Битум ( Великобритания : / ˈbɪtʃʊmɪn / BIH - chuum -in , США : / bɪˈtjuːmɪn , baɪ- / bih - TEW - min, by- ) [1] — чрезвычайно вязкая составляющая нефти . В зависимости от точного состава она может быть липкой , черной жидкостью или , по - видимому, твердой массой , которая ведет себя как жидкость в течение очень больших временных масштабов. В американском английском этот материал обычно называют асфальтом . Независимо от того, находится ли он в природных отложениях или переработан из нефти, это вещество классифицируется как смола . [ 2] До 20-го века термин асфальт был общеупотребительным. [3] Слово происходит от древнегреческого слова ἄσφαλτος ( ásphaltos ), которое относилось к природному битуму или смоле. Крупнейшим природным месторождением битума в мире является озеро Пич-Лейк на юго-западе Тринидада , запасы которого оцениваются в 10 миллионов тонн. [4]
Около 70% годового производства битума предназначено для строительства дорог , его основного применения. [5] В этом применении битум используется для связывания частиц заполнителя, таких как гравий, и образует вещество, называемое асфальтобетоном , которое в разговорной речи называют асфальтом . Его другие основные применения заключаются в битумных гидроизоляционных продуктах, таких как рубероид и герметик для крыш. [6]
В материаловедении и инженерии термины асфальт и битум часто используются взаимозаменяемо и относятся как к природным, так и к искусственным формам вещества, хотя существуют региональные различия относительно того, какой термин является наиболее распространенным. Во всем мире геологи склонны отдавать предпочтение термину битум для природного материала. Для искусственного материала, который является очищенным остатком от процесса перегонки выбранных сырых нефтей, в большинстве стран мира преобладающим термином является битум ; однако в американском английском чаще используется асфальт . Чтобы избежать путаницы, в США используются термины «жидкий асфальт», «асфальтовое связующее» или «асфальтовый цемент», чтобы отличить его от асфальтобетона. В разговорной речи различные формы битума иногда называют « смолой », как в названии смоляных карьеров Ла-Бреа . [7]
Природный битум иногда обозначается термином « сырой битум» . Его вязкость близка к вязкости холодной патоки [8] [9], в то время как материал, полученный путем фракционной перегонки сырой нефти , кипящей при 525 °C (977 °F), иногда называют «очищенным битумом». Канадская провинция Альберта имеет большую часть мировых запасов природного битума в нефтяных песках Атабаски , которые покрывают 142 000 квадратных километров (55 000 квадратных миль), площадь больше, чем у Англии . [10]
Латинское слово восходит к протоиндоевропейскому корню *gʷet- «смола».
Выражение «битум» произошло из санскрита , где мы находим слова «jatu», что означает «смола», и «jatu-krit», что означает «создание смолы», «производство смолы» (относится к хвойным или смолистым деревьям). Некоторые утверждают, что латинский эквивалент изначально был «gwitu-men» (относящийся к смоле), а другие — «pixtumens» (выделяющая или пузырящаяся смола), которая впоследствии была сокращена до «битума», а оттуда через французский язык перешла в английский. От того же корня произошло англосаксонское слово «cwidu» (Mastix), немецкое слово «Kitt» (цемент или мастика) и древнескандинавское слово «kvada». [11]
Утверждается, что слово «ašphalt» произошло от аккадского термина «asphaltu» или «sphallo», что означает «раскалывать». Позднее оно было принято гомеровскими греками в форме прилагательного ἄσφαλἤς, ἐς, означающего «твердый», «устойчивый», «надежный», и соответствующего глагола ἄσφαλίξω, ίσω, означающего «делать твердым или устойчивым», «надежно защищать». [11]
Слово «асфальт» происходит от позднего среднеанглийского , в свою очередь от французского assete, основанного на позднелатинском associated asphalton, assetum, которое является латинизацией греческого ἄσφαλτος ( ásphaltos , ásphalton ) , слова , означающего « асфальт / битум / смола », [12] которое, возможно, происходит от ἀ- , «не, без», т. е. альфа-отрицательного падежа , и σφάλλειν ( sphallein ), «заставлять падать, сбивать с толку, (в пассивном залоге) ошибаться, (в пассивном залоге) быть отвергнутым». [13]
Первое использование асфальта древними было в качестве цемента для закрепления или соединения различных объектов, и поэтому кажется вероятным, что само название было выражением этого применения. В частности, Геродот упоминал, что битум был привезен в Вавилон для строительства его гигантской крепостной стены. [14]
Из греческого языка слово перешло в позднюю латынь, а оттуда во французский ( assphalté ) и английский (asphaltum и «асфальт»). Во французском языке термин « асфальт » используется для обозначения природных залежей известняка, пропитанного асфальтом, а также для специализированных промышленных продуктов с меньшим количеством пустот или большим содержанием битума, чем «асфальтобетон», используемый для мощения дорог.
Битум, смешанный с глиной, обычно назывался «асфальтом», но сегодня этот термин используется реже. [15]
В американском английском "asphalt" эквивалентен британскому "bitumen". Однако "asphalt" также часто используется как сокращенная форма " assulfate concrete " (следовательно, эквивалентно британским "asphalt" или "tarmac").
В канадском английском слово «bitumen» используется для обозначения огромных канадских месторождений чрезвычайно тяжелой сырой нефти , [16] в то время как «asphalt» используется для продукта нефтепереработки. Разбавленный битум (разбавленный нафтой , чтобы заставить его течь по трубопроводам) известен как « dilbit » в канадской нефтяной промышленности, в то время как битум, « обновленный » до синтетической сырой нефти, известен как «syncrude», а syncrude, смешанный с битумом, называется «synbit». [17]
«Битум» по-прежнему является предпочтительным геологическим термином для природных залежей твердой или полутвердой формы нефти. «Битуминозная порода» — это форма песчаника, пропитанная битумом. Нефтяные пески Альберты , Канада, представляют собой похожий материал.
Ни один из терминов «асфальт» или «битум» не следует путать с дегтем или каменноугольными смолами . Деготь — это густой жидкий продукт сухой перегонки и пиролиза органических углеводородов, в основном получаемых из растительных масс, будь то окаменевшие, как уголь, или свежесобранные. Большая часть битума, с другой стороны, образовалась естественным путем, когда огромные количества органических животных материалов были отложены водой и захоронены на глубине сотен метров в диагенетической точке, где неорганизованные жирные молекулы углеводородов соединялись в длинные цепи в отсутствие кислорода. Битум встречается в виде твердого вещества или высоковязкой жидкости. Его даже можно смешивать с угольными отложениями. Битум и уголь, использующие процесс Бергиуса , можно перерабатывать в бензины, такие как бензин, а битум можно перегонять в деготь, но не наоборот.
В состав битума входят четыре основных класса соединений:
Битум обычно содержит, элементарно 80% по весу углерода; 10% водорода; до 6% серы; и молекулярно, от 5 до 25% по весу асфальтенов, диспергированных в 90% - 65% мальтенов. [18] Большинство природных битумов также содержат сероорганические соединения , никель и ванадий встречаются в концентрации <10 частей на миллион, что типично для некоторых видов нефти. [6] Вещество растворимо в сероуглероде . Его обычно моделируют как коллоид , с асфальтенами в качестве дисперсной фазы и мальтенами в качестве непрерывной фазы. [19] «Почти невозможно разделить и идентифицировать все различные молекулы битума, потому что число молекул с различной химической структурой чрезвычайно велико». [20]
Асфальт можно спутать с каменноугольной смолой , которая представляет собой визуально похожий черный термопластичный материал, получаемый путем 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 для дорожных заполнителей. Добавление каменноугольной смолы в щебёночные дороги привело к появлению слова « tarmac », которое теперь используется в обиходе для обозначения дорожных материалов. Однако с 1970-х годов, когда природный газ сменил городской газ, битум полностью вытеснил использование каменноугольной смолы в этих целях. Другими примерами этой путаницы являются La Brea Tar Pits и канадские битуминозные пески , оба из которых на самом деле содержат природный битум, а не смолу. «Pitch» — это еще один термин, который иногда неформально используется для обозначения асфальта, как в Pitch Lake .
По экономическим и другим причинам битум иногда продается в сочетании с другими материалами, часто без какой-либо маркировки, кроме как просто «битум». [21]
Особого внимания заслуживает использование остатков переработанного моторного масла – «REOB» или «REOBs» – остатков переработанного автомобильного моторного масла, собранных со дна перерабатывающих вакуумных дистилляционных башен, 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 связь между этой фальсификацией битума и ухудшением эксплуатационных характеристик дорожного покрытия. [21]
Большая часть битума, используемого в коммерческих целях, добывается из нефти. [22] Тем не менее, большие количества битума встречаются в концентрированной форме в природе. Естественные отложения битума образуются из остатков древних микроскопических водорослей ( диатомовых ) и других некогда живых существ. Эти естественные отложения битума образовались в каменноугольный период, когда гигантские болотные леса доминировали во многих частях Земли. [23] Они отложились в иле на дне океана или озера, где жили организмы. Под воздействием тепла (выше 50 °C) и давления захоронения глубоко в земле останки были преобразованы в такие материалы, как битум, кероген или нефть.
Природные месторождения битума включают такие озера, как озеро Пич в Тринидаде и Тобаго и озеро Бермудес в Венесуэле . Естественные выходы встречаются в битумных карьерах Ла-Бреа и Мак-Киттрик в Калифорнии , а также в Мертвом море .
Битум также встречается в неконсолидированных песчаниках, известных как «нефтяные пески» в Альберте , Канада, и похожих «битуминозных песках» в Юте , США. Канадская провинция Альберта имеет большую часть мировых запасов, в трех огромных месторождениях, охватывающих 142 000 квадратных километров (55 000 квадратных миль), площадь больше, чем Англия или штат Нью-Йорк . Эти битуминозные пески содержат 166 миллиардов баррелей (26,4 × 10 9 м 3 ) коммерчески установленных запасов нефти, что дает Канаде третьи по величине запасы нефти в мире. Хотя исторически она использовалась без очистки для мощения дорог, почти вся добыча теперь используется в качестве сырья для нефтеперерабатывающих заводов в Канаде и Соединенных Штатах. [10]
Крупнейшее в мире месторождение природного битума, известное как нефтяные пески Атабаски , расположено в формации Мак-Мюррей в Северной Альберте. Эта формация относится к раннему меловому периоду и состоит из многочисленных линз нефтеносного песка с содержанием нефти до 20%. [24] Изотопные исследования показывают, что возраст нефтяных залежей составляет около 110 миллионов лет. [25] Два меньших, но все же очень крупных образования встречаются в нефтяных песках Пис-Ривер и нефтяных песках Колд-Лейк , к западу и юго-востоку от нефтяных песков Атабаски соответственно. Из месторождений Альберты только части нефтяных песков Атабаски достаточно мелкие, чтобы подходить для поверхностной добычи. Остальные 80% приходится добывать с помощью нефтяных скважин с использованием методов повышения нефтеотдачи, таких как гравитационное дренирование с использованием пара . [26]
Гораздо меньшие залежи тяжелой нефти или битума встречаются также в бассейне Юинта в штате Юта, США. Например, месторождение Tar Sand Triangle содержит примерно 6% битума. [24]
Битум может встречаться в гидротермальных жилах . Примером этого является бассейн Юинта в штате Юта , США, где есть рой латерально и вертикально протяженных жил, состоящих из твердого углеводорода, называемого гильсонитом . Эти жилы образовались в результате полимеризации и затвердевания углеводородов, которые были мобилизованы из более глубоких нефтяных сланцев формации Грин-Ривер во время захоронения и диагенеза . [27]
Битум похож на органическое вещество в углеродистых метеоритах . [28] Однако подробные исследования показали, что эти материалы отличаются. [29] Считается, что огромные ресурсы битума Альберты начинались как живой материал из морских растений и животных, в основном водорослей , которые умерли миллионы лет назад, когда древний океан покрывал Альберту. Они были покрыты грязью, глубоко захоронены с течением времени и медленно превращены в нефть 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 вытеснена на северо-восток на сотни километров и застряла в подземных песчаных отложениях, оставленных древними речными руслами и океанскими пляжами, таким образом образуя нефтяные пески. [26]
Использование битума восходит к среднему палеолиту , где из него делали рукоятки инструментов или использовали в качестве клея для крепления каменных орудий к рукояткам .
Самые ранние свидетельства использования битума были обнаружены, когда археологи идентифицировали битумный материал на леваллуазских кремневых артефактах, которые датируются примерно 71 000 лет до н. э. на открытом воздухе Умм-эль-Тлел, расположенном на северном склоне плато Кдейр в бассейне Эль-Ковм в Центральной Сирии. [30] Микроскопический анализ обнаружил битумный остаток на двух третях каменных артефактов, что позволяет предположить, что битум был важным и часто используемым компонентом изготовления инструментов для людей в этом регионе в то время. Геохимический анализ асфальтовых остатков указывает на его источник в локальных природных выходах битума в массиве Бичри, примерно в 40 км к северо-востоку от археологического памятника Умм-эль-Тлел.
Повторное исследование артефактов, обнаруженных в 1908 году в скальных убежищах Ле-Мустье во Франции, выявило мустьерские каменные орудия, которые были прикреплены к рукояткам из охры и битума. [31] Рукоятки были изготовлены из 55% молотой гетитовой охры и 45% приготовленного жидкого битума для создания формуемой замазки, которая затвердевала в ручки. Более ранние менее тщательные раскопки в Ле-Мустье не позволяют окончательно идентифицировать археологическую культуру и возраст, но европейский мустьерский стиль этих инструментов предполагает, что они связаны с неандертальцами в период с позднего среднего палеолита до раннего верхнего палеолита между 60 000 и 35 000 лет до настоящего времени. Это самое раннее свидетельство многокомпонентного клея в Европе.
Использование природного битума для гидроизоляции и в качестве клея датируется по крайней мере пятым тысячелетием до н. э., когда в Мехргархе , цивилизации долины Инда , была обнаружена корзина для хранения урожая , выложенная им. [32] К третьему тысячелетию до н. э. в регионе использовался очищенный каменный асфальт, который использовался для гидроизоляции Большой бани в Мохенджо-Даро. [33]
На древнем Ближнем Востоке шумеры использовали природные залежи битума для раствора между кирпичами и камнями, для цементирования частей резьбы, таких как глаза, для герметизации кораблей и для гидроизоляции. [3] Греческий историк Геродот говорил, что горячий битум использовался в качестве раствора в стенах Вавилона . [34]
Евфратский туннель длиной 1 км (0,62 мили) под рекой Евфрат в Вавилоне во времена царицы Семирамиды ( ок. 800 г. до н. э. ) был, как сообщается, построен из обожженных кирпичей, покрытых битумом в качестве гидроизоляционного материала. [3]
Битум использовался древними египтянами для бальзамирования мумий. [3] [35] Персидское слово для обозначения асфальта — moom , которое связано с английским словом mummy . Основным источником битума для египтян было Мертвое море , которое римляне знали как Palus Asphaltites ( Асфальтовое озеро).
Примерно в 40 г. н. э. Диоскорид описал материал Мертвого моря как битум Judaicum и отметил другие места в регионе, где его можно было найти. [36] Считается, что битум Сидона относится к материалу, найденному в Хасбее в Ливане. [37] Плиний также упоминает битум, найденный в Эпире . Битум был ценным стратегическим ресурсом. Он был объектом первой известной битвы за месторождение углеводородов — между Селевкидами и набатеями в 312 г. до н. э. [38]
На древнем Дальнем Востоке природный битум медленно кипятили, чтобы избавиться от более высоких фракций , оставляя термопластичный материал с более высокой молекулярной массой, который при нанесении на предметы становился твердым при охлаждении. Это использовалось для покрытия объектов, которым требовалась водонепроницаемость, [3] таких как ножны и другие предметы. Статуэтки домашних божеств также отливались из этого типа материала в Японии и, вероятно, также в Китае. [ необходима цитата ]
В Северной Америке археологические раскопки показали, что битум иногда использовался для приклеивания каменных наконечников снарядов к деревянным древкам. [39] [40] В Канаде аборигены использовали битум, просачивающийся из берегов Атабаски и других рек, для водонепроницаемости берестяных каноэ , а также нагревали его в горшках для курения, чтобы отпугивать комаров летом. [26] Битум также использовался для водонепроницаемости дощатых каноэ, используемых коренными народами в доколониальной южной Калифорнии. [41]
В 1553 году Пьер Белон в своей работе «Наблюдения» описал , что писсафальто , смесь смолы и битума, использовалась в Республике Рагуза (ныне Дубровник , Хорватия ) для смоления кораблей. [42]
В издании Mechanics Magazine за 1838 год упоминается раннее использование асфальта во Франции. В брошюре, датированной 1621 годом, «некоего господина д'Эйриниса» говорится, что он обнаружил существование (асфальта) в больших количествах в окрестностях Нефшателя», и что он предложил использовать его различными способами – «главным образом, для строительства воздухонепроницаемых зернохранилищ и для защиты с помощью арок водотоков в городе Париже от проникновения грязи и нечистот», которые в то время делали воду непригодной для использования. «Он также рассуждает о превосходстве этого материала для формирования ровных и прочных террас» во дворцах, «идея формирования таких террас на улицах вряд ли могла прийти в голову парижанину того поколения». [43]
Но это вещество в целом игнорировалось во Франции до революции 1830 года . В 1830-х годах произошел всплеск интереса, и асфальт стал широко использоваться «для тротуаров, плоских крыш и облицовки цистерн, а в Англии его некоторое использование было сделано для аналогичных целей». Его рост в Европе был «внезапным явлением», после того как были обнаружены природные месторождения «во Франции в Осбанне ( Нижний Рейн ), Парке ( Эн ) и Пюи-де-ла-Пуа ( Пюи-де-Дом )», хотя его также можно было производить искусственно. [44] Одним из самых ранних применений во Франции была укладка около 24 000 квадратных ярдов асфальта Seyssel на площади Согласия в 1835 году. [45]
Среди ранних применений битума в Соединенном Королевстве было травление. В своей работе Polygraphice (1673) Уильям Салмон приводит рецепт лака, используемого в травлении, состоящего из трех унций чистого воска, двух унций мастики и одной унции асфальта. [46] К пятому изданию в 1685 году он включил больше рецептов асфальта из других источников. [47]
Первым британским патентом на использование асфальта был «Патент Касселла на асфальт или битум» в 1834 году. [44] Затем, 25 ноября 1837 года, Ричард Таппин Кларидж запатентовал использование асфальта Сейссела (патент № 7849) для использования в асфальтовом покрытии, [48] [49] увидев, как он применяется во Франции и Бельгии, когда он посетил Фредерика Уолтера Симмса , который работал с ним над внедрением асфальта в Британии. [50] [51] Доктор Т. Лэмб Фипсон пишет, что его отец, Сэмюэл Райланд Фипсон, друг Клариджа, также «сыграл важную роль во внедрении асфальтового покрытия (в 1836 году)». [52]
Claridge получил патент в Шотландии 27 марта 1838 года и получил патент в Ирландии 23 апреля 1838 года. В 1851 году попечители компании, ранее созданной Claridge, запросили продление срока действия патента 1837 года и обоих патентов 1838 года. [44] [53] [54] [55] Claridge's Patent Asphalte Company — созданная в 1838 году с целью поставки в Великобританию «асфальта в его естественном состоянии из шахты Пиримонт-Сейселл во Франции» [56] — «уложила одно из первых асфальтовых покрытий в Уайтхолле». [57] Испытания покрытия проводились в 1838 году на пешеходной дорожке в Уайтхолле, в конюшне в казармах Найтсбридж [56] [58] «и впоследствии на пространстве у подножия ступеней, ведущих от Ватерлоо-Плейс к Сент-Джеймс-парку». [58] «Создание в 1838 году Claridge's Patent Asphalte Company (с выдающимся списком аристократических покровителей, а также Марком и Изамбардом Брюнелями в качестве, соответственно, попечителя и инженера-консультанта) дало огромный толчок развитию британской асфальтовой промышленности». [54] «К концу 1838 года, по крайней мере, две другие компании, Robinson's и Bastenne, работали в производстве», [59] причем асфальт укладывался в качестве дорожного покрытия в Брайтоне, Херн-Бей, Кентербери, Кенсингтоне, Стрэнде и на большой площади в Банхилл-роу, в то время как укладка дорожного покрытия в Уайтхолле компанией Claridge «продолжалась в хорошем состоянии». [60] Bonnington Chemical Works производила асфальт с использованием каменноугольной смолы и к 1839 году установила его в Боннингтоне . [61]
В 1838 году произошел всплеск предпринимательской деятельности, связанной с битумом, который имел применение не только в мощении. Например, битум также мог использоваться для напольных покрытий, гидроизоляции зданий и для гидроизоляции различных типов бассейнов и ванн, которые также получили распространение в 19 веке. [3] [44] [62] Один из самых ранних сохранившихся примеров его использования можно увидеть на кладбище Хайгейт , где он использовался в 1839 году для герметизации крыши террасных катакомб. На лондонской фондовой бирже были различные заявления об исключительности качества битума из Франции, Германии и Англии. И во Франции было выдано множество патентов, при этом в Англии было отклонено примерно такое же количество патентных заявок из-за их схожести друг с другом. В Англии «Claridge's был типом, наиболее используемым в 1840-х и 50-х годах». [59]
В 1914 году компания Claridge's Company создала совместное предприятие по производству щебня на основе смолы [63] , материалы для которого производила дочерняя компания Clarmac Roads Ltd. [64] В результате появилось два продукта: Clarmac и Clarphalte , первый из которых производила компания Clarmac Roads, а второй — Claridge's Patent Asphalte Co., хотя Clarmac использовался более широко. [65] [примечание 1] Однако Первая мировая война разрушила компанию Clarmac, которая в 1915 году обанкротилась. [67] [68] Крах Clarmac Roads Ltd оказал влияние на компанию Claridge's Company, которая сама была принудительно ликвидирована [69] , прекратив свою деятельность в 1917 году [70] [71], вложив в новое предприятие значительные средства как в самом начале [69] , так и при последующей попытке спасти компанию Clarmac. [67]
В Британии 19 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 . [72]
Первыми битум в Новом Свете использовали аборигены. На западном побережье еще в XIII веке народы тонгва , луисеньо и чумаш собирали природный битум, который просачивался на поверхность над лежащими под ним нефтяными отложениями. Все три группы использовали это вещество в качестве клея. Его можно найти на многих различных артефактах инструментов и церемониальных предметах. Например, его использовали на погремушках , чтобы прикрепить тыквы или панцири черепах к ручкам погремушек. Его также использовали в украшениях. Маленькие круглые бусины из ракушек часто помещали в асфальт для украшения. Его использовали в качестве герметика на корзинах, чтобы сделать их водонепроницаемыми для переноски воды, возможно, отравляя тех, кто пил воду. [73] 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 рудниках Ричи в Макфарлане в округе Ричи, Западная Вирджиния с 1852 по 1873 год. В 1876 году асфальтовое покрытие было использовано для мощения Пенсильванской авеню в Вашингтоне, округ Колумбия, как раз к празднованию национального столетия. [74]
В эпоху конного транспорта улицы США в основном были немощеными и покрытыми землей или гравием. Особенно там, где грязь или траншеи часто делали улицы труднопроходимыми, тротуары иногда делали из различных материалов, включая деревянные доски, булыжники или другие каменные блоки, или кирпичи. Немощеные дороги вызывали неравномерный износ и опасность для пешеходов. В конце 19-го века с ростом популярности велосипеда велосипедные клубы сыграли важную роль в продвижении более общего мощения улиц. [75] Пропаганда мощения усилилась в начале 20-го века с ростом популярности автомобилей . Асфальт постепенно становился все более распространенным методом мощения. Авеню Сент-Чарльз в Новом Орлеане была вымощена асфальтом по всей длине к 1889 году. [76]
В 1900 году только в Манхэттене было 130 000 лошадей, тянущих трамваи, фургоны и экипажи, и оставляющих свои отходы позади. Они были небыстрыми, и пешеходы могли уворачиваться и пробираться через переполненные улицы. Маленькие города продолжали полагаться на грязь и гравий, но более крупные города хотели гораздо лучших улиц. Они обратили внимание на деревянные или гранитные блоки к 1850-м годам. [77] В 1890 году треть из 2000 миль улиц Чикаго были вымощены, в основном деревянными блоками, которые обеспечивали лучшее сцепление, чем грязь. Кирпичное покрытие было хорошим компромиссом, но еще лучше было асфальтовое покрытие, которое было легко устанавливать и прорезать, чтобы добраться до канализации. Используя Лондон и Париж в качестве образцов, Вашингтон уложил 400 000 квадратных ярдов асфальтового покрытия к 1882 году; оно стало образцом для Буффало, Филадельфии и других мест. К концу века американские города могли похвастаться 30 миллионами квадратных ярдов асфальтового покрытия, намного превосходящего кирпичное. [78] Улицы стали быстрее и опаснее, поэтому были установлены электрические светофоры. Электрические трамваи (со скоростью 12 миль в час) стали основным видом транспорта для покупателей и офисных работников среднего класса, пока они не купили автомобили после 1945 года и не стали ездить из более отдаленных пригородов в уединении и комфорте по асфальтовым шоссе. [79]
Канада имеет крупнейшее в мире месторождение природного битума в нефтяных песках Атабаски , и канадские первые нации вдоль реки Атабаска долгое время использовали его для водонепроницаемости своих каноэ. В 1719 году кри по имени Ва-Па-Су привез 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 нефтяные пески Атабаски и сказал: «Примерно в 24 милях от развилки (рек Атабаска и Клируотер) находятся несколько битумных фонтанов, в которые можно вставить шест длиной 20 футов без малейшего сопротивления». [26]
Ценность месторождения была очевидна с самого начала, но способы извлечения битума — нет. Ближайший город, Форт Мак-Мюррей, Альберта , был небольшим пушным торговым пунктом, другие рынки были далеко, а транспортные расходы были слишком высоки, чтобы перевозить сырой битумный песок для мощения. В 1915 году Сидни Эллс из Федерального горнодобывающего отделения экспериментировал с методами разделения и использовал продукт для мощения 600 футов дороги в Эдмонтоне , Альберта. Другие дороги в Альберте были вымощены материалом, извлеченным из нефтеносных песков, но в целом это было неэкономично. В 1920-х годах доктор Карл А. Кларк из Исследовательского совета Альберты запатентовал процесс разделения нефти горячей водой, а предприниматель Роберт К. Фицсиммонс [80] построил установку по разделению нефти Bitumount , которая в период с 1925 по 1958 год производила до 300 баррелей (50 м 3 ) битума в день с использованием метода доктора Кларка. Большая часть битума использовалась для гидроизоляции крыш, но другие области применения включали топливо, смазочные масла, чернила для принтеров, лекарства, краски, устойчивые к ржавчине и кислоте, огнестойкую кровлю, уличное покрытие, лакированную кожу и консерванты для столбов забора. [26] В конце концов у Фицсиммонса закончились деньги, и завод перешел во владение правительства Альберты. Сегодня завод Битумаунт является провинциальным историческим памятником . [81]
Битум использовался в ранней фотографической технологии. В 1826 или 1827 году французский ученый Жозеф Нисефор Ньепс использовал его для создания старейшей сохранившейся фотографии с натуры . Битум был тонким слоем нанесен на оловянную пластину, которую затем экспонировали в камере. Воздействие света затвердевало и делало его нерастворимым, так что при последующем промывании растворителем оставались только достаточно освещенные области. Требовалось многочасовое экспонирование 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 фотомеханических процессов печати. [82] [83]
Битум был заклятым врагом многих художников в 19 веке. Хотя он широко использовался в течение некоторого времени, 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 разбавлен тщательно, он никогда полностью не затвердевает и со временем портит другие пигменты, с которыми он вступает в контакт. Использование битума в качестве глазури для закрепления тени или смешивания с другими цветами для придания более темного тона привело к окончательному ухудшению качества многих картин, например, картин Делакруа . Возможно, самым известным примером разрушительного действия битума является «Плот Медузы » Теодора Жерико (1818–1819), где его использование битума привело к тому, что яркие цвета выродились в темно-зеленые и черные, а краска и холст покоробились. [84]
Подавляющее большинство очищенного битума используется в строительстве: в первую очередь как компонент продуктов, используемых в дорожных покрытиях и кровельных работах. В соответствии с требованиями конечного использования битум производится по спецификации. Это достигается либо путем очистки, либо смешивания. По оценкам, в настоящее время мировое потребление битума составляет приблизительно 102 миллиона тонн в год. Примерно 85% всего произведенного битума используется в качестве связующего в асфальтобетоне для дорог. Он также используется в других мощеных областях, 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 связующее вещество. Другие материалы, такие как переработанные полимеры (например, резиновые покрышки ), 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. Оставшиеся 5% битума используются в основном для герметизации и изоляции в различных строительных материалах, таких как покрытия труб, подложка ковровой плитки и краска. Битум применяется при строительстве и обслуживании многих конструкций, систем и компонентов, таких как:
Наибольшее применение битум находит в производстве асфальтобетона для дорожных покрытий; это составляет примерно 85% битума, потребляемого в Соединенных Штатах. В США насчитывается около 4000 заводов по производству асфальтобетона, и столько же в Европе. [85]
Смеси асфальтобетона для дорожного покрытия обычно состоят из 5% битума (известного как асфальтовый цемент в США) и 95% заполнителей (камень, песок и гравий). 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 теплого асфальтобетона позволяют производителям снизить требуемую температуру. [85] [21]
Вес асфальтового покрытия зависит от типа заполнителя , битума и содержания воздушных пустот. Средний показатель в Соединенных Штатах составляет около 112 фунтов на квадратный ярд, на дюйм толщины покрытия. [21]
Когда на асфальтовых покрытиях выполняется техническое обслуживание, например, фрезерование для удаления изношенной или поврежденной поверхности, удаленный материал может быть возвращен на предприятие для переработки в новые смеси для дорожного покрытия. Битум в удаленном материале может быть реактивирован и возвращен для использования в новых смесях для дорожного покрытия. [86] Поскольку около 95% асфальтированных дорог построены или покрыты асфальтом, [87] значительное количество материала асфальтового покрытия восстанавливается каждый год. Согласно отраслевым исследованиям, проводимым ежегодно Федеральным управлением автомобильных дорог и Национальной ассоциацией асфальтового покрытия, более 99% битума, удаляемого каждый год с дорожных покрытий во время проектов по расширению и восстановлению покрытия, повторно используется как часть новых покрытий, дорожного полотна, обочин и насыпей или складируется для будущего использования. [88]
Асфальтобетонное покрытие широко используется в аэропортах по всему миру. Благодаря прочности и возможности быстрого ремонта, его широко используют для взлетно-посадочных полос .
Мастичный асфальт — это тип асфальта, который отличается от асфальтобетона плотного фракционирования тем, что в нем содержится больше битума ( связующего ) , обычно около 7–10 % от всей смеси заполнителей, в отличие от рулонного асфальтобетона, в котором содержится 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 распределяется 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 стабильные эмульсии не могут быть созданы простым смешиванием. Поэтому добавляются различные эмульгаторы и стабилизаторы. Эмульгаторы представляют собой амфифильные молекулы, которые различаются зарядом своей полярной головной группы. Они снижают поверхностное натяжение эмульсии и, таким образом, предотвращают слияние частиц битума. Заряд эмульгатора определяет тип эмульсии: анионная (отрицательно заряженная) и катионная (положительно заряженная). [89] Концентрация эмульгатора является критическим параметром, влияющим на размер частиц битума — более высокие концентрации приводят к более мелким частицам битума. [89] Таким образом, эмульгаторы оказывают большое влияние на стабильность, вязкость, прочность на разрыв и адгезию битумной эмульсии. [89] Размер частиц битума обычно составляет от 0,1 до 50 мкм с основной фракцией от 1 мкм до 10 мкм. Методы лазерной дифракции могут быть использованы для быстрого и легкого определения распределения размеров частиц. [89] [90] Катионные эмульгаторы в основном включают длинноцепочечные амины, такие как имидазолины, амидоамины и диамины, которые приобретают положительный заряд при добавлении кислоты. [89] Анионные эмульгаторы часто представляют собой жирные кислоты, извлеченные из лигнина, таллового масла или древесной смолы, омыленные основаниями, такими как NaOH, что создает отрицательный заряд. [89]
Во время хранения битумных эмульсий частицы битума оседают, агломерируются (флокуляция) или сплавляются (коагуляция), что приводит к определенной нестабильности битумной эмульсии. То, насколько быстро происходит этот процесс, зависит от рецептуры битумной эмульсии, а также от условий хранения, таких как температура и влажность. Когда эмульгированный битум контактирует с заполнителями, эмульгаторы теряют свою эффективность, эмульсия распадается, и образуется липкая битумная пленка, называемая «разрушением». Частицы битума почти мгновенно создают непрерывную битумную пленку, коагулируя и отделяясь от воды, которая испаряется. Не каждая асфальтовая эмульсия реагирует так же быстро, как другая, при контакте с заполнителями. Это позволяет классифицировать ее на эмульсии быстрого схватывания (R), медленного схватывания (SS) и среднего схватывания (MS), а также проводить индивидуальную оптимизацию рецептуры для конкретного применения и широкую область применения [89] (1). Например, медленно распадающиеся эмульсии обеспечивают более длительное время обработки, что особенно выгодно для мелких заполнителей [89] (1).
Adhesion problems are reported for anionic emulsions in contact with quartz-rich aggregates. They are substituted by cationic emulsions achieving better adhesion. The extensive range of bitumen emulsions is covered insufficiently by standardization. DIN EN 13808 for cationic asphalt emulsions has been existing since July 2005. Here, a classification of bitumen emulsions based on letters and numbers is described, considering charges, viscosities, and the type of bitumen.[89] The production process of bitumen emulsions is very complex. Two methods are commonly used, the "Colloid mill" method and the "High Internal Phase Ratio (HIPR)" method.[89] In the "Colloid mill" method, a rotor moves at high speed within a stator by adding bitumen and a water-emulsifier mixture. The resulting shear forces generate bitumen particles between 5 μm and 10 μm coated with emulsifiers.[89] The "High Internal Phase Ratio (HIPR)" method is used for creating smaller bitumen particles, monomodal, narrow particle size distributions, and very high bitumen concentrations. Here, a highly concentrated bitumen emulsion is produced first by moderate stirring and diluted afterward. In contrast to the "Colloid-Mill" method, the aqueous phase is introduced into hot bitumen, enabling very high bitumen concentrations.[89]
T The "High Internal Phase Ratio (HIPR)" method is used for creating smaller bitumen particles, monomodal, narrow particle size distributions, and very high bitumen concentrations. Here, a highly concentrated bitumen emulsion is produced first by moderate stirring and diluted afterward. In contrast to the "Colloid-Mill" method, the aqueous phase is introduced into hot bitumen, enabling very high bitumen concentrations (1).he "High Internal Phase Ratio (HIPR)" method is used for creating smaller bitumen particles, monomodal, narrow particle size distributions, and very high bitumen concentrations. Here, a highly concentrated bitumen emulsion is produced first by moderate stirring and diluted afterward. In contrast to the "Colloid-Mill" method, the aqueous phase is introduced into hot bitumen, enabling very high bitumen concentrations (1).
Bitumen emulsions are used in a wide variety of applications. They are used in road construction and building protection and primarily include the application in cold recycling mixtures, adhesive coating, and surface treatment (1). Due to the lower viscosity in comparison to hot bitumen, processing requires less energy and is associated with significantly less risk of fire and burns.[89] Chipseal involves spraying the road surface with bitumen emulsion followed by a layer of crushed rock, gravel or crushed slag. Slurry seal is a mixture of bitumen emulsion and fine crushed aggregate that is spread on the surface of a road. Cold-mixed asphalt can also be made from bitumen emulsion to create pavements similar to hot-mixed asphalt, several inches in depth, and bitumen emulsions are also blended into recycled hot-mix asphalt to create low-cost pavements. Bitumen emulsion based techniques are known to be useful for all classes of roads, their use may also be possible in the following applications: 1. Asphalts for heavily trafficked roads (based on the use of polymer modified emulsions) 2. Warm emulsion based mixtures, to improve both their maturation time and mechanical properties 3. Half-warm technology, in which aggregates are heated up to 100 degrees, producing mixtures with similar properties to those of hot asphalts 4. High performance surface dressing.[91]
Synthetic crude oil, also known as syncrude, is the output from a bitumen upgrader facility used in connection with oil sand production in Canada. Bituminous sands are mined using enormous (100-ton capacity) power shovels and loaded into even larger (400-ton capacity) dump trucks for movement to an upgrading facility. The process used to extract the bitumen from the sand is a hot water process originally developed by Dr. Karl Clark of the University of Alberta during the 1920s. After extraction from the sand, the bitumen is fed into a bitumen upgrader which converts it into a light crude oil equivalent. This synthetic substance is fluid enough to be transferred through conventional oil pipelines and can be fed into conventional oil refineries without any further treatment. By 2015 Canadian bitumen upgraders were producing over 1 million barrels (160×103 m3) per day of synthetic crude oil, of which 75% was exported to oil refineries in the United States.[92]
In Alberta, five bitumen upgraders produce synthetic crude oil and a variety of other products: The Suncor Energy upgrader near Fort McMurray, Alberta produces synthetic crude oil plus diesel fuel; the Syncrude Canada, Canadian Natural Resources, and Nexen upgraders near Fort McMurray produce synthetic crude oil; and the Shell Scotford Upgrader near Edmonton produces synthetic crude oil plus an intermediate feedstock for the nearby Shell Oil Refinery.[93] A sixth upgrader, under construction in 2015 near Redwater, Alberta, will upgrade half of its crude bitumen directly to diesel fuel, with the remainder of the output being sold as feedstock to nearby oil refineries and petrochemical plants.[94]
Canadian bitumen does not differ substantially from oils such as Venezuelan extra-heavy and Mexican heavy oil in chemical composition, and the real difficulty is moving the extremely viscous bitumen through oil pipelines to the refinery. Many modern oil refineries are extremely sophisticated and can process non-upgraded bitumen directly into products such as gasoline, diesel fuel, and refined asphalt without any preprocessing. This is particularly common in areas such as the US Gulf coast, where refineries were designed to process Venezuelan and Mexican oil, and in areas such as the US Midwest where refineries were rebuilt to process heavy oil as domestic light oil production declined. Given the choice, such heavy oil refineries usually prefer to buy bitumen rather than synthetic oil because the cost is lower, and in some cases because they prefer to produce more diesel fuel and less gasoline.[93] By 2015 Canadian production and exports of non-upgraded bitumen exceeded that of synthetic crude oil at over 1.3 million barrels (210×103 m3) per day, of which about 65% was exported to the United States.[92]
Because of the difficulty of moving crude bitumen through pipelines, non-upgraded bitumen is usually diluted with natural-gas condensate in a form called dilbit or with synthetic crude oil, called synbit. However, to meet international competition, much non-upgraded bitumen is now sold as a blend of multiple grades of bitumen, conventional crude oil, synthetic crude oil, and condensate in a standardized benchmark product such as Western Canadian Select. This sour, heavy crude oil blend is designed to have uniform refining characteristics to compete with internationally marketed heavy oils such as Mexican Mayan or Arabian Dubai Crude.[93]
Bitumen was used starting in the 1960s as a hydrophobic matrix aiming to encapsulate radioactive waste such as medium-activity salts (mainly soluble sodium nitrate and sodium sulfate) produced by the reprocessing of spent nuclear fuels or radioactive sludges from sedimentation ponds.[95][96] Bituminised radioactive waste containing highly radiotoxic alpha-emitting transuranic elements from nuclear reprocessing plants have been produced at industrial scale in France, Belgium and Japan, but this type of waste conditioning has been abandoned because operational safety issues (risks of fire, as occurred in a bituminisation plant at Tokai Works in Japan)[97][98] and long-term stability problems related to their geological disposal in deep rock formations. One of the main problems is the swelling of bitumen exposed to radiation and to water. Bitumen swelling is first induced by radiation because of the presence of hydrogen gas bubbles generated by alpha and gamma radiolysis.[99][100] A second mechanism is the matrix swelling when the encapsulated hygroscopic salts exposed to water or moisture start to rehydrate and to dissolve. The high concentration of salt in the pore solution inside the bituminised matrix is then responsible for osmotic effects inside the bituminised matrix. The water moves in the direction of the concentrated salts, the bitumen acting as a semi-permeable membrane. This also causes the matrix to swell. The swelling pressure due to osmotic effect under constant volume can be as high as 200 bar. If not properly managed, this high pressure can cause fractures in the near field of a disposal gallery of bituminised medium-level waste. When the bituminised matrix has been altered by swelling, encapsulated radionuclides are easily leached by the contact of ground water and released in the geosphere. The high ionic strength of the concentrated saline solution also favours the migration of radionuclides in clay host rocks. The presence of chemically reactive nitrate can also affect the redox conditions prevailing in the host rock by establishing oxidizing conditions, preventing the reduction of redox-sensitive radionuclides. Under their higher valences, radionuclides of elements such as selenium, technetium, uranium, neptunium and plutonium have a higher solubility and are also often present in water as non-retarded anions. This makes the disposal of medium-level bituminised waste very challenging.
Different types of bitumen have been used: blown bitumen (partly oxidized with air oxygen at high temperature after distillation, and harder) and direct distillation bitumen (softer). Blown bitumens like Mexphalte, with a high content of saturated hydrocarbons, are more easily biodegraded by microorganisms than direct distillation bitumen, with a low content of saturated hydrocarbons and a high content of aromatic hydrocarbons.[101]
Concrete encapsulation of radwaste is presently considered a safer alternative by the nuclear industry and the waste management organisations.
Roofing shingles and roll roofing account for most of the remaining bitumen consumption. Other uses include cattle sprays, fence-post treatments, and waterproofing for fabrics. Bitumen is used to make Japan black, a lacquer known especially for its use on iron and steel, and it is also used in paint and marker inks by some exterior paint supply companies to increase the weather resistance and permanence of the paint or ink, and to make the color darker.[102] Bitumen is also used to seal some alkaline batteries during the manufacturing process.
About 164,000,000 tons were produced in 2019. It is obtained as the "heavy" (i.e., difficult to distill) fraction. Material with a boiling point greater than around 500 °C is considered asphalt. Vacuum distillation separates it from the other components in crude oil (such as naphtha, gasoline and diesel). The resulting material is typically further treated to extract small but valuable amounts of lubricants and to adjust the properties of the material to suit applications. In a de-asphalting unit, the crude bitumen is treated with either propane or butane in a supercritical phase to extract the lighter molecules, which are then separated. Further processing is possible by "blowing" the product: namely reacting it with oxygen. This step makes the product harder and more viscous.[6]
Bitumen is typically stored and transported at temperatures around 150 °C (302 °F). Sometimes diesel oil or kerosene are mixed in before shipping to retain liquidity; upon delivery, these lighter materials are separated out of the mixture. This mixture is often called "bitumen feedstock", or BFS. Some dump trucks route the hot engine exhaust through pipes in the dump body to keep the material warm. The backs of tippers carrying asphalt, as well as some handling equipment, are also commonly sprayed with a releasing agent before filling to aid release. Diesel oil is no longer used as a release agent due to environmental concerns.
Naturally occurring crude bitumen impregnated in sedimentary rock is the prime feed stock for petroleum production from "oil sands", currently under development in Alberta, Canada. Canada has most of the world's supply of natural bitumen, covering 140,000 square kilometres[16] (an area larger than England), giving it the second-largest proven oil reserves in the world. The Athabasca oil sands are the largest bitumen deposit in Canada and the only one accessible to surface mining, although recent technological breakthroughs have resulted in deeper deposits becoming producible by in situ methods. Because of oil price increases after 2003, producing bitumen became highly profitable, but as a result of the decline after 2014 it became uneconomic to build new plants again. By 2014, Canadian crude bitumen production averaged about 2.3 million barrels (370,000 m3) per day and was projected to rise to 4.4 million barrels (700,000 m3) per day by 2020.[17] The total amount of crude bitumen in Alberta that could be extracted is estimated to be about 310 billion barrels (50×109 m3),[10] which at a rate of 4,400,000 barrels per day (700,000 m3/d) would last about 200 years.
Although uncompetitive economically, bitumen can be made from nonpetroleum-based renewable resources such as sugar, molasses and rice, corn and potato starches. Bitumen can also be made from waste material by fractional distillation of used motor oil, which is sometimes otherwise disposed of by burning or dumping into landfills. Use of motor oil may cause premature cracking in colder climates, resulting in roads that need to be repaved more frequently.[103]
Nonpetroleum-based asphalt binders can be made light-colored. Lighter-colored roads absorb less heat from solar radiation, reducing their contribution to the urban heat island effect.[104] Parking lots that use bitumen alternatives are called green parking lots.
Selenizza is a naturally occurring solid hydrocarbon bitumen found in native deposits in Selenice, in Albania, the only European asphalt mine still in use. The bitumen is found in the form of veins, filling cracks in a more or less horizontal direction. The bitumen content varies from 83% to 92% (soluble in carbon disulphide), with a penetration value near to zero and a softening point (ring and ball) around 120 °C. The insoluble matter, consisting mainly of silica ore, ranges from 8% to 17%.
Albanian bitumen extraction has a long history and was practiced in an organized way by the Romans. After centuries of silence, the first mentions of Albanian bitumen appeared only in 1868, when the Frenchman Coquand published the first geological description of the deposits of Albanian bitumen. In 1875, the exploitation rights were granted to the Ottoman government and in 1912, they were transferred to the Italian company Simsa. Since 1945, the mine was exploited by the Albanian government and from 2001 to date, the management passed to a French company, which organized the mining process for the manufacture of the natural bitumen on an industrial scale.[105]
Today the mine is predominantly exploited in an open pit quarry but several of the many underground mines (deep and extending over several km) still remain viable. Selenizza is produced primarily in granular form, after melting the bitumen pieces selected in the mine.
Selenizza[106] is mainly used as an additive in the road construction sector. It is mixed with traditional bitumen to improve both the viscoelastic properties and the resistance to ageing. It may be blended with the hot bitumen in tanks, but its granular form allows it to be fed in the mixer or in the recycling ring of normal asphalt plants. Other typical applications include the production of mastic asphalts for sidewalks, bridges, car-parks and urban roads as well as drilling fluid additives for the oil and gas industry. Selenizza is available in powder or in granular material of various particle sizes and is packaged in sacks or in thermal fusible polyethylene bags.
A life-cycle assessment study of the natural selenizza compared with petroleum bitumen has shown that the environmental impact of the selenizza is about half the impact of the road asphalt produced in oil refineries in terms of carbon dioxide emission.[107]
Bitumen is a commonly recycled material in the construction industry. The two most common recycled materials that contain bitumen are reclaimed asphalt pavement (RAP) and reclaimed asphalt shingles (RAS). RAP is recycled at a greater rate than any other material in the United States,[108] and typically contains approximately 5–6% bitumen binder. Asphalt shingles typically contain 20–40% bitumen binder.[109]
Bitumen naturally becomes stiffer over time due to oxidation, evaporation, exudation, and physical hardening.[110] For this reason, recycled asphalt is typically combined with virgin asphalt, softening agents, and/or rejuvenating additives to restore its physical and chemical properties.[111]
Although bitumen typically makes up only 4 to 5 percent (by weight) of the pavement mixture, as the pavement's binder, it is also the most expensive part of the cost of the road-paving material.[21]
During bitumen's early use in modern paving, oil refiners gave it away. However, bitumen is a highly traded commodity today. Its prices increased substantially in the early 21st Century. A U.S. government report states:
The report indicates that an "average" 1-mile (1.6-kilometer)-long, four-lane highway would include "300 tons of asphalt," which, "in 2002 would have cost around $48,000. By 2006 this would have increased to $96,000 and by 2012 to $183,000... an increase of about $135,000 for every mile of highway in just 10 years."[21]
The Middle East is a significant exporter of bitumen, particularly to India and China. According to the Argus Bitumen Report (2024/07/12), India is the largest importer, driven by extensive infrastructure projects. The report projects a CAGR of 4.5% for India's bitumen imports over the next five years, while China's imports are expected to grow at a CAGR of 3.8%. The current export price to India is approximately $350 per metric ton, and for China, it is around $360 per metric ton. The Middle East's strategic advantage in crude oil production underpins its capacity to meet these demands.[112]
People can be exposed to bitumen in the workplace by breathing in fumes or skin absorption. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) has set a recommended exposure limit of 5 mg/m3 over a 15-minute period.[113]
Bitumen is a largely inert material that must be heated or diluted to a point where it becomes workable for the production of materials for paving, roofing, and other applications. In examining the potential health hazards associated with bitumen, the International Agency for Research on Cancer (IARC) determined that it is the application parameters, predominantly temperature, that affect occupational exposure and the potential bioavailable carcinogenic hazard/risk of the bitumen emissions.[114] In particular, temperatures greater than 199 °C (390 °F), were shown to produce a greater exposure risk than when bitumen was heated to lower temperatures, such as those typically used in asphalt pavement mix production and placement.[115] IARC has classified paving asphalt fumes as a Class 2B possible carcinogen, indicating inadequate evidence of carcinogenicity in humans.[114]
In 2020, scientists reported that bitumen currently is a significant and largely overlooked source of air pollution in urban areas, especially during hot and sunny periods.[116][117]
A bitumen-like substance found in the Himalayas and known as shilajit is sometimes used as an Ayurveda medicine, but is not in fact a tar, resin or bitumen.[118]
Bitumen has been defined by various sources as crude oil with a dynamic viscosity at reservoir conditions of more than 10,000 centipoise. Canadian "bitumen" supply is more loosely accepted as production from the Athabasca, Wabasca, Peace River and Cold Lake oil-sands deposits. The majority of the oil produced from these deposits has an API gravity of between 8° and 12° and a reservoir viscosity of over 10,000 centipoise although small volumes have higher API gravities and lower viscosities.
{{citation}}: CS1 maint: unfit URL (link)Bitumen mixed with clay was usually called asphaltum.
{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
