниже, нежели другие подобные материалы.

Строительные битумы пускают в ход при проведении гидроизоляции бетонных сооружений, фундаментов. При этом битум должен обладать необходимыми химическими, физическими, адгезионными и механическими свойствами. Требования к свойствам материала зависят от необходимой надежности сооружения, места строительства и конструктивного слоя. На использование битума при сооружении дорожного покрытия оказывают влияние не только место строительства дороги, но и погодные условия, присущие определенной климатической зоне, состояние дороги. Многое зависит от таких характеристик данного стройматериала, как вязкость, интервал пластичности, предельная растяжимость.

Иногда выделяют кровельные битумы, предназначенные специально для кровельных работ. Такой стройматериал подходит для сооружения кровельной основы, а также ее пропитки. Для этих целей используются соответственно покровный и пропиточный битумы. Существуют простой и окисленный покровные битумы. Второй обладает большей теплостойкостью. Верхний слой кровли может сооружаться с использованием битумов, имеющих в своем составе всевозможные полимерные добавки, что существенно увеличивает долговечность, теплоустойчивость, прочность и морозоустойчивость стройматериала.

Максимальная дешевизна при устройстве гидроизоляции фундамента достигается путем нанесения на него плавленого битума. Большой популярностью пользуется и битумная мастика, применение которой обеспечивает существенную экономию времени. В зависимости от технологии применения выделяют холодные и горячие мастики. Они хорошо выполняют функцию основного изоляционного слоя. Кроме того, мастика может использоваться как противокоррозионный либо изоляционный материал в процессе строительства нефте-, газопроводов. Мастики создают из эластичных окисленных битумов, обеспечивающих получение прочного защитного слоя. Битум, являющийся сырьем при производстве мастики, не должен разрушаться из-за действия слоя земли и растрескиваться из-за ударов при перевозке и укладке труб.

Кроме всего вышеперечисленного, битумы используются при изготовлении заливочной аккумуляторной мастики, покрытий для изделий, имеющих отношение к радиопромышленности, производстве кокса, пластификаторов, смазок для металлургического и другого оборудования, коллоидных растворов и т.д. Многочисленные положительные свойства битума обуславливают его популярность как в строительстве, так и в других сферах промышленности.