Искусственные (нефтяные) битумы их свойства и применение

Природные битумы

Предполагают, что природные битумы образовались главным образом из нефти в результате дегидрогенизации углеводородов с образованием непредельных связей и последующей полимериза­ции. Образовавшиеся из масляной фракции смолы, подвергаясь, в свою очередь, окислительной полимеризации, переходили в асфальтены. Способность смол переходить в асфальтены подтвер­ждается нагреванием их до температуры 260...300 С. Природные битумы встречаются как в чистом виде (без минеральных приме­сей или с незначительным их содержанием), так и в составе биту­минозных горных пород. Это в основном песчаники, известняки и доломиты, поры которых пропитаны битумом. Битум извлекают из измельченной породы вываркой в кипящей воде или экстраги­рованием с помощью органических растворителей. Извлечение битума является целесообразным только в случае его содержания в породе, превышающего 10... 15%. Различают следующие при­родные битумы.

Асфальтовые битумы — пластичные, растворимые, плавкие, обладающие характерными вяжущими свойствами.

Асфальтиты — хрупкие, плохо растворимые, высокоплавкие или почти неплавкие, с сильным или слабым блеском, имеющие темную окраску от темно-коричневой до черной, растворяющие­ся в сероуглероде.

Пиробитумы — нерастворимые и неплавкие, но в результате термической обработки приобретающие и растворимость, и плав­кость.

Озокерит (горный воск) — масса темного цвета. Температура плавления озокерита — 65... 100 °С. Его отделяют от горной поро­ды горячей водой. Из озокерита получают церезин. Сплав озоке­рита, парафина и церезина употребляют для пропитки ткани, бумаги, электроизоляционных материалов при производстве ре­зинотехнических изделий.

Плотность природных битумов составляет 1 050...1 150 кг/м³; температура размягчения — 110...210°С.

Нефтяные битумы по способу получения подразделяются:

1) на остаточные — полученные в остатке как при прямой перегонке нефти, мазута, гудрона, так и при крекинге нефти;

2) окисленные — полученные путем окисления кислородом воздуха (продувкой через расплав при температуре 180...300°С) различных нефтяных остатков (мазутов, гудронов, экстрактов се­лективной очистки масел, крекинг-остатков или их смесей);

3) смешанные — полученные смешиванием различных нефтя­ных остатков с дистиллятами и окисленными или остаточными битумами.

Плотность окисленных битумов ниже, а твердость и темпера­тура размягчения выше, чем у остаточных битумов. Смешиванием продуктов добиваются улучшения основных свойств битумов.

Нефтяные битумы широко используются как связующие и плен­кообразующие вещества для производства лакокрасочных мате­риалов, кровельных и гидроизоляционных мастик, рулонных ма­териалов, а также асфальтовых растворов и бетонов.

При нагревании до сравнительно невысокой температуры (35... 130°С) битумы размягчаются и приобретают способность к вязкому течению. Битумы не имеют точки плавления; их переход из твердого состояния в жидкое происходит постепенно, по мере нагревания. Чем выше температура, тем меньше вязкость битума. Для сопоставления битумов принята условная температура раз­мягчения, при которой битум приобретает стандартную текучесть.

Определяют температуру размягчения с помощью прибора «Кольцо и шар». Способность битума размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении лежит в основе его ис­пользования в качестве связующего вещества в композиционных материалах. Другой особенностью, также предопределившей ис­пользование битума как связующего и пленкообразующего веще­ства, является его растворимость в органических растворителях.

В воде битумы нерастворимы и проявляют водоотталкивающие свойства. Используя эмульгаторы и соответствующую технологию, получают коллоидный раствор битума в воде (битумную эмуль­сию).

Битумы характеризуются высокой адгезией к металлам, кир­пичу, бетону, поэтому применяются для получения приклеиваю­щих мастик.

Материалы на основе битума обладают высокой водостойкос­тью и широко используются для гидроизоляции подводных и под­земных частей сооружений, а также для окраски подводных час­тей речных и морских судов.

В условиях атмосферы из-за склонности к окислению и под действием солнечных лучей битумы быстро стареют, приобрета­ют хрупкость, растрескиваются и дают усадку.

Старение битума происходит в основном по двум механизмам: термодистилляции и термоокислительного старения.

Термодистилляция заключается в испарении из битума летучих компонентов, что приводит к обогащению его тяжелыми фракция­ми, повышению температуры размягчения, охрупчиванию и усадке.

Термоокислительное старение обусловлено реакцией между кис­лородом воздуха и компонентами битума при воздействии тепло­ты и ультрафиолетового излучения. При окислении масла перехо­дят в смолы, которые, в свою очередь, превращаются в асфальте­ны, карбены, карбоиды.

Необходимым условием старения битума является наличие до­статочно большой площади его контакта с воздухом. Поэтому би­тум имеет ограниченное применение для наружных покрытий. Для подземных конструкций и под водой битумные мастики служат достаточно долго. Их целесообразно применять также в качестве приклеивающих. Последние защищены от контакта с воздухом слоем рулонного материала.