битум и вода что легче
Битум
Битум – это твердое или смолистое вещество из углеводородов и их производных в виде азотистых, сернистых, кислородо- и серосодержащих соединений. Название происходит от лат. bitumen, что означает «горная смола» и «асфальтовый».
Фракционный (химический) состав и характеристики битума
Битум поддается полному или частичному растворению органическими веществами, включая бензол, хлороформ, сероуглерод. Нефтепродукт нерастворим в воде. Битум бывает разных видов, но в большинстве из них в состав входят компоненты в следующем количестве:
Все вещества в составе по консистенции делятся на 3 группы:
В зависимости от состава битум может иметь разные свойства. Если в нем преобладают асфальтены, материал приобретает твердость, но одновременно становится более хрупким и начинает плавиться под влиянием высокой температуры.
Важные характеристики и свойства:
Способы получения битума
Битум может быть естественным (природным) или искусственным (техническим). Природный представляет собой полезное ископаемое органического происхождения. В особенно большом количестве встречается в регионах с большими залежами нефти.
Природный битум может иметь твердую форму или вязкую консистенцию. Образуется в ходе природного окисления и полимеризации нефти, происходящих при нарушении герметичности нефтяных залежей. Добыча ведется разными методами:
Карьерный и шахтный методы имеют коэффициент извлечения битума 85-90%. Способы применимы для месторождений горных пород, которые обладают насыщенностью более 10% и глубиной залегания 60-90 м.
С учетом состава исходной нефти и особенностей ее переработки битум делится на разные классы:
Особое распространение получили асфальтовые битумы, которые образуются в горных породах с пористой структурой. Их перемалывают до порошкообразного состояния, после чего используют в укладке дорожных покрытий.
Технический (искусственный или синтетический) битум – побочный продукт перегонки нефти, сланцев и каменного угля. Известным способом получения выступает вакуумная перегонка мазута. В зависимости от способа нефтепереработки битум бывает:
Особое внимание при получении битума уделяют содержанию парафинов, поскольку они негативно влияют на пластичные характеристики. Чтобы этого избежать, количество парафиновых составляющих ограничивают 5%.
Способы (область) применения
Битум – древнейший строительный материал, который был известен человеку еще в эпоху неолита. Тогда его использовали для изготовления посуды, изоляции редких видов дерева в строительстве, в качестве связующего в мозаиках из полудрагоценных камней и раковин.
Природный битум – не товарный продукт. Чтобы сделать его таким, необходимы дополнительные технологические процессы. После этого материал становится подходящим для использования в разных сферах:
При использовании в строительстве битум проявляет несколько недостатков: низкую упругость, склонность к высыханию и высокую термочувствительность, которая проявляется в виде хрупкости при низкой и размягчении при высокой температуре. Чтобы устранить эти минусы, используют модифицированный битум, в который добавляют модификаторы, улучшающие свойства продукта.
Дополнительно битум используют как электроизоляцию в электротехнической промышленности, в отделке деревянных, кожаных и бумажных изделий, в изготовлении аккумуляторных мастик, изготовлении кабельной и лакокрасочной продукции, в прецизионном литье.
Особенности транспортировки и хранения
Битум транспортируют в автомобильных или железнодорожных цистернах, куда продукт переливают методом герметичного налива. Этот способ обеспечивает профилактику поражений обслуживающего персонала вследствие высокой температуры нагрева нефтепродукта.
Регламентирующие документы (ГОСТы, ТУ)
Дорожные битумы производятся в соответствии с ГОСТ 22245-90 и ГОСТ 33133-2014, а модифицированные – по ГОСТ Р 52056-2003.
Свойства и характеристики битума
Битумы применялись в качестве строительного материала еще в глубокой древности. За 3000 лет до нашей эры в Вавилоне и Ассирии, расположенных в междуречье Тигра и Евфрата, природный битум использовали в качестве цементирующего и водоизолирующего материала.
Органические вяжущие вещества делят на две основные группы: битумные и дегтевые.
К битумным материалам относятся следующие:
Природные битумы — вязкие жидкости или твердообразные вещества, состоящие из смеси углеводов и их неметаллических производных. Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы.
Асфальтовые породы — пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают и применяют в виде асфальтового порошка.
Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем дальнейшего глубокого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти.
Гудрон — остаток после отгонки из мазута масляных фракций;
он является основным сырьем для получения нефтяных битумов, используется в виде связующего вещества в дорожном строительстве.
К дегтевым материалам относят различные виды дегтя и пеки.
Наиболее широкое применение органические вяжущие вещества получили в гидротехническом, дорожном, промышленно-гражданском строительстве в виде кровельных, гидроизоляционных материалов, асфальтобетона, асфальтораствора, уплотняющих материалов. Органические вяжущие хорошо совмещаются с резиной и полимерами, что позволяет значительно улучшить качество битумных материалов в соответствии с требованиями современного строительства.
Возникла новая отрасль, производящая гидроизоляционные материалы (изол, бризол и др.) из вторичного резинового сырья. Изготовление рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов осуществляется на полностью механизированных поточных линиях непрерывного действия.
Состав и строение битумов
Битумы относятся к наиболее распространенным органическим вяжущим веществам.
Твердая часть битума — это высокомолекулярные углеводороды и их производные с молекулярной массой 1000—5000, плотностью более 1, объединенные общим названием асфальтены”. В асфальтенах содержатся карбены, растворимые только в СCl4, и карбоиды, не растворимые в маслах и летучих растворителях. В состав битумов могут входить также твердые углеводороды — парафины.
Смолы представляют собой аморфные вещества темно-коричневого цвета с молекулярной массой 500—1000, плотностью около 1.
Масляные фракции битумов состоят из различных углеводородов с молекулярной массой 100—500, плотностью менее 1.
По своему строению битум представляет коллоидную систему, в которой диспергированы асфальтены, а дисперсионной средой являются смолы и масла. Асфальтены битума, диспергированные в виде частиц размером 18—20 мкм, являются ядрами, каждое из них окружено оболочкой убывающей плотности — от тяжелых смол к маслам.
Свойства битума, как дисперсной системы, определяются соотношением входящих в него составных частей: масел, смол и асфальтенов. Повышение содержания асфальтенов и смол влечет за собой возрастание твердости, температуры размягчения и хрупкости битума. Наоборот, масла, частично растворяющие смолы, делают битум мягким и легкоплавким. Снижение молекулярной массы масел и смол также повышает пластичность битума.
Парафин, содержащийся в нефтяных битумах, ухудшает их свойства, повышает хрупкость при пониженных температурах. Поэтому стремятся к тому, чтобы содержание парафина в битуме не превышало 5%.
Состав определил практические способы перевода твердых битумов в рабочее состояние: 1) нагревание до 140—170°С, размягчающее смолы и увеличивающее их растворимость в маслах; 2) растворение битума в органическом растворителе (зеленое нефтяное масло, лакойль и др.) для придания рабочей консистенции без нагрева (холодные мастики и т. п.); 3) эмульгирование и получение битумных эмульсий и паст.
Свойства битумов
Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготовляемых на их основе, различны; Для органических веществ в отличие от минеральных характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость в органических растворителях, повышенная деформативность, способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение в гидротехническом и дорожном строительстве.
Плотность битумов в зависимости от группового состава колеблется в пределах от 0,8 до 1,3 г/см3. Теплопроводность характерна для аморфных веществ и составляет 0,5—0,6 Вт/(м•°С); теплоемкость — 1,8—1,97 кДж/кг•°С. Коэффициент объемного теплового расширения при 25°С находится в пределах от 5•10-4 до 8•10-4°С1, причем более вязкие битумы имеют больший коэффициент расширения; при пониженных температурах — около 2•104°С-1. Устойчивость при нагревании характеризуется: 1) потерей массы при нагревании пробы битума при 160°С в течение 5 ч (не более 1%) и 2) температурой вспышки (230—240°С — в зависимости от марки).
Водостойкость характеризуется содержанием водорастворимых соединений (в битуме не более 0,2—0,3% по массе). Электроизоляционные свойства используют при устройстве изоляции электрокабелей.
Физико-химические свойства. Поверхностное натяжение битумов при температуре 20—25°С составляет 25—35 эрг/см2. От содержания поверхностно-активных полярных компонентов в органическом вяжущем зависит смачивающая способность вяжущего и его сцепление с каменными материалами (порошкообразными наполнителями, мелким и крупным заполнителем). Прочные хемосорбционные связи битум образует с наполнителем из известняка, доломита с большим количеством адсорбционных центров в виде катионов Са3+ и Ме+2.
Старение — процесс медленного изменения состава и свойств битума, сопровождающийся повышением хрупкости и снижением гидрофобности. Ускоряется под действием солнечного света и кислорода воздуха вследствие возрастания количества твердых хрупких составляющих за счет уменьшения содержания смолистых веществ и масел.
Реологические свойства битума зависят от группового состава и строения. Жидкие битумы, имеющие структуру типа золь, ведут себя как жидкости, течение которых подчиняется закону Ньютона. Твердые битумы, имеющие структуру типа гель, относятся к вязко-упругим материалам, так как при приложении к ним нагрузки одновременно возникает упругая (обратимая) и пластическая (необратимая) составляющие деформации. Для описания процесса деформирования вязко-упругих тел используют реологическую модель Максвелла и др.
Химические свойства. Наиболее важным свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к действию агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, металлов и других строительных материалов. По данным Н. А. Мощанского, битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией до 45%), фосфорной кислоты (до 85%), а также серной (с концентрацией до 50%), соляной (до 25%) и уксусной (до 10%) кислот. Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей окислы азота, а также при действии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности битумные материалы широко применяют для химической защиты железобетонных конструкций, стальных труб и др.
Физико-механические свойства. Марку битума определяют твердостью, температурой размягчения и растяжимостью.
Твердость находят по глубине проникания в битум иглы (в десятых долях миллиметра).
Температуру размягчения определяют на приборе “кольцо и шар”, помещаемом в сосуд с водой; она соответствует той температуре нагреваемой воды, при которой металлический шарик под действием собственной массы проходит через кольцо, заполненное испытуемым битумом.
Растяжимость характеризуется абсолютным удлинением (см) образца битума (“восьмерки”) при температуре 25°С, определяемым на приборе — дуктилометре.
Марку битума выбирают в зависимости от назначения. По назначению различают битумы строительные, кровельные и дорожные.
Строительные битумы применяют для изготовления асфальтобетона и растворов, приклеивающих и изоляционных мастик, покрытия и восстановления рулонных кровель.
Кровельные битумы используют для изготовления кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов. Легкоплавким битумом марки БНК 45/180 пропитывают основу (кровельный картон); а тугоплавкие битумы служат для покровного слоя.
Что такое битум и для чего он используется
Битум – многофункциональный материал, используемый в самых разных работах. Пропитанные этим веществом материалы абсолютно нечувствительны к действию воды, пара и сырости. Это свойство – самое востребованное среди характеристики битума.
История происхождения битума
Природный битум известен человечеству еще со времен неолита. В раскопках не раз находили копья, в которых наконечники крепились к основанию с помощью этого материала. Чуть позднее так скреплялись и другие инструменты. Битумная посуда предшествовала глиняной.
В более цивилизованную эпоху в Месопотамии битум использовался как клей при создании мозаики. Ареологии считают, что тогда же материал стали использовать для гидроизоляции. Месопотамия экспортировала его в другие страны.
Сегодня природный и искусственный битум используется очень широко. Он входит в состав асфальта и использовался в строительстве всех существующих дорог. Составы разного типа применяют для любых гидроизоляционных работ: при строительстве фундамента, возведении стен, настиле крыши. Твердые модификации материала используются в электротехнической и литейной промышленности.
Битум добывают из горных битумных пород. Его добыча составляет до 115 млн. тонн в год. Не меньший объем создает искусственный вариант, получаемый путем переработки нефти, сланцев, каменного угля.
Основные свойства и характеристики
Битум или горная смола – смесь углеводородов и их производных – азотистых, сернистых, металлосодержащих. Это твердая или очень вязкая смолоподобная субстанция. Совершенно нерастворимая в воде, но частично растворимая в бензоле, хлороформе и некоторых других растворителях.
Столь разнообразная смесь углеводов обеспечивает самые разные физические и химические свойства смеси. К наиболее интересным с точки зрения пользователя относят следующее.
Основные особенности жидкого битума
Битум используется практически во всех строительных процессах, связанных с возведением жилищ, промышленных зданий и других объектов. Свойства этого продукта позволяет использовать его в качестве отменного водоотталкивающего средства. Соответственно, зачастую жидкий битум используется для повышения гидроизоляции крыш домов.
Производится битум на основе остатков некоторых естественных пород. В частности, в состав битума входит уголь, смолы, нефть, а также торф.
Если говорить о свойствах битума, то здесь стоит отметить, что данный материал является вязким и пластичным. При повышении температуры битум начинает размягчаться, что позволяет использовать его для целого ряда строительных работ.
Однако не стоит думать, что в летний период битум так просто перейдет в жидкое состояние и станет непригодным для дальнейшего использования. Для подготовки материала необходимы очень высокие температуры, при которых жидкий битум тут же можно наносить на поверхности.
Сам по себе жидкий битум – достаточно необычный материал, который имеет ряд особенностей. Именно о главных чертах этого продукта мы и поговорим. Также упомянем об особенностях применения битума в строительстве.
Основные особенности жидкого битума
Важнее всего отметить, что сам по себе битум – вязкий материал, однако можно увеличить его пластичность путем нагрева. Жидкий вариант этой продукции достаточно немного нагреть, чтобы сделать его пригодным для использования в строительных работах.
Более того, жидкий битум – это материал, который обладает высочайшим уровнем адгезии. Речь идет о том, что при определенных условиях он «намертво» приклеивается к поверхности, и подручными средствами слой застывшего битума уже не удалить. Это говорит не только о качестве и надежности материала, но и о том, что любые строительные работы, связанные с применением битума, нужно проводить максимально ответственно.
Любая битумная продукция имеет некоторые ограничения. В частности, речь идет о температуре хрупкости, при которой материал можно легко повредить и сделать его непригодным для дальнейшего использования.
Процесс загустения битума происходит таким образом, что после нанесения материала на поверхность начинают испаряться масла, присутствующие в структуре битума. Таким образом, через некоторое время после начала этого процесса происходит полное затвердение материала. Покрытие становится нечувствительным к различным деформациям и другим внешним влияниям.
Очень часто жидкий битум используется при создании дорожного полотна. Главное преимущество этого материала в том, что его можно использовать практически в любых условиях. Особенно часто делают выбор в пользу жидкого битума в зимний период, когда появляется необходимость произвести ремонт либо полноценную кладку дорожного полотна. В подобных условиях битум является универсальным материалом.
Однако в продаже можно найти битум с различной структурой, так что отдельные разновидности этого материала подходят к конкретным условиям, которые предварительно нужно тщательно проанализировать.
Нанесение битума на кровлю
Зачастую хозяева используют битум для повышения характеристик кровли. Многие люди считают, что этот материал уже изжил себя, однако на самом деле все немного не так. Жидкий битум активно применяется в тех случаях, когда многие аналоги обходятся хозяевам слишком дорого. Да и в плане эффективности этот строительный ресурс зачастую не уступает современным аналогам.
Учитывая, что жидкий битум – это недорогой вариант для оснащения кровли, можно не бояться его повредить, а при необходимости можно легко провести повторное нанесение материала на поверхность.
Чаще всего для нанесения битума на кровлю используют небольшую хитрость. Она заключается в добавлении в материал топлива (моторного, дизельного). Можно также использовать нефтяные растворители. По мнению многих экспертов, подобные решения существенно повышают качество создаваемой гидроизоляции крыши. При этом нужно понимать, что зачастую битум не является основным гидроизолирующим слоем. Чаще всего вышеуказанный материал служит всего лишь посредником между перекрытием и непроницаемым кровельным материалом. В том случае, если кровля повреждается, слой битума способен с легкостью снизить пагубное влияние влаги или даже большого объема воды. В любом случае, сильно надеяться на положительные свойства жидкого битума – не стоит.
В отдельных ситуациях хозяева не рискуют добавлять в битум какие-то модификаторы. И именно в этом заключается большая ошибка. Суть в том, что в своем естественном состоянии битум имеет целый ряд проблемных сторон. Самой серьезной проблемой может стать низкая прочность созданного гидроизоляционного слоя. Например, после большого ливня битум может сильно повредиться. Нередко получается и так, что под действием высоких температур слой битума начинает стремительно растрескиваться. Очевидно, что в дальнейшем использовать такую гидроизоляцию нельзя.
Соответственно, имеет смысл использовать различные добавки, которые повышают не только прочность, но и долговечность жидкого битума. Выбор тех или иных дополнений к составу битума зависит только от конкретных условий, в которых находится жилище.
Чаще всего для создания кровли используется жидкий битум и рубероид. Параллельно можно задействовать и различные мастики, которые успешно противостоят влиянию высоких температур и атмосферных осадков.
При соблюдении всех технологических тонкостей, такая кровля способна прослужить без ремонта до 10 лет.
Самое важное в данном процессе – это качественно наносить битум на нужные участки поверхности. Если на стыке между полосами кровли не нанесен битум – проблем не избежать. В самом начале, возможно, ничего плохого происходить не будет, но немного позже влага будет проникать в помещение, а потом гидроизоляционный материал и вовсе начнет деформироваться и трескаться.
Если ошибки при создании кровли обнаружены сразу же после основного процесса, необходимо немедленно их исправить. С большой вероятностью в будущем никаких проблем быть не должно.
Фундамент и жидкий битум
Как уже говорилось, битум – универсальный материал, который часто применяется и для гидроизоляции фундамента.
Немного ранее говорилось, что использовать «чистый» битум – не рекомендуется. Однако в большинстве случаев это касается создания качественной кровли. Для гидроизоляции фундамента вполне сойдет и классический битум, свойства которого подойдут для противостояния влаге.
Гидроизоляция фундамента начинается с нанесения битума на внешние стены основания. Уже поверх созданного слоя необходимо наложить битумное полотно, изготовленное на основе резины. Каждый миллиметр полотна должен соприкасаться с фундаментом. Также нельзя допускать никаких щелей и зазоров между частями накладного материала.
В том случае, если на фундамент действует давление грунтовых вод, стоит обратить внимание на использования исключительно одного слоя из битумной обмазки. С большой вероятностью такое решение позволит избежать негативного влияния влаги и воды.
Битум и асфальтовые покрытия
В большинстве случаев битум используется при создании асфальтовых покрытий. Очевидно, что в данном случае появляется необходимость использования исключительно качественного битума, который на протяжении десятков лет будет сохранять свои начальные свойства. Однако не стоит забывать, что недостаточная прочность и низкая долговечность – основные недостатки жидкого битума.
Таким образом, в целом ряде случаев нужно тщательно следить за состоянием дорог, созданных с использованием битумов. В летний период данный материал активно плавится, и если по дорогам перемещаются габаритные транспортные средства, то битум постепенно стирается. Именно по этой причине на некоторых трассах запрещают передвижение грузовиков в дневное время суток. Однако и в зимний период также имеются некоторые ограничения. Зачастую они связаны с хрупкостью битумов при низких температурных показателях.
Чтобы немного улучшить ситуацию, очень часто в асфальт добавляют различные пластификаторы. Кроме того, применяется твердый битум, который лучше взаимодействует с асфальтовым покрытием.
Жидкий же битум практически незаменим при ремонте дорожного полотна. Чаще всего речь идет о мелком ремонте латками, во время которого нужны немалые объемы жидкого битума. Учитывая, что этот материал используется на верхнем слое дорожного полотна, к нему существуют особые требования.
Главные особенности нанесения битума на поверхности
Перед использованием жидкого битума нужно быть уверенным в том, что конкретная технология нанесения подходит к конкретной ситуации. В первую очередь нужно понимать, что этот материал является слишком привередливым, и любые ошибки могут иметь серьезные последствия.
В самом начале производится нагрев битумной смеси. Зачастую для этого используются специальные установки, предназначенные для плавки отдельных строительных ресурсов. Также растопить битум можно и в обычной металлической бочке, под которой разведен огонь. Стоит отметить, что во время нагрева битум начнет сильно пениться, однако это не должно сбить толку – это нормальный процесс. Чтобы убедиться, что битум уже готов для использования, достаточно посмотреть на поверхность смеси. Если мы там видим гладкий и блестящий слой битума – материал уже можно задействовать в строительстве. Стоит понимать, что перегрев битума – также очень серьезная проблема. Если материал слишком сильно нагреется, его попросту не рекомендуется использовать в строительстве. К примеру, если битум, предназначенный для покрытия крыши, существенно перегрелся, через какое-то время он начнет трескаться, и тогда снова придется приобретать битум.
Для повышения характеристик битума нередко используются различные растворители. Заранее нужно сказать, что модификация состава битума – достаточно рисковый процесс, который может принести немало неприятностей. Несмотря на это, стоит знать, что зачастую в состав битума добавляют дизельное топливо. Для смешивания нужно в 2 раза меньше растворителя, чем битума. Нагревать битум следует отдельно от растворителя, а уже потом проводить смешивание. Что касается положительных результатов от подобных экспериментов, то обновленный состав битума станет менее чувствительным к перепадам температур. А это очень важный аспект, особенно при использовании жидкого битума в качестве гидроизоляции.
Что касается непосредственно нанесения битума на поверхность, то здесь тоже имеются некоторые трудности. Прежде всего, нужно знать, что битум невероятно быстро твердеет, поэтому сразу же после нагревания нужно наносить его на поверхность. В данном случае у нас имеется не более трёх минут. Если площадь поверхности, на которую наносится битум, достаточно большая, можно разровнять материал при помощи швабры. В остальных случаях активно используются кисти и валики.
Если говорить об используемых объемах битума, то они следующие:
-для создания гидроизоляции используется до 2 кг битума на 1 м2;
-при строительстве дорожного полотна необходимо не менее 2-3 кг битума на 1 м2;
-для пропитки асфальта понадобится около 1 кг материала на 1 м2.
Срок эксплуатации битумных покрытий
В данном материале много раз упоминалось, что битум имеет целый ряд слабых мест, которые, к сожалению, не делают битум практичным современным строительным ресурсом.
Однако если следовать всем тонкостям технологии нанесения битума на поверхность, можно получить достаточно долговечный слой гидроизоляции.
Если мы говорим о создании защитного слоя для кровли, то зачастую срок эксплуатации в данном случае не превышает 5 лет. Если же битум используется для повышения характеристик фундамента, то здесь материал будет без всяких проблем служить на протяжении десятков лет.
В остальных случаях обновлять битумный слой необходимо каждые несколько лет, так как материал стремительно теряет свою эффективность.