Нефтяные битумы для дорожного строительства

Известно, что битум - это продукт переработки нефти, а если сказать точнее, это ее самая тяжелая часть. В мировой практике существуют три способа получения нефтяных битумов, используемых в дорожном строительстве.

  • Во-первых, это получение так называемого остаточного битума, который получают путем концентрирования нефтяных остатков за счет вакуумной перегонки остатков тяжелой асфальто-смолистой нефти. Такого рода нефть добывают в Венесуэле. На мировом рынке встречается также Арабская тяжелая нефть и др. В США и Европе в основном используют именно такие битумы.
  • Вторым способом получения нефтяных битумов является окисление нефтяных остатков (мазутов, гудронов, полугудронов, битумов деасфальтизации, крекинг-остатков и др.). Отметим, что в России, впрочем, как и на всей территории постсоветского пространства, преимущественным способом получения нефтяных битумов является именно этот процесс.
  • Третьим способом получения нефтяных битумов является компаундирование нефтяных остатков с дистиллатами, окисленными или остаточными битумами.

 

В технологической классификации нефти подразделяют на 3 класса (I-III) по содержанию серы в нефти (малосернистые, сернистые и высокосернистые)».

Обусловленная различным химическим составом нефть в разной степени пригодна для получения нефтяных окисленных битумов. Из некоторых типов нефти, а именно с высоким содержанием парафинов, невозможно получить окисленные дорожные битумы, соответствующие ГОСТ. При окислении гудрона различных типов нефти в соответствии с ГОСТ 22245-90 получают разные по качеству и характеристикам марки окисленных битумов.

Очевидно, что способ получения нефтяного битума, главным образом, зависит от химического состава исходной нефти. Существует несколько видов классификации нефти: химическая, технологическая и техническая.

В химической классификации за основу принято брать преимущественное содержание в нефти одного или нескольких классов углеводов. «Различают 6 типов нефти: парафиновые, парафино-циклановые, циклановые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические и ароматические. В парафиновой нефти все фракции содержат значительное количество алканов: бензиновые - не менее 50 %, а масляные - 20 % и более. Количество асфальтенов и смол исключительно мало.

В парафино-циклановой нефти и их фракциях преобладают алканы и циклоалканы, содержание аренов и САВ мало. К ним относят большинство нефтей Урало-Поволжья и Западной Сибири. Для циклановой нефти характерно высокое (до 60 % и более) содержание циклоалканов во всех фракциях. Они содержат большое количество твердых парафинов, смол и асфальтенов. К циклановым относят нефти, добываемые в Баку (балаханская и сураханская) и на Эмбе (доссорская и макатская) и др.

Таблица 1. Технические требования к дорожным битумам. ГОСТ 22245-90

Наименование показателя Норма для битума марки Метод испытания
БНД 200/300 БНД 130/200 БНД 90/130 БНД 60/90 БНД 40/60 БНД 200/300 БНД 130/200 БНД 90/130 БНД 60/90
ОКП 02 5612 0115 ОКП 02 5612 0114 ОКП 02 5612 0113 ОКП 02 5612 0112 ОКП 02 5612 0111 ОКП 02 5612 0205 ОКП 02 5612 0204 ОКП 02 5612 0203 ОКП 02 5612 0202
1. Глубина проникания иглы, 0.1 мм: По ГОСТ 11501
при 25°С 201-300 131-200 91-130 61-90 40-60 201-300 131-200 91-130 60-90
при 0°С, не менее 45 35 28 20 13 24 18 15 10
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже 35 40 43 47 51 33 38 41 45 По ГОСТ 11506
3. Растяжимость, см, не менее: По ГОСТ 11505
при 25°С - 70 65 55 45 - 80 80 70
при 0°С 20 6 4 3.5 - - - - -
4. Температура хрупкости, °С, не выше -20 -18 -17 -15 -12 -14 -12 -10 -6 По ГОСТ 11507 с дополнением по п. 3.2
5. Температура вспышки, °С, не ниже 220 220 230 230 230 220 230 240 240 По ГОСТ 4333
6. Изменение температуры размягчения после прогрева/°С,не более 7 6 5 5 5 8 7 6 6 По ГОСТ 18180, ГОСТ 11506
7. Индекс пенетрации От -1.0 до +1.0 Oт -1.5 до +1.0 По приложению 2

Таблица 2. Рекомендуемое применение дорожных битумов для различных климатических зон России. ГОСТ 22245-90

Дорожно-климатическая зона Среднемесячные температуры наиболее холодного времени года, °С Марка битума
I Не выше -20 БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300
II и III От -10 до-20 БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БНД 200/300
II, III, IV От -5 до -10 БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300
IV-V От -5 до -10 БНД 40/60, БНД 60/90, БНД 90/130, БНД 130/200, БН 90/130, БН 130/200, БН 200/300

Из таблиц 1 и 2 видно, что у всех нефтяных дорожных битумов, разница между максимально возможными температурами размягчения и хрупкости, или так называемый интервал пластичности, не превышает значения 63 °С. При этом очевидно, что материалы фактически не пригодны там, где температура холодного времени года на длительное время опускается ниже -20°С, а большинство среднемесячных температур наиболее холодного времени года во многих климатических зонах России имеют существенно большую разницу, чем предусмотрено ГОСТом. Несмотря на очевидные недостатки нефтяных дорожных окисленных битумов по ГОСТ 22245-90, их использование на большей территории России продолжается. Отчасти исправить это положение стало возможным за счет введения нового ГОСТ 52056-2003 на полимерно-битумные вяжущие (ПБВ).

Таблица 3. Технические требования к полимерно-битумным вяжущим на основе блок сополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. ГОСТ 52056-2003

Наименование показателя Норма для вяжущего марки Метод испытания
ПБВ 300 ПБВ 200 ПБВ 130 ПБВ 90 ПБВ 60 ПБВ 40
1. Глубина проникания иглы, 0.1 мм, не менее, при температуре: По ГОСТ 11501
при 25°С 300 200 130 90 60 40
при 0°С 90 70 50 40 32 25
2. Температура размягчения по кольцу и шару, °С, не ниже 45 47 49 51 54 56 По ГОСТ 11506
3. Растяжимость, см, не менее, при температуре: По ГОСТ 11505
при 25°С 30 30 30 30 25 15
при 0°С 25 25 20 15 11 8
4. Температура хрупкости по Фраасу, °С, не выше -40 -35 -30 -25 -20 -15 По ГОСТ 11507
5. Эластичность, %, не менее, при температуре:
при 25°С 85 85 85 85 80 80
при 0°С 75 75 75 75 70 70
6. Изменение температуры размягчения после прогрева, °С, не более (по абсолютной величине) 7 7 6 6 5 5 По ГОСТ 18180, ГОСТ 11506
7. Температура вспышки, °С, не ниже 220 220 220 220 230 230 По ГОСТ 4333
8. Сцепление с мрамором или песком Выдерживает по контрольному образцу № 2 По ГОСТ 11508, метод А
9. Однородность Однородно По 6.1 настоящего стандарта

Несмотря на существенное увеличение интервала пластичности полимерно-битумных вяжущих, применение в нашей стране такого материала для строительства автомобильных дорог ограничено. Лишь для некоторых регионов, таких как Москва, Подмосковье и некоторых других, применение ПБВ является обязательным. Это связано, прежде всего, с увеличением стоимости такого рода материалов. Цена на ПБВ по сравнению со стандартными битумами (по данным на 2014 г.) выше на 70-100%. А в связи с тем, что подавляющая часть добавок поступает в Россию из других стран, можно ожидать еще больший рост стоимости готовых ПБВ.

Более подробно о применении различных типах добавок к нефтяным битумам мы расскажем отдельно. Это достаточно обширная самостоятельная тема исследований во многих ведущих странах мира.