Битум

Общие сведения о битуме

Битум — природное или техническое органическое вещество, представляющее смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных. Типичный элементный состав: углерод 70–87 %, водород 8–12 %, сера 0,5–7 %, кислород 0,2–12 % и до 2 % азота.

По внешнему виду — твердое или вязкожидкое вещество от темно-бурого до черного цвета, нерастворимое в воде и полностью/частично растворимое в органических растворителях (бензол, хлороформ, сероуглерод и др.). Плотность — 0,95–1,50 г/см³. При нагревании плавится и проявляет пластичные вяжущие свойства.

Исторически природные битумы применялись как строительный и гидроизоляционный материал. Сегодня основная доля потребления приходится на дорожно-строительную отрасль (≈ 75–80 %), а также литейное и электрохимическое производство, медицину, лакокрасочную и кабельную промышленность, выпуск кровельных и гидроизоляционных материалов.

Технологическая ценность битума: электро-, газо- и гидроизоляция, высокая адгезия, защитные и антикоррозионные свойства. Благодаря химической стойкости битумы широко применяются для защиты железобетонных конструкций, металлических труб, фундаментов, при производстве асфальтобетонов и мастик.

Классификация битумов

По происхождению

• Природные битумы — твердые или вязкие продукты естественного преобразования нефти (асфальты, кериты, мальты, озокериты и др.), добываемые карьерным и шахтным способом из битуминозных пород. Как правило, почти не содержат парафинов, богаче минеральными веществами и устойчивее к атмосферным и химическим воздействиям. В чистом виде встречаются редко.
• Искусственные (технические) битумы — получают из остатков переработки нефти, каменноугольной смолы, а также экстракцией из торфа и бурого угля. На нефтяные битумы приходится >90 % потребления. Ценность определяется рецептурой и долей парафиновых и смолистых фракций.

По типу исходного сырья

• Торфяные — экстракция органическими растворителями; применение: литейка, пластмассы, медицинские препараты.
• Угольные — экстракты некоторых углей; ценны для получения восков и смол (клеи, ЛКМ). В дорожных смесях применяют после доп. обработки из-за повышенной канцерогенности.
• Нефтяные — продукты переработки нефти:
  • Остаточные — из тяжелых остатков атмосферно-вакуумной перегонки (≈ 300–359 °C).
  • Окисленные — продувка воздухом при 260–280 °C; меняет структуру и температурный интервал работы.
  • Компаундированные — смеси остаточных/окисленных битумов и других полупродуктов НПЗ.
  • Крекинговые — из высокотемпературного расщепления нефти и масел.
  • Экстрактные — из процессов селективной очистки масел, депарафинизации и осаждения асфальтенов.

  Основные сферы: асфальтобетон и асфальтобетонные смеси, гидроизоляция конструкций, кровельные материалы, ЛКМ и изоляция.

По консистенции

• Твердые — чаще из торфа и бурых углей (экстракция растворителями). Делятся на: хрупкие, пластичные, высокопластичные.
• Вязкие — базовый материал для горячих асфальтобетонов.
• Жидкие — разжиженные вязкие битумы (керосин, бензин, лигроин и др.). По скорости загустевания:
  • СГ — среднегустеющие
  • МГ/МГО — медленногустеющие

По назначению

• Дорожные — для горячих/холодных асфальтобетонных смесей, эмульсий, мастик.
• Кровельные — покровные и пропиточные для черепицы, рубероида, пергамина и др.
• Изоляционные — для гидроизоляционных материалов (мастики, гидроизол, стеклоизол и т. п.).
• Общестроительные — ремонтно-строительные работы, гидроизоляция фундаментов.
• Специальные — ЛКМ, шинная и электротехническая промышленность (в т. ч. высокоплавкие мягчители).

Краткая таблица сравнения

Основные характеристики и методы испытаний

Свойства битума зависят от соотношения масел, смол и асфальтенов. Рост доли асфальтенов и смол повышает твердость и температуру размягчения, увеличение доли масел делает материал мягче и более легкоплавким.

Базовые показатели

• Дуктильность (растяжимость) — максимальная длина нити при растяжении образца при 25 °C (дуктилометр). Характеризует пластичность при умеренных температурах.
• Пенетрация — глубина проникания стандартной иглы за 5 с при нагрузке 1 Н (условно отражает вязкость/твердость).
• Температура размягчения (Кольцо и Шар) — определяет переход к высоковязкому состоянию при нагреве.
• Температура хрупкости (Фрааса) — нижняя граница, при которой материал становится хрупким.
• Игольчатая/ротационная вязкость — показатель технологичности при перекачке и укладке.
• Адгезия к заполнителю — визуальная оценка обволакивания и удержания пленки после водных/термических воздействий.
• Содержание воды и зольность — влияет на стабильность и старение.

Старение и долговечность

• Короткое старение (RTFOT) — имитация воздействия температуры и воздуха при приготовлении смеси.
• Длительное старение (PAV) — моделирует эксплуатационное старение в покрытии.
• Сравнивают пенетрацию, вязкость, температуру размягчения до/после старения; вычисляют индекс старения.

Реологические параметры

• Комплексный модуль |G*| и сдвиговый угол δ (DMS/Dynamic Shear Rheometer) — устойчивость к колееобразованию и усталости (чаще для ПБВ).
• Модуль изгиба и m-параметр (BBR) — низкотемпературная трещиностойкость.

Практические ориентиры температур

Стандарты и нормативные ссылки

В практике применяются национальные и корпоративные стандарты, регламентирующие требования к дорожным, кровельным и изоляционным битумам, ПБВ и эмульсиям. При подборе материалов сверяйтесь с действующей редакцией ГОСТ/СТО/ТУ, проектной документацией и ТКП. Для экспортных поставок учитывают EN, ASTM/AASHTO и местные нормы.

• Требования к показателям: пенетрация, размягчение, дуктильность, зольность, содержание воды, адгезия.
• Отдельные стандарты — на методики испытаний (Кольцо и Шар, Фрааса, RTFOT, PAV, DSR, BBR).
• Для ПБВ — дополнительные реологические критерии и стабильность к расслоению.
• Для эмульсий — тип эмульгатора (катионная/анионная), скорость разрыва (RS/MS/SS), содержание вяжущего.

Маркировка и назначение популярных битумов

Марка битума задается по назначению с учетом твердости, температуры размягчения и растяжимости. В парах чисел первая величина — температурная/реологическая характеристика в системе конкретной маркировки, вторая — пенетрация (условная твердость).

Дорожные нефтяные вязкие

• БНД 200/300, БН 200/300; БНД 130/200, БН 130/200; БНД 90/130, БН 90/130; БНД 60/90, БН 60/90; БНД 40/60.
  • БНД 60/90 — обработка щебеночных оснований.
  • БНД 90/130 — горячие асфальтобетонные смеси.

Дорожные вязкие (улучшенные)

БНД-У 100/130, 70/100, 50/70 — для горячих асфальтобетонов при строительстве и ремонте дорог.

Дорожные жидкие

СГ 40/70, 70/130, 130/200; МГ 40/70, 70/130, 130/200; МГО 40/70, 70/130, 130/200. Подбор — по технологии холодных смесей и требуемой скорости разрыва.

Строительные, кровельные, изоляционные

• Строительные: БН 50/50, БН 70/30, БН 90/10
• Кровельные: БНК 40/180, 45/180, 45/190, 90/30, 90/40
• Изоляционные: БНИ-IV-3, БНИ-IV, БНИ-V

Роль битума в дорожно-строительной отрасли

Битум — ключевое вяжущее в асфальтобетонах и технологиях поверхностной обработки. Качество битума влияет на сцепление с минеральным скелетом, распределение температурно-деформационных напряжений и долговечность покрытия.

Функции в составе смеси

• Связывание зерен минерального материала и формирование сплошной пленки.
• Распределение и релаксация напряжений при температурных колебаниях и нагрузках.
• Гидрофобизация поверхности заполнителя, сопротивление влаге и морозу.

Типичные доли и дозировки

Вязкие и жидкие БНД

Вязкие применяют для горячих смесей в теплое время года. Жидкие содержат разжижители, испаряющиеся на воздухе, что облегчает работы в межсезонье и холодный период. Жидкие составы получают смешением вязких битумов с дистиллятными фракциями.

Полимерно-битумные композиты (ПБК) и ПБВ

Рост доли тяжёлого транспорта и осевых нагрузок повышает требования к антиколейности и устойчивости покрытий. Эффективны модификация битума и применение полимерно-битумных вяжущих (ПБВ).

Модификация битума

Модификация — введение добавок, изменяющих физико-механические свойства. Наиболее распространены:

• Блок-сополимеры дивинила и стирола (СБС, ДСТ)
• Термопласты (полиэтилен, полистирол, эпоксидные смолы, ЭВА)
• Эластомеры (синтетические каучуки)
• Реактопласты (карбомидные, полиэфирные и др.)

Адгезионные добавки

Улучшают сцепление с минеральной частью, замедляют окислительное старение при высоких температурах, повышают водо- и морозостойкость и продлевают строительный сезон. Подбираются под минералогию заполнителя и воду (жесткость/рН).

Стабильность и хранение ПБВ

• Требуется перемешивание и контроль расслоения в резервуарах.
• Ограничение времени термостатирования для предотвращения деградации полимера.
• Отбор проб сверху/снизу для контроля однородности.

Битумные эмульсии

Битумные эмульсии — водные дисперсии битума с эмульгаторами. Используются для поверхностной обработки, склеивания слоев, пропитки и холодной регенерации покрытий.

Классификация эмульсий

• По заряду частиц: катионные (лучше для большинства пород), анионные, неионные.
• По скорости разрыва: RS (быстрый), MS (средний), SS (медленный) — подбирают под технологию и влажность.
• По содержанию вяжущего: обычно 40–70 %.

Применение и нормы расхода

Примеры марок: ЭБК-1, ЭБПК-1, ЭБПК-2 — поверхностная обработка; ЭБК-2 — холодная регенерация.

Регенерация, RAP и пенобитум

RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) — фрезерованный асфальтобетон, возвращаемый в производство. Использование RAP снижает расход нового битума и минеральных материалов.

• Горячий рецайклинг: дозированное введение RAP в смеситель с коррекцией дозы вяжущего и температур.
• Холодная регенерация: применение эмульсий и активаторов (цемент, известь), переработка на месте.
• Пенобитум: вспенивание вязкого битума малой дозой воды для получения временно пониженной вязкости и улучшения обволакивания при низких температурах; эффективен в холодной регенерации оснований.

Типовые дефекты покрытий и влияние свойств битума

Как выбрать битум под задачу

1. Определите технологию работ: горячие/холодные асфальтобетоны, поверхностная обработка, праймирование, кровля, гидроизоляция.
2. Учитывайте климат и сезонность: для межсезонья и низких температур — жидкие битумы, эмульсии или ПБВ с расширенным температурным окном.
3. Интенсивность движения: при тяжелых нагрузках — ПБВ или улучшенные БНД-У.
4. Минералогия заполнителя: при «трудных» породах используйте адгезионные добавки или эмульсии с подобранным эмульгатором.
5. Экология и безопасность: используйте эмульсии и сниженные температуры там, где это допустимо проектом.

Типичные ошибки

• Перегрев битума — потеря легких фракций, ускоренное старение.
• Несоответствие марки условиям работы — преждевременные трещины/колея.
• Отсутствие праймирования пыльных оснований — слабая адгезия.
• Неверный подбор эмульсии к минералогии и влажности заполнителя.
• Длительное термостатирование ПБВ без перемешивания — расслоение.

Контроль качества на объекте

• Входной контроль: паспорт/сертификат, соответствие марке (БНД, ПБВ, эмульсия), температура в резервуаре, отсутствие воды.
• Операционный контроль: вязкость по укладке, температура в смесителе/при выгрузке/при укладке, равномерность обволакивания зерен.
• Контроль tack coat: норма расхода (по вяжущему), равномерность разбрызгивания, время разрыва/схватывания, чистота поверхности.
• Отбор проб: по графику, из разных точек резервуара; для ПБВ — контроль расслоения, DSR/BBR по лабораторному плану.
• Геометрия/плотность слоя: температура уплотнения, количество проходов катка, контроль плотности/влажности основания.

Хранение, безопасность и экология

• Хранить в закрытых емкостях, исключить попадание воды в горячий битум.
• Соблюдать температурный режим нагрева по техкарте, не допускать локального перегрева.
• Средства защиты: термостойкие перчатки, очки/щиток, одежда с длинными рукавами, обувь с закрытым подъемом.
• Вентиляция при работе с разжижителями и эмульсиями, локальные укрытия на раздаточных рампах.
• Исключить открытый огонь и искрообразование в зоне работ, заземление автоцистерн.
• Экологические меры: улавливание паров, оборотная вода при мойке, исключение проливов и попадания в ливневую канализацию.

FAQ — коротко о главном

Чем ПБВ лучше обычного дорожного битума?

ПБВ обеспечивает более широкий температурный диапазон, лучшую износостойкость и устойчивость к колееобразованию, особенно на трассах с интенсивным тяжелым трафиком.

Когда выбирать жидкий битум вместо вязкого?

При холодных технологиях, межсезонных работах и для поверхностной обработки, когда испаряющийся разжижитель обеспечивает переход к твердому состоянию без высоких температур.

Эмульсия или праймер?

Эмульсии удобны для влажных/прохладных условий и экологичнее благодаря водной основе; праймеры на растворителях быстрее проникают в сухие, пористые основания.

Что влияет на водостойкость асфальтобетона?

Минералогия заполнителя, адгезионные добавки, правильная дозировка вяжущего, качество tack coat и уплотнения.

Можно ли работать с ПБВ зимой?

Часть операций допускается при отрицательных температурах (до −10 °C) при соблюдении технологической карты, логистики прогрева и контроля температуры смеси на месте.