Нафтові бітуми є тверді, в'язкопластичні або рідкі продукти переробки нафти. За хімічним складом бітуми - складні суміші високомолекулярних вуглеводнів і їх неметалічних похідних азоту, кисню і сірки, повністю розчинні в сероуглероде. Для дослідження бітумів їх поділяють на основні групи вуглеводнів (близькі за властивостями) - масла, смоли, асфальтени, асфальтогеновие кислоти та їх ангідриди.
Найважливішими властивостями бітумів, що характеризують їх якість, є в'язкість, пластичність, температури розм'якшення і крихкості; крім того, слід зазначити високу адгезію, що обумовлює здатність бітумів зчіплювати в моноліт мінеральні зерна заповнювачів; вони здатні також надавати гідрофобні властивості матеріалів, обробленим бітумом.
Основною характеристикою структурно-механічних властивостей бітумів є в'язкість, що залежить головним чином від температури і групового складу. В'язкість - опір внутрішніх шарів бітуму переміщенню відносно один одного. Для багатьох бітумів в'язкість непостійна і зменшується зі збільшенням напруги зсуву або градієнта швидкості деформації. При підвищенні температури в'язкість знижується, при її зниженні в'язкість швидко зростає, а при негативних температурах бітум стає крихким. Для вимірювання структурної в'язкості застосовують різні прилади, що дозволяють визначити в'язкість в абсолютних одиницях (Па-с) або висловити її в умовних одиницях. Для характеристики в'язкості, точніше величини зворотного в'язкості, т. Е. Плинності бітумів, приймається умовний показник - глибина проникнення голки в бітум (пенетрація). Глибину проникнення голки в бітум визначають на приладі - пенетрометри при дії на голку вантажу масою 100 г протягом 5 с при температурі 25 ° С або 0 ° С при вантаж 200 г протягом 60 с. Пеіетрація твердих або в'язких бітумів виражається в одиницях (градусах), рівних 0,1 мм проникнення голки в бітум. Чим більше в'язкість, тим менше проникнення голки в бітум.
Пластичність є важливою властивістю бітумів. Вона підвищується зі збільшенням вмісту масел, тривалості дії навантаження і підвищення температури. Пластичні властивості твердих і в'язких бітумів умовно характеризуються розтяжністю (дуктільності) -здібностей витягуватися в тонкі нитки під дією зовнішніх постійних сил. Розтяжність визначають на спеціальному приладі - дуктілометре при швидкості деформації зразка бітуму у вигляді «вісімки» 5 см / хв, температурах випробування 25 і 0 ° С. Показником розтяжності служить довжина нитки в момент розриву зразка, виражена в сантиметрах. Пластичні властивості бітуму залежать від температури, групового складу і структури. Так, наприклад, з підвищенням вмісту смол і асфальтенів пластичність при постійній температурі бітумів зростає.
Суттєвою характеристикою властивостей бітуму є також і температура розм'якшення, яка визначається на приладі «кільце і куля» ( «До і Ш»), Температура розм'якшення бітуму, виражена в градусах Цельсія, відповідає температурі водяної бані в склянці приладу в момент, коли бітум, наявний в латунном кільці (діаметр 16,0 мм), деформуючись під впливом металевої кульки масою 3,5 г і поступового нагрівання води зі швидкістю 5 ° С в хвилину, торкнеться нижньої полиці підставки. Нижня полиця підставки приладу знаходиться на стандартній відстані від кільця, рівному 25 мм. Температура розм'якшення в'язких і твердих бітумів коливається в. межах від 20 до 95 ° С.
Для характеристики теплових властивостей бітумів крім температури розм'якшення визначають температуру крихкості.
Температуру крихкості бітуму визначають на спеціальному приладі Фрааса. Для цієї мети випробуваний бітум наносять тонким шаром па латунну пластинку, яка разом з бітумом може охолоджуватися і згинатися за допомогою пристосування, наявного на приладі. За температуру крихкості приймають ту температуру, при якій на болоті згинатися шарі бітуму утворюється перша тріщина. Температура крихкості, наприклад, дорожніх бітумів може бути від -20 до + 5 ° С. Очевидно, що чим нижче температура крихкості бітуму, тим більше його морозостійкість і вище якість.
Температура спалаху - температура, при якій пари утворюються при нагріванні бітуму у відкритому тиглі, спалахують від піднесеного полум'я. Температуру спалаху визначають на стандартному приладі і відзначають за показаннями термометра в момент спалаху парів бітуму. Температура спалаху твердих і в'язких бітумів зазвичай вище 200 ° С і характеризує ступінь вогненебезпечності бітуму при його розігріві.
Суттєвою особливістю бітумів є їх висока адгезія- прилипання до поверхні різних мінеральних і органіческіx матеріалів. Для визначення адгезії існує багато методів і приладів. Одним з них є візуальний метод, за яким ступінь прилипання бітумів до поверхні мінеральних матеріалів оцінюють за п'ятибальною шкалою. Відмінне прилипання бітуму 5 балів в тому випадку, коли плівка бітуму на поверхні гравію або щебеню повністю збереглася після кип'ятіння в дистильованої воді. Дуже погане прилипання, що оцінюється в один бал, коли плівка бітуму після кип'ятіння повністю зміщується з мінеральних зерен і спливає на поверхню води.
Залежно від показників основних властивостей, особливо в'язкості, пластичності і температури розм'якшення, нафтові бітуми діляться на марки:
1. Для дорожнього будівництва але ГОСТу передбачено п'ять марок від БНД (бітум нафтовий дорожній) -200/300 до БНД-40/60, де цифри дробу вказують на допустимі для даної марки межі зміни показників пенетрации при 25 ° С, і чотири марки БН від 200/300 до БН-60/90.
2. Для будівельних робіт по ГОСТу передбачено три марки, що позначаються «БН» - бітум нафтовий: БН-50/50, БН-70/30 і БН-90/10, де цифри чисельника дробу відповідають показнику температури розм'якшення по «До і Ш »(кільце і куля), а знаменника - вказують на середні значення меж зміни пенетрации при 25 ° С.
3. Для покрівельних робіт по ГОСТу передбачені наступні марки: БНК (бітум нафтовий покрівельний) -45/180, БНК-90/40 і 90/30, а також БНК-45/190. В даному випадку чисельник дробу відповідає середньому значенню показників температури розм'якшення по «До і Ш», а знаменник - середнім значенням показників пенетрации на 25СС.
Крім твердих і в'язкопластичних бітумів зазначених марок існують рідкі бітуми. Рідкі бітуми при кімнатній температурі мають незначну в'язкість, т. Е. Рідку консистенцію, і застосовуються в будівництві в холодному або злегка підігрітому (до 50. 60 ° С) стані.
Внаслідок випаровування летючих фракцій і процесів окислення рідкі бітуми поступово загустевают. Залежно від швидкості загустіння рідкі нафтові бітуми випускають двох класів-густеющая із середньою швидкістю (клас СГ) і медленногустеющіе (клас МГ). Рідкі бітуми класу СГ виготовляють шляхом розрідження звичайних, в'язких бітумів легкими Разжижителі типу гасу. Для отримання бітумів класу МГ застосовують розріджувачі кам'яновугільного або нафтового походження (нафта, мазут і т. П.). Залежно від показників в'язкості дорожні рідкі бітуми класів СГ і МГ кожен ділять на три марки-ці бітуми повинні задовольняти вимогам ГОСТу.
Отримання нафтових бітумів.
Нафтові бітуми отримують на нафтопереробних заводах з різних нафт відрізняються один від одного хімічним складом і властивостями.
Нафта на заводах піддається фракційної перегонці з метою отримання світлих продуктів (бензину, лигроина, гасу) мастил та інших видів нафтопродуктів. Нафтові залишки після відбору більш легких за масою фракцій - гудрон, крекінг - надалі використовують як сировину для отримання нафтових бітумів заданих властивостей. В даний час нафтові бітуми отримують при атмосферно-вакуумної перегонки нафти (залишкові бітуми); окисленням нафтових залишків (окислені бітуми) і змішанням залишків, що утворюються при перегонці нафти (компаундують бітуми).
Залишкові бітуми є продукти малої в'язкості і зазвичай піддаються окисленню.
Окислені бітуми отримують шляхом продувки повітрям нафтових залишків (гудрону) на спеціальних окислювальних установках до заданої в'язкості. В результаті взаємодії кисню повітря з гудроном в процесі продувки йде реакція освіти високомолекулярних компонентів окисленого бітуму і підвищення його в'язкості. За останній час освоєно метод безперервного окислення бітуму. Нафтові залишки при температурі близько -210 ° С надходять в реактор, де за допомогою спеціальних апаратів (диспергаторов) засмоктується повітря і розподіляється в окислюють продукти. У даній технології поряд з інтенсифікацією процесу окислення поліпшується якість окисленого бітуму.
Змішані (компаундують) бітуми отримують в основному шляхом змішування бітуму деасфальтизації (залишковий продукт після обробки гудрону рідким пропаном) з масляними дистилятами.
Нафтові бітуми, як тверді або в'язкопластичні, так і рідкі, знаходять широке застосування в будівництві. Їх використовують для влаштування дорожніх покриттів, покриттів аеродромів, пристрою плоских покрівель, іригаційних каналів, виробництва гідроізоляційних і покрівельних матеріалів в лакофарбової та хімічної промисловості.
27. Визначення пористості матеріалу (загальною, відкритої).