БИТУМНЫЕ И ДЁГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ, РАСТВОРЫ И БЕТОНЫ

Битумы

(от лат. bitumen — смола). Первоначально к битумам относили только природные образования, в основном нефть и её естественные производные (чаще всего асфальт). Затем битумами стали называть также искусственные асфальтоподобные продукты, получаемые переработкой природных битумов, остатков от перегонки нефти, каменноугольной и сланцевой смол (технические битумы). Кроме того, название битумы распространили на экстракты, извлекаемые органическими растворителями из торфа, бурого угля и др. (битумы твёрдых топлив). Экстракты, извлекаемые из осадков и осадочных пород, называются битумоидами.

Битумами пользовался человек ещё в глубокой древности. Известны сооружения в междуречье Тигра и Евфрата и в Египте, которые возводились с применением битумов за 3000 лет до н. э. Битумами покрывали водохранилища и хранилища для зерна, скрепляли плиты стен и полов во дворцах и храмах; битумы использовали для гидроизоляции тоннеля, построенного в начале 1-го тыс. до н. э. под р. Евфратом.

Природные битумы подразделяются на нафтиды и нафтоиды. Нафтиды весьма широко распространены в природе — это нефть и её естественные производные: мальты, асфальты, асфальтиты, кериты, озокериты и т.д. Мальты представляют собой вязкие сгустившиеся нефти, подвергшиеся выветриванию. Они состоят из масел (40—65%) и асфальтово-смолистых компонентов (не менее 35%). Дальнейшее изменение мальт под влиянием того же фактора приводит к образованию: твёрдых, но легкоплавких асфальтов, содержащих 60—75% асфальтово-смолистых веществ; асфальтитов — твёрдых высокоплавких и полностью растворяющихся в хлороформе и сероуглероде продуктов, содержащих более 75% асфальтово-смолистых веществ; керитов, к которым относят также вещества, характеризующиеся лишь частичной, иногда очень слабой растворимостью в органических растворителях. К битумам иногда относят также все углеводородные в своей основе природные газы (газообразные нафтиды). Нафтоиды — нафтидоподобные продукты естественной возгонки органического вещества под влиянием магматического тепла. Они встречаются значительно реже нафтидов, ещё очень слабо изучены и не имеют промышленного значения.

Технические битумы — продукты, обладающие обычно твёрдой или вязкой консистенцией и получаемые главным образом из тяжёлых нефтяных остатков, богатых асфальтово-смолистыми веществами, следующими методами: глубокой вакуумной перегонкой тяжёлых нефтяных остатков — мазутов, гудронов и др. — при 300—350°С (остаточные битумы); окислением кислородом воздуха тяжёлых остатков от перегонки нефти (гудронов и др.) при 260—280°С (окисленные Б.); смешением окисленных битумов с неокисленными нефтепродуктами (компаундированные битумы).

Основные компоненты нефтяных битумов — асфальтены, смолы и нефтяные масла. Первые обусловливают твёрдость битумов, вторые — цементацию и эластичность, третьи служат разжижающей средой для смол и асфальтенов. Наиболее важные технические показатели битумов: дуктильность, т. е. способность при растягивании давать нить определённой длины (определяется по толщине нити, которая образуется в результате растяжения стандартного образца Б. до разрыва), пенетрация, характеризующая вязкость битумов [определяется по глубине проникновения в слой битумов за 5 сек стальной иглы под нагрузкой 1 н (0,1 кгс)].Кроме того, для характеристики битумов обычно определяют температуру размягчения, температуру вспышки и плотность. Промышленность изготовляет твёрдые, полутвёрдые (см таблицу) и жидкие битумы.

Некоторые свойства твёрдых и полутвёрдых битумов.

Жидкие битумы характеризуются (в зависимости от сорта) следующими данными: пенетрация остатка (после отбора фракций до 360°С) 10—30 мм (25°С); вязкость при истечении через отверстие диаметром 5 мм 5—200 сек (60°С); температура вспышки 65—120°С; до 225°C должно перегоняться не более 10%, до 360°С — не более 50%. Твёрдые нефтяные битумы применяют для получения рулонных кровельных материалов (руберойдов) и битумных мастик; полутвёрдые — в производстве гидроизоляционных материалов (гидроизол, борулин, битуминированные ткани и др.) и обмазок, строительных асфальтовых растворов, асфальтов, битумных пластиков и др.; жидкие — для дорожного строительства.

Заменителями нефтяных битумов могут быть продукты термической переработки твёрдых топлив: высококипящие фракции смол, получаемых при коксовании и полукоксовании каменных углей, каменноугольные пеки, продукты сухой перегонки каменных углей, горючих сланцев и др.

Из общего количества битумов, потребляемых в различных отраслях промышленности, свыше 90% падает на долю искусственных битумов, получаемых из нефти; их мировое производство составляет десятки млн. т.

Битумы твёрдых топлив — продукты, извлекаемые из торфа и бурых углей органическими растворителями. Главные составные части битумов твёрдых топлив — воски и смолы. Наиболее ценны из экстрагируемых продуктов воски; их характерные свойства — высокие температуры плавления, низкая электропроводность, высокая влагостойкость и способность при небольших добавках к другим веществам повышать температуру плавления. Содержание битумов в битуминозных торфах составляет: при извлечении бензолом 10—15%, бензином 6—9%. В битуминозных бурых углях (александрийские угли Украина) содержание продуктов, извлекаемых бензолом, достигает 14—16%. Выход битумов твёрдых топлив в производственных условиях обычно составляет 80—85% от их аналитического содержания в топливе. Минимальное содержание битумов в твёрдом топливе, необходимое для рентабельности процесса, 8—10%.

Получение битумов твёрдых топлив состоит из следующих этапов: подготовка топлива к экстрагированию; экстракция органическими растворителями; отгонка от экстракта основной массы растворителя; освобождение битумов от остатков растворителя и воды; сплавлене и разливка битумов в форму. Битумы из твёрдого топлива извлекают преимущественно в периодически действующих экстракторах, объединённых в батареи.

Битумы твёрдого топлива применяют в различных отраслях народного хозяйства: в литейном деле — как один из компонентов модельных составов при прецизионном литье (литьё по выплавленным моделям), в электротехнической промышленности как электроизоляционный материал, а также для отделки различных изделий из кожи, дерева, бумаги и др.