Области применения нефтяных битумов

Благодаря широким диапазонам различных свойств битумов (тепло- и морозостойкость, пластичность, адгезионно-когезионные свойства, погодостойкость, стойкость к агрессивным средам, высокие диэлектрические свойства и др.) и низкой стоимости их весьма широко используют в строительстве, промышленности и сельском хозяйстве. Наибольшая потребность в битумах отмечается в период с июня по октябрь, когда усиленно ведутся строительство и ремонт дорожных и других покрытий.

1.5.1 Битумы в дорожном строительстве.

Значение битума в производстве дорожных покрытий первостепенно. Такие покрытия обеспечивают прочность, безопасность и в 2 – 2,5 раза дешевле, чем бетонные. Более 70%выпускаемых битумов – дорожные, половина используется с разжижителями без подогрева.

Жидкие нефтяные дорожные битумы представляют собой остаточные продукты полутвердой и жидкой консистенции. Подобные битумы получают также разжижением вязких битумов нефтью и нефтепродуктами. Высокосмолистые тяжелые нефти – это естественные жидкие битумы. Использование жидких битумов позволяет исключить высокотемпературные процессы, использовать различные способы обработки минеральных материалов и продлить сезон строительных работ. Из дорожного покрытия, включающий жидкие битумы, с течением времени под действием кислорода воздуха, солнечных лучей, адсорбции каменным материалом или грунтом и других факторов испаряются низкокипящие фракции и уплотняются высокомолекулярные соединения. Прочность и долговечность дорожных покрытий зависят не только от свойств битума, но также и от применяемых минеральных материалов и от технологии приготовления и укладки битумоминеральной смеси. Поэтому повышение требований к качеству нефтяных дорожных битумов должно сопровождаться улучшением технологии дорожного строительства.

1.5.2 Битумы в гидротехнике.

Как водозащитные средства битумы 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 для предотвращения просачивания воды в водопроницаемые породы и предохранения от оползней берегов и каналов.

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. Смесь обладает также достаточной прочностью при действии нагрузок и имеет низкую стоимость по сравнению с другими материалами. Затраты на гидросооружения с применением битумных материалов быстро окупаются. Битумные смеси используются и при строительстве молов волнорезов. При оседании мола покрытие деформируется, но не растрескивается. Впрыскивание в почву специальных битумных эмульсий, содержащих коагулирующие агенты замедленного действия, позволяет создать влагонепроницаемые участки в требуемом месте и на заданной глубине.

1.5.3 Битумы в производстве кровельных материалов.

Широко применяют битумы при производстве кровельного (рубероидного) и водоизоляционного картонов – гидроизоляционных материалов для покрытия крыш промышленных, гражданских и других сооружений. Технология производства названных строительных материалов примерно одинакова и может быть проиллюстрирована примером получения рубероида: не тряпичный картон, пропитанный мягким битумом, накладывают слой из окисленного битума с минеральным наполнителем. Картон выпускают рулонами стандартной ширины и листами различных конфигураций. Сборные кровельные покрытия производят в виде кровельного картона из нескольких слоев. На месте потребления такой картон пропитывают и проклеивают расплавленным битумом. Если кровельный картон используют в качестве основы для укладки шифера, его часто упрочняют, подклеивая к нему слой ткани. Ткани, пропитанные битумом, применяют в системах шахтной вентиляции и для водонепроницаемых покрытий.

Бумагу с одно- и двусторонним битумным покрытием и многослойную бумагу, склеенную битумом, иногда с тканевой прокладкой, используют для упаковки и в строительстве. Бумагу, пропитанную мягкими битумами, применяют в производстве электрических кабелей, для водозащитных покрытий и тепловой изоляции промышленных трубопроводов. Битумом пропитывают также асбестовые ткани и стеклянный войлок. В виде эмульсии его можно вводить в волокно при формировании бумаги; этот способ успешно используют при производстве тяжелых сортов картона, чтобы придать последнему водонепроницаемость.

Компаундирование битумов с полимерными материалами в большинстве случаев процесс физический. Полимеры в битуме образуют новую, сравнительно грубодисперсную структуру, и полимерно-битумные композиции приобретают физико-механические свойства отличные от свойств битума.

1.5.4 Битумы в качестве противокоррозионных покрытий.

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 земле, бетонные подземные каналы, в которых смонтированы кислотопроводы, полы в цехе, где возможен розлив 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. Мастики по способу применения делятся на горячие и холодные. Их применяют в качестве основного изоляционного слоя и в качестве приклеивающего состава при нанесении рулонных (бризола, гидроизола), стекловолокнистых и других материалов, а также как изоляционный или противокоррозионный материал при строительстве магистральных газопроводов, нефтепроводов и трубопроводов для нефтепродуктов. Для производства мастик используют такие сорта 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 транспорта и укладки труб.

1.5.5 Другие области применения.

К другим областям применения битумов можно отнести: строительство промышленных и 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 покрытии и изделий, коллоидных растворов, применяемых при бурении нефтяных и газовых скважин; брикетирование; защита от радиоактивных излучений и от действия микроорганизмов; повышение урожайности и др.

В строительстве промышленных и гражданских зданий и сооружений битумы широко применяют в качестве связующего, водонепроницаемого, тепло- и звукоизолирующего материала. Природный асфальт и остаточные битумы с температурой размягчения 24, 25 и 82 – 110˚С и пенетрацией при 25˚С соответственно 300, (85 – 100) и (18 – 24)∙0,1 мм используют для приготовления прочных и водостойких блоков, кирпичей, черепиц и плит. Мастики, состоящие из смеси тонкоизмельченной извести или порошкообразного природного асфальта или битума, широко используют при настиле полов, кровельных покрытий и в качестве гидроизоляции. Битум применяют для покрытия грунтов производственных помещений.

Битумы используют для создания паро- и влагонепроницаемых барьеров при укладке нижней части фундаментов зданий и приготовления теплоизолирующих материалов, применяемых при сооружении холодильных камер и складов для хранения продуктов при низкой температуре, вагонов-холодильников.

Битумы с температурой размягчения 137 – 150˚С и отношением суммы асфальтов и смол к маслам > 1,4 используют в качестве коллоидных нефтяных растворов при бурении нефтяных и газовых скважин. Применение растворов на нефтяной основе для вскрытия продуктивных пластов позволяет сохранить проницаемость призабойной зоны, увеличить дебит скважин и их нефтеотдачу. Растворами на нефтяной основе пользуются для отбора керна, чтобы сохранить его водо- и нефтенасыщенность. Анализ таких кернов дает более точное представление о характере нефтяной или газовой залежи, помогает подсчитывать их промышленные запасы. Исследования показали, что окисленные битумы с температурой размягчения 150˚С из восточных нефтей имеют оптимальные коллоидно-химические свойства, необходимые для изготовления бурильных растворов на нефтяной основе.

Битумы применяют для биологической защиты от γ-лучей и потока нейтронов при эксплуатации атомных реакторов, являющихся мощными источниками ионозирующих излучений. Остаточные и глубокоокисленные битумы, специальные и щелочные (рубраксы) битумы из малосернистых нефтей по химическому составу и физико-химическим свойствам (включая теплофизические, механические и противопожарные) отвечают требованиям, предъявляемым к водородсодержащим материалам биологической защиты, применяемым при рабочей температуре до 200˚С. Битумы применяют на атомных электростанциях (низкой и средней активности) для защиты от радиоактивных излучений отходов этих электростанций.