Нефтяной битум

Нефтяной битум — это твёрдое или вязкое нефтяное производное, представляющее собой смесь высокомолекулярных углеводородов и их гетеропроизводных (сернистых, азотистых, кислородсодержащих соединений). Относится к классу природных и искусственных битумов, является продуктом переработки нефти. Основные физические свойства: водонепроницаемость, адгезия к различным поверхностям, термопластичность (размягчается при нагревании и затвердевает при охлаждении), диэлектрические характеристики. Цвет — от тёмно-коричневого до чёрного. В зависимости от исходного сырья и технологии получения нефтяной битум может быть вязким, полутвёрдым или твёрдым. Широко применяется в дорожном строительстве, гидроизоляции, кровельных материалах, производстве асфальтобетонных смесей, а также в электротехнической и лакокрасочной промышленности.

История

Происхождение и раннее использование

Природные битумы (асфальты, озокериты) известны человечеству с древности. Их использовали в Месопотамии, Древнем Египте и других цивилизациях для гидроизоляции, мумификации, склеивания и строительства. Однако нефтяной битум как продукт переработки нефти получил развитие только с началом промышленной нефтепереработки в XIX веке.

Развитие технологии в России и мире

В 1823 году в России на Кавказе (район Моздока) была построена первая в мире установка для перегонки нефти, где в качестве побочного продукта получали битум. В 1870-х годах в США и Европе началось промышленное производство битума из остатков перегонки нефти. В СССР с 1930-х годов активно развивалась технология окисления гудрона для получения дорожных битумов. В 1960-е годы были разработаны методы компаундирования (смешения) и модификации битумов полимерами, что позволило улучшить их эксплуатационные свойства. В современной России производство нефтяных битумов сосредоточено на крупных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), таких как «Лукойл-Нижегороднефтеоргсинтез», «Газпром нефть» (Омский НПЗ), «Татнефть» (Нижнекамский НПЗ) и других.

Классификация

Нефтяные битумы классифицируют по нескольким признакам: способу получения, области применения, вязкости и температуре размягчения.

По способу получения

Остаточные битумы — получают путём глубокого отбора дистиллятных фракций из мазута или гудрона при атмосферно-вакуумной перегонке. Обладают относительно низкой вязкостью.
Окисленные битумы — получают окислением гудрона или тяжёлых нефтяных остатков кислородом воздуха при температуре 200–300 °C. Этот процесс увеличивает содержание асфальтенов и повышает твёрдость, теплостойкость и адгезию. Являются наиболее распространённым типом дорожных битумов.
Крекинг-битумы — побочный продукт термического или каталитического крекинга нефтяного сырья. Отличаются повышенной хрупкостью и низкой термостойкостью, используются редко.
Компаундированные битумы — смеси различных битумов (остаточных, окисленных) и разбавителей (солярового масла, керосина) для получения заданных свойств.
Модифицированные битумы — битумы, в состав которых вводят полимеры (например, стирол-бутадиен-стирол, СБС), каучуки, серу, пластификаторы для улучшения эластичности, морозостойкости и долговечности.

По области применения

Дорожные битумы (марки БНД, БН) — для строительства и ремонта автомобильных дорог, аэродромов. Основные требования: высокая адгезия к минеральным материалам, устойчивость к деформациям при высоких и низких температурах.
Строительные битумы (марки БН) — для гидроизоляции фундаментов, подвалов, плотин, мостов, а также для производства кровельных материалов (рубероид, толь, битумная черепица).
Кровельные битумы — специальные марки с повышенной теплостойкостью и эластичностью для наплавляемых рулонных материалов.
Изоляционные битумы (марки БНИ) — для защиты трубопроводов, кабелей, резервуаров от коррозии и воздействия грунтовых вод.
Электротехнические битумы — для пропитки и заливки трансформаторов, кабелей, аккумуляторов. Обладают высокими диэлектрическими свойствами.
Лакокрасочные битумы — для производства битумных лаков, эмалей, красок, используемых для антикоррозионной защиты металлических конструкций.

По вязкости и температуре размягчения

В России и странах СНГ битумы маркируются по показателям: температура размягчения (по методу «кольцо и шар»), пенетрация (глубина проникания иглы при 25 °C), дуктильность (растяжимость). Например, дорожный битум марки БНД 60/90 означает, что пенетрация при 25 °C составляет от 60 до 90 десятых долей миллиметра.

Устройство и характеристики

Химический состав

Нефтяной битум состоит из трёх основных групп соединений:

Масла (40–60 % по массе) — смесь жидких углеводородов, обеспечивающих пластичность и текучесть.
Смолы (15–30 %) — вязкие, тёмно-коричневые вещества, придающие битуму эластичность и адгезию.
Асфальтены (10–30 %) — твёрдые, хрупкие, высокомолекулярные соединения, определяющие твёрдость, теплостойкость и вязкость.

Соотношение этих компонентов зависит от исходной нефти и технологии переработки. Чем выше содержание асфальтенов, тем твёрже и более термостойкий битум.

Физико-механические свойства

Температура размягчения — от 30 до 100 °C (для дорожных битумов обычно 40–60 °C).
Пенетрация — от 10 до 300 (0,1 мм) при 25 °C.
Дуктильность — способность растягиваться в нить без разрыва (до 100 см и более).
Температура хрупкости — от −10 до −30 °C (определяет морозостойкость).
Водонасыщение — не более 0,5–1 % по массе (для гидроизоляционных марок).
Адгезия — способность прочно сцепляться с поверхностями (щебнем, песком, металлом, бетоном).

Применение

Дорожное строительство

Основная область потребления нефтяного битума (около 70–80 % мирового объёма). Битум используется в качестве вяжущего материала для асфальтобетонных смесей, которые укладываются на дорожное покрытие. В России дорожные битумы производятся по ГОСТ 33133-2014 и ГОСТ Р 58400.1-2019. Применение модифицированных битумов (с полимерами) позволяет повысить долговечность дорог в условиях резких перепадов температур.

Гидроизоляция и кровельные материалы

Битумные мастики, рулонные материалы (рубероид, еврорубероид, наплавляемые мембраны) широко применяются для защиты зданий и сооружений от влаги. Битумная гидроизоляция используется в фундаментах, подвалах, плотинах, каналах, мостах, тоннелях.

Промышленность

Электротехника — пропитка кабелей, заливка трансформаторов, изоляция электродов.
Лакокрасочная промышленность — производство битумных лаков для защиты металла от коррозии.
Трубопроводный транспорт — изоляция нефте- и газопроводов от коррозии (битумно-полимерные покрытия).
Строительная химия — добавки в бетонные смеси для улучшения гидрофобности.

Примеры марок и производителей

В России выпускаются следующие основные марки нефтяных битумов:

БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200 — дорожные битумы для различных климатических зон.
БН 70/30, БН 90/10 — строительные битумы для гидроизоляции.
БНИ 4-10, БНИ 4-20 — изоляционные битумы для трубопроводов.
БЭК (битум эмульсионный) — для производства битумных эмульсий, используемых в дорожном ремонте.

Крупнейшие производители в РФ: ПАО «Газпром нефть», ПАО «Лукойл», ПАО «Татнефть», ПАО «Роснефть», АО «Сургутнефтегаз».

Критика и экологические аспекты

Производство и применение нефтяного битума связано с рядом экологических проблем. При нагревании битум выделяет летучие органические соединения, в том числе полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые могут быть канцерогенными. В процессе укладки асфальта образуются выбросы, содержащие сернистые соединения и сажу. В России и за рубежом разрабатываются технологии «холодного» асфальта (с использованием битумных эмульсий), которые снижают выбросы. Также ведутся исследования по замене битума на альтернативные вяжущие (например, на основе серы, лигнина или вторичных полимеров), однако битум остаётся основным материалом в дорожной отрасли из-за своей доступности и технологичности.

Интересные факты

Первый в мире асфальтовый тротуар был уложен в 1854 году в Париже на бульваре Сен-Жермен с использованием природного битума из месторождения Пюи-де-ла-Пеш (Франция).
В России первый асфальтовый завод был построен в 1873 году в городе Сызрань.
Нефтяной битум используется не только в строительстве, но и в производстве взрывчатых веществ (в качестве связующего компонента) и в косметической промышленности (в составе некоторых кремов и мазей).
Мировое производство нефтяного битума превышает 100 миллионов тонн в год, из которых около 80 % потребляется дорожной отраслью.

Источники

ГОСТ 33133-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».
ГОСТ Р 58400.1-2019 «Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия».
Справочник «Нефтяные битумы» / Под ред. В. А. Золотова. — М.: Химия, 1985.
«Технология переработки нефти и газа» / Под ред. А. Г. Сарданашвили. — М.: Недра, 2000.
«Дорожно-строительные материалы» / Под ред. В. П. Подольского. — М.: Транспорт, 1990.
Данные ПАО «Газпром нефть» и ПАО «Лукойл» о производстве битумов (открытые отчёты).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →