Наряду с основными свойствами битумов, определяющими их марку, битумы характеризуются также другими показателями, например, устойчивостью битумов в водной среде, которая обусловливаете содержанием масел, смол и асфальтенов; когезией, прочностью межмолекулярных связей; прилипанием битума к каменным материалам (адгезия), которая зависит от физико-химических свойств битумов; погодоустойчивостью битумов, неспособностью противостоять воздействию атмосферным факторам в элементах сооружений.
Для строительных целей необходимо применять битумы, свойства которых соответствуют условиям их работы в строительных конструкциях. Согласно ГОСТ 6617 и 9548 битумы нефтяные, применяемые для строительства, характеризуются показателями важнейших физико-химических свойств.
Жидкие битумы делят на два класса: класс А – среднегустеющие и класс Б – медленногустеющие. В отличие от твердых и полутвердых жидкие битумы могут быть получены не только в результате переработки нефти, но и разбавления твердых и полутвердых битумов нефтепродуктами.
Битумы полутвердые, дегти каменноугольные и сланцевые и пек жидкий транспортируют в бункерных полувагонах, автоцистернах, в контейнерах, в бочках и железнодорожных цистернах. Битум строительный и кровельный БНК-5 транспортируют в бочках, фанерных барабанах, бумажных мешках и без тары в крытых вагонах и на платформах. Пек транспортируют без тары в крытых вагонах и на платформах. Битумы жидкие и дегти каменноугольные перевозят в железнодорожных цистернах, бункерах-полувагонах, автоцистернах.
Вязкость – свойство материала оказывать сопротивление перемещению частиц под воздействием внешних сил. Вязкость битума зависит от температуры. При пониженных температурах вязкость битума велика, и он приобретает свойства твердого тела; с увеличением температуры вязкость уменьшается и битум переходит в жидкое состояние. Для характеристики вязкости битумов (вязких и твердых) пользуются условным показателем твердости – глубиной проникновения иглы (пенетрацией). При действии на иглу груза массой 100 г в течение 5 сек при 25 и 0°С глубину проникания определяют на специальном приборе – пенетрометре. Она выражается в градусах (1°=0,1 мм) и обозначается П25 (индекс показывает температуру материала во время испытания).
Пластичность вязких битумов характеризует растяжимость, которую определяют с помощью дуктилометра. Испытаниям подвергают образцы битума в виде восьмерок стандартной формы и размеров. Показателем растяжимости битума служит величина деформации шейки образца в момент разрыва, выраженная в сантиметрах. Это испытание проводят при скорости растяжения 5 см/мин и температурах 25 и 0°С.
Так же как и вязкость, пластичность битумов зависит от температуры, группового состава и характера структуры. Пластические свойства наблюдаются у битумов, содержащих значительное количество смол, оптимальное количество асфальтенов и масел и небольшое количество карбенов и карбоидов. Вязкие битумы, содержащие твердые парафины, при низких температурах имеют небольшую тягучесть.
Температура размягчения является важной оценкой свойств битумов; определяют ее на приборе «кольцо и шар». Латунное кольцо с диаметром 16 мм и высотой 6,4 мм заполняют битумом, на поверхность последнего укладывают шарик диаметром 9,5 мм и массой 3,5 г. Температуру размягчения определяют по температуре воды в приборе, когда битум размягчится и шарик опустится на нижнюю полочку этажерки.
Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти и ее смолистых остатков. В зависимости от вязкости нефтяные битумы делят на твердые, полутвердые и жидкие, а в зависимости от способа переработки – на остаточные гудроны, окисленные, крекинговые и экстрактные.
Остаточные гудроны получают при атмосферно-вакуумной перегонке высокосмолистой нефти после отбора бензина, керосина и масляных фракций. Они представляют собой черные твердые или почти твердые при нормальной температуре вещества темного или темно-коричневого цвета.
Окисленные битумы получают путем продувки воздуха через нефтяные остатки. В процессе производства окисленных битумов кислород воздуха реагирует с водородом, содержащимся в остатках, образуя водяные пары. Потеря водорода сопровождается уплотнением нефтяных остатков ввиду их полимеризации и сгущения.
Крекинговые битумы получают при крекинге (разложении при высокой температуре) нефти и нефтяных масел с целью получения большого выхода бензина. Продувка воздуха через эти остатки дает окисленные крекинговые битумы.
Нефтяные битумы в нагретом состоянии разливают в тару и после остывания направляют по назначению.
Свойства битумов. Физико-механические свойства битумных материалов должны характеризовать материал с точки зрения его молекулярного строения, а также по совокупности свойств, присущих вяжущему.
Битумы твердые и полутвердые делят на марки. В основу этого деления положена вязкость, пластичность и поведение битума при изменении температуры.
Природный битум – органическое вещество черного или темно-коричневого цвета, при нагревании постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении затвердевает. Природный битум нерастворим в воде, но легко растворяется в сероуглероде, хлороформе, бензоле и трудно в бензине. Структура природных битумов, их физико-химические и физико-механические свойства близки к нефтяным битумам.
Природные битумы можно извлекать из битумных пород вываркой в котлах или растворением в органических растворителях (экстрагирование). Извлечение битума из асфальтовых пород целесообразно лишь в том случае, когда содержание его в породе составляет не менее 10-15%. Более экономичным является извлечение природного битума вываркой в воде, для чего асфальтовую породу измельчают до крупности 6 – 8 мм и загружают в котел с водой, подкисленной соляной кислотой. Воду в котле подогревают до кипения, при этом битум отделяется от породы и всплывает в виде пены. Этот битум переводят в отстойники для отделения от воды и минеральных примесей. Если битум имеет недостаточную вязкость, его продувают перегретым паром или воздухом.
Битуминозные известняковые и доломитовые породы без извлечения битума используют в виде тонкого порошка (асфальтовый порошок) для получения асфальтовой мастики и асфальтовых бетонов.