Определение битума. Химический и групповой составы, структура битумов

Битумы природные — полезные ископаемые органического происхождения с первичной углеводородной основой, залегающие в недрах в твёрдом, вязком и вязко-пластичном состояниях. С генетической точки зрения к битумам природным относят нефть, горючие, а также естественные производные нефти (мальты, асфальты и др.)образовались из нефти в верхних слоях земной коры.

Природные битумы отличаются высокой атмосферостойкостыо и хорошим прилипанием к поверхности каменных материалов, но из-за дефицитности и высокой стоимости в строительстве применяют ограниченно. Нефтяные битумы представляют собой твердые, вязко-пластичные или жидкие продукты переработки нефти.

По химическому составу битумы — сложные смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических производных азота, кислорода и серы, полностью растворимые в сероуглероде.

Элементарный химический состав всех битумов достаточно близок. В них 70......87 % углерода, до 15 % водорода, до 10 % кислорода, до 1,5 % серы, небольшое количество азота. Химический состав битумов позволяет судить только о материальном балансе элементов, из которых построены компоненты битумов, и не дает представления о химических соединениях, об их влиянии на структуру и свойства битумов.

Для исследования битумов их разделяют на основные группы углеводородов — масла, смолы, асфальтены, асфальтогеновые кислоты.

Масла — жидкая при обычной температуре группа углеводородов, плотностью менее единицы и молекулярной массой 100..500. Повышенное содержание масел в битуме придает им подвижность и текучесть.

Смолы — вязко-пластичные вещества, твердые или полутвердые при обыкновеной температуре с плотностью около 1 и молекулярной массой до 1000. При длительном воздействии некоторых факторов (кислорода воздуха или другой окислительной среды) могут произойти необратимые изменения фазового состава битума, свидетельствующие о его химическом старении. Смолы придают битумам вяжущие свойства и пластичность.

Асфальтены — твердые неплавкие высокополициклические соединения с плотностью более единицы и молекулярной массой 1000...5000. Асфальтены придают битуму твердость и теплоустойчивость. При длительном нагревании битума в присутствии воздуха масла и смолы переходят в асфальтены. Чрезмерно большое количество асфальтенов в битуме может образоваться также под действием солнечной радиации, что вызывает постепенное разрушение — «старение» битума.

Асфальтогеновые кислоты принадлежат к группе полинафтеновых кислот; их консистенция может быть твердой или высоковязкой. Являясь поверхностно-активной частью битума, они способствуют повышению прочности сцепления битума с каменными и другими материалами.