Bitumuri: clasificare, compozitie, structura, proprietati

Bitumurile sunt materiale naturale sau artificiale de natura organica, de consistenta variabila (de la lichid vascos la solide casante) si de culoare brun-negru. Bitumul amestecat cu pulberi minerale se numeste asfalt.

În natura bitumurile se gasesc sub forma de depozite in scoarta terestra, sub forma de lacuri (asfalt de lac), imbiband diferite roci (bitum de roca, sisturi bituminoase) sau zacamintele de carbuni (bitum de carbuni).

Bitumurile artificiale se obtin din prelucrarea prin cracare a pacurii parafinoase (bitum de cracare) sau prin distilarea pacurii asfaltoase (bitum de petrol - care prin oxidare-suflare formeaza bitumul suflat, material de calitate superioara).

1.1. Compozitia chimica a bitumurilor

Bitumurile sunt amestecuri complexe de hidrocarburi (alcani, cicloalcani, aromatice, naftenice), derivati cu oxigen (acizi grasi, acizi naftenici, anhidride etc.), cu sulf (derivati din hidrocarburi), azot (compusi complecsi cu masa moleculara mare), derivati heterociclici in care sunt continuti si ioni metalici (Ni, V, Cu, Fe).

Complexitatea compozitiei nu permite separarea din bitum a componentilor chimici individuali.

1.2. Structura fizica a bitumurilor

Bitumurile sunt sisteme coloidal disperse, care in functie de compozitie sau temperatura pot fi de tip sol, sol-gel sau gel (Fiecare tip de structura se caracterizeaza prin proprietati reologice specifice.

La temperaturi obisnuite structura bitumurilor este micelara. Cresterea temperaturii poate duce la disparitia micelelor si la starea nemicelara a bitumurilor.

1.3. Proprietatile bitumurilor

Deformatiile bitumurilor

La solicitari interne de scurta durata, bitumul are o comportare elastica cu atat mai pronuntata cu cat temperatura este mai joasa.

La temperaturi ridicate (dar sub punctul de picurare) si la solicitari de durata, deformatia bitumului este partial elastica si partial, dar preponderent, plastica (asociata cu tixotropie).

1.3.2. Adeziunea

Adeziunea este tensiunea interfaciala la limita de separatie lichid-solid. Forta necesara separarii suprafetelor in contact se numeste forta de adeziune.

Adeziunea bitumului la suporturi solide este determinata de compozitia bitumului (parafinele scad adeziunea), dar mai ales de natura suprafetei solide.

1.3.3. Adezivitatea

Adezivitatea este adeziunea bitumului fata de suprafetele solidelor in prezenta apei si este conditionata de natura suprafetei.

1.3.4. Proprietatile fizice ale bitumurilor

Densitatea bitumului este de circa 1000 kg/m³ si depinde de compozitia lui chimica.

Consistenta bitumului se refera la relatia de dependenta dintre deformatia specifica si solicitarile ce produc aceasta deformatie.

Consistenta este determinata de fortele de coeziune dintre particulele (moleculele) constituente ce se opun deformarii materialului.

Intervalul de plasticitate este zona de temperatura in care bitumul isi pastreaza proprietatile plastice (nu curge si nu devine casant).

Pentru ca bitumul sa aiba proprietati plastice intr-un domeniu mai larg de temperatura se filerizeaza (se foloseste un adaos de pulbere fina - filer), sau se aditiveaza.

Ductilitatea bitumului este aptitudinea lui de a se trage in fire si depinde de compozitia chimica, structura bitumului, precum si de temperatura.

Absorbtia de apa este mica din cauza caracterului hidrofob al bitumului. Moleculele mici ale apei difuzeaza lent printre micelele mari ale bitumului, procesul fiind accelerat de agitatia termica a dispersoidului coloidal.

Absorbtia de apa decurge cu marire de volum si are drept consecinta scaderea adeziunii la suport.

1.3.4.  Proprietatile chimice ale bitumurilor

Îmbatranirea bitumurilor este un proces chimic complex ce duce la modificarea ireversibila a compozitiei chimice si structurii bitumului, avand drept consecinta modificarea in rau a proprietatilor bitumului, limitand durabilitatea tuturor materialelor pe baza de bitum.

Procesul de imbatranire are loc sub influenta factorilor de mediu (oxigen atmosferic, variatii de temperatura, electroliti, radiatii solare etc.).

Viteza proceselor de imbatranire depinde de provenienta si de compozitia chimica a bitumului precum si de conditiile externe.

Bitumurile naturale imbatranesc mai repede decat cele de petrol.).

Bitumul se poate degrada sub actiunea biologica a unor microorganisme, actiune ce poate fi franata prin adaugarea de fungicide (fungitox), mai ales in hidroizolatiile cu bitum executate in subteran.