Переработка битумного сырья
Битум добывается скважинным, шахтным или карьерным путем. Нефтепродукты в твердом, жидком или вязком состоянии широко применяются в строительстве. Производятся битумы нефтяные — строительные, кровельные, дорожные, гидроизоляционные. Также смолянистые вещества используются в химическом и лакокрасочном производстве.
Кровельный материал с применением битума.
На заметку! Основными показателями, по которым определяется сфера применения битума в твердом состоянии, являются критерии вязкости, пластичности, аморфности и ломкости. Для жидких веществ – вязкость и фракция летучих масел.
Основным видом сырья, из которого производятся битумы нефтяные строительные, кровельные, является нефть. После фракционной перегонки и выделения из ее состава светлых веществ, таких как бензин, лигроин, керосин, смазочных, а также иных попутно производных нефтепродуктов, из тяжелых остатков получают основу битумного материала. Количество продукта зависит от качественного состава нефти, которая имеет разные консистенции. Современный способ получения битума основывается на атмосферной сепарации и вакуумной дистилляции с последующим окислением или смешиванием твердых остатков.
Процесс окисления заключается в продувке остатков нефтепереработки до получения продукта определенного уровня вязкости. Кислород, вступая во взаимодействие с гудроном, способствует прохождению реакции окисления битума и образованию в нем высокомолекулярных компонентов. Данная технология позволяет получать качественный продукт. Из него производятся битумы нефтяные кровельные, ГОСТ которых, разработан специально для этого материала.
Твердый битум применяется в производстве асфальта.
Второй способ изготовления, который производится после перегонки – смешивание. После него на выходе получаются компаундированные материалы. Суть данного процесса заключается в том, что гудроновое вещество обрабатывается пропаном в жидком виде и смешивается с масляными дистиллятами.
Прочный асфальтобетон с низкой себестоимостью
Продлить срок службы часто используемого дорожного покрытия (например, трасса между городами) можно путем долевого изменения состава классической асфальтобетонной смеси. Увеличение количества измельченного щебня повышает износостойкость полотна и усиливает сцепление. ГОСТ 31015-2002 определяет пропорциональную составляющую щебня, она может доходить до 80%. Также в состав добавляется мастика, ее доля составляет до 7,5%. Для снижения расхода материала используются целлюлозосодержащие добавки.
Основные составляющие заявлены в названии: «щебеночно-мастичный асфальтобетон», укладка производится в горячем виде. Высокое качество дорожного полотна из ЩМА является причиной приоритетного использования именно этой смеси для укладки международных трасс и взлетных площадок аэропортов.
Виды асфальта по соотношению компонентов
Этот стройматериал широко используется не только при строительстве автотрасс. В зависимости от входящих в состав смеси компонентов он востребован в разных сферах деятельности. Асфальт применяется при укладке пешеходных зон и тротуаров, во время ямочных ремонтных работ, при укладке дорог во дворах, спортивных площадок, плаца, автостоянок и т. д.
В зависимости от соотношения и характеристик компонентов, асфальт делится на множество видов, каждый из которых имеет определенное предназначение:
- Песчаный. Он используется в дорожном строительстве для укладки пешеходных дорожек, тротуаров.
- Сульфированный. Востребован в буровой отрасли, где применяется для предотвращения возможных обвалов и ремонта трещин, обнаруженных в скважинах.
- Крупнозернистый. Он изготавливается с использованием щебня размером 20-40 мм. Широко применяется при выполнении дорожных работ при укладке нижнего слоя покрытия.
- Мелкозернистый. Основной компонент асфальта – щебень фракцией до 20 мм. Используется в строительстве для устройства верхнего слоя покрытия и при мелких ремонтных работах.
- Вторичный. Асфальт этого типа – это результат переработки старого дорожного покрытия. Он изготавливается на специализированном производстве из асфальтовой крошки.
- Цветной. Асфальтовая смесь включает красящие пигменты, за счет которых цветной асфальт является элементом дорожной системы, предназначенным для выделения определенных участков и предупреждения водителей.
На строительном рынке можно купить сухой и жидкий асфальт. Сухое асфальтное покрытие – это порошковая смесь, упакованная в мешки или ведра из пластика. Он используется для ямочного ремонта дорог. Жидкий асфальт широко применяется при ремонте, холодной и горячей укладке дорог. Также его часто используют для обустройства крыши и заливки полов в разных производственных помещениях.
Свойства битума
Битумы абсолютно водонепроницаемы. Этим качеством человек пользуется с каменного века оборудуя кровли, изготавливая посуду, используя, как связующее в строительстве и отделке, применяя при мумификации и т. п. Морозоустойчивы.
Битумы не критичны к воздействию кислотных, щелочных и солевых растворов, но чувствительны к растворителям на основе бензина, ацетона, бензола.
Для отнесения к тому или иному виду материал подвергают испытанию на: температуру размягчения и хрупкость; растяжимость; вязкость и глубину пенетрации; температуру вспышки, степень прилипания к поверхности металла и прочие.
Плотность битума определяют специальным прибором — пикнометром для твердых и сыпучих материалов согласно ГОСТ 3900–85.
Вязкость битума определяют согласно методике изложенной в ГОСТ 11503–74 Растяжимость битума исследуется аппаратом дуктилометр в соответствии ГОСТ 11505–74
Битум — что это такое?
Битум
Битум (горная смола) – природное или искусственное вещество. Переводится он как «асфальтовый», «горная смола». Он по виду напоминает твердую смолистую субстанцию темно-коричневого или черного цвета. В своем составе он содержит соединения серы, азота, металла, кислорода. Отличаясь высоким сцеплением с различными покрытиями, он используется в качестве связующего при выполнении строительных и ремонтных работ. Материалы, пропитанные им, становятся нечувствительными к влаге и пару. В воде он нерастворим, но растворяется частично в хлороформе, бензоле и некоторых иных растворителях.
Добыча природных битумов:
Чистый природный битум встречается довольно редко. В основном он встречается в составе битуминозных песков. Разработка месторождений природных битумов зависит от физических свойств исходного сырья, глубины и условий залегания.
Добычу природного битума из битуминозных песков производят в основном шахтным или карьерным способом. Этот способ заключается в том, что порода целиком извлекается на поверхность и битум экстрагируется с помощью растворителя или горячей воды. Коэффициент извлечения битума при этом составляет 85-90 %.
Скважинными внутрипластовыми способами разрабатывают месторождения жидких природных битумов, залегающих на глубине более 100 метров. Этим способом добывают битумы сквозь скважины, пробуренные на поверхности, путем термического воздействия на насыщенные битумом породы. При этом коэффициент извлечения битума составляет в среднем 30 %.
Есть еще способ добычи битумов в шахтах с помощью системы дренажных скважин, прорубленных из горных выработок. Это шахтный дренажный способ добычи. Битум вытекает самотеком через эту систему скважин.
Технические характеристики и маркировка
Вещество аморфно: являясь материалом твердым, при воздействии температуры (160-200 градусов), битум переходит в жидкое состояние. Им можно пропитывать поверхности, придавая им влагостойкость. При охлаждении, происходит процесс полимеризации, благодаря чему объекты, смоченные битумом, надежно склеиваются, а последний застывает, образуя беспористый непроницаемый слой. Вязкость напрямую зависит от температуры: на холоде он густей очень быстро.
Благодаря хорошим диэлектрическим свойствам, применяется материал также для изоляции.
Битум устойчив к действию агрессивных веществ: щелочей, кислот, солевых растворов, но, как упоминалось, растворяется в ацетоне, бензоле и других растворителях.
Упругий и гидрофобный материал изменяет свойства под воздействием ультрафиолетовых лучей и воздуха. Эти показатели снижаются, как и содержание масел и смол.
Правила использования
Работа с битумом требует соблюдения определённой стадийности работ – прогревание, добавка присадок и тщательное перемешивание. После исчерпывающей подготовки полученный состав наносят на поверхность, нуждающуюся в таком покрытии.
Нагревание осуществляется в битумоплавильных установках. Простейший вариант – растапливание битума в бочках на огне. Рекомендуется после размягчения начать перемешивать битум, чтобы он не выгорал и не разлагался. Шипение и вспенивание состава при его нагреве – естественное проявление свойств битума. Полностью расплавленный битум обладает гладкой и блестящей поверхностью, зеркально отражающей падающий на него свет.
Появление едкого задымления воздуха – признак начавшегося разложения битумного состава, при этом дым становится едким, с жёлто-зеленой палитрой. Для гидроизолирующих слоёв битум перегревать недопустимо – после остывания, ввиду начавшегося разложения, он потрескается. При нагревании необходимо держать в шаговой доступности лист фанеры – если битум загорится, накрывание горловины бака приведёт к перекрытию доступа кислорода, и пламя тут же погаснет.
Добавляя растворитель, выберите бензин или уайт-спирит. Если битум перегрели до температуры выше 160 градусов, можно применить керосин. Чем тяжелее и гуще фракция, тем в более перегретый битум можно её добавлять, не опасаясь, что она выпарится раньше времени, не успев разжижить состав.
Битума должно быть больше, чем растворителя: 30 или 50 процентов растворяющей добавки. Разогревают битум с растворителем по отдельности – это исключит самовоспламенение.
Процесс розлива вяжущих составов – битумосодержащих смесей – учитывает скорость затвердевания стройматериала. Перенося битум на покрываемую поверхность, мастер столкнётся с тем, что его слой загустевает и сохнет через 2 минуты, и дальнейшее выравнивание стены или перекрытия станет невозможным. Предварительно поверхность обрабатывается при помощи битумного праймера. Последний застывает существенно дольше, чем основной битумный состав, а значит, допустимо использование кисти или валика. При нанесении толстого слоя битума применяют, например, швабру, крепко обмотанную тканью.
Норма расхода битума варьируется исходя из характера работ. Для гидроизоляции – максимум 2 кг на 1м2. Толщина покрытия – не более 2 мм. Тонкий слой пропускает воду, толстый – быстрее трескается. Для дорог и тротуаров – до 3 кг/м2. Если перелить – битум застывает дольше, а на жаре станет вязким. Меньший слой не даст хорошей прочности. Пропитывание асфальта (или асфальтобетона) может потребовать до 1 кг на 1 м2.
О том, как происходит укладка асфальта, вы можете посмотреть в видео ниже.
Первые асфальтированные дороги
Впервые асфальтовые покрытия использовали в Вавилоне (примерно в 600 году до нашей эры). Битум для создания твердого покрытия добывали из горных пород. После того как древняя цивилизация была уничтожена, строительство дороги с использованием битумных материалов возобновили только в 19 веке на территории Западной Европы. Затем технологию активно стали использовать в США. При этом асфальтовое покрытие состояло из битумсодержащих горных пород, измельченных до состояния порошка. Такое покрытие называется «трамбованный асфальт».
Основные марки асфальта:
Прежде чем объединить информацию по типам и маркам асфальта в таблицу, нужно рассказать о важном показателе: процентном соотношении гравия (щебня) и песка. От этого показателя во многом зависят свойства асфальта
Тип асфальта А: от 50 до 60 процентов щебня.
Асфальт Б: от 40 до 50 процентов гравия или щебня.
Тип асфальтобетона В: 30-40 процентов гравия или щебня.
Г: 30 процентов песка (искусственного — материалом для которого служит отсев дробления).
Д: 70 процентов песка (производимого из отсева дробления).
Асфальт марки 1
Песок или отсев, битум, щебень, минеральный порошок
Плотные А, Б, Г; Высокоплотные; Пористые; Щебеночные; высокопористые (холодные и горячие); Бх, Вх, Гх
Асфальт марки 2
Песок, отсев дробления, битум, щебень, минеральный порошок
Пористые; Высокопористые песчаные; Плотные А, Б, В, Г, Д; Бх, Вх, Гх, Дх
Асфальт марки 3
Песок, отсев дробления, минеральный порошок, битум
Жидкий битум в строительстве
Жидкий битум довольно часто применяют при проведении кровельных работ, для улучшения характеристик кровельных конструкций. Жидкие битумные смеси имеют доступную стоимость и абсолютно ничем не уступают по качественным, практическим параметрам современным аналогам.
При нанесении битумного состава мастера часто добавляют к битумной смеси нефтяные растворители, моторное, дизельное топливо. Такая маленькая хитрость значительно повышает качество гидроизоляционного слоя кровельной конструкции.
Битумное покрытие является дополнительным гидроизоляционным слоем, служит прослойкой между перекрытиями и непроницаемыми слоями кровельных конструкций. При повреждении кровли, битумный слой предотвращает губительное воздействие влаги.
Соблюдение технологических тонкостей при проведении кровельных работ увеличивает эксплуатационный ресурс конструкций. Правильная укладка битума, других стройматериалов позволит избежать проведения ремонтных работ до 8-12 лет.
Улучшить практические характеристики, повысить прочность, долговечность битума можно при помощи различных добавок. Выбор, количество вносимых в состав дополнений зависит от специфики проводимых работ, конкретных условий.
Классификация асфальтобетона по техническим характеристикам и составу
Классификации асфальтобетонов бывают разными. Различие обычно обуславливается компонентами, а также их количеством в составе.
По составу
Щебеночно-мастичные смеси считаются наиболее прочными, служат дольше остальных. В основе лежит горный щебень, а в качестве усилителя адгезионных свойств используются волокна целлюлозы. Полимерные битумы служат вяжущим компонентом. Отличаются более повышенными характеристиками, чем нефтяной или дорожный битум. Минеральный порошок составляет 8–12% от массы, заполняя пустоты между фракциями щебня. Тем самым повышает плотность и прочность покрытия.
Гравийные смеси уступают щебеночным по техническим характеристикам, поскольку гравий — осадочная порода. Однако наличие камня в основе асфальтобетона делает его показатели довольно высокими. Применяются при создании городских дорог или парковок. Но для строительства магистралей не рекомендованы.
Песчаные смеси не слишком прочные. Хорошо подходят для обустройства пешеходных зон с минимальными нагрузками на поверхность: тротуаров, парков, аллей, площадей. Лучшим вариантом считается песок, который получается при дроблении каменных пород.
По величине фракции
Мелкозернистые смеси включают фракции щебня, которые не превышают 20 мм. Обычно применяются для создания верхнего слоя дорожного «пирога», небольших ремонтных работ.
Крупнозернистые смеси включают фракции щебня от 20 до 40 мм. Это позволяет создавать прочный нижний слой дорожного покрытия.
Технология производства
Изготовление раствора щебеночно-мастичного асфальта предполагает смешивание предварительно нагретых щебня и песка в специальном смесителе с постепенным добавлением других компонентов:
- Минеральный порошок;
- Нефтяной битум или ПВБ;
- Добавки для стабилизации раствора (гранулы или волокна).
Температура готовки массы ШМА выше на 25 – 35 градусов больше обычных растворов. Повышенная температура требуется, потому что в отличии от обычного асфальта, смесь ложится более тонким слоем.
Этапы приготовления раствора ЩМА:
- Собрать и подготовить необходимый щебень и песок – сырье должно быть определенной фракции, очищено от посторонних примесей, просеяно, хорошо просушено и дозировано.
- Отмерить нужное количество холодной добавки для стабилизации массы и минерального порошка;
- Подготовить битум – постепенно разогреть в специальной емкости и добавить модифицирующие компоненты, тщательно вымешать раствор.
- Отдельно смешать все сухие компоненты;
- Залить сухие элементы с горячим раствором нефтяного битума, постепенно вливая и тщательно размешивая до однородной структуры.
Полученная масса выгружается в специально оборудованные самосвалы – кузов с подогревом и защитный тент, и перевозится к месту асфальтоукладочных работ. Раствор используется в течение нескольких часов.
По технологии укладки щебеночно-мастичного асфальтобетона разрешается его применение как в мелких ручных работах при заделывании трещин и неровностей, так и полной укладки полотна дороги.
Состав асфальтобетона
Смесь состоит из нескольких основных компонентов.
Крупные заполнители
Сюда попадают щебень и гравий. Они должны обеспечить высокую адгезию с вяжущим веществом. Такому требованию соответствуют кубовидные зерна щебенки из плотных горных и метаморфических пород. При производстве применяют заполнитель с зернами 10–40 мм.
Мелкий заполнитель
Это песок. Речной не подходит, вместо него используется природный карьерный материал или отсев дробления щебня. Благодаря применению разнофракционного песка получается снизить пористость слоя. Мелкий заполнитель повышает плотность покрытия. Делает его более устойчивым к высоким температурам, механическим нагрузкам.
Вяжущее вещество
Чаще всего используется битум, который может быть жидким или вязким, в виде праймера или эмульсии. Коэффициент вязкости указывается в технической документации. Он зависит от состава, температуры укладки асфальта. При проведении ремонта в зимнее время обычно используются жидкие составы с присадками и разжижателями. Содержание битума варьируется от 2,5 до 9%.
Добавки
Используются, чтобы улучшить готовый состав. Это могут быть специализированные материалы: стабилизаторы, пластификаторы. Стоимость таких компонентов выше, чем у обычного сырья. Иногда в качестве добавок используется вторичное сырье: сера, волокна асбеста или резины, полимеры, минералы. Минеральный порошок заполняет пустоты между остальными компонентами асфальтобетона, повышает его вяжущие характеристики.
Технология нанесения битумной эмульсии
Вне зависимости от того, какое покрытие или материал будут обрабатываться, перед нанесением эмульсии требуется провести подготовительные мероприятия в зоне проведения работ.
Как подготовить поверхность, чтобы битумная эмульсия качественно выполняла задачу:
- 1. Произвести очистку объекта от мусора, грязи и посторонних предметов.
- 2. Обеспечить обеспыливание и просушить область – оба действия можно выполнить с помощью воздушного компрессора.
- 3. Если наблюдаются сколы и трещины более 3 мм, необходимо устранить их грунтовкой или иным способом.
- 4. При наличии острых углов следует произвести их сглаживание.
- 5. Произвести обезжиривание органическим растворителем.
- 6. Прогрунтовать область битумным праймером, дождаться высыхания (как правило, не более 2-х часов).
Для максимальной эффективности битумная эмульсия должна наноситься слоями, при этом перед нанесением нового слоя предыдущий должен полностью просохнуть, что может занять до 5 часов.
Если область обработки представляет собой трещину или яму, рекомендуем обработать водно-битумной эмульсией не только дно, но и стенки поврежденного участка, чтобы обеспечить достаточно высокую адгезию.
Марка асфальтового битума
Состав асфальтового материала и качественные характеристики меньше всего зависимы от марки битума, применяемого для асфальта. В изготовлении данного типа смесей применяется состав, называемый автодорожным битумом и маркируемый тремя буквенными знаками – БНД. Главный показатель, с помощью которого такой материал классифицируют – температура.
От создания необходимых условий битумные составы плавятся. Когда это наступает, зависит применение материала в районах с различными климатическими условиями. Чтобы знать, где может использоваться конкретный жидкий битум для асфальта, изучают маркировку. Имеющиеся цифры означают степень вязкости данного сырья. На сегодняшний день пользуются пятью видами автодорожного битума – 40/60; 60/90; 90/130; 130/200; 200/300. Чем климатические условия жарче, тем большей вязкостью обладает сырье, применяемое в создании или ремонте дорожного полотна.
Вполне естественно, когда битумное сырье в покрытии находится в нужном объеме. Чрезмерное количество такого материала в производственном процессе, как правило, не используется. Разогретый состав обладает сыпучестью, не слипается.
Битумы нефтяные строительные (ГОСТ)
ГОСТ делятся на три вида, которые имеют обозначение БН. Аббревиатура «БН» обозначает «битум нефтяной». После нее следуют цифры – это температура размягчения и усредненное значение пределов иголочной пенетрации.
| Наименование показателя | Норма для марки | Метод испытаний | ||
| БН 50/50 | БН 70/30 | БН 90/10 | ||
| ОКП 02 5624 | ОКП 02 5623 | ОКП 02 5622 | ||
| Глубина проникания иглы при 25°С, 0,1 мм | 41-60 | 21-40 | 5-20 | По ГОСТ 11501-78 |
| Температура размягчения по кольцу и шару, °С | 50-60 | 70-80 | 90-105 | По ГОСТ 11506-73 |
| Растяжимость при 25°С, не менее | 40 | 3,0 | 1,0 | По ГОСТ 11505-75 |
| Растворимость, %, не менее | 99,5 | По ГОСТ 20739-75 | ||
| Изменение массы после прогрева, %; не более | 0,5 | По ГОСТ 18180-72 | ||
| Температура вспышки, °С, не ниже | 230 | 240 | По ГОСТ 4333-87 | |
| Массовая доля воды | Следы | По ГОСТ 2477-65 |
Нефтяной дорожный
В строительстве дорог используются битумы нефтяные дорожные (ГОСТ 22245-90). Существует несколько марок такого материала.
Чтобы правильно подобрать разновидность, следует определиться с типом климатической зоны.
Для природных условий, которые характеризуются температурой в холодное время года в среднем не выше -20 ˚С, подойдут в соответствии с ГОСТом такие дорожные битумы, как БНД 200/300, БНД 130/200, а также БНД 90/130.
Для регионов, где средние температуры в холодное время года составляют от -10 до -20 ˚С, предусмотрены битумы нефтяные дорожные ІІ и ІІІ климатической дорожной зоны. К ним относятся приведенные выше разновидности, а также БНД 60/90.
Если же среднемесячные температуры в холодное время года находятся в пределах от -5 до -10 ˚С, то ГОСТ предусматривает использование таких нефтяных дорожных битумов, как все вышеперечисленные виды, а также БНД 40/60, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300.
Для местности, в которой зима характеризуется среднемесячными температурами не ниже +5 ˚С, подходят нефтяные дорожные битумы таких типов, как БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БН 60/90, БН 90/130.
Щебень и песок
В качестве щебня для производства литого асфальта используют или каменные породы, или доменные шлаки металлургического производства. К обоим материалам предъявляются несколько строгих требований.
- Форма гранул должна быть остроугольная. Содержание плоских зерен не должно превышать 15%.
- Прочность монолитных природных гранул должна составлять 100-120 МПа, пористых шлаков 80-100 МПа. При невысоких прочностных характеристиках доменных шлаков, они обладают хорошей адгезией (сцепляемостью) с вяжущими компонентами композита за счет своей пористой шероховатой поверхности.
Что касается песка, то его также производят методом дробления или размалывания из каменных прочных пород (прочностью до 40 МПа) или доменных шлаков (80 МПа). При этом зернистость материала должна быть или средней, или крупной. Но в саму смесь литого асфальта песок должен добавлять только одной фракции. Таким образом добивается однородность готового композитного раствора.
