A bitumen egy olyan anyag természetes módon vannak jelen a környezetben, vagy lehet iparilag előállított desztilláció után bizonyos ásványolaj nyersolajakban. Szénhidrogének keverékéből áll , lehet folyékony vagy szilárd állapotú, barnás vagy feketés színű. A bitumen forrón cseppfolyósítható és tapad azokhoz az aljzatokhoz, amelyekre alkalmazzák. Bizonyos számú fizikai-kémiai tulajdonsággal rendelkezik, amelyeket az ember az őskortól kezdve képes volt használni . A köznyelvben gyakran összekeverik a szurokkal , a kőszénkátránnyal vagy a közúti aszfalttal, amelyeknek csak az egyik alkotóeleme.
Az első bizonyíték a használatát nyúlik vissza, őstörténet, amikor használjuk ragasztóként az lithic iparban ( Umm el-Tlel , helyszíni központjában Szíria és kelt a Közel-paleolitikum). Az újkőkortól kezdve felhasználásai változatosabbá váltak, különösen a Közel-Keleten és a Közel-Keleten, technikái pedig gazdagodtak. Vízszigetelő anyagként használták kosarakhoz, majd kerámiákhoz, folyami vagy tengeri hajók tömítéséhez, építési habarcshoz, festékként és orvostudomány különböző betegségeinek orvoslására.
A manapság alkalmazott technikák a modern tudományra esnek, és nem nyúlnak vissza a XVIII . Század elé; az első mesterséges bitumenmunkák időközben a XIX . század közepén vannak .
A bitumenek nagy molekulatömegű szénhidrogének keverékei, amelyek a következő három csoportba tartozhatnak:
Az olefines csoport megtalálható bizonyos repedezett bitumenekben.
A könnyű szénhidrogén szelektív oldószerként való használata nagy feleslegben lehetővé teszi a bitumen két részre történő felosztását:
A maltének és az aszfaltének között nincs megszakítás, a kapott frakcionálás az alkalmazott oldószertől függ. A petróleum-étert már régóta használják , mára normál heptán váltja fel .
Látható, hogy a maltének tökéletesen viszkózus folyadékként (Newton-folyadék) viselkednek. Az aszfaltének jelenléte a bitumeneknek a kolloid állapotra jellemző tulajdonságait adja .
Az aszfaltének hajlamosak elnyelni a maltének nehezebb aromás frakcióját, és így komplex sejteket - micellákat - képeznek, amelyek folyamatos fázisban szuszpendálódnak, kis molekulatömegű maltének által.
Ha a maltének elegendő aromás anyagot tartalmaznak ahhoz, hogy az aszfaltének abszorpciós erői telítődjenek, akkor a micellák a diszpergálási fázis közepén teljesen mozgékonyak: peptidek. A kolloid oldat ekkor szol állapotban van .
Ha nincs elegendő aromás anyag, a micellák vonzzák egymást, kevésbé mozdulnak el, és hálót alkotnak az intermicelláris fázis közepén. Ezt a szerkezetet, amely bitumenrugalmas tulajdonságokat ad, gélnek nevezzük .
A bitumen fizikai és kémiai tulajdonságai miatt kiemelkedően fontos anyag.
Nagy agglomeráló ereje van, mert tapad a leggyakoribb anyagokhoz: kő, beton, fa, fém, üveg.
Kiváló hő- és elektromos szigetelő.
Könnyű, rugalmas és rugalmas. Mechanikai szempontból úgy viselkedik, mint egy műanyag vagy rugalmas anyag.
Vízben nem oldódik, de számos szerves oldószerben oldatban nyerhető. Gyakorlatilag inert a legtöbb szokásos vegyi anyaggal szemben.
Szokatlan tulajdonságai és összetételének bonyolultsága vezetett először empirikus tesztek bevezetéséhez, amelyek célja a különféle elért fajták azonosítása volt, de az ezekből készült alkalmazások fontossága és sokasága a termelőket és a felhasználókat teljesebb mértékben a tanulmányhoz vitte.
A modern vizsgálati eszközök lehetővé tették az összetétel fizikai tulajdonságokra gyakorolt hatásának elemzését, és ezáltal azokra a tulajdonságokra összpontosítását, amelyek jobban megfelelnek a felhasználók igényeinek. A viszkoelasztikus tulajdonságok vizsgálata lehetővé tette az eddig alkalmazott empirikus tesztek értelmezésének megértését és alapvető fogalmakhoz való viszonyítását. Ez lehetővé tette a bitumenek mechanikai viselkedésének kiszámítását ugyanúgy, mint más építőanyagok, például beton vagy fémekét.
A bitumen természetes állapotában a régi olajlerakódások maradványai formájában létezik, amelyek legkönnyebb elemeit az idő múlásával egyfajta természetes desztillációval távolították el, a könnyű elemek szobahőmérsékleten nagyon illékonyak. A valódi tavakként megjelenő lerakódásokból, bitumen gödröknek öntve , a bitumen varratok formájában is megjelenhet az altalajban. A legismertebb ilyen természetes bitumen a Trinidad bitumen, amely az első típusú betétekből származik.
A világ termelése nagyon alacsony, mivel nem haladja meg a 200 000 tonnát .
A természetes bitumeneket alig használják másként, mint kiegészítéseket bizonyos speciális felhasználásokhoz, figyelembe véve azok sajátos jellemzőit (színezhetőség, stabilizáló hatás a mastikus aszfaltok esetében stb. ).
- Nyersolajból nyert nyers bitumen
A bitumen nyers nehéz nyers Venezuelából (Boscan, Bachaquero, Lagunillas és Tia Juana) és Közel-Keletről (Safaniya (arab vagy nehéz) és Kuvaitból ) származik.
Ezek a bitumenek közé tartoznak a normalizált tiszta bitumenek ( NF EN 12591 szabvány ) és a speciális bitumenek, amelyek „kemény” osztályú bitumenekre (NF EN 13924) vannak osztva, és jobb érzékenységű bitumenekre.
- A visszavágott bitumen olyan bitumen, amelynek viszkozitását meglehetősen illékony hígítószer (például petróleum vagy petróleum) hozzáadásával csökkentették.
- A fluxusos bitumen olyan bitumen, amelynek viszkozitását fluxusolaj hozzáadásával csökkentették.
A bitumeneket minősítési teszt alapján osztályozzák. A tiszta bitumeneket és a kemény úttestű bitumenek osztályozását a tű behatolási teszt , az ipari kemény bitumenek és az oxidált bitumenek osztályozzák a gömb és a gyűrű lágyulási pontjának tesztjével , a visszavágott bitumeneket és a viszkoziméterrel mért pszeudoviszkozitásuk szerint fluxusban lévő bitumeneket osztályozzák .
A felhasználási területek országonként eltérőek. Európában az osztályozás a következő (a hivatkozott szabványok dátumai megegyeznek az európai szabvány Franciaország általi elfogadásának időpontjaival):
Bitumen típus | Alapértelmezett | A képesítési vizsga jellege | nb | Osztályok |
---|---|---|---|---|
Tiszta bitumenek | NF EN 12591 | A tű behatolása 25 ° C-on | 9. | 20-30; 30-45; 35-50; 40-60; 50-70; 70-100; 100-150; 160-220; 250-330 |
A tű behatolása 15 ° C-on | 4 | 250/330; 330/430; 500/650; 650/900 | ||
Kinematikai viszkozitás 60 ° C-on | 4 | V1500; V3000; V6000; V12000 | ||
Kemény aszfalt | NF EN 13924 | A tű behatolása 25 ° C-on | 2 | 10/20; 15/25. |
Kemény ipari bitumenek | NF EN 13305 | A golyó és a gyűrű lágyulási pontja | 5. | H80 / 90; H85 / 95; H90 / 100; H100 / 110; H155 / 165. |
Oxidált bitumenek | NF EN 13304 | A golyó és a gyűrű lágyulási pontja | 8. | 85/25; 85/40; 95/25; 95/35; 100/40; 105/35; 110/30; 115/15. |
Vágott bitumenek | XP T 65-002 | Álviszkozitás 25 ° C-on | 5. | 0–1; 10–15; 150–250; 400–600; 800–1,400. |
Fluxált bitumenek | XP T 65-003 | Álviszkozitás 25 ° C-on | 6. | 0–1; 10–15; 150–250; 400–800; 800–1600; 1 600–3 200. |
Módosított bitumenek | NF EN 14023 | A tű behatolása 25 ° C-on | 10. | 10-40; 25-55; 45-80; 40-100; 65-105; 75-130; 90-150; 120-200; 200-300. |
A tiszta bitumeneket iparilag nyersolajokból állítják elő, amelyekből először a legkönnyebb frakciókat vonják ki. A viszkózus olajokból álló maradék résztől elválasztják a kívánt keménységű bitument. Néhány fajtát repedezett töltőanyagból készítenek, másokat oxidációval (fújással) nyernek.
A bitumen nyers nehéz kőolaj Venezuelából (Boscan, Bachaquero, Lagunillas és Tia Juana) és Közel-Keletről (Safaniya (arab vagy nehéz) és Kuvaitból) származik.
Ezek a bitumenek közé tartoznak a normalizált tiszta bitumenek ( NF EN 12591 szabvány ) és a speciális bitumenek, amelyek „kemény” osztályú bitumenekre (NF EN 13924) vannak osztva, és jobb érzékenységű bitumenekre.
Fújás: A bitumen kolloid rendszerként jelenik meg. De ha van elég aromás molekula a maltén részben , akkor az aszfaltének flokkulálhatók. Ez a rendszer gélnek tekinthető, amely megadja a bitumen rugalmas tulajdonságait. Ez különösen érvényes az úgynevezett fújt vagy oxidált bitumenekre .
A finomító egységekből felszabaduló bitumen túl puha ahhoz, hogy tetőfedéshez lehessen használni. A megnehezítés érdekében folytatjuk a fújást. Az eljárás nem több, mint kevesebb, mint a bitumen részleges dehidrogénezése és a levegő oxigénnel történő polimerizációja . Alternatív megoldásként adhatunk hozzájuk egy meghatározott polimert (vö. Módosított bitumen ).
Valóban, úgy, hogy a levegőt a bitumen magas hőmérsékleten ( 240 , hogy 260 ° C ) is van, a részleges dehidrogénezés, és a dioxigén szereplő levegő befúvatásával formák oxigén hidak a szénhidrogénláncok, és ez formák háromdimenziós hálózatok polimerizációs . A reakció többé-kevésbé exoterm, és a fúvótorony hőmérséklete soha nem haladja meg a 300 ° C-ot a repedés jelenségének megjelenése miatt . A kapott keménység a levegő átjárási idejével szabályozható, mert minél több oxigénhíd van, annál keményebb a bitumen.
A bitumen használata az ókorban nyúlik vissza. Vízszigetelő anyagként használt bitumenmaradványokat találtak az újkőkori as-Sabiyah faluban (Kuvait), az Obeid-kultúrából származó műtárgyak mellett (Kr. E. 6500-3750 ). Kihasználásának legrégebbi bizonyítéka Kr.e. 3000-ig nyúlik vissza. Természetes forrásokban Hit városában, amely akkor az aszfaltipar központja volt . A bitument a betétek karbantartására, tömítések készítésére vagy díszítésre is használják. A tárgyak szinte teljes egészében bitumenből készülnek Susa régióban , Elam fővárosában .
Forró bitumen ( ἀσφάλτῳ θερμῇ , termikus aszfaltô) felhasználásával lezárják a terrakotta téglákat Babilon falában - mondja Herodotos .
Vízszigetelésként különösen az egyiptomiak , a héberek és a sumérok számára ismert volt a " Júdeai bitumen " néven, mivel természetes állapotában a Holt-tenger (de a Kaszpi-tenger ) partján is létezett . Már több munkája volt:
de mindenekelőtt és az egész Földközi-tenger medencéjében , a tömítő hajók.
A 1627 , írni szabadalmi engedélyezett kereskedelmi hasznosítását a Pechelbronn , az elzászi , a forrás készített egy „kő olaj” ismert terápiás tulajdonságait.
A 1741-ben az első olajtársaság francia történelem jött létre , hogy kihasználják a véna bitumenes homok mellett a forrás, honnan amely a zsír kivontuk hogy felválthatja a „régi oing”, és a faggyú. XV . Lajos király , tudatában ennek a kizsákmányolásnak az érdekével, megbízta levélpátenssel 1772. augusztus 5egy bizonyos Le Belnek. Ez a cég 1927-ben hozza létre az Antart .
1824-ben, ez volt köszönhető, hogy a bitumen Júdea hogy Nicéphore Niepce feltalált fotózás a Saint-Loup-de-Varennes .
Az útépítésben kötőanyagként használják forró keverékű anyagok , például bitumenes beton vagy komoly bitumenek gyártásához . Emulzió formájában vagy oldószerrel fluidizált felületi bevonatok gyártásához is alkalmazzák .
Az így előállított bitumeneket gyakorlatilag három különböző formában használják:
Ezeknek a különféle eljárásoknak a kombinációja lehetővé teszi a termékek nagyon széles választékának megszerzését, amelyek megfelelhetnek a nagyon különböző felhasználások eltérő követelményeinek.
Finom elemekkel (például homokkal) keverve tömítésként használják az épület- vagy mélyépítésben .
A fizikai jellemzők a bitumenek általában által leírt különböző paramétereket, beleértve a lágyulási hőmérséklet (a gyűrű-golyós módszerrel vagy a Kraemer-Sarnow módszerrel ), és keménysége ( penetráció módszer ).
Az összes bitumen teljesen feloldódik szén-diszulfiddal .
A bitument a tengeren szállítják a bitumenszállító tartályhajókon .
A világon előállított bitumen mintegy 90% -át, elsősorban a kőolajfinomítás során üzemanyag-előállítás során keletkező hulladékként , útépítésre és építésre használják ( járdák , parkolók , teraszok , kikötői létesítmények, repülőterek stb.). A bitumenfogyasztás országonként vagy régiónként tehát nagymértékben arányos az úthálózatok méretével (még akkor is, ha néhány országban betont is használnak), fejlődésükkel, valamint karbantartásuk vagy felújításuk gyakoriságával. Az óriási hálózattal rendelkező Észak-Amerika messze az élen áll, őt követi Európa, ahol a kereskedelem növekedése erős igényt mutat a közúti infrastruktúra fejlesztésére.
Ázsiában a kínai gazdaság fellendülése évek óta növeli a keresletet.
A régi másodlagos felhasználások, mint például a vízszigetelés és a hajótest védelme, a víznek kitett fa vagy a távíróoszlopok fájának védelme eltűntek vagy ritkává váltak.
Néhány különleges jellemző a XX . Században jelent meg , ezt az anyag nagy átjárhatatlansága és fizikai-kémiai tehetetlensége indokolja (amely a tűzzel szemben ellenáll a gonosznak ).
A kísérletezők arra a következtetésre jutottak, hogy ilyen körülmények között a radio-oxidatív változásnak kitett bitumenmátrix „nagyon érzékeny az oxigén - besugárzási tényezők összekapcsolására, ami oxidált anyagok, elsősorban aromás savak képződését eredményezi. A besugárzott anyagok kis dózisú sebességgel történő vizsgálata azt mutatja, hogy a vízátvitel kevéssé módosul, miközben a szerves anyag oldhatósága fokozott . ”
Európában a legnagyobb fogyasztók Franciaország (3,5 millió tonna, 2007. évi adatok), Németország, Olaszország és Spanyolország. Németország az az ország, amely a legtöbb módosított kötőanyagot fogyasztja. Az alábbi táblázat a 2006-os közúti bitumenfogyasztást mutatja.
Ország | 2006-os tonnatartalom (Mt) |
% módosított bitumen |
Emulzió tonnatartalma |
---|---|---|---|
Franciaország | 3 | <10 | 1 |
Németország | 2.41 | 23. | |
Olaszország | 1.9 | 11. | 0,081 |
Spanyolország | 1.6 | 12.9 | 0,345 |
pulyka | 1.56 | 2.2 | 0,015 |
Egyesült Királyság | 1.5 | 7 | 0.5 |
Lengyelország | 1.45 | 15 | 0,078 |
Ausztria | 0,55 | 50 | 0.1 |
Svédország | 0.5 | 2 | 0,05 |
Portugália | 0,46 | 4 | |
Cseh Köztársaság | 0,45 | 19. | 0,02 |
Görögország | 0.4 | 5. | 0,015 |
Hollandia | 0,37 | 7 | 0,02 |
Finnország | 0,29 | 1 | 0,01 |
Norvégia | 0,29 | 0,003 | |
Írország | 0,27 | 10.2 | 0,02 |
svájci | 0,27 | 10. | |
Magyarország | 0,23 | 32.3 | 0,004 |
Belgium | 0,22 | 20 | |
Horvátország | 0.2 | 0 | 0,012 |
Dánia | 0,17 | 5. | 0,02 |
Szlovákia | 0.12 | 12. | |
Észtország | 0,08 | 0,002 | |
Luxemburg | 0,04 | ||
Izland | 0,03 |
2003 óta az úttársaságok olyan technikákat kínálnak, amelyek lehetővé teszik a bitumen felhasználásának hőmérsékletének körülbelül 50 ° C-kal történő csökkentését , ezáltal javítva a személyzet kezelési körülményeit. Legfőbb előnye az energiatakarékosság és az irritáló füstkibocsátások (elsősorban VOC-k (illékony szerves vegyületek) és nehezebb szénhidrogén-molekulák aeroszoljai) csökkentése, a hagyományos technikákat alkalmazó berendezésekhez viszonyítva 10-20% megtakarítással. Ezeknek a használata langyos technikák összes infrastruktúra az európai terület (a becslések szerint 350 millió tonna bitumen évente) lehetővé tenné a megtakarítás 700.000 tonna üzemanyag minden évben, ami az éves fogyasztás. Melegítését egy 2,5 millió lakosú város (párizsi önkormányzat példája). Környezetvédelmi szempontból ez 1,8 millió tonna szén-dioxid légkörbe történő kibocsátásának tartózkodása lenne .
A bitumeneket az IARC a 3. kategóriába sorolja (az emberekre gyakorolt toxicitásuk szerint nem osztályozható). Bizonyos „bitumenkivonatokat” az IARC 2B osztályba sorol ( „lehetséges” rákkeltő anyagok ) a bitumenes festékek és lakkok esetében. Franciaországban Afsset 2010-ben bejelentett egy tanulmányt a bitumen használatával járó kockázatokról a közúti dolgozók egészségére. Ez a bejelentés röviddel azután zajlott, hogy pert indítottak egy közmunkavállalat (az Eurovia , a Vinci-csoport leányvállalata ) és egy bőrrákban elhunyt (2008-ban 56 éves korában) munkavállaló családja között . A tanulmány a „meglévő tudományos adatok teljes listáján”, valamint az „átlátható és független” transzdiszciplináris szakértelem keretében végzett kockázatértékelésen alapul. Az elismert állami szervek, például az IARC által végzett jelenlegi vizsgálatok nem hoznak összefüggést a bitumen vagy annak füstjeinek való kitettség és a rák között. A francia munka orvosa , az INRS és az USIRF azt javasolja, hogy vegyék figyelembe a kitett munkavállalókat is:
2011 decemberében, míg az Eurovia, valamint a Jean Lefèbvre csoport (a Vinci másik leányvállalata) és a DDE du Doubs ellen további panaszt nyújtottak be , a foglalkozási megbetegedések elismerésével foglalkozó regionális bizottság (CRRMP) de Dijon szakértői A lyoni fellebbviteli bíróság kérésére megerősítették, hogy az Eurovia munkavállaló rákja a bitumenhez köthető, és ezért foglalkozási eredetűnek tekinthető.