11.1 Битумы

Битумы (от лат.bitumen – горная смола) применялись еще в глубокой древности в качестве вяжущего и водоизолирующего материала. В настоящее время они тоже относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам и представляют собой смеси высокомолекулярных углеводородов и соединений углеводородов с серой, азотом и кислородом. При комнатной температуре битумы могут находиться в твердом, вязком, вязкопластичном и жидком состояниях. Битумы не растворимы в воде, но полностью или частично растворяются во многих органических растворителях, при нагревании переходят в легкоподвижные жидкости, при охлаждении – вновь загустевают. Их истинная плотность около 1 г/см³.

Битумы встречаются в природе в виде битуминозных горных пород или битумных озер (природные битумы), но в основном используют искусственные (технические) битумы, получаемые при переработке нефти (нефтяные), каменного угля и сланцев. По составу они сходны с природными.

По своему внутреннему строению битум представляет коллоидную систему, где дисперсионной средой служит раствор смол в маслах, а фазой – асфальтены, карбены и карбоиды, коллоидно растворенные в виде макромолекул. Под влиянием солнечной радиации, кислорода воздуха и высоких температур состав битума изменяется путем перехода масел в смолы, а смол – в асфальтены.

Важнейшими свойствами битумов, характеризующими их качество, являются вязкость, пластичность, температура размягчения и др.

Для характеристики вязкости битума принимается условный показатель – глубина проникания иглы в битум (пенетрация). Определяют на приборе – пенетрометре при действии на иглу груза массой 100 г в течение 5с при температуре 25^оС или груза 200 г в течение 60 с при температуре 0^оС. Пенетрация твердых или вязких битумов выражается в единицах (градусах), равных 0,1 мм проникания иглы в битум. Чем больше вязкость, тем меньше проникание иглы в битум.

Пластические свойства твердых и вязких битумов условно характеризуются растяжимостью (дуктильностью) – способностью вытягиваться в тонкие нити под действием внешних постоянных сил. Растяжимость определяется на специальном приборе – дуктилометре при скорости деформации образца битума в виде «восьмерки» 5 см/мин и температурах испытания 25^оС и 0^оС. Показателем растяжимости служит длина нити в момент разрыва образца-восьмерки, выраженная в см.

Температура размягчения битума определяется на приборе «кольцо и шар». Она соответствует температуре водяной бани в стакане прибора в момент, когда битум в латунном кольце (диаметр 16 мм), деформируясь под действием металлического шарика массой 3,5 г и постоянного нагрева воды со скоростью 5^оС в минуту, коснется нижней пластинки прибора. Температура размягчения вязких и твердых битумов находится в пределах от 20 до 95^оС.

По назначению нефтяные битумы подразделяются на:

• строительные (ГОСТ 6617), предназначенные для выполнения различных строительных работ и получения твердых и тугоплавких асфальтовых мастик. Получают окислением остаточных продуктов прямой перегонки нефти и их смесей с асфальтами и экстрактами масляного производства. Выпускаются марок: БН50/50, БН70/30 и БН90/10. Буквы БН обозначают – битум нефтяной; первая цифра (числитель) указывает температуру размягчения, а вторая (знаменатель) – среднее значение проникания иглы (вязкость).

• кровельные (ГОСТ 9548) вырабатывают марок: БНК45/180 и БНК45/190 – для пропитки, БНК90/40 и БНК90/30 – для покровного слоя. Пропиточный битум получают в виде остатков атмосферно-вакуумной перегонки нефти или окислением этих остатков. Покровные получают окислением остатков или их смесей при перегонке нефти.

Основные требования, предъявляемые к строительным и кровельным битумам, приведены в табл. 11.1

Таблица 11.1 Физико-механические свойства нефтяных битумов

Марка битума	Температура размягчения (оС), не ниже	Глубина проникания иглы при 25 оС, 10 мм	Растяжимость (см) при 25оС, не менее
Строительные битумы
БН 50/50	50	41-60	40
БН 70/30	70	21-40	3
БН 90/10	90	5-20	1
Кровельные битумы
БНК 45/180	40-45	140-220	Не нормируется
БНК 90/40	85-95	35-45	-
БНК 90/30	85-95	25-35	-

Кроме строительных и кровельных выпускают битумы изоляционные (ГОСТ 9812), дорожные вязкие (ГОСТ 22245), дорожные жидкие (ГОСТ 11955), нефтяные хрупкие (ГОСТ 21822) и др.

Разработан и выпускается также синтетический битум, который в пленке является почти прозрачным. Он имеет такие же механические и реологические свойства, как и обычный черный битум, и отличается высокой прочностью сцепления с минеральными материалами. Производится различных марок от 180/200 до 20/30. На его основе разработаны эмульсии белого цвета, мастики и цветные асфальтобетонные смеси

Однако опыт эксплуатации материалов и изделий на основе битумов показывает, что несмотря на ряд положительных качеств им присущи и такие недостатки как низкая атмосферо- и химическая стойкость, долговечность, требуемые температурные режимы эксплуатации и др. Для устранения имеющихся недостатков и получения органических вяжущих с заданными свойствами в их состав вводят специальные добавки (модификаторы). Наиболее эффективными модификаторами битумов являются полимеры (атактический полипропилен, каучуки различных марок, а также сополимеры стирол-бутадиен-стирола) и поэтому называют такие вяжущие битумно-полимерными.