Битумы, их характеристика и практическое использование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Битумы - это природные горючие вещества, содержащие углеводороды, широко распространенные на Земле и встречающиеся в газообразном, жидком и твердом состоянии. Полутвердые и твердые битумы состоят из тяжелых углеводородов и их производных, содержащих гетероэлементы. Битумы могут быть природного происхождения или получены при переработке нефти, торфа, углей и сланцев. В зависисимости от спецефических особенностей они называются асфальтом, смолой, кирами, грэгемитом, альбертитом, гильсонитом и т.д. Битум был первым продуктом из нефти, которым пользовался человек: уже за 3800 лет до н.э. его применяли как строительный материал. Битумы и асфальты, добываемые в районах нефтяных месторождений, использовали в качестве связывающих, антисептических, противокоррозионных и водонепроницаемых материалов, для строительства зданий и башен, водопроводных и сточных каналов, туннелей, зерно- и водохранилищ, дорог, в судостроении, медицине и мумификации трупов. С развитием нефтяной промышленности возросла переработка асфальто-смолистых нефтей, увеличилось производство и улучшилось качество битумов.

битум нефть дорожный высокомолекулярный

Характеристика битумов

Битумы представляют собой сложную смесь высокомолекулярных углеводородов нефти и их гетеропроизводных, содержащих кислород, серу, азот и металлы (ванадий, железо, никель, натрий и др.). Элементарный состав битумов примерно следующий (в вес.%): углерода 80--85; водорода 8--11,5; кислорода 0,2--4; серы 0,5--7; азота 0,2-- 0,5. Характерно, что с увеличением содержания серы в битуме повышаются его плотность (рис. 1) и коэффициент рефракции его масляного компонента (рис. 2).

Битумы на поверхности Земли могут встречаться в виде:

1. всякого рода высачивания;

2. проявлений, связанных с источниками, грязевыми вулканами;

3. пропитанных битумом отложений, выветривавшихся скоплений, даек и жил, заполненных твердым битумом;

4. заполненных битумом полостей и каверн в породе;

5. горючих сланцев.

Битумы в природе встречаются в твердом состоянии - это гудрон, асфальт, озокерит и пиробитум. Для разделения битумов на группы разработано большое число методов. Наиболее характерными и широко применяемыми в практике являются методы Маркуссона , Н. Фурби , Н.И. Черножукова и Г.А. Тилюпо , С.Р. Сергиенко, А. Бестужева и Д. Баргмана. Применяя различные методы разделения битумов и растворители, получают различные результаты по числу групп, их содержанию и структуре. По методу Маркуссона битумы разделяют на масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды. Часто пользуются делением битума на асфальтены и мальтены, представляющие собой сумму масел и смол. По содержанию масляных фракций битумы делятся на мальту - 40-65%, асфальты - 25-40%, асфальтиты - менее 25%.

Мальты образуются в результате окислительного перерождения нефти в местах ее выхода на поверхность или неглубокого залегания, а также на контакте нефти с водой они представляют собой густую черную нефть, пахнущую сероводородом, обычно с высоким содержанием серы до 9%.Содержит не меньше 35 % асфальтово-смолистых компонентов. Плотность около 1,0 г/смі. Считается, что мальта -- продукт полимеризации нефти и является промежуточным звеном между органическим веществом, из которого образуется нефть, и самой нефтью.

Природные нефтяные асфальты - это образования, состоящие из продуктов выветривания и полимеризации нефтей. Цвет темный до черного, удельный вес больше 1 до 1,2. При обычной температуре они тверды, вязки, текучи. Размягчаются при температуре 70°С, а плавятся при температуре выше 100°С.

Асфальтиты встречаются в природе в чистом виде в форме жил, выполняющих трещины и пластовых залежей. Элементный состав (%): С -- 76-86, Н -- 8-12, S -- 0,25-9, N -- 0,3-1,8, О -- 2-9. Характерно высокое содержание асфальтенов (до 70%) и относительно невысокое содержание масел (до 30%). Представителями пород, входящих в асфальтиты являются гильсонит, менджек (горная смола), грэгамит. Эти породы являются признаком, указывающим на возможную нефтеносность отложений, вмещающих их жилы.

Асфальтовые пиробитумы - название природных битуминозных веществ, состоящих из неплавких и плохорастворимых в сероуглероде углеводородов и сравнительно свободных от окислений соединений. Среди них различают элатерит, вурцилит, альбертит и имп-сонит. Все четыре происходят от метаморфоза нефти. Асфальтовые пиробитумы по внешности и физическим свойствам совершенно схожи с каменными углями. Они горючи, но не плавки. Часто образуют жилы.

Озокерит является смесью высокомолекулярных твёрдых насыщенных углеводородов (обычно состоит из 85-87% углерода и 13-14% водорода), по консистенции напоминает пчелиный воск, имеет запах керосина. Озокерит светлого цвета, хрупкий, температура плавления - 100°С, удельный вес меньше 1. Озокерит является продуктом вещественной сепарации нефти и хорошо растворяется в органических растворителях. Озокерит добывается в тридцати различных странах, самые известные месторождения находятся в Нортумберленде, Уэльсе, Шотландии, на полуострове Челекен и в Юте (хотя последний источник уже почти полностью истощён). Залежи озокерита располагаются по обе стороны Карпат, однако единственными местами добычи озокерита здесь являются города Борислав (Львовская область, Украина), Старуня. Считается, что залежи озокерита образуются подобно минеральным жилам, благодаря постепенному испарению и окислению нефти и образующемуся при этом расплавленному парафину, который застывает в расщелинах, где раньше находилась жидкость. В природе озокерит может встречаться в различных формах -- от мягкого воскообразного вещества до чёрной массы, твёрдой, как гипс. Озокерит является ценным сырьём для медицинских целей. Так, его использование лежит в основе одного из видов физиотерапии - озокеритотерапии. Благодаря высокой температуре плавления и низкой теплопроводности, озокерит широко используется в реабилитационных целях в виде наружного (аппликационного) лечения воспалительных и дистрофических заболеваний опорно-двигательного аппарата (артриты, артрозы, остеохондроз, миозиты, последствия травм) и нервной системы (невриты, радикулиты).

Применение битумов

Значение битума в производстве дорожных покрытий первостепенно. Такие покрытия обеспечивают прочность, безопасность и в 2-2,5 раза дешевле, чем бетонные. Дорожные одежды состоят из основания (которое придает покрытию прочность, делает его ровным, а также передает давление транспорта на грунт) и дорожного покрытия. Общим для большей части дорожных покрытий является сочетание в них минеральных заполнителей и битума, в которых последний используют в качестве прочной водонепроницаемой связующей среды. До настоящего времени применяют методы испытаний и оценки свойств битумов, существующие с конца прошлого столетия и уже не удовлетворяющие современным требованиям: они не отражают действительных условий работы битума в дорожных покрытиях, а характеризуют только некоторые его свойства в момент производства. Так, растяжимость является показателем весьма условным; все еще не установлена какая-либо взаимосвязь между растяжимостью битумов и свойствами полученных из них асфальтовых смесей.Это объясняется тем, что при приготовлении таких смесей битум распределяется тонкой пленкой по поверхности каменного материала, нагретого до 200°C, и свойства его в этих условиях изменяются. Весьма трудно правильно оценить изменение структуры, состав и свойства битума в результате его службы в покрытии.

Битумы как водозащитные средства применяют очень давно. Они водонепроницаемы и устойчивы к разрушению при низких температурах, нетоксичны и могут безопасно применяться для покрытия хранилищ питьевой воды и облицовки труб водоснабжения. Битумы широко применяют в гидротехнических сооружениях, в частности, чтобы предотвратить просачивание воды в водопроницаемые породы и предохранить от оползней берега и каналы. Гидроизоляционный материал получают смешением битума с минеральным наполнителем. Покрытия из такого материала гарантируют долговременную защиту от протекания воды в бассейнах, водохранилищах, плотинах, дамбах, склонах побережий рек, морей, каналов, гаваней, портов. Смесь обладает также достаточной прочностью при действии нагрузок и имеет низкую стоимость по сравнению с другими материалами. Битумы широко применяют при производстве кровельного (рубероидного) и водоизоляционного картонов -- гидроизоляционных материалов для покрытия крыш, промышленных, гражданских и других сооружений.

Ткани, пропитанные битумом, применяют в системах шахтной вентиляции и для водонепроницаемых покрытий. Бумагу с одно- и двусторонним битумным покрытием и многослойную бумагу, склеенную битумом, и иногда -- с тканевой прокладкой, используют для упаковки и в строительстве. Бумагу, пропитанную мягкими битумами, применяют в производстве электрокабелей, для водозащитных покрытий и тепловой изоляции промышленных трубопроводов. Битумом пропитывают также асбестовые ткани и стеклянный войлок. Битум в виде эмульсии можно вводить в волокно при формовании бумаги. Этот способ успешно используют при производстве тяжелых сортов картона, чтобы придать ему полную водонепроницаемость. Битумы водо- и газонепроницаемы, хорошо противостоят атмосферной и химической коррозии, поэтому их применяют в качестве противокоррозионных покрытий. На основе битумных вяжущих веществ изготовляют материалы и изделия для защиты металлов от действия кислот и щелочей, кислорода воздуха при температурах 20 -- 60°С. Противокоррозионным материалом покрывают металлические конструкции, находящиеся в атмосфере, в воде и в земле, бетонные подземные каналы, в которых смонтированы кислотопроводы, полы в цехе, где возможен разлив серной кислоты, вентиляционные трубы и трубопроводы. Материалы для гидроизоляционных покрытий изготовляют в виде мастик (замазок), растворов и бетонов, гидроизоляционных рулонных и листовых материалов, порошков и лаков. Для производства мастик пользуются такими сортами окисленных битумов, которые дают прочный защитный покров (не плавящийся при температурах окружающего воздуха, не разрушающийся под действием слоя земли), достаточно эластичных, т. е. не растрескивающихся при ударах во время транспортирования и укладки труб. К другим областям применения битумов можно отнести: строительство промышленных н гражданских зданий и сооружений; получение заливочных аккумуляторных мастик, электроизоляционных лент и труб, покрытий для изделий радиопромышленности, термопластических формовочных материалов, пластификаторов, кокса, смазок для прокатных станов, специальных покрытий и изделий, коллоидных растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин; брикетирование; защиту от радиоактивных излучений; повышение урожайности; защиту от действия микроорганизмов и др.

В будущем битумы благодаря своим специфическим свойствам -- прочности, термопластичности, водонепроницаемости, стойкости к воздействию атмосферных явлений, плохой проводимости тепла, электричества и звука и другим -- найдут еще более широкое и разнообразное применение в народном хозяйстве.

Список использованной литературы

1. Химическая энциклопедия "Большая российская энциклопедия"

2. Р.Б. Гун "Нефтяные битумы"

3. С.Н. Нурсултанова "Геология и геохимия горючих полезных ископаемых"

Размещено на Allbest.ru