Bitum stanowi materiał występuje naturalnie w środowisku, albo można go wytwarzać na skalę przemysłową po destylacji niektórych ropy naftowej surowej ropy naftowej. Składa się z mieszaniny węglowodorów , może być w stanie ciekłym lub stałym i ma kolor od brązowawego do czarniawego. Asfalt upłynnia się na gorąco i przylega do podłoży, na które jest nakładany. Posiada pewną liczbę właściwości fizykochemicznych, z których człowiek potrafił korzystać od czasów prehistorycznych . W mowie potocznej często mylony jest z smołą , smołą węglową lub asfaltem drogowym, których jest tylko jednym ze składników.
Pierwsze dowody jego stosowania sięgają prehistorii, kiedy był używany jako spoiwo w przemyśle litowym ( Umm el-Tlel , miejsce położone w środkowej Syrii i datowane na środkowy paleolit). Od neolitu jego zastosowania uległy zróżnicowaniu, szczególnie na Bliskim i Środkowym Wschodzie, a jego techniki zostały wzbogacone. Stosowano go jako środek impregnujący do koszy, a następnie do ceramiki, jako uszczelniacz do łodzi rzecznych i morskich, zaprawę budowlaną, jako farbę oraz jako lekarstwo na różne choroby w medycynie.
Techniki stosowane w dzisiejszych czasach upadku współczesnej nauki i nie wrócić przed XVIII -tego wieku; pierwsze sztuczne prace związane z bitumem datują się na połowę XIX wieku.
Asfalty to mieszaniny węglowodorów o dużej masie cząsteczkowej, które mogą należeć do następujących trzech grup:
Grupa olefinowa znajduje się w niektórych bitumach krakowanych.
Zastosowanie jako selektywnego rozpuszczalnika lekkiego węglowodoru w dużym nadmiarze umożliwia rozbicie bitumu na dwie części:
Nie ma nieciągłości między maltenami i asfaltenami, frakcjonowanie uzyskiwane w zależności od użytego rozpuszczalnika. Eter naftowy był używany od dawna , teraz zastąpiony zwykłym heptanem .
Widać, że malteny zachowują się jak idealnie lepki płyn (płyn newtonowski). Obecność asfaltenów nadaje asfaltom właściwości charakterystyczne dla stanu koloidalnego .
Asfalteny mają tendencję do absorbowania cięższej aromatycznej frakcji maltenów i w ten sposób tworzą złożone ciałka - micele - które są zawieszone w ciągłej fazie utworzonej przez malteny o niskiej masie cząsteczkowej.
Jeśli malteny zawierają wystarczającą ilość aromatów, aby siły absorpcji asfaltenów były nasycone, micele są całkowicie ruchome w środku fazy dyspergowania: są peptyzowane. Roztwór koloidalny jest wtedy w stanie zolu .
Jeśli nie ma wystarczającej ilości aromatów, micele przyciągają się, stają się mniej mobilne i tworzą sieć w środku fazy międzymicelarnej. Ta struktura, która nadaje bitumowi właściwości elastyczne, nazywana jest żelem .
Właściwości fizyczne i chemiczne bitumu sprawiły, że jest to materiał o pierwszorzędnym znaczeniu.
Posiada dużą zdolność aglomeracji, ponieważ przylega do większości popularnych materiałów: kamienia, betonu, drewna, metalu, szkła.
Jest doskonałym izolatorem termicznym i elektrycznym.
Jest lekki, plastyczny i elastyczny. Z mechanicznego punktu widzenia zachowuje się jak materiał plastyczny lub elastyczny.
Jest nierozpuszczalny w wodzie, ale można go otrzymać w roztworach w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Jest praktycznie obojętny w stosunku do większości zwykłych środków chemicznych.
Jego niezwykłe właściwości i złożoność składu doprowadziły najpierw do wprowadzenia testów empirycznych mających na celu identyfikację różnych otrzymanych odmian, ale znaczenie i wielość zastosowań, jakie są z nich wykonane, skłoniły następnie producentów i użytkowników do pełniejszego badania.
Nowoczesne środki badawcze umożliwiły analizę wpływu składu na właściwości fizyczne, a tym samym skupienie się na właściwościach, które lepiej odpowiadają potrzebom użytkowników. Badanie właściwości lepkosprężystych pozwoliło zrozumieć znaczenie dotychczas stosowanych testów empirycznych i odnieść je do podstawowych pojęć. Pozwoliło to również na obliczenie zachowania mechanicznego bitumów w taki sam sposób, jak innych materiałów budowlanych, takich jak beton czy metale.
Bitum występuje w stanie naturalnym w postaci pozostałości ze starych złóż ropy naftowej, z których najlżejsze elementy zostały z czasem usunięte w wyniku naturalnej destylacji, przy czym lekkie pierwiastki są bardzo lotne w temperaturze pokojowej. Odkrywkowe ze złóż, które wyglądają jak prawdziwe jeziora zwane jamami bitumicznymi, bitum może również występować w postaci pokładów w podłożu. Najbardziej znanym z tych naturalnych bitumów jest bitum Trinidad, który pochodzi z pierwszego rodzaju złoża.
Produkcja światowa jest bardzo niska, ponieważ nie przekracza 200 000 ton .
Asfalty naturalne są rzadko używane jako dodatki do określonych zastosowań, biorąc pod uwagę ich specyficzne właściwości (możliwość barwienia, działanie stabilizujące dla asfaltów lanych itp .).
- Surowy bitum pozyskiwany z ropy naftowej
Bitumiczna ropy jest ciężka ropa pochodząca z Wenezueli (Boscan, Bachaquero, Lagunillas i Tia Juana) i Bliskiego Wschodu (Safaniya (arab lub ciężki) i Kuwejt ).
Asfalty te obejmują asfalty czyste znormalizowane (norma NF EN 12591 ) oraz asfalty specjalne z podziałem na asfalty klasy „twardej” (NF EN 13924) oraz asfalty o podwyższonej podatności.
- Bitum typu cut back to bitum, którego lepkość została zmniejszona przez dodanie dość lotnego rozcieńczalnika (na przykład ropy naftowej lub nafty).
- Bitum topnikowy to bitum, którego lepkość została zmniejszona przez dodanie oleju topnikowego.
Asfalty są klasyfikowane zgodnie z badaniem kwalifikacyjnym. Czyste asfalty i twarde asfalty drogowe klasyfikuje się za pomocą testu penetracji igłowej , asfalty przemysłowe twarde i asfalty utlenione za pomocą testu temperatury mięknienia metodą kulkowo -pierścieniową , asfalty cutback i bitumy topione zgodnie z ich pseudolepkością mierzoną lepkościomierzem.
Obszary zastosowania różnią się w zależności od kraju. W Europie klasyfikacja jest następująca (daty norm, do których się odnoszą, są datami przyjęcia normy europejskiej przez Francję):
Rodzaj bitumu | Standard | Charakter testu kwalifikacyjnego | nb | Klasy |
---|---|---|---|---|
Czyste bitumy | PN-EN 12591 | Penetracja igły w 25 ° C | 9 | 20-30; 30-45; 35-50; 40-60; 50-70; 70-100; 100-150; 160-220; 250-330 |
Penetracja igły w temperaturze 15 ° C | 4 | 250/330; 330/430; 500/650; 650/900 | ||
Lepkość kinematyczna w 60 ° C | 4 | V1500; V3000; V6000; V12000 | ||
Twardy asfalt drogowy | NF EN 13924 | Penetracja igły w 25 ° C | 2 | 10/20; 15/25. |
Twarde asfalty przemysłowe | NF EN 13305 | Temperatura mięknienia kuli i pierścienia | 5 | wys.80/90; H85 / 95; H90/100; H100 / 110; H155 / 165. |
Asfalty utlenione | NF EN 13304 | Temperatura mięknienia kuli i pierścienia | 8 | 85/25; 85/40; 95/25; 95/35; 100/40; 105/35; 110/30; 115/15. |
Asfalty cięte | PD T 65-002 | Pseudolepkość w 25 ° C | 5 | 0-1; 10-15; 150–250; 400–600; 800-1400. |
Asfalty topnikowe | PD T 65-003 | Pseudolepkość w 25 ° C | 6 | 0-1; 10-15; 150–250; 400–800; 800-1600; 1600–3200. |
Asfalty modyfikowane | NF EN 14023 | Penetracja igły w 25 ° C | 10 | 10-40; 25-55; 45-80; 40-100; 65-105; 75-130; 90-150; 120-200; 200-300. |
Czyste bitumy są produkowane przemysłowo z ropy naftowej, z której najpierw wydobywane są najlżejsze frakcje. Z pozostałej części, składającej się z lepkich olejów, oddziela się bitum o pożądanej twardości. Niektóre odmiany są przygotowywane z pękniętego materiału wypełniającego, inne są otrzymywane przez utlenianie (rozdmuchiwanie).
Bitumiczna ropy jest ciężka ropa pochodząca z Wenezueli (Boscan, Bachaquero, Lagunillas i Tia Juana) i Bliskiego Wschodu (Safaniya (arab lub ciężki) i Kuwejt).
Asfalty te obejmują asfalty czyste znormalizowane (norma NF EN 12591 ) oraz asfalty specjalne z podziałem na asfalty klasy „twardej” (NF EN 13924) oraz asfalty o podwyższonej podatności.
Dmuchanie: Asfalt ma postać układu koloidalnego. Ale jeśli w części maltenowej jest wystarczająco dużo cząsteczek aromatycznych , to asfalteny mogą być flokulowane . System ten można uznać za żel, który nadaje bitumowi właściwości elastyczne. Dotyczy to w szczególności tak zwanych bitumów dmuchanych lub utlenionych .
Bitum uwolniony z jednostek rafinacyjnych jest zbyt miękki, aby można go było użyć do pokrycia dachowego. Również aby to utrudnić przystępujemy do jego dmuchania. Proces ten jest ni mniej ni więcej tylko częściowym odwodornieniem i polimeryzacją bitumu z tlenem powietrza. Alternatywą jest dodanie do nich określonego polimeru (por. Bitum modyfikowany ).
Rzeczywiście, przepuszczając powietrze przez bitum w wysokiej temperaturze ( 240 do 260 °C ), następuje częściowe odwodornienie, a tlen zawarty w nadmuchiwanym powietrzu tworzy mostki tlenowe z łańcuchami węglowodorowymi i tworzy trójwymiarowe sieci przez polimeryzację . Reakcja jest mniej lub bardziej egzotermiczna, a temperatura w wieży rozdmuchowej nigdy nie przekracza 300 °C pod groźbą pojawienia się zjawiska pękania . Uzyskaną twardość można regulować czasem przepływu powietrza, ponieważ im więcej mostków tlenowych, tym bitum jest twardszy.
Stosowanie bitumów sięga starożytności. W neolitycznej wiosce as-Sabiyah (Kuwejt) obok artefaktów z kultury Obeidów (6500 do 3750 pne) znaleziono pozostałości bitumu, który był używany jako materiał hydroizolacyjny . Najstarsze dowody jego eksploatacji sięgają 3000 roku p.n.e. W naturalnych źródłach w miejscowości Hit, która w owym czasie miała być ośrodkiem przemysłu asfaltowego . Bitum jest również używany do konserwacji inkrustacji, do wykonywania pieczęci lub do dekoracji. Przedmioty są nawet wykonane prawie w całości z bitumu w regionie Suzy , stolicy Elamu .
Jak mówi nam Herodot , gorący bitum ( ἀσφάλτῳ θερμῇ , termiczny asfaltô) jest używany do uszczelniania cegieł z terakoty w murze Babilonu .
Znany był z hydroizolacji pod nazwą „ bitum Judei ” w szczególności przez Egipcjan , Hebrajczyków i Sumerów, ponieważ istniał w stanie naturalnym nad brzegami Morza Martwego (ale także Morza Kaspijskiego ). Miał już wiele prac:
ale przede wszystkim i na całym basenie Morza Śródziemnego , uszczelniania statków.
W 1627 r. patent listowy zezwalał na komercyjne wykorzystanie w Pechelbronn w Alzacji źródła, z którego wytworzono „olej kamienny” znany ze swoich właściwości terapeutycznych.
W 1741 roku, pierwsza firma naftowa w historii francuskiej została utworzona w celu wykorzystania do żyły piasku bitumicznego obok źródła, z których tłuszcz został wydobytego które mogłyby zastąpić „stare oing” i łój. Król Ludwik XV świadom interesu tej eksploatacji powierzył jej listem patentowym z5 sierpnia 1772 rdo pewnego Le Bel. Ta firma stworzy Antar w 1927 roku.
W 1824 r. dzięki bitumowi z Judei Nicéphore Niepce wynalazł fotografię w Saint-Loup-de-Varennes .
W budownictwie drogowym stosowany jest jako spoiwo do produkcji materiałów mieszanych na gorąco , takich jak beton bitumiczny czy asfalty ciężkie . Stosuje się go również do wytwarzania powłok powierzchniowych w postaci emulsji lub fluidyzacji rozpuszczalnikiem .
Tak przygotowane asfalty są praktycznie stosowane w trzech różnych formach:
Połączenie tych różnych procesów umożliwia uzyskanie bardzo szerokiej gamy produktów, które mogą sprostać zróżnicowanym wymaganiom bardzo różnych zastosowań.
Zmieszany z drobnymi elementami (np. piasek) jest stosowany jako uszczelniacz w budownictwie lub inżynierii lądowej .
Właściwości fizyczne asfaltów są ogólnie opisywane różnymi parametrami, w tym temperaturą mięknienia ( metoda pierścienia kulkowego lub metoda Kraemera-Sarnowa ) i twardością ( metoda penetracji ).
Wszystkie asfalty są całkowicie rozpuszczane przez dwusiarczek węgla .
Asfalt transportowany jest drogą morską na tankowcach .
O 90% asfaltów produkowanych na świecie, głównie jako odpady z produkcji paliwa podczas rafinacji ropy naftowej , jest używany do budowy dróg i budowy ( chodniki , parkingi , tarasy , obiektów portowych, lotniskach , etc.). Zużycie asfaltu według kraju lub regionu jest zatem w dużej mierze proporcjonalne do wielkości sieci drogowych (nawet jeśli beton jest również używany w niektórych krajach), do ich rozwoju oraz do częstotliwości ich konserwacji lub odnawiania. Zdecydowanie przoduje Ameryka Północna ze swoją ogromną siecią, a za nią Europa, gdzie rozwój handlu prowadzi do silnego popytu na rozwój infrastruktury drogowej.
W Azji gwałtowny wzrost chińskiej gospodarki od kilku lat pobudza popyt.
Stare wtórne zastosowania, takie jak hydroizolacja i ochrona kadłubów łodzi, drewno narażone na działanie wody lub ochrona drewna słupów telegraficznych , zniknęły lub stały się rzadkością.
Niektóre cechy szczególne pojawił się w XX th century, uzasadnione wielkiego szczelności i fizykochemicznego bezwładność tego materiału (która jest odporna na zło w przeciwieństwie do ognia ).
W eksperymentatorów stwierdzono, że w takich warunkach, asfaltowym narażony na zmiany radiowej oksydacyjny „bardzo wrażliwa na sprzężenie tlenu - napromieniania czynniki , co prowadzi do tworzenia się utlenionych gatunków, głównie kwasów aromatycznych. Badanie materiałów napromieniowanych przy małej mocy dawki pokazuje, że transfery wody są mało zmodyfikowane, podczas gdy solubilizacja materii organicznej jest zwiększona ” .
W Europie największymi konsumentami są Francja (3,5 mln ton, dane z 2007 r.), Niemcy, Włochy i Hiszpania. Niemcy to kraj, który zużywa najwięcej spoiw modyfikowanych. Poniższa tabela przedstawia zużycie asfaltu do użytku drogowego w 2006 roku.
Kraj | 2006 tonaż (Mt) |
% asfaltu modyfikowanego |
Tonaż emulsji |
---|---|---|---|
Francja | 3 | <10 | 1 |
Niemcy | 2,41 | 23 | |
Włochy | 1,9 | 11 | 0,081 |
Hiszpania | 1,6 | 12,9 | 0,345 |
indyk | 1,56 | 2.2 | 0,015 |
Wielka Brytania | 1,5 | 7 | 0,5 |
Polska | 1,45 | 15 | 0,078 |
Austria | 0,55 | 50 | 0,1 |
Szwecja | 0,5 | 2 | 0,05 |
Portugalia | 0,46 | 4 | |
Republika Czeska | 0,45 | 19 | 0,02 |
Grecja | 0,4 | 5 | 0,015 |
Holandia | 0,37 | 7 | 0,02 |
Finlandia | 0,29 | 1 | 0,01 |
Norwegia | 0,29 | 0,003 | |
Irlandia | 0,27 | 10.2 | 0,02 |
szwajcarski | 0,27 | 10 | |
Węgry | 0,23 | 32,3 | 0,004 |
Belgia | 0,22 | 20 | |
Chorwacja | 0,2 | 0 | 0,012 |
Dania | 0,17 | 5 | 0,02 |
Słowacja | 0,12 | 12 | |
Estonia | 0,08 | 0,002 | |
Luksemburg | 0,04 | ||
Islandia | 0,03 |
Od 2003 roku firmy drogowe oferują techniki, które pozwalają obniżyć temperaturę stosowania asfaltu o około 50 °C , poprawiając tym samym warunki obsługi przez personel. Jego główną zaletą jest oszczędność energii i zmniejszenie emisji drażniących spalin (głównie LZO (lotne związki organiczne) i aerozoli cięższych cząsteczek węglowodorów) przy oszczędnościach rzędu 10 do 20% w porównaniu z instalacją wykorzystującą konwencjonalne techniki. Zastosowanie tych letnich technik we wszystkich infrastrukturach na terytorium Europy (szacowane na 350 milionów ton bitumu rocznie) pozwoliłoby zaoszczędzić 700 000 ton paliwa rocznie, co stanowi roczne zużycie. miasto liczące 2,5 mln mieszkańców (przykład gminy Paryż). Z punktu widzenia ochrony środowiska oznaczałoby to powstrzymanie się od emisji 1,8 miliona ton dwutlenku węgla do atmosfery.
Asfalty są klasyfikowane przez IARC w kategorii 3 (niesklasyfikowanej ze względu na ich toksyczność dla ludzi). Niektóre „ekstrakty bitumiczne” są sklasyfikowane przez IARC jako 2B ( „możliwe” czynniki rakotwórcze ) w przypadku farb i lakierów bitumicznych. We Francji firma Afsset ogłosiła w 2010 r. badanie zagrożeń związanych ze stosowaniem bitumu dla zdrowia robotników drogowych. Informacja ta została ogłoszona wkrótce po procesie sądowym pomiędzy spółką robót publicznych ( Eurovia , spółka zależna grupy Vinci ) a rodziną pracownika, który zmarł (w 2008 roku w wieku 56 lat) na raka skóry . Badanie będzie oparte na „pełnym wykazie istniejących danych naukowych” oraz ocenie ryzyka w ramach „przejrzystej i niezależnej” wiedzy interdyscyplinarnej. Obecne badania przeprowadzone przez uznane organy publiczne, takie jak IARC, nie ustalają związku między narażeniem na bitum lub jego opary a rakiem. Medycyna pracy francuskiego The INRS i USIRF polecić tym narażonych pracowników:
W grudniu 2011 r., podczas gdy inne skargi zostały złożone przeciwko Eurovii i grupie Jean Lefèbvre (inna spółka zależna Vinci) oraz DDE du Doubs , eksperci regionalnego komitetu ds. uznawania chorób zawodowych (CRRMP) de Dijon , na wniosek Sądu Apelacyjnego w Lyonie potwierdził, że rak pracownika Eurovii może być powiązany z bitumem, a zatem można go uznać za mający pochodzenie zawodowe.