Битум ( Великобритания : / ˈ b ɪ tj ʊ m ɪ n / , США : / b ɪ ˈ tj uː m ə n , b aɪ -/ ) [1] является чрезвычайно вязким компонентом нефти . В зависимости от точного состава это может быть липкая черная жидкость или явно твердая масса, которая ведет себя как жидкость в очень больших временных масштабах. В США этот материал обычно называют асфальтом . Независимо от того, обнаружено ли это вещество в природных месторождениях или очищено от нефти, оно классифицируется как смола . [2] До 20-го века термин асфальт широко использовался. [3] Это слово происходит от древнегреческого ἄσφαλτος ásphaltos , которое относилось к природному битуму или смоле. Крупнейшим природным месторождением битума в мире, запасы которого оцениваются в 10 миллионов тонн, является озеро Питч на юго-западе Тринидада . [4]
70% годового производства битума предназначено для дорожного строительства , его основного использования. [5] В этом применении битум используется для связывания частиц заполнителя , таких как гравий, и образует вещество, называемое асфальтобетоном , который в просторечии называется асфальтом . Другие его основные области применения заключаются в производстве битумных гидроизоляционных материалов, таких как рубероид и герметик для крыш. [6]
В материаловедении и технике термины «асфальт» и «битум» часто используются как взаимозаменяемые и относятся как к природным, так и к искусственным формам вещества, хотя существуют региональные различия в том, какой термин является наиболее распространенным. Во всем мире геологи склонны отдавать предпочтение термину «битум» для обозначения природного материала. Для произведенного материала, который представляет собой очищенный остаток процесса перегонки отборной сырой нефти, в большинстве стран мира преобладающим термином является термин «битум»; однако в американском английском чаще используется слово «асфальт». Чтобы избежать путаницы, в США используются фразы «жидкий асфальт», «асфальтовое вяжущее» или «асфальтовый цемент». В разговорной речи различные формы асфальта иногда называют « смола », как в названии Ла Бреа . Смоляные ямы . [7]
Природный битум иногда обозначают термином «сырой битум». Его вязкость аналогична вязкости холодной патоки [8] [9], а материал, полученный в результате фракционной перегонки сырой нефти , кипящей при 525 °C (977 °F), иногда называют «рафинированным битумом». Канадская провинция Альберта обладает большей частью мировых запасов природного битума в нефтеносных песках Атабаски , площадь которых составляет 142 000 квадратных километров (55 000 квадратных миль), что превышает площадь Англии . [10]
Латинское слово восходит к протоиндоевропейскому корню *gʷet- «смола»; см. эту ссылку для других родственников.
Выражение «битум» возникло в санскрите , где мы находим слова «джату», означающие «смола», и «джату-крит», означающие «создание смолы», «производство смолы» (имеются в виду хвойные или смолистые деревья). Некоторые утверждают, что латинский эквивалент изначально был «gwitu-men» (относящийся к смоле), а другие - «pixtumens» (выделяющаяся или пузырящаяся смола), которое впоследствии было сокращено до «битум», а затем перешло через французский язык на английский. . От этого же корня происходит англосаксонское слово «cwidu» (Мастикс), немецкое слово «Китт» (цемент или мастика) и древнескандинавское слово «квада». [11]
Утверждается, что слово «асфальт» произошло от аккадского термина «асфальту» или «сфалло», что означает «раскалываться». Позже оно было принято гомеровскими греками в форме прилагательного ἄσφαλἤς, ἐς, означающего «твердый», «стабильный», «безопасный», и соответствующего глагола ἄσφαλίξω, ίσω, означающего «сделать твердым или стабильным», «обеспечить». . [11]
Слово «асфальт» происходит от позднего среднеанглийского языка , в свою очередь, от французского асфальта , основанного на позднелатинском асфальтоне , асфальтуме , который является латинизацией греческого ἄσφαλτος ( ásphaltos , ásphalton ), слова, означающего «асфальт/битум/ пек» . ", [12] которое, возможно, происходит от ἀ- , "не, без", т.е. от альфа-приватива , и σφάλλειν ( sphallein ), "заставить упасть, сбить с толку, (в пассивном залоге) ошибиться, (в пассивном залоге) не допустить ". [13]
Первое использование асфальта древними было в качестве цемента для закрепления или соединения различных объектов, и поэтому вполне вероятно, что само название отражало это применение. В частности, Геродот упоминает, что в Вавилон привезли битум для строительства гигантской крепостной стены. [14]
Из греческого слово перешло в позднюю латынь, а оттуда во французский (« асфальт ») и английский («асфальт» и «асфальт»). Во французском языке термин « асфальт» используется для обозначения природных отложений известняка, пропитанных асфальтом, а также для специализированных промышленных продуктов с меньшим количеством пустот или большим содержанием битума, чем «асфальтобетон», используемый для покрытия дорог.
Битум, смешанный с глиной, обычно называли «асфальтом», но сегодня этот термин используется реже. [15]
В американском английском «асфальт» эквивалентен британскому «битуму». Однако «асфальт» также широко используется как сокращенная форма « асфальтобетона » (поэтому эквивалент британского «асфальта» или «гудронированного покрытия»).
В канадском английском языке слово «битум» используется для обозначения обширных канадских месторождений чрезвычайно тяжелой сырой нефти , [16] в то время как «асфальт» используется для обозначения продуктов нефтепереработки. Разбавленный битум (разбавленный нафтой для обеспечения его циркуляции в трубопроводах) известен в канадской нефтяной промышленности как « дилбит », в то время как битум, « переработанный » до синтетической сырой нефти, известен как «синкруд», а синруд, смешанный с битумом, называется «синбит». ". [17]
«Битум» по-прежнему является предпочтительным геологическим термином для обозначения природных месторождений твердой или полутвердой нефти. «Битуминозная порода» — это форма песчаника , пропитанная битумом. Нефтеносные пески Альберты в Канаде представляют собой аналогичный материал.
Ни один из терминов «асфальт» или «битум» не следует путать с дегтем или каменноугольной смолой . Деготь — это густой жидкий продукт сухой перегонки и пиролиза органических углеводородов, получаемых в основном из растительных масс, окаменевших, как уголь, или свежесобранных. С другой стороны, большая часть битума образовалась естественным путем, когда огромные количества органических материалов животного происхождения были отложены водой и захоронены на глубине сотен метров в диагенетической точке , где дезорганизованные молекулы жирных углеводородов соединялись в длинные цепи в отсутствие кислорода. . Битум бывает твердым или высоковязкой жидкостью. Он может быть даже смешан с угольными месторождениями. Битум и уголь с использованием процесса Бергиуса можно перерабатывать в бензин, например бензин, а битум можно перегонять в смолу, а не наоборот.
В состав битума входят четыре основных класса соединений:
Битум обычно содержит элементарно 80 мас.% углерода; 10% водорода; до 6% серы; и в молекулярном отношении от 5 до 25% по массе асфальтенов, диспергированных в от 90% до 65% мальтенов. [18] Большинство природных битумов также содержат сераорганические соединения . Никель и ванадий содержатся в концентрации <10 частей на миллион, что типично для некоторых видов нефти. [6] Вещество растворимо в сероуглероде . Обычно его моделируют как коллоид с асфальтенами в качестве дисперсной фазы и мальтенами в качестве непрерывной фазы. [19] «Практически невозможно разделить и идентифицировать все различные молекулы битума, поскольку число молекул с разной химической структурой чрезвычайно велико». [20]
Асфальт можно спутать с каменноугольной смолой , которая представляет собой внешне похожий черный термопластичный материал, получаемый в результате деструктивной перегонки угля . В начале и середине 20-го века, когда производился городской газ , каменноугольная смола была легкодоступным побочным продуктом и широко использовалась в качестве связующего вещества для дорожных заполнителей. Добавление каменноугольной смолы в щебеночные дороги привело к появлению слова « гудрон », которое теперь используется в просторечии для обозначения дорожных материалов. Однако с 1970-х годов, когда природный газ заменил городской газ, битум полностью вытеснил использование каменноугольной смолы в этих целях. Другие примеры этой путаницы включают смолистые карьеры Ла-Бреа и канадские нефтеносные пески , которые на самом деле содержат природный битум, а не смолу. «Питч» — еще один термин, который иногда неофициально используется для обозначения асфальта, например, в Питч-Лейк .
По экономическим и другим причинам битум иногда продается в сочетании с другими материалами, часто без маркировки иначе, чем просто «битум». [21]
Особо следует отметить использование кубовых остатков вторичной переработки моторного масла – «РЕОБ» или «РЕОБ» – остатков переработанного автомобильного моторного масла, собранного из кубовых остатков перерабатывающих колонн вакуумной перегонки , при производстве асфальта. REOB содержит различные элементы и соединения, обнаруженные в переработанном моторном масле: присадки к исходному маслу и материалы, накапливающиеся в результате его циркуляции в двигателе (обычно железо и медь). Некоторые исследования показали корреляцию между фальсификацией битума и ухудшением эксплуатационных характеристик дорожного покрытия. [21]
Большую часть битума, используемого в коммерческих целях, получают из нефти. [22] Тем не менее, большие количества битума встречаются в природе в концентрированной форме. Природные залежи битума образуются из останков древних микроскопических водорослей ( диатомовых водорослей ) и других некогда живых существ. Эти природные залежи битума образовались в каменноугольный период, когда во многих частях Земли господствовали гигантские болотные леса. [23] Они откладывались в иле на дне океана или озера, где жили эти организмы. Под воздействием тепла (выше 50 °C) и давления захоронения глубоко в земле останки превратились в такие материалы, как битум, кероген или нефть.
Природные месторождения битума включают такие озера, как озеро Питч в Тринидаде и Тобаго и озеро Бермудес в Венесуэле . Естественные просачивания происходят в смоляных ямах Ла Бреа и МакКиттрик в Калифорнии , а также в Мертвом море .
Битум также встречается в рыхлых песчаниках, известных как «нефтеносные пески» в Альберте , Канада, и подобных «битуминозных песках» в Юте , США. Канадская провинция Альберта обладает большей частью мировых запасов в трех огромных месторождениях площадью 142 000 квадратных километров (55 000 квадратных миль), что превышает площадь Англии или штата Нью-Йорк . Эти битуминозные пески содержат 166 миллиардов баррелей (26,4 × 10 9 м 3 ) коммерческих запасов нефти, что дает Канаде третье место по величине запасов нефти в мире. Хотя исторически он использовался без переработки для мощения дорог, сейчас почти вся его продукция используется в качестве сырья для нефтеперерабатывающих заводов в Канаде и США. [10]
Крупнейшее в мире месторождение природного битума, известное как нефтеносные пески Атабаски , расположено в формации Мак-Мюррей в Северной Альберте. Эта формация относится к раннему мелу и состоит из многочисленных линз нефтеносного песка с содержанием нефти до 20%. [24] Изотопные исследования показывают, что возраст залежей нефти составляет около 110 миллионов лет. [25] Две меньшие, но все же очень большие формации встречаются в нефтеносных песках Пис-Ривер и нефтеносных песках Колд-Лейк , к западу и юго-востоку от нефтеносных песков Атабаски, соответственно. Из месторождений Альберты только части нефтеносных песков Атабаски достаточно неглубоки, чтобы их можно было вести открытым способом. Остальные 80% должны быть добыты из нефтяных скважин с использованием методов повышения нефтеотдачи, таких как гравитационный дренаж с паром . [26]
Гораздо меньшие месторождения тяжелой нефти или битума также встречаются в бассейне Уинта в штате Юта, США. Например, месторождение битуминозного песка «Треугольник» содержит примерно 6% битума . [24]
Битумы могут встречаться в гидротермальных жилах . Примером этого является бассейн Уинта в штате Юта , в США, где имеется множество обширных по латерали и вертикали жил, состоящих из твердого углеводорода, называемого гильсонитом . Эти жилы образовались в результате полимеризации и затвердевания углеводородов, которые были мобилизованы из более глубоких горючих сланцев формации Грин-Ривер во время захоронения и диагенеза . [27]
Битум аналогичен органическому веществу в углеродистых метеоритах . [28] Однако детальные исследования показали, что эти материалы различны. [29] Считается, что огромные ресурсы битума Альберты возникли как живой материал морских растений и животных, в основном водорослей , которые умерли миллионы лет назад, когда древний океан покрыл Альберту. Они были покрыты грязью, со временем глубоко закопаны и осторожно превращены в масло геотермальным теплом при температуре от 50 до 150 ° C (от 120 до 300 ° F). Из-за давления, вызванного подъемом Скалистых гор на юго-западе Альберты 80–55 миллионов лет назад, нефть была вынесена на северо-восток на сотни километров и застряла в подземных песчаных отложениях, оставленных древними речными руслами и океанскими пляжами, образуя таким образом нефтеносные пески. . [26]
Самое раннее предполагаемое использование битума датируется 40 000 лет назад, в эпоху палеолита , когда битум использовался для приклеивания ручек к примитивным каменным орудиям. [30]
Использование природного битума для гидроизоляции и в качестве клея датируется по крайней мере пятым тысячелетием до нашей эры, когда в Мехргархе цивилизации долины Инда была обнаружена корзина для хранения урожая , облицованная им. [31] К 3-му тысячелетию до нашей эры в этом регионе использовался очищенный каменный асфальт, который использовался для гидроизоляции Великой бани в Мохенджо-Даро. [32]
На древнем Ближнем Востоке шумеры использовали природные битумные отложения в качестве раствора между кирпичами и камнями, для цементирования частей резьбы, таких как глаза, для конопачения кораблей и для гидроизоляции . [3] Греческий историк Геродот говорил, что горячий битум использовался в качестве раствора при строительстве стен Вавилона . [33]
Сообщается, что Евфратский туннель длиной 1 километр (0,62 мили) под рекой Евфрат в Вавилоне во времена царицы Семирамиды ( около 800 г. до н. э. ) был построен из обожженного кирпича, покрытого битумом в качестве гидроизоляционного средства. [3]
Битум использовался древними египтянами для бальзамирования мумий. [3] [34] Персидское слово «асфальт» — moom , родственно английскому слову mummy . Основным источником битума для египтян было Мертвое море , которое римляне знали как Palus Asphaltites (Асфальтовое озеро).
Примерно в 40 году нашей эры Диоскорид описал материал Мертвого моря как битум Judaicum и отметил другие места в регионе, где его можно было найти. [35] Считается, что битум Сидона относится к материалу, найденному в Хасбее в Ливане. [36] Плиний также ссылается на битум, обнаруженный в Эпире . Битум был ценным стратегическим ресурсом. Он стал объектом первой известной битвы за месторождение углеводородов – между Селевкидами и набатеями в 312 г. до н. э. [37]
На древнем Дальнем Востоке природный битум медленно кипятили, чтобы избавиться от высших фракций , оставляя термопластичный материал с более высокой молекулярной массой, который при наложении на предметы становился твердым при охлаждении. Его использовали для покрытия предметов, нуждавшихся в гидроизоляции, [3] таких как ножны и другие предметы. Из этого материала отливали и статуэтки домашних божеств в Японии, а возможно, и в Китае. [ нужна цитата ]
В Северной Америке археологические раскопки показали, что битум иногда использовался для приклеивания каменных наконечников снарядов к деревянным древкам. [38] В Канаде аборигены использовали битум, просачивающийся из берегов Атабаски и других рек, для водонепроницаемости каноэ из бересты , а также нагревали его в горшках для грязи, чтобы отогнать комаров летом. [26]
В 1553 году Пьер Белон в своей работе «Наблюдения» описал , что писсасфальто , смесь пека и битума, использовалось в Рагузской республике (ныне Дубровник , Хорватия ) для смоления кораблей. [39]
В выпуске журнала «Механика» за 1838 год упоминается раннее использование асфальта во Франции. В брошюре, датированной 1621 годом, «некоего г-на д'Эриниса» говорится, что он обнаружил существование (асфальта) в больших количествах в окрестностях Невшателя» и что он предлагал использовать его различными способами - «главным образом в строительстве герметичных зернохранилищ и в защите с помощью арок водотоков города Парижа от проникновения грязи и грязи», что в то время делало воду непригодной для использования. «Он также распространялся о превосходстве этого материала для создания ровных и прочных террас» во дворцах, «идея создания таких террас на улицах вряд ли могла прийти в голову парижанину того поколения». [40]
Но во Франции этим веществом вообще пренебрегали до революции 1830 года . В 1830-х годах интерес к асфальту резко возрос, и асфальт стал широко использоваться «для тротуаров, плоских крыш и облицовки цистерн, а в Англии его использовали в аналогичных целях». Его появление в Европе было «внезапным явлением» после того, как природные месторождения были обнаружены «во Франции в Осбанне ( Нижний Рейн ), Парке ( Эн ) и Пюи-де-ла-Пуа ( Пюи-де-Дом )», хотя это также могло быть сделано искусственно. [41] Одним из первых применений во Франции была укладка около 24 000 квадратных ярдов сейсельского асфальта на площади Согласия в 1835 году. [42]
Среди первых применений битума в Соединенном Королевстве было травление. В книге Уильяма Салмона «Полиграфика» (1673 г.) приводится рецепт лака, используемого при гравюре, состоящий из трех унций чистого воска, двух унций мастики и одной унции асфальта. [43] К пятому изданию 1685 года он включил больше рецептов асфальта из других источников. [44]
Первым британским патентом на использование асфальта был «Патент Касселла на асфальт или битум» в 1834 году . [45] [46] увидев его применение во Франции и Бельгии во время визита к Фредерику Уолтеру Симмсу , который работал с ним над внедрением асфальта в Великобританию. [47] [48] Доктор Т. Лэмб Фипсон пишет, что его отец, Сэмюэл Райланд Фипсон, друг Клариджа, также «способствовал внедрению асфальтового покрытия (в 1836 году)». [49]
Claridge получила патент в Шотландии 27 марта 1838 года и получила патент в Ирландии 23 апреля 1838 года. В 1851 году попечители компании, ранее созданной Claridge, запросили продление действия патента 1837 года и обоих патентов 1838 года. [41] [50] [51] [52] Компания Claridge's Patent Asphalte Company – образованная в 1838 году с целью внедрения в Британию «асфальта в его естественном состоянии из рудника в Пиримонт-Сейселле во Франции», [53] – «заложила один первых асфальтовых тротуаров в Уайтхолле». [54] Испытания были проведены в 1838 году на тротуаре в Уайтхолле, конюшне в казармах Найтсбридж, [53] [55] «и впоследствии на пространстве у подножия лестницы, ведущей от Ватерлоо-плейс к парку Сент-Джеймс». ". [55] «Создание в 1838 году компании Claridge's Patent Asphalte Company (с выдающимся списком аристократических покровителей, а также Марком и Исамбардом Брюнелями в качестве попечителя и инженера-консультанта соответственно) дало огромный импульс развитию британской асфальтовой промышленности. ". [51] «К концу 1838 года по крайней мере две другие компании, Robinson's и Bastenne, работали», [56] асфальт укладывался в качестве дорожного покрытия в Брайтоне, Херн-Бей, Кентербери, Кенсингтоне, Стрэнде и большая площадь в Банхилл-Роу, в то время как тротуарная плитка Уайтхолла компании Claridge «продолжает (d) в хорошем состоянии». [57] Боннингтонский химический завод производил асфальт с использованием каменноугольной смолы и к 1839 году установил его в Боннингтоне . [58]
В 1838 году произошел всплеск предпринимательской деятельности, связанной с битумом, который использовался не только для мощения. Например, битум также можно было использовать для покрытия полов, гидроизоляции зданий, а также для гидроизоляции различных типов бассейнов и бань, которые также получили распространение в 19 веке. [3] [41] [59] Один из самых ранних сохранившихся примеров его использования можно увидеть на Хайгейтском кладбище , где он использовался в 1839 году для герметизации крыши террасных катакомб. На лондонской фондовой бирже высказывались различные претензии по поводу исключительности качества битума из Франции, Германии и Англии. Во Франции было выдано множество патентов, при этом такое же количество патентных заявок было отклонено в Англии из-за их сходства друг с другом. В Англии «тип Claridge's был наиболее используемым в 1840-х и 50-х годах». [56]
В 1914 году компания Claridge's создала совместное предприятие по производству щебня, связанного смолой , [60] с материалами, производимыми через дочернюю компанию Clarmac Roads Ltd. [61] В результате были созданы два продукта, а именно Clarmac и Clarphalte , первый из которых производился. компанией Clarmac Roads, а последняя - компанией Claridge's Patent Asphalte Co., хотя Clarmac использовался более широко. [62] [примечание 1] Однако Первая мировая война разрушила компанию Clarmac, которая была ликвидирована в 1915 году. [64] [65] Крах Clarmac Roads Ltd оказал влияние на компанию Claridge's Company, которая сама была принудительно ликвидирована, [66] прекратив свою деятельность в 1917 году, [67] [68] вложив значительную сумму средств в новое предприятие, как в самом начале [66] , так и в последующей попытке спасти компанию Clarmac. [64]
В Британии XIX века считалось, что битум содержит химические вещества с лечебными свойствами. Экстракты битума использовались для лечения катара и некоторых форм астмы , а также как средство против глистов, особенно ленточного червя . [69]
Впервые битум в Новом Свете использовали аборигены. На западном побережье еще в 13 веке народы Тонгва , Луисеньо и Чумаш собирали природный битум, который просачивался на поверхность над нижележащими нефтяными месторождениями. Все три группы использовали это вещество в качестве клея. Его можно найти на многих различных артефактах, инструментах и церемониальных предметах. Например, его использовали в погремушках для приклеивания тыкв или панцирей черепах к ручкам погремушек. Его также использовали в украшениях. Маленькие круглые бусины-ракушки часто вставляли в асфальт для украшения. Его использовали в качестве герметика для корзин, чтобы сделать их водонепроницаемыми для переноски воды, что могло отравить тех, кто пил воду. [70] Асфальт также использовался для герметизации досок на океанских каноэ.
Асфальт впервые был использован для мощения улиц в 1870-х годах. Сначала использовалась естественная «битумная порода», например, на шахтах Ричи в Макфарлане в округе Ричи, Западная Вирджиния , с 1852 по 1873 год. празднование столетия страны. [71]
В эпоху гужевого транспорта улицы США в основном были немощеными и покрыты грязью или гравием. Особенно там, где грязь или траншеи часто затрудняли проезд по улицам, тротуары иногда делались из различных материалов, включая деревянные доски, булыжник или другие каменные блоки или кирпичи. Грунтовые дороги создают неравномерный износ и создают опасность для пешеходов. В конце 19 века, с появлением популярных велосипедов , велосипедные клубы сыграли важную роль в обеспечении более общего покрытия улиц. [72] Пропаганда тротуаров усилилась в начале 20 века с появлением автомобилей . Асфальт постепенно стал все более распространенным методом дорожного покрытия. К 1889 году проспект Сент-Чарльз в Новом Орлеане был заасфальтирован по всей длине. [73]
В 1900 году только на Манхэттене было 130 000 лошадей, которые тянули трамваи, фургоны и экипажи и оставляли свои отходы. Они не были быстрыми, и пешеходы могли уклоняться и карабкаться по людным улицам. Маленькие города по-прежнему полагались на грязь и гравий, но более крупные города хотели, чтобы улицы были гораздо лучше. К 1850-м годам они обратились к деревянным или гранитным блокам. [74] В 1890 году треть 2000-мильных улиц Чикаго была вымощена, в основном деревянными брусками, которые обеспечивали лучшее сцепление с дорогой, чем грязь. Кирпичное покрытие было хорошим компромиссом, но еще лучше было асфальтовое покрытие, которое было легко укладывать и прорезать, чтобы добраться до канализации. Взяв за образец Лондон и Париж, Вашингтон к 1882 году уложил 400 000 квадратных ярдов асфальтового покрытия; он стал образцом для Буффало, Филадельфии и других городов. К концу века американские города могли похвастаться 30 миллионами квадратных ярдов асфальтового покрытия, что значительно превосходило кирпичное. [75] Улицы стали быстрее и опаснее, поэтому были установлены электрические светофоры. Электрические троллейбусы (со скоростью 12 миль в час) стали основной транспортной услугой для покупателей и офисных работников среднего класса, пока они не купили автомобили после 1945 года и не добирались из более отдаленных пригородов в уединении и комфорте по асфальтированным шоссе. [76]
В Канаде имеется крупнейшее в мире месторождение природного битума в нефтеносных песках Атабаски , а коренные народы Канады , живущие вдоль реки Атабаска, издавна использовали его для гидроизоляции своих каноэ. В 1719 году кри по имени Ва-Па-Су принес образец для торговли Генри Келси из компании Гудзонова залива , который был первым зарегистрированным европейцем, увидевшим его. Однако только в 1787 году торговец мехом и исследователь Александр Маккензи увидел нефтеносные пески Атабаски и сказал: «Примерно в 24 милях от развилки (рек Атабаска и Клируотер) находятся несколько битумных фонтанов, в которые попадает столб высотой 20 футов. длинный может быть вставлен без малейшего сопротивления». [26]
Ценность месторождения была очевидна с самого начала, но не были известны способы добычи битума. Ближайший город, Форт-Мак-Мюррей в Альберте , представлял собой небольшой пост по торговле мехом, другие рынки находились далеко, а транспортные расходы были слишком высоки, чтобы доставлять сырой битумный песок для дорожного покрытия. В 1915 году Сидни Эллс из Федерального горнодобывающего управления экспериментировал с методами разделения и использовал этот продукт для прокладки 600 футов дороги в Эдмонтоне , Альберта. Другие дороги в Альберте были вымощены материалом, добытым из нефтеносных песков, но в целом это было нерентабельно. В 1920-х годах доктор Карл А. Кларк из Исследовательского совета Альберты запатентовал процесс разделения нефти горячей водой, а предприниматель Роберт К. Фицсиммонс [77] построил установку по сепарации нефти Bitumount , которая в период с 1925 по 1958 год производила до 300 баррелей (50 м3). 3 ) в сутки битума по методу доктора Кларка. Большая часть битума использовалась для гидроизоляции крыш, но его другие применения включали топливо, смазочные масла, чернила для принтеров, лекарства, краски, устойчивые к ржавчине и кислоте, огнестойкую кровлю, мощение улиц, лакированную кожу и консерванты для столбов забора. [26] В конце концов у Фитцсиммонса закончились деньги, и завод перешел в собственность правительства Альберты. Сегодня завод Bitumount является историческим памятником провинции . [78]
Битум использовался в ранних фотографических технологиях. В 1826 или 1827 году с его помощью французский учёный Жозеф Нисефор Ньепс сделал старейшую из сохранившихся фотографий с натуры . Битум был тонким слоем нанесен на оловянную пластину, которую затем экспонировали в камере. Воздействие света затвердевало битум и делало его нерастворимым, так что при последующей промывке растворителем оставались только достаточно освещенные участки. Требовалось много часов выдержки в камере, что делало битум непрактичным для обычной фотографии, но с 1850-х по 1920-е годы он широко использовался в качестве фоторезиста при производстве печатных форм для различных процессов фотомеханической печати. [79] [80]
Битум был врагом многих художников XIX века. Хотя какое-то время он широко использовался, в конечном итоге он оказался нестабильным для использования в масляной живописи, особенно при смешивании с наиболее распространенными разбавителями, такими как льняное масло , лак и скипидар . Если битум не будет тщательно разбавлен, он никогда полностью не затвердеет и со временем испортит другие пигменты, с которыми он вступает в контакт. Использование битума в качестве глазури для затенения или смешивания с другими цветами для придания более темного тона привело к окончательному ухудшению качества многих картин, например, картин Делакруа . Пожалуй, самым известным примером разрушительной силы битума является «Плот Медузы » Теодора Жерико (1818–1819), где использование битума привело к тому, что яркие цвета выродились в темно-зеленые и черные, а краска и холст прогнулись. [81]
Подавляющее большинство рафинированного битума используется в строительстве: прежде всего в составе продуктов, используемых при дорожном и кровельном строительстве. В соответствии с требованиями конечного использования битум производится по спецификации. Это достигается либо рафинированием, либо смешиванием. По оценкам, в настоящее время мировое использование битума составляет примерно 102 миллиона тонн в год. Около 85% всего производимого битума используется в качестве вяжущего в асфальтобетоне для дорог. Он также используется на других площадках с твердым покрытием, таких как взлетно-посадочные полосы аэропортов, автостоянки и пешеходные дорожки. Обычно производство асфальтобетона включает смешивание мелких и крупных заполнителей , таких как песок , гравий и щебень, с асфальтом, который действует как вяжущее вещество. Другие материалы, такие как переработанные полимеры (например, резиновые шины ), могут быть добавлены в битум для изменения его свойств в соответствии с применением, для которого битум в конечном итоге предназначен.
Еще 10% мирового производства битума используется в кровельных работах, где его гидроизоляционные качества неоценимы. Остальные 5% битума используются в основном для герметизации и изоляции в различных строительных материалах, таких как покрытия для труб, основа ковровой плитки и краска. Битум применяется при строительстве и обслуживании многих конструкций, систем и компонентов, таких как:
Наибольшее использование битума приходится на изготовление асфальтобетона для дорожных покрытий; это составляет примерно 85% битума, потребляемого в Соединенных Штатах. В США около 4000 асфальтобетонных заводов и столько же в Европе. [82]
Асфальтобетонные смеси для дорожного покрытия обычно состоят из 5% битума (известного в США как асфальтовый цемент) и 95% заполнителей (камня, песка и гравия). Из-за своей высокой вязкости битум необходимо нагревать, чтобы его можно было смешать с заполнителями на асфальтосмесительной установке. Требуемая температура варьируется в зависимости от характеристик битума и заполнителей, но технологии производства теплого асфальта позволяют производителям снизить требуемую температуру. [82] [21]
Вес асфальтового покрытия зависит от типа заполнителя , битума и содержания воздушных пустот. Средний пример в Соединенных Штатах составляет около 112 фунтов на квадратный ярд на дюйм толщины дорожного покрытия. [21]
Когда проводится техническое обслуживание асфальтовых покрытий, например фрезерование для удаления изношенной или поврежденной поверхности, удаленный материал можно вернуть на предприятие для переработки в новые дорожные смеси. Битум в удаленном материале можно реактивировать и снова использовать в новых дорожных смесях. [83] Поскольку около 95% дорог с твердым покрытием построены или покрыты асфальтом, [84] ежегодно утилизируется значительное количество материала асфальтового покрытия. Согласно отраслевым исследованиям, ежегодно проводимым Федеральным управлением автомобильных дорог и Национальной ассоциацией асфальтовых покрытий, более 99% битума, удаляемого каждый год с дорожных покрытий во время проектов расширения и замены покрытия, повторно используется в составе новых тротуаров, земляного полотна, обочин и насыпей или запасено для дальнейшего использования. [85]
Асфальтобетонные покрытия широко используются в аэропортах по всему миру. Благодаря прочности и возможности быстрого ремонта он широко применяется для взлетно-посадочных полос .
Мастичный асфальт — это тип асфальта, который отличается от плотного гранулированного асфальта ( асфальтобетона ) тем, что он имеет более высокое содержание битума ( связующего ), обычно около 7–10% от всей смеси заполнителя, в отличие от укатанного асфальтобетона, который всего около 5% асфальта. Это термопластичное вещество широко используется в строительной отрасли для гидроизоляции плоских крыш и подземных резервуаров. Мастичный асфальт нагревается до температуры 210 ° C (410 ° F) и укладывается слоями, образуя непроницаемый барьер толщиной около 20 миллиметров (0,8 дюйма).
Битумные эмульсии представляют собой коллоидные смеси битума и воды. Из-за разного поверхностного натяжения двух жидкостей устойчивые эмульсии невозможно создать простым смешиванием. Поэтому добавляют различные эмульгаторы и стабилизаторы. Эмульгаторы представляют собой амфифильные молекулы, различающиеся зарядом полярной головной группы. Они снижают поверхностное натяжение эмульсии и тем самым предотвращают слияние частиц битума. Заряд эмульгатора определяет тип эмульсии: анионная (отрицательно заряженная) и катионная (положительно заряженная). [86] Концентрация эмульгатора является критическим параметром, влияющим на размер частиц битума: более высокие концентрации приводят к более мелким частицам битума. [86] Таким образом, эмульгаторы оказывают большое влияние на стабильность, вязкость, прочность на разрыв и адгезию битумной эмульсии. [86] Размер частиц битума обычно составляет от 0,1 до 50 мкм, а основная фракция - от 1 до 10 мкм. Методы лазерной дифракции можно использовать для быстрого и легкого определения распределения частиц по размерам. [86] [87] Катионные эмульгаторы в основном включают амины с длинной цепью, такие как имидазолины, амидоамины и диамины, которые приобретают положительный заряд при добавлении кислоты. [86] Анионные эмульгаторы часто представляют собой жирные кислоты, извлеченные из лигнина, таллового масла или древесной смолы, омыленные такими основаниями, как NaOH, что создает отрицательный заряд. [86]
При хранении битумных эмульсий частицы битума оседают, агломерируются (флокуляция) или плавятся (коагуляция), что приводит к определенной нестабильности битумной эмульсии. Насколько быстро происходит этот процесс, зависит от состава битумной эмульсии, а также от условий хранения, таких как температура и влажность. При контакте эмульгированного битума с заполнителями эмульгаторы теряют свою эффективность, эмульсия разрушается и образуется прилипшая битумная пленка, называемая «разрывом». Частицы битума почти мгновенно создают сплошную битумную пленку путем коагуляции и отделения от испаряющейся воды. Не каждая асфальтовая эмульсия реагирует так же быстро, как другая, при контакте с заполнителями. Это позволяет классифицировать эмульсии быстрого схватывания (R), медленного схватывания (SS) и эмульсии среднего схватывания (MS), а также индивидуальную оптимизацию рецептуры для конкретного применения и широкую область применения [86] ( 1). Например, медленноразрушающиеся эмульсии обеспечивают более длительное время обработки, что особенно выгодно для мелких заполнителей [86] (1).
Сообщается о проблемах с адгезией анионных эмульсий, контактирующих с заполнителями, богатыми кварцем. Их заменяют катионные эмульсии, обеспечивающие лучшую адгезию. Обширный ассортимент битумных эмульсий недостаточно охвачен стандартизацией. DIN EN 13808 для катионных асфальтовых эмульсий существует с июля 2005 года. Здесь описана классификация битумных эмульсий на основе букв и цифр с учетом зарядов, вязкости и типа битума. [86] Процесс производства битумных эмульсий очень сложен. Обычно используются два метода: метод «коллоидной мельницы» и метод «высокого отношения внутренних фаз (HIPR)». [86] В методе «коллоидной мельницы» ротор движется с высокой скоростью внутри статора за счет добавления битума и смеси воды и эмульгатора. В результате поперечных сил образуются частицы битума размером от 5 до 10 мкм, покрытые эмульгаторами. [86] Метод «высокого внутреннего фазового отношения (HIPR)» используется для создания более мелких частиц битума, мономодального, узкого распределения частиц по размерам и очень высоких концентраций битума. Здесь сначала путем умеренного перемешивания получают высококонцентрированную битумную эмульсию, а затем разбавляют. В отличие от метода «Коллоидная мельница», водная фаза вводится в горячий битум, что позволяет получить очень высокие концентрации битума. [86]
T Метод «Высокого внутреннего фазового отношения (HIPR)» используется для создания более мелких частиц битума, мономодального, узкого распределения частиц по размерам и очень высоких концентраций битума. Здесь сначала путем умеренного перемешивания получают высококонцентрированную битумную эмульсию, а затем разбавляют. В отличие от метода «Коллоидная мельница», водная фаза вводится в горячий битум, что обеспечивает очень высокие концентрации битума (1). Метод «Высокое соотношение внутренних фаз (HIPR)» используется для создания более мелких частиц битума, мономодальных, узкий гранулометрический состав и очень высокие концентрации битума. Здесь сначала путем умеренного перемешивания получают высококонцентрированную битумную эмульсию, а затем разбавляют. В отличие от метода «Коллоидная мельница», водная фаза вводится в горячий битум, что позволяет получить очень высокие концентрации битума (1).
Битумные эмульсии используются в самых разных сферах. Они используются в дорожном строительстве и защите зданий и в первую очередь включают применение в смесях для холодного ресайклинга, клеевом покрытии и обработке поверхности (1). Благодаря более низкой вязкости по сравнению с горячим битумом обработка требует меньше энергии и связана со значительно меньшим риском возгорания и ожогов. [86] Chipseal предполагает распыление на поверхность дороги битумной эмульсии с последующим нанесением слоя щебня, гравия или измельченного шлака. Шламовый уплотнитель представляет собой смесь битумной эмульсии и мелкого измельченного заполнителя, которая распределяется по поверхности дороги. Холодный асфальт также может быть изготовлен из битумной эмульсии для создания дорожных покрытий, похожих на горячий асфальт, глубиной в несколько дюймов, а битумные эмульсии также смешиваются с переработанным горячим асфальтом для создания недорогих дорожных покрытий. Известно, что технологии на основе битумной эмульсии применимы для всех классов дорог, их использование также возможно в следующих областях: 1. Асфальты для дорог с интенсивным движением (на основе использования полимер-модифицированных эмульсий) 2. Теплые смеси на основе эмульсий, для улучшения времени их созревания и механических свойств. 3. Полутеплая технология, при которой заполнители нагреваются до 100 градусов, образуя смеси со свойствами, аналогичными свойствам горячего асфальта. 4. Высокоэффективная обработка поверхности. [88]
Синтетическая сырая нефть, также известная как синкруд, представляет собой продукт установки по облагораживанию битума, используемой при добыче нефтеносного песка в Канаде. Битуминозные пески добываются с помощью огромных (100-тонных) механических экскаваторов и загружаются в еще более крупные (400-тонные) самосвалы для перевозки на объект модернизации. Процесс, используемый для извлечения битума из песка, представляет собой процесс с использованием горячей воды, первоначально разработанный доктором Карлом Кларком из Университета Альберты в 1920-х годах. После извлечения из песка битум подается в установку улучшения битума , которая превращает его в эквивалент легкой сырой нефти . Это синтетическое вещество достаточно жидкое, чтобы его можно было перекачивать по обычным нефтепроводам , и его можно подавать на обычные нефтеперерабатывающие заводы без какой-либо дополнительной обработки. К 2015 году канадские предприятия по обновлению битума производили более 1 миллиона баррелей (160 × 10 3 м 3 ) в день синтетической сырой нефти, 75% которой экспортировалось на нефтеперерабатывающие заводы в США. [89]
В Альберте пять установок для улучшения битума производят синтетическую сырую нефть и ряд других продуктов: установка для улучшения качества битума Suncor Energy возле Форт-Мак-Мюррей, Альберта, производит синтетическую сырую нефть и дизельное топливо; заводы по переработке Syncrude Canada , Canadian Natural Resources и Nexen возле Форт-Мак-Мюррей производят синтетическую сырую нефть; а установка Shell Scotford Upgrader недалеко от Эдмонтона производит синтетическую сырую нефть, а также промежуточное сырье для близлежащего нефтеперерабатывающего завода Shell. [90] Шестой завод по модернизации, строящийся в 2015 году недалеко от Редуотера, Альберта , будет перерабатывать половину сырого битума непосредственно в дизельное топливо, а оставшуюся часть продукции продавать в качестве сырья близлежащим нефтеперерабатывающим и нефтехимическим заводам. [91]
По химическому составу канадский битум существенно не отличается от таких нефтей, как венесуэльская сверхтяжелая и мексиканская тяжелая нефть , и настоящей трудностью является транспортировка чрезвычайно вязкого битума по нефтепроводам на нефтеперерабатывающий завод. Многие современные нефтеперерабатывающие заводы чрезвычайно сложны и могут перерабатывать необработанный битум непосредственно в такие продукты, как бензин, дизельное топливо и рафинированный асфальт, без какой-либо предварительной обработки. Это особенно распространено в таких регионах, как побережье Персидского залива США , где нефтеперерабатывающие заводы были спроектированы для переработки венесуэльской и мексиканской нефти, а также в таких регионах, как Средний Запад США , где нефтеперерабатывающие заводы были перестроены для переработки тяжелой нефти, поскольку внутреннее производство легкой нефти сократилось. Имея возможность выбора, такие заводы по переработке тяжелой нефти обычно предпочитают покупать битум, а не синтетическую нефть, потому что его стоимость ниже, а в некоторых случаях потому, что они предпочитают производить больше дизельного топлива и меньше бензина. [90] К 2015 году канадское производство и экспорт необогащенного битума превысили объемы производства синтетической сырой нефти, составив более 1,3 миллиона баррелей (210 × 10 3 м 3 ) в день, из которых около 65% было экспортировано в Соединенные Штаты. [89]
Из-за сложности транспортировки сырого битума по трубопроводам необработанный битум обычно разбавляют конденсатом природного газа в форме, называемой дилбит , или синтетической сырой нефтью, называемой синбит . Однако, чтобы соответствовать международной конкуренции, большая часть необогащенного битума теперь продается в виде смеси нескольких сортов битума, обычной сырой нефти, синтетической сырой нефти и конденсата в виде стандартизированного эталонного продукта, такого как Western Canadian Select . Эта кислая, тяжелая смесь сырой нефти разработана для того, чтобы иметь одинаковые характеристики переработки, чтобы конкурировать с тяжелыми нефтью, продаваемыми на международном рынке, такими как мексиканская нефть майя или арабская дубайская сырая нефть . [90]
Битум использовался, начиная с 1960-х годов, в качестве гидрофобной матрицы с целью инкапсулирования радиоактивных отходов , таких как соли средней активности (в основном растворимые нитрат натрия и сульфат натрия ), образующиеся в результате переработки отработанного ядерного топлива или радиоактивных осадков из прудов-отстойников. [92] [93] Битумизированные радиоактивные отходы, содержащие высокорадиотоксичные трансурановые элементы с альфа-излучением, на заводах по переработке ядерных материалов производятся в промышленных масштабах во Франции, Бельгии и Японии, но от этого типа кондиционирования отходов отказались из-за проблем эксплуатационной безопасности (риски пожар, как это произошло на установке битумизации на заводе Токай в Японии) [94] [95] и проблемы долгосрочной стабильности, связанные с их геологическим захоронением в глубоких горных породах. Одной из основных проблем является набухание битума под воздействием радиации и воды. Набухание битума в первую очередь вызывается радиацией из-за присутствия пузырьков газообразного водорода , образующихся в результате альфа- и гамма- радиолиза . [96] [97] Вторым механизмом является набухание матрицы, когда инкапсулированные гигроскопичные соли, подвергающиеся воздействию воды или влаги, начинают регидратироваться и растворяться. Высокая концентрация соли в поровом растворе внутри битумизированной матрицы отвечает за осмотические эффекты внутри битумизированной матрицы. Вода движется в направлении концентрированных солей, а битум действует как полупроницаемая мембрана . Это также приводит к набуханию матрицы. Давление набухания вследствие осмотического эффекта при постоянном объеме может достигать 200 бар. Если не принять надлежащие меры, такое высокое давление может вызвать трещины в окрестностях галереи захоронения битумизированных среднеактивных отходов. Когда битуминизированная матрица изменена в результате набухания, инкапсулированные радионуклиды легко выщелачиваются при контакте с грунтовыми водами и высвобождаются в геосферу. Высокая ионная сила концентрированного солевого раствора также способствует миграции радионуклидов в глинистых вмещающих породах. Присутствие химически активных нитратов также может влиять на окислительно- восстановительные условия, преобладающие во вмещающей породе, создавая окислительные условия, препятствующие восстановлению редокс-чувствительных радионуклидов. Радионуклиды таких элементов, как селен , технеций , уран , нептуний и плутоний , имеют более высокую валентность.имеют более высокую растворимость и также часто присутствуют в воде в виде незамедлительных анионов . Это делает утилизацию битумизированных отходов средней активности очень сложной задачей.
Использовались разные виды битума: вспененный битум (частично окисляемый кислородом воздуха при высокой температуре после перегонки и более твердый) и битум прямой перегонки (более мягкий). Вспененные битумы типа Mexphalte с высоким содержанием предельных углеводородов легче биоразлагаются микроорганизмами, чем битумы прямой перегонки с низким содержанием предельных углеводородов и высоким содержанием ароматических углеводородов. [98]
В настоящее время атомная промышленность и организации по обращению с отходами считают бетонную изоляцию радиоактивных отходов более безопасной альтернативой .
Большая часть остального потребления битума приходится на черепицу и рулонную кровлю . Другие области применения включают спреи для скота, обработку столбов заборов и гидроизоляцию тканей. Битум используется для придания японскому черному лаку , особенно известному тем, что его можно использовать на железе и стали, а также используется в красках и маркерных чернилах некоторыми компаниями-поставщиками наружных красок для повышения устойчивости к атмосферным воздействиям и стойкости краски или чернил, а также чтобы сделать цвет темнее. [ нужна цитация ] Битум также используется для герметизации некоторых щелочных батарей в процессе производства.
В 2019 году произведено около 164 000 000 тонн. Его получают как «тяжелую» (то есть трудноперегоняемую) фракцию. Материал с температурой кипения выше 500 °C считается асфальтом. Вакуумная перегонка отделяет его от других компонентов сырой нефти (таких как нафта , бензин и дизельное топливо ). Полученный материал обычно дополнительно обрабатывают для извлечения небольшого, но ценного количества смазочных материалов и корректировки свойств материала в соответствии с применением. В установке деасфальтизации сырой битум обрабатывается пропаном или бутаном в сверхкритической фазе для извлечения более легких молекул, которые затем отделяются. Дальнейшая обработка возможна путем «продувки» продукта, а именно взаимодействия его с кислородом . Этот шаг делает продукт более твердым и вязким. [6]
Битум обычно хранится и транспортируется при температуре около 150 °C (302 °F). Иногда перед отправкой добавляют дизельное топливо или керосин , чтобы сохранить ликвидность; при доставке эти более легкие материалы отделяются от смеси. Эту смесь часто называют «битумным сырьем», или БФС. Некоторые самосвалы направляют горячие выхлопы двигателя через трубы в кузове самосвала, чтобы материал оставался теплым. Задние части самосвалов, перевозящих асфальт, а также некоторое погрузочно-разгрузочное оборудование перед загрузкой также обычно опрыскиваются разделяющим веществом, чтобы облегчить освобождение. Дизельное топливо больше не используется в качестве антиадгезива из-за экологических проблем.
Встречающийся в природе сырой битум, пропитанный осадочными породами, является основным сырьем для добычи нефти из « нефтяных песков », разработка которых в настоящее время ведется в Альберте, Канада. Канада обладает большей частью мировых запасов природного битума, их площадь составляет 140 000 квадратных километров [16] (площадь больше, чем в Англии), что дает ей вторые по величине доказанные запасы нефти в мире. Нефтеносные пески Атабаски являются крупнейшим месторождением битума в Канаде и единственным, доступным для открытой добычи , хотя недавние технологические прорывы привели к тому, что более глубокие залежи стали добываться методами на месте . Из-за роста цен на нефть после 2003 года производство битума стало высокорентабельным, но в результате спада после 2014 года снова строить новые заводы стало нерентабельно. К 2014 году производство сырого битума в Канаде составляло в среднем около 2,3 миллиона баррелей (370 000 м 3 ) в день, а к 2020 году прогнозировалось, что оно вырастет до 4,4 миллиона баррелей (700 000 м 3 ) в день. [17] Общий объем сырого битума в Альберте, который может быть добыто, по оценкам, около 310 миллиардов баррелей (50 × 10 9 м 3 ), [10] чего при скорости 4 400 000 баррелей в день (700 000 м 3 /сут) хватит примерно на 200 лет.
Хотя битум неконкурентоспособен с экономической точки зрения, его можно производить из возобновляемых ресурсов, не связанных с нефтью, таких как сахар, патока и рисовый, кукурузный и картофельный крахмалы . Битум также можно производить из отходов путем фракционной перегонки отработанного моторного масла , которое иногда утилизируют путем сжигания или вывоза на свалку. Использование моторного масла может вызвать преждевременное растрескивание в холодном климате, в результате чего дороги придется ремонтировать чаще. [99]
Асфальтовые вяжущие не на основе нефти могут быть окрашены в светлый цвет. Дороги более светлого цвета поглощают меньше тепла от солнечной радиации, уменьшая их вклад в эффект городского острова тепла . [100] Парковки, на которых используются альтернативы битуму, называются зелеными парковками .
Selenizza — это природный твердый углеводородный битум, обнаруженный в природных месторождениях в Селенице , в Албании , единственной асфальтовой шахте в Европе, которая до сих пор используется. Битум встречается в виде прожилок, заполняющих трещины в более или менее горизонтальном направлении. Содержание битума варьируется от 83% до 92% (растворим в сероуглероде), степень проникновения близка к нулю, а температура размягчения (кольцо и шарик) около 120 °C. Нерастворимое вещество, состоящее в основном из кремнеземной руды, колеблется от 8% до 17%.
Албанская добыча битума имеет долгую историю и организованно практиковалась римлянами. После столетий молчания первые упоминания об албанском битуме появились лишь в 1868 году, когда француз Коканд опубликовал первое геологическое описание месторождений албанского битума. В 1875 году права на эксплуатацию были переданы правительству Османской империи, а в 1912 году они были переданы итальянской компании Simsa. С 1945 года рудник эксплуатировался правительством Албании, а с 2001 года по настоящее время управление перешло к французской компании, которая организовала процесс добычи природного битума в промышленных масштабах. [101]
Сегодня рудник эксплуатируется преимущественно открытым способом, но некоторые из множества подземных рудников (глубоких и простирающихся на несколько километров) все еще остаются жизнеспособными. Selenizza производится преимущественно в гранулированной форме после плавления кусочков битума, отобранных в шахте.
Селеницца [102] в основном используется в качестве добавки в дорожном строительстве. Его смешивают с традиционным битумом для улучшения вязкоупругих свойств и устойчивости к старению. Его можно смешивать с горячим битумом в резервуарах, но его гранулированная форма позволяет подавать его в смеситель или в кольцо переработки обычных асфальтовых заводов. Другие типичные области применения включают производство битумных мастик для тротуаров, мостов, автостоянок и городских дорог, а также добавок к буровым растворам для нефтегазовой промышленности. Selenizza выпускается в виде порошка или гранулированного материала с различными размерами частиц и упаковывается в мешки или термоплавкие полиэтиленовые пакеты.
Исследование жизненного цикла природной селеницы по сравнению с нефтяным битумом показало, что воздействие селеницы на окружающую среду составляет примерно половину воздействия дорожного асфальта, производимого на нефтеперерабатывающих заводах, с точки зрения выбросов углекислого газа . [103]
Битум – это широко используемый в строительной отрасли материал, который повторно перерабатывается. Двумя наиболее распространенными перерабатываемыми материалами, содержащими битум, являются регенерированное асфальтовое покрытие (RAP) и регенерированная битумная черепица (RAS). РАП перерабатывается с большей скоростью, чем любой другой материал в США, [104] и обычно содержит примерно 5–6% битумного связующего. Асфальтовая черепица обычно содержит 20–40% битумного вяжущего. [105]
Битум естественным образом становится более жестким с течением времени из-за окисления, испарения, экссудации и физического затвердевания. [106] По этой причине переработанный асфальт обычно комбинируют с первичным асфальтом, смягчающими агентами и/или омолаживающими добавками для восстановления его физических и химических свойств. [107]
Хотя битум обычно составляет лишь от 4 до 5 процентов (по весу) дорожной смеси, в качестве связующего вещества дорожного покрытия он также является самой дорогой частью стоимости материала дорожного покрытия. [21]
Во время раннего использования битума в современном дорожном покрытии нефтеперерабатывающие заводы отказались от него. Однако сегодня битум является широко продаваемым товаром. В начале 21 века его цены существенно выросли. В докладе правительства США говорится:
В отчете указывается, что «средняя» четырехполосная автомагистраль длиной в 1 милю (1,6 километра) будет включать «300 тонн асфальта», что «в 2002 году стоило бы около 48 000 долларов. К 2006 году эта сумма увеличилась бы до всего за 10 лет». [21]
Люди могут подвергнуться воздействию битума на рабочем месте, вдыхая его пары или впитывая его через кожу. Национальный институт охраны труда (NIOSH) установил рекомендуемый предел воздействия 5 мг/м 3 в течение 15-минутного периода. [108]
Битум — это, по сути, инертный материал, который необходимо нагреть или разбавить до такой степени, чтобы он стал пригодным для производства материалов для дорожного покрытия, кровли и других применений. Изучая потенциальную опасность для здоровья, связанную с битумом, Международное агентство по исследованию рака (МАИР) установило, что именно параметры применения, преимущественно температура, влияют на профессиональное воздействие и потенциальную биодоступную канцерогенную опасность/риск выбросов битума. [109] В частности, было показано, что температуры выше 199 °C (390 °F) создают больший риск воздействия, чем когда битум нагревается до более низких температур, например тех, которые обычно используются при производстве и укладке асфальтобетонных смесей. [110] МАИР отнесло пары асфальта к возможным канцерогенам класса 2В , что указывает на недостаточные доказательства канцерогенности для человека. [109]
В 2020 году ученые сообщили, что битум в настоящее время является важным и часто игнорируемым источником загрязнения воздуха в городских районах, особенно в жаркие и солнечные периоды. [111] [112]
Битумоподобное вещество, найденное в Гималаях и известное как мумие , иногда используется в качестве аюрведического лекарства, но на самом деле оно не является дегтем, смолой или битумом. [113]
Различные источники определяют битум как сырую нефть. нефть с динамической вязкостью в пластовых условиях более 10 000 сантипуаз.
Канадские поставки «битума» более свободно воспринимаются как добыча на месторождениях нефтеносных песков Атабаска, Вабаска, Пис-Ривер и Колд-Лейк.
Большая часть нефти, добываемой на этих месторождениях, имеет плотность API от 8° до 12° и пластовую вязкость более 10 000 сантипуаз, хотя небольшие объемы имеют более высокую плотность API и более низкую вязкость.
Битум, смешанный с глиной, обычно назывался асфальтом.
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
