Битум

Добыча и переработка природных битумов

Естественный выход на дневную поверхность битума на нефтеносном месторождении McKittrick в КалифорнииБаки для битумаТанкер для битума

Процесс добычи и комплексной переработки природных битумов производится в следующей последовательности:

  • добыча битумосодержащей породы;
  • разделение битумосодержащей породы на органическую и минеральные части;
  • транспортировка битума;
  • переработка битума.

В зависимости от условий залегания и физических свойств сырья разработка месторождений природных битумов осуществляется следующими способами:

  • карьерным и шахтным очистным, при которых породу извлекают на поверхность, где из неё экстрагируют битум растворителем или горячей водой с добавкой эмульгирующих составов;
  • шахтным дренажным, при котором природные битумы добываются в шахте самотёком через систему восходящих дренажных скважин, пробурённых из горных выработок;
  • скважинным внутрипластовым, при котором природные битумы добываются путём термического или иного воздействия на битумонасыщенные породы через скважины, пробурённые с поверхности.

Рудничными (карьерным и шахтным) способами разрабатываются месторождения с битумонасыщенностью вмещающих пород не менее 10 % и глубиной залегания 60 — 90 метров. Коэффициент извлечения битума при этом до 85 — 90 %. Примером такой добычи является Ярегское нефтяное месторождение в Республике Коми.

Скважинными способами разрабатываются месторождения жидких природных битумов (битуминозная нефть) с глубиной залегания, как правило, более 100 метров. При скважинных способах коэффициент нефтеотдачи достигает в среднем 30 %. В Татарстане битуминозную сверхвязкую нефть в экспериментально-показательном и пока убыточном проекте добывают на Ашальчинском месторождении. Здесь пробурено несколько пар дугообразных с выходом на дневную поверхность скважин. В паре скважины располагаются параллельно друг над другом на расстоянии несколько метров. Одна скважина предназначена для закачки пара, прогревающего пласт, другая — для откачки нефти, ставшей менее вязкой под воздействием прогрева.

Природные битумы не являются сами по себе товарным продуктом, как нефть или газ. Для получения из них товарного продукта нужны дополнительные технологические процессы. В качестве товарного продукта переработки природных битумов может рассматриваться «синтетическая нефть» — вид сырья, альтернативный природной нефти. Кроме того, являясь многокомпонентным полезным ископаемым, природные битумы помимо углеводородов нередко содержат нафтеновые кислоты, сульфокислоты, простые и сложные эфиры, серу, редкие цветные металлы (ванадий, никель, рений) в кондиционных концентрациях. Минимальная концентрация ванадия в природных битумах, при которой выгодна его промышленная добыча составляет 120 г/т, а никеля — 50 г/т.

Интересные факты

Битум является аморфным веществом, то есть в твёрдом состоянии проявляет свойства жидкости. Чтобы доказать это, в 1927 году сотрудник Квинслендского университета Томас Парнелл поместил битум в воронку и стал ждать, когда он вытечет. Эксперимент удался: первая капля упала через восемь лет, за что Парнелл и удостоился Шнобелевской премии (См.: Опыт с капающим пеком).

Битум — древнейший строительный и отделочный материал. О свойствах природного битума — «земляной смолы», применявшейся для скрепления наконечников древних копий и делающей посуду водонепроницаемой, древний человек знал ещё в эпоху неолита. Битумная посуда предшествовала глиняной. Битум использовали в строительстве для изоляции достаточно редкого для Месопотамии дерева. Природный битум часто использовался как связующее вещество при создании мозаик из полудрагоценных камней и раковин (Урский штандарт, мозаичное панно из аль-Убейда).

В древнем мире монополия на природный битум изначально принадлежала Месопотамии и составляла значительную часть экспорта. В Древнем Египте битумом пользовались для бальзамирования и мумификации. В Древнем Шумере эту субстанцию называли «эсир», аккадцы — «идду», арабы, проживавшие на территории Ирака, дали ей много имён: «сайали», «зифт» и «кар».

Учёный, изучающий битум (битуминология), называется битуминолог (например В. А. Успенский).

Что такое битум?

Термин «битум» принято использовать в следующих значениях:

  1. генетическом – под понятие «природный битум» подпадают такие полезные ископаемые органического происхождения, как: газ, нефть, горный деготь, смолы, мальта, горный воск, озокерит, асфальт и т.п.;
  2. аналитическом — под битумом понимают вещества, которые извлекают из горных пород с использованием органических растворителей;
  3. техническом – вещества природного и искусственного происхождения, используемые для покрытия дорог, устройства гидроизоляции, приготовления мастик, лаков, праймеров и т.д.

Битум может быть как природным, так и иметь искусственное происхождение. Нефтяной битум получают на нефтеперерабатывающих заводах из нефти, которую подвергают фракционной перегонке. В результате получают светлые продукты (бензин, лигроин, керосин), смазочные масла и др. виды нефтепродуктов. Нефтяные остатки (после отбора более легких по массе фракций) используют в качестве сырья для производства нефтяных битумов. При атмосферно-вакуумной перегонки нефти получают остаточные битумы, при окислении нефтяных остатков — окисленные, при смешении остатков, образующихся при перегонке нефти, — компаундированные.

Материал имеет углеводородную основу и состоит из углерода (70-98%), водорода (1-14%), кислорода (0,3-10%), серы (0,2-10%), азота (0,1-3%). Важнейшие его свойства – способность растворяться в органических растворителях (бензин, бензол, ацетон, хлороформ), способность гореть, а также высокая адгезия (способность прилипать к различным поверхностям). В зависимости от состава и назначения битум нефтяной относят к одной трех классификационных групп:

  1. жидкие – в дальнейшем подразделяются на разжиженные и остаточные;
  2. вязкие;
  3. твердые – в дальнейшем подразделяются на пластичные и хрупкие.

Какие марки битумов бывают?

Использование марок битума для конкретных областей применения регламентируется соответствующими ГОСТами. Ниже дано описание основных марок:

1. Битум нефтяной дорожный вязкий регламентируется ГОСТом 22245-90, в соответствии с которым предусмотрены следующие марки битума нефтяного дорожного (цифры дроби в марке отражают допустимые для данной марки пределы изменения показателей пенетрации при 25°С):

Показатель

Нормативное значение, в зависимости от марки

БНД 200/300

БНД 130/200

БНД 90/130

БНД 60/90

БНД 40/60

БН 200/300

БН 130/200

БН 90/130

БН 60/90

Глубина проникания иглы (0,1 мм):

— при 25 °С

201-300

131-200

91-130

61-90

40-60

201-300

131-200

91-130

60-90

— при 0 °С, не менее

45

35

28

20

13

24

18

15

10

Температура размягчения по кольцу и шару (°С), не ниже

35

40

43

47

51

33

38

41

45

Растяжимость
(см), не менее:

— при 25 °С

70

65

55

45

80

80

70

— при 0°С

20

6,0

4,0

3,5

Температура хрупкости (°С), не выше

-20

-18

-17

-15

-12

-14

-12

-10

-6

Температура вспышки (°С), не ниже

220

220

230

230

230

220

230

240

240

Изменение температуры размягчения после прогрева (°С), не более

7

6

5

5

5

8

7

6

6

Индекс пенетрации

от -1,0 до +1,0

Oт -1,5 до +1,0

Чтобы выбрать марку дорожного битума, нужно воспользоваться данными таблицы:

Дорожно-климатическая зона

Среднемесячные температуры наиболее холодного времени года (°С)

Марка битума дорожного

I

Не выше -20

БНД 90/130,БНД 130/200,БНД 200/300

II и III

От-10 до-20

БНД 60/90,БНД 90/130, БНД 130/200,БНД 200/300

II,III,IV

От-5 до -10

БНД 40/бО,БНД 60/90, БНД 90/130,БНД 130/200, БН 90/130,БН 130/200, БН 200/300

IV-V

Не ниже +5

БНД 40/60,БНД 60/90, БНД 90/130,БН 60/90, БН 90/130

2. Нефтяные битумы (БН), используемые для строительных работ, регламентируются ГОСТом 6617-76, в соответствии с которым установлены три марки битумов нефтяных строительных — БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10 (цифры в числителе дроби показывают температуру размягчения по «К и Ш» (кольцо и шар), а в знаменателе — указывают среднее значение пределов изменения пенетрации при 25°С):

Наименование

Норма для марки

БН 50/50

БН 70/30

БН 90/10

Глубина проникания иглы (при 25 °С), 0,1 мм

41-60

21-40

5-20

Температура размягчения по кольцу и шару (°С)

50-60

70-80

90-105

Растяжимость (при 25 °С), не менее

40

3,0

1,0

Растворимость (%), не менее

99,50

99,50

99,50

Изменение массы после прогрева (%),не более

0,50

0,50

0,50

Температура вспышки (°С), не ниже

230

240

240

Массовая доля воды

Следы

БН 50/50:

  • температура размягчения: около 50 0С;
  • свойства: хорошо прилипает, легкотекучий, на ровной поверхности постепенно оплывает (растекается).

БН 70/30:

  • температура размягчения: 70-72 0С;
  • свойства: хороша адгезия, разбивается без осколков на крупные куски; наиболее пригоден для устройства гидроизоляционных покрытий.

БН 90/10:

  • температура размягчения: около 90 0С;
  • свойства: высокая адгезия, малочувствителен к высокой температуре, разбивается молотком и образует осколки с блестящей поверхностью.

С течением времени материал теряет часть входящих в него масляных фракций, в результате чего становиться жестким, хрупким. При низких температурах также происходит потеря его эластичности, материал приобретает жесткость и ломкость.

3. Битумы нефтяные кровельные (БНК), регламентируются ГОСТом 9548-74, в соответствии с которым установлены три марки кровельных битумов — БНК-40/180 (битум для пропитки), БНК-45/190 (битум для пропитки и получения покровного битума), БНК-90/30 (материал, для покровного слоя), в числителе дроби в марке указано среднее значение показателей температуры размягчения по «К и Ш», а в знаменателе — среднее значение показателей пенетрации при 25°С:

Наименование

Норма для марки

БНК-40/180

БНК-45/190

БНК-90/30

Глубина проникания иглы (при 25 °С), 0,1 мм

160-210

160-220

25-35

Температура размягчения по кольцу и шару (°С)

37-44

40-50

80-95

Температура хрупкости (°С), не выше

-10

Растворимость в толуоле или хлороформе (%), не менее

99,50

99,50

99,50

Изменение массы после прогрева, (%), не более

0,80

0,80

0,50

Глубина проникания иглы при 25 °С в остатке после прогрева (% от первоначальной величины), не менее

60

60

70

Температура вспышки (°С) не ниже

240

Массовая доля воды, не более

Следы

Массовая доля парафина (%), не более

5,0

Индекс пенетрации

От 1,0 до 2,5

Как работать с битумом

Строительные и кровельные битумы традиционно широко применяются в строительстве для производства гидроизоляционных и кровельных работ. Битум разогревают в котле или битумоварке до текучего состояния и в жидком виде наносят на обеспыленное основание шпателем, кистью либо разливают и выравнивают специальными гребками (раклями).

Битум остывает очень быстро, поэтому разогрев материала производят после подготовки основания к нанесению битума.

Разогрев битума

производят в варочном котле из толстого металла с плотно закрывающейся крышкой, Толщина стенок котла должна быть не менее 4 мм, так как в тонкостенных емкостях материал будет быстро подгорать. Перед разогревом битум очищают от упаковки и раскалывают на небольшие куски, лучше делать это утром пока материал не размяк. Полученные куски укладывают в битумоварку (котел), заполняя на 2/3 объема.

Нагрев производят на малом огне, чтобы обеспечить постепенный и равномерный прогрев. Битум расплавляют до получения однородной массы, а при появлении на его поверхности посторонних примесей, удаляют их металлическим ситом (например, жестяной банкой с пробитыми в ней гвоздем отверстиями) на длинной палке. При разогревании материал шипит и пенится, так как выпаривается лишняя жидкость.

Температура нагревания — от 160 до 200 °С. При температуре 160-170 °С материал можно разогревать в течение 3 часов, а при большей температуре — не долее 1 часа. Для контроля температуры разогретого материала используют термометр со шкалой делений более 200 0С.

При температуре свыше 220 °С свойства материала ухудшаются, так как в нем образуется кокс. Появление зелено-желтого дыма и пузырей – явный признак перегрева (происходит процесс коксования).

При нагревании до 240 °С и более материал может легко воспламениться. В этом случае нужно немедленно закрыть крышку котла (накрыть котел листом металла), чтобы потушить огонь. Такой битум при затвердевании будет хрупким и быстро потрескается, поэтому использовать его уже нельзя.

Битум разогревают до тех пор, пока масса не станет однородной, а ее поверхность – глянцевой, при этом от неё поднимается густой серый дым.

Расход для гидроизоляции:

Битум, разогретый до жидкого состояния, наносят слоем толщиной 1,5 — 2,5 мм.
Расход составляет 1,0 — 1,5 кг на кв.м.

Техника безопасности

При работе с горячим битумом необходимо проявлять большую осторожность во избежание ожогов. Для предотвращения несчастных случаев, необходимо помнить следующие требования техники безопасности:

  • битумы – вещества горючие с температурой вспышки 220-300 0С;
  • минимальная температура самовоспламенения строительных нефтяных битумов — 368 0С;
  • котел для разогрева (варки) битума устанавливают на выровненной свободной площадке;
  • при огневом подогреве котла необходимо следить, чтобы жидкий битум не попал в огонь. Для этого котел устанавливают с небольшим уклоном в сторону, противоположную топке;
  • в непосредственной близости от котла располагают ящик с песком, лопаты и огнетушитель;
  • при загорании небольшого количества битума, его тушат песком, пенным огнетушителем, кошмой. При развитии пожара разлитого на большой площади продукта, огонь тушат пенной струей;
  • в процессе варки битумных мастик соблюдают правила смешивания битумов разных марок: после закладки в котел, расплавления битума БН-Ш и прекращения образования пены можно добавлять битумы более высоких марок;
  • сухие куски битума опускают в варочный котел по борту котла, чтобы избежать брызг;
  • необходимо следить, чтобы в варочный котел не попадала вода, снег или лед;
  • в расплавленный битум нельзя добавлять битум третьей марки. Это может привести к большому пенообразованию, в результате чего содержимое котла выплеснется;
  • котел нельзя загружать более чем на две трети его объема;
  • при работе с горячим битумом и битумными мастиками необходимо надевать брезентовые рукавицы и костюмы, а также очки и кожаные ботинки.

Битум нефтяной строительный незаменим при устройстве гидроизоляции построенных своими руками погребов и подвалов. При покупке материала помните, что гарантийный срок хранения составляет один год с момента его производства.

Битум – незаменимая составляющая строительства. Благодаря своим уникальным характеристикам, битум надежно закрепился в строительной промышленности. Его практичность, долговечность и дешевизна не оставляют ни единого шанса альтернативным стройматериалам.

Характеристики битума

Битум – это асфальтоподобный материал, полученный искусственным образом. Является итоговым продуктом переработки натуральных битумов, остатков после обработки угля, нефти, сланцевых смол и торфяных экстрактов.

В зависимости от составляющих и характеристик различают несколько разновидностей битума:

  • Природный/натуральный битум – является побочным материалом при добыче нефтепродуктов из разнообразных горных пород. Характеризуются высокой устойчивостью к воздействию кислот, щелочей, воды.

  • Строительный битум – продукт нефтяной перегонки и смешивания с разнообразными строительными компонентами (остатками маслопроизводства, асфальтом и пр.). Для работы с кровельными материалами и для высотных работ обычно используется битум марки БНК 45/180, БНК 45/90, БНК 90/40 или БНК 90/30. Характеризуются высокой устойчивостью к намоканию и воздействию высоких температур. По сравнению с кровельными битумами, строительные имеют большую сопротивляемость возгоранию.

  • Дорожный битум – самый востребованный вид битумов. Основные марки дорожного битума: БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200 и БНД 200/300. Характеризуется большим коэффициентом пенетрации (проникновения в среду). Битумы с большими показателями пенетрации актуальны для северных районов, с меньшими – для южных.

Характеристики битумов постоянно изменяются и совершенствуются. Так, для того чтобы улучшить качества этого стройматериала, в него добавляют различные искусственные добавки, которые направленно усиливают те или иные характеристики. Как правило, такие химические ингредиенты позволяют повысить сопротивление резким перепадам температур, холоду или жаре.

Основные характеристики, по которым можно оценить качество битума:

• растяжимость,

• показатели температуры по хрупкости,

• показатели температуры по размягчению,

• уровень пенетрации.

Соответственно, химические добавки для битумов направлены на улучшение этих характеристик. Цена битума напрямую зависит от качества и целевого применения стройматериала. Оптимизированные марки, устойчивые к большим нагрузкам и обладающие хорошей растяжимостью, будут стоить дороже. Как правило, все необходимые показатели отражены на маркировке битума.

Применение битума

Разновидность битума определяет сферу его применения в строительстве.

Природный битум

Сегодня строительный или дорожный битум пользуется большой популярностью. Но не смотря на очевидное превосходство искусственного битума в массовом строительстве, натуральный или природный битум активно применяется в других промышленных отраслях.

Натуральный битум с особыми характеристиками (неокисленный состав) очень популярен для строительства дорог в западных странах. Неокисленный качественный битум можно производить только на оборудовании нового поколения. На Западе имеется масса подобных производств, чем и объясняется разница в востребованности природного битума на территории постсоветского пространства и в западных странах. Прочувствовать эту разницу может каждый автомобилист, сравнив качество дорожного полотна.

Дорожный битум

Дорожный битум прекрасно зарекомендовал себя при работе в самых тяжелых и неблагоприятных условиях. Он отлично выдерживает большие нагрузки, что и делает его идеальным материалом для строительства дорожного покрытия. Он широко применяется в изготовлении асфальтобетона и асфальта.

В качестве составляющего асфальтных покрытий, дорожный битум выполняет функцию связующего компонента, удерживая все ингредиенты вместе. Благодаря его отличительным характеристикам щебень, речной песок и остальные ингредиенты асфальтовой смеси образуют прочную однородную массу.

Плотность битума разделяет его на два вида:

  • вязкий,
  • жидкий.

Вязкий битум актуален в роли вяжущего средства для строительства или ремонта дорог. Жидкий битум используется для увеличения сезона постройки дорожного покрытия.

Качество и долговечность дорожного покрытия во многом зависит от характеристик дорожного битума и степени его соответствия нормам ГОСТа. Использование высококачественных материалов значительно повышает сроки эксплуатации дорог, позволяет избежать появления трещин, выбоин и подобных дефектов. Купить битум высокого качества можно у завода-производителя или у прямых поставщиков.

Строительный битум

Без строительного битума не возможна ни одна работа по заливке фундамента, кровельные или ремонтные манипуляции. Строительный битум получается в процессе переработки нефти и бывает двух видов: твердый и жидкий.

  • Твердую разновидность битума удобно транспортировать, но она требует разогрева на месте проведения строительных работ. Размягчение твердых слитков осуществляется при помощи специального оборудования – битумоварок. Температура битума должна быть довольно высокой, чтобы успешно применять его для строительства кровли или гидроизоляции.

  • Жидкий битум требует специальных условий транспортировки – он доставляется на место проведения строительных работ в специальной машине-битумовозе, приспособленной для транспортировки темных нефтяных продуктов. Особенность жидкой разновидности битума в том, что ее необходимо использовать в максимально сжатые сроки. Он применяется для заделки швов на зданиях, изготовления битумных мастик и кровельных работах.

Все виды битумов подходят для качественной гидроизоляции зданий, труб или фундаментов. Это самый дешевый, быстрый и удобный способ обеспечить сооружению долгий срок эксплуатации. Расход битума напрямую зависит от характера работ и характеристик материала. Прежде чем приобрести битум, внимательно ознакомьтесь с его маркировкой.

Битум – это продукт переработки нефти и составная часть полезных ископаемых. В его состав входят углероды, кислородные, азотистые, серные и металлосодержащие производные. Существует несколько разновидностей этого материала, отличающихся по свойствам, составу и применению.

Маркировка

Большое разнообразие битумов привело к необходимости к разделению материала на группы. Так появилась маркировка строительного вещества. Она включает в себя происхождение и назначение материала, температуру его нагрева и пенетрации. Рассмотрим пример БНК 90/30:

  • БНК – битум нефтяной кровельный;
  • 90 – оптимальная температура нагрева твердого вещества для плавления;
  • 30 – величина пенетрации, то есть размер проникновения иглы пенетрометра в битум при 25°С в мм.

Битум нефтяной общего назначения

Марки битума строительного, который используют для гидроизоляции конструкций обмазочным методом – БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10. Стоит отметить: чем выше числитель дроби-обозначения, то есть температура размягчения, тем ниже пенетрация.

Подвид строительного битума – изоляционный: БНИ-IV-3, БНИ-IV. Таким обрабатывают подземные трубопроводы для защиты их от коррозии.

Удельный вес битума – 0,95…1,50 г/см3.

Битум кровельный

Рулонные материалы (рубероид, рубемаст, еврорубероид и другие), мягкая черепица шинглас изготавливают из кровельного битума марок:

  • БНК 90/30 используют для покрытия кровли, организации финишного слоя;
  • БНК 40/180 подходит для пропитывания поверхностей с целью гидроизоляции;
  • БНК 45/190 служит материалом для изготовления кровельных материалов.

Температура плавления битума у кровельной разновидности материала небольшая, она не обязательно пропорциональна твердости покрова. Для данного типа важна пластичность листа, которую обеспечит полотно именно с мягкой текстурой.

В группу дорожных битумов входят несколько разновидностей материала по марке. Основное их отличие – климатическая зона, ведь дороги – это ответственные коммуникации. Рассматривая регионы, определяют максимальные и минимальные температуры:

  • Для регионов с низкими температурами, зимой редко поднимающимися выше -20°С выбирают битумы марок БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300.
  • Для умеренной зимы -20…-10°С подходят марки БНД 60/90 и ранее перечисленные 90/130, 130/200, 200/300.
  • На местности с температурами зимой в пределах -10…-5°С дорожное полотно укладывают с применением битума БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.
  • Для теплых регионов со средней температурой зимой +5°С применяют углеводороды марок БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300 и ранее перечисленные.

Технология приготовления и нанесения

С рулонными материалами из битума для кровли и гидроизоляции всё просто – их раскатывают по конструкциям или по кровле и фиксируют наплавлением или приклеиванием на расплавленный битум. Последний, в свою очередь, может применяться как самостоятельный компонент в строительстве. Для этих целей его нужно правильно подготовить.

Существует 2 формы продажи битума:

  • Твёрдая;
  • Готовая жидкая.

Готовые мастики размешивают и наносят на поверхность кистью. Стоят такие растворы дороже твердого битума, а в качестве практически не уступают, но и не выигрывают, кроме удобства.

Чем растворить битум, если он загустел? Подойдут керосин, бензин и уайт-спирит. Их добавляют в небольшом количестве, дожидаются реакции с мастикой и тщательно размешивают. Этими же веществами можно вывести битумное пятно с поверхности пола, автомобиля или ткани.

Чтобы растворить твердый битум, понадобится газовая горелка и толстостенный котел с крышкой. Материал крошат на кусочки небольшого размера и заполняют ими емкость на 2/3. Нагревают котел до заданной в марке температуры, возможно превышение на 10-15°С. При этом, следует следить и за температурой, и за временем: градусов горелки может быть больше, тогда раствор расплавится быстрее, но перегрева допускать нельзя – качество углеводорода будет падать. Температура кипения битума у разных марок своя, самой высокой считается +200°С.

Во время нагрева всплывающие твердые частицы следует вылавливать и утилизировать.

Нагретый раствор наносят на поверхности широкой кистью и валиками. Следует соблюдать технику безопасности при работе с горячим материалом, использовать индивидуальные средства защиты.

Средний расход битума на 1 м2 гидроизоляции при слое 1,5…2,5 мм составляет 1…1,5 кг.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *