Битумы для изготовления асфальтобетонной смеси могут применяться: природные, нефтяные и сланцевые. Наибольшее распространение получили нефтяные битумы.
Нефтяные битумы являются продуктом переработки нефти. Технология переработки нефти и свойства ее обусловливают и свойства битумов.
Технология производства битума. Битумы можно получить из нефти (нефтяные битумы) или извлечением из асфальтовых горных пород, содержащих битум (природные битумы).
Большинство изготовляемых битумов нефтяного происхождения, поэтому ниже рассматривается технология получения нефтяных битумов.
Современной установкой для получения нефтяных битумов является трубчатая атмосферно-вакуумная установка, которая состоит из двух частей:
Для примера рассмотрим получение различных марок жидких и вязких битумов на атмосферно-вакуумных установках.
Трубчатая атмосферно-вакуумная установка состоит из следующих основных частей:
Работа трубчатой атмосферно-вакуумной установки протекает следующим образом (рис. 1). Нефть, предназначенная для перегонки, нагревается в трубчатой печи 1 при прохождении по трубам, представляющим собой змеевик, помещенный в топке и дымоходах печи. Горячие газы, поступающие из камеры сгорания, омывают трубы и нагревают нефть. Из трубчатой печи нагретая нефть поступает в атмосферно-разделительную колонну 2 - в которой имеются горизонтально поставленные перегородки (тарелки) с отверстиями. В разделительной колонне из нагретой нефти отделяются ее составные части в виде паров. Отделяющиеся пары, поднимаясь в верхнюю часть колонны, постепенно сгущаются (конденсируются) и оседают на тарелках. Таким образом, на каждой тарелке скопляется жидкая фракция нефти с определенной температурой кипения. Эти фракции нефти (бензин, лигроин, керосин) отводятся из тарелок колонны в приемник.
Рис. 1. Схема трубчато-вакуумной установки для получения битума
Тяжелые продукты нефти (мазут и др.), вышедшие из печи в жидком состоянии, скопляются в нижней части колонны и поступают для нагревания во вторую трубчатую печь 3, а затем в разделительную колонну 4, работающую под вакуумом. В этой колонне происходит отбор из мазута тяжелых смазочных масел. Остаток после выделения из него большей части масляных фракций скапливается на дне вакуумной колонны и откачивается в хранилище, предварительно пройдя через холодильник. Таким образом получается битум, обычно называемый остаточным.
Назначение битума в асфальтовом бетоне — связывать частицы каменного материала и отчасти заполнить пустоты между ними, обеспечив тем самым монолитность и прочность покрытия.
Основные свойства битума. Битум, как дорожно-строительный материал должен обладать следующими свойствами: вязкостью, пластичностью, хорошим сцеплением с каменным материалом, устойчивостью во времени и при воздействии атмосферных факторов (свет, температура). Эти свойства обусловливают силу оцепления частиц каменного материала, а следовательно, и механические свойства дорожного покрытия.
Из нефтяных битумов большей стойкостью против воздействия атмосферных факторов обладают остаточные битумы; окисленные битумы менее устойчивы по отношению к атмосферным факторам, но более теплоустойчивы; крекинговые битумы благодаря высокой поверхностной активности обеспечивают хорошее сцепление с каменным материалом.
Рис.2. Стандартный прибор для определения глубины проникновения битумов
Свойства вязких битумов характеризуют глубиной проникания стандартной иглы, тягучестью и др.
Глубина проникания определяется на стандартном приборе (рис. 2) и характеризуется глубиной погружения стандартной иглы в битум при температуре 25° при нагрузке на иглу 100 г в течение 5 сек. и выражается в условных градусах (1°=0,1 мм).
Тягучестью или растяжимостью битумов называется их способность в определенных условиях под действием внешней силы растягиваться в нить той или иной длины. Величина тягучести битумов определяется при помощи стандартного прибора, показанного на рис. 3. Показателем тягучести служит наибольшая длина нити битума и сантиметрах, получаемая растяжении образца битума до момента разрыва на приборе при 25° со скоростью 5 см в минуту.
Кроме того, важными свойствами вяжущего материала являются температуры вспышки и воспламенения.
При температуре вспышки пары битума, нагреваемого в специальном приборе Бренкена при определенных условиях, образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении пламени.
Рис. 3. Стандартный прибор для определения тягучести битума
При дальнейшем нагревании в том же приборе наступает момент, когда эта смесь воспламеняется и начинает гореть.
По вязкости битумы разделяются на жидкие, сохраняющие при обычной температуре или при слабом подогревании (до 60—70°) жидкое состояние, и вязкие.
Вязкие битумы при нагревании становятся сначала пластичными и затем переходят в жидкое состояние. По своей вязкости, определяемой глубиной проникания иглы, по температуре размягчения вязкие битумы разделяются на марки. Характеристики марок битума приводятся в табл. 3.
Для приготовления асфальтобетона применяются битумы марок БН-1 и БН-2.
Обычно на производство поступает битум соответствующих марок. Но можно на месте производства работ получить битум марки БН-1 или БН-2 добавкой жидкого битума, мазута, нефти к более твердым маркам. Битум требуемой марки можно получить добавкой к БН-3 жидкого битума. Приготовлять битум требуемой марки добавлением легких разжижителей, как, например, керосин, воспрещается, так как получается битум плохого качества: с недостаточной тягучестью, хрупкий.
Вязкие битумы должны быть предварительно нагреты до жидкого состояния и обезвожены. При наличии примеси воды битум при нагревании сильно вспенивается. Пенистый битум плохо обволакивает частицы каменного материала. Поэтому битум обязательно должен быть обезвожен. Пенистый битум использовать для приготовления асфальтового бетона запрещается.
Таблица 3. Свойства битума
| Марка битума | Глубина проникания при 25° в десятых долях мм | Растяжимость при 25° в см | Температура размягчения по методу К и Ш в град., не менее | Потеря в весе после нагревания в течение 5 час. при 163° | Глубина проникания остатка (после определения потери в весе) в% от первоначальной, не менее |
| БН-1 | 121-200 | Более 100 | 30 | Не более 1% | 60 |
| БН-2 | 71—120 | Более 50 | 40 | Не более 1% | 60 |
| БН-3 | 41— 70 | Более 40 | 50 | Не более 1% | 60 |
| БН-4 | 21— 40 | 3 | 70 | Не более 1% | 60 |
| БН-5 | 5— 20 | 1 | 90 | Не более 1% | 60 |
Нагрев битума производится в котлах до температуры 130— 160°. При более низкой температуре битум вследствие большой вязкости плохо перемешивается с каменным материалом и медленно перекачивается насосом. При более высокой температуре изменяется химический состав и некоторые физические свойства битума; увеличивается вязкость, уменьшается клеящая способность и т. д. Поэтому перегретый битум рассматривается как брак.
Кроме того, при нагревании вяжущего материала выше указанной температуры возможно воспламенение битума. Это является опасным в пожарном отношении.
