Bitumas buvo pirmasis produktas iš naftos, kurį žmogus naudojo jau 3800 metų prieš mūsų erą - kaip statybinę medžiagą. Šiuo metu mūsų įmonėje bitumas gaminamas oksiduojant žaliavą oro deguonimi, arba gaminamas kompaundavimo būdu nustatytu santykiu sumaišant oksiduotą bitumą su bitumų gamybos proceso žaliavos komponentais (gudronu, visbrekingo likučio vakuuminės rektifikacijos likučiu, užtamsintu distiliatu). Procesas vyksta bitumo gamybos įrenginyje. Gaunamos kelių ir stoginio bitumo rūšys, kurios naudojamos kelių tiesimui, gaminant stogo dangas.
Pagrindinės bitumo savybės - tąsumas, lipnumas ir minkštumas - skirtingai pasireiškia įvairiomis eksploatacijos sąlygomis. Atitinkamai taikomi ir kokybės tikrinimo bandymai, kurių metu sudaromos sąlygos, panašios į realias. Bitumo kokybę nusako didelis rodiklių skaičius: penetracija, tąsumas, minkštėjimo temperatūra. Geriausiais laikomi bitumai, kurie esant tam tikrai penetracijai turi maksimaliai įmanomą tąsumą ir aukštą minkštėjimo temperatūrą, o taip pat geras adhezines savybes.
Savybės ir jų įtaka naudojimui
- Penetracija: nurodo bitumo kietumą, matuojama adatos įsmigimo gyliu 25 °C ir 1 N apkrovoje; kuo mažesnė penetracija, tuo didesnis šiluminis stabilumas.
- Adhezija: bitumo lipnumas ir klijavimo savybės; kelių bitumas turi didelį lipnumą plačiame temperatūrų diapazone ir gerą sukibimą su įvairių paviršių paviršiais.
- Trapumo temperatūra: žemesnė trapumo temperatūra rodo geresnę kokybę; ji nurodo betono/metalinių sluoksnių žlugimo temperatūrą po trumpalaikės apkrovos.
- Tąsumas: charakterizuoja konsistenciją ir lipnumą; mažesnė temperatūra - mažesnis tąsumas.
- Minkštėjimo temperatūra: nustatoma žiedo ir rutulio metodu; didėjant minkštėjimo temperatūrai bitumas geriau laikosi temperatūros svyravimuose.
- Tankis: oksiduotiems bitumams didėja ilgesniu oksidacijos laikotarpiu; turi būti didesnis už 1 g/cm3 esant 25°C.
- Klampa: apibūdina bitumo elastingumą skirtingose temperatūrose; nustatoma dinamine klampa 60°C ir kinematine klampa 135°C.
Bitumai skirstomi į dvi dideles pagrindines grupes pagal kilmę: natūralus ir dirbtinis. Natūralus bitumas išgaunamas iš bituminių uolienų; dirbtinis - gaunamas perdirbant naftos produktus ir gali būti modifikuojamas polimerais. Pagrindinės rūšys yra mišrusis bitumas, tirpusis bitumas, filtratas/emulsija ir modifikuotas bitumas. Pūstas bitumas - dažniausiai naudojama forma stogo dangoms, hidroizoliacijai, o tirpusis bitumas - naudotinas kelių tiesimui dėl geresnio pradinio takumo. Emulsijos arba filtratai sudaro dvifazį mišinį, stabilizuotą emulsikliu.
Gamybos keliai ir tipų pasirinkimas
Bitumo gamyba naftos perdirbimo gamykloje vyksta pagal bendrą principą: žaliava iš žaliųjų frakcijų yra atskiriama, o garų ir skysčių fazės atskirtos distiliavimo bokštuose. Pūstas bitumas gaunamas kaitinant neapdorotą bitumą ir pučiant orą, klasifikuojamas pagal ASTM standartus. Tirpus bitumas gaminamas ištirpinant gryną bitumą tirpikliuose arba aliejuose, o tirpiklio kokybė ir tipas daro didelę įtaką galutiniam produktui. Bitumo emulsijos (filtratai) - dvifazis mišinys, stabilizuojamas emulsikliu, plačiai naudojamos šalto asfalto gamyboje ir stogo dangų apsaugai.
Reikšminga skiriamoji linija - natūralaus bitumo ir dirbtinio bitumo savybės. Natūrali medžiaga dažnai turi daugiau priemaišų ir ją reikia apdoroti, o dirbtinis bitumas gali būti modifikuotas polimerais siekiant geresnių eksploatacinių savybių, pvz., elastingumo ir atsparumo karščiui. Distiliuojant naftą, likęs bitumas gali būti naudojamas tiesiogiai arba toliau apdorojamas priklausomai nuo taikymo srities.
Panaudojimo sritys
- Kelių ir gatvių dangų gamyba: bitumas naudojamas asfaltbetonio gamybai, užtikrinant atsparumą dėvėjimuisi, temperatūrų svyravimams, ir klampumą reikalingą pamatiniam takumui.
- Stogų dangos ir hidroizoliacija: bitumas tinka stogo dangų membranoms, ruloninėms dangoms ir mastikoms, kurios užtikrina vandeniui atsparią dangą.
- Hidroizoliacinės mastikos ir klijai: naudojamos pamatams, terasoms, balkonams ir kitoms konstrukcijoms apsaugoti nuo vandens ir drėgmės.
- Cheminė ir antikorozinė apsauga automobilių pramonėje, vamzdynų ir įrangos apdailoje.
Bitumas plačiai naudojamas statybose dėl universalių savybių: klampumo elastingumo ir temperatūros priklausomo elgesio. Tačiau reikia atsižvelgti į gamybos procesų poveikį aplinkai ir priešgaisrinius reikalavimus, ypač kai bitumas kaitinamas ar deginamas.
Bitumo kokybės rodikliai ir praktiniai patarimai
Pagrindiniai kokybės rodikliai: penetracija, tąsumas ir minkštėjimo temperatūra. Geriausi bitumai turi maksimalią tąsumą, aukštą minkštėjimo temperatūrą ir geras adhezines savybes. Taip pat svarbu pliūpsnio temperatūra, klampa, trapumo temperatūra, tankis ir adhezinės bei kohezinės savybės.
Bitumo klasifikacija pagal paskirtį dažnai rašoma trumpais žymėjimais: BN - naftos bitumas (pastatams hidroizoliacijai), BNK - stogo danga, BND - keliai. Žymėjimas rodo adatos įsmigimo gylius 0,1 mm, esant +25 °C ir +0 °C, kas nurodo medžiagos elastingumą ir kietumą prie temperatūrų.
Biobitumas ir aplinkosauga
Naujausiuose tyrimuose nagrinėjamos biobitumo galimybės: biomasės pagrindu sukurti bitumų lakštai gali būti naudojami stogo dangoms, hidroizoliacijai ir kitoms dangoms. Bioalyvos įmaišymas gali pakeisti bitumo takumą, minkštėjimą bei lupimo stiprumą, o dozei gali kilti ir oksidacinio senėjimo greitis. Biobitumo tyrimų tikslas - ištirti jo įtaką temperatūrai, mechaniniam stiprumui ir lankstumui, bei įvertinti jo naudą hidroizoliacijos kontekste.
Tačiau reikia pažymėti, kad bioalyva turi didesnį deguonies kiekį, todėl senėjimo metu kietumas gali didėti. Taigi biobitumas gali būti naudingas aukšto temperatūros stabiliškumui, tačiau reikia atsižvelgti į ilgesnį senėjimo laikotarpį ir galimą poveikį klijų veikimui žemoje temperatūroje.
Išvada dėl pasirinkimo
Dėl įvairių savybių bitumą galima modifikuoti ir pritaikyti konkretiems statybos poreikiams: pūstas bitumas dažnai naudojamas stogo dangoms ar stogo membranoms dėl didelio elastingumo, o tirpusis bitumas tinka kelių tiesimui dėl geresnio takumo žemoje temperatūroje. Emulsijos suteikia galimybę lipdyti plonas dangas šaltuoju metų laiku. Natūralus bitumas ir dirbtinis bitumas turi skirtingą kilmę bei taikymo galimybes, tačiau abi formos priklauso nuo klimato sąlygų ir projekto reikalavimų. Įvairių rūšių bitumo prieinamumas leidžia inžinieriams ir rangovams pasirinkti optimaliausią medžiagą konkrečiam atvejui.