Das Bitumen ist ein Material , das natürlich in der Umwelt oder das industriell nach Destillation bestimmter hergestellt werden Petrol Rohöle. Es besteht aus einem Gemisch von Kohlenwasserstoffen , kann in flüssigem oder festem Zustand vorliegen und hat eine bräunliche bis schwärzliche Farbe. Bitumen ist heiß verflüssigbar und haftet auf den Untergründen, auf die es aufgetragen wird. Es besitzt eine Reihe physikalisch-chemischer Eigenschaften, die der Mensch seit prähistorischer Zeit nutzen konnte . Im allgemeinen Sprachgebrauch wird es oft mit Pech , Kohlenteer oder Straßenasphalt verwechselt , von dem es nur ein Bestandteil ist.
Die ersten Hinweise auf seine Verwendung stammen aus der Vorgeschichte, als es als Klebstoff in der Steinmetzindustrie verwendet wurde ( Umm el-Tlel , Standort in Zentralsyrien und datiert auf das Mittelpaläolithikum). Seit der Jungsteinzeit hat sich seine Verwendung vor allem im Nahen und Mittleren Osten diversifiziert und seine Techniken bereichert. Es wurde als Imprägniermittel für Körbe und dann für Keramik, zum Abdichten von Fluss- oder Seeschiffen, Baumörtel, als Farbe und als Heilmittel gegen verschiedene Krankheiten in der Medizin verwendet.
Die verwendeten Techniken fallen heutzutage der modernen Wissenschaft und nicht vor dem zurückgehen XVIII - ten Jahrhundert; der erste künstliche Bitumen Arbeitsplätze aus sind mittlerweile in der Mitte des XIX - ten Jahrhunderts.
Bitumen sind Gemische hochmolekularer Kohlenwasserstoffe, die den folgenden drei Gruppen angehören können:
Die olefinische Gruppe wird in bestimmten gekrackten Bitumen gefunden.
Die Verwendung eines leichten Kohlenwasserstoffs in großem Überschuss als selektives Lösungsmittel ermöglicht es, ein Bitumen in zwei Teile zu spalten:
Es gibt keine Diskontinuität zwischen Maltenen und Asphaltenen, die erhaltene Fraktionierung hängt vom verwendeten Lösungsmittel ab. Petrolether wird seit langem verwendet und durch normales Heptan ersetzt .
Es ist zu erkennen, dass sich Maltene wie eine perfekt viskose Flüssigkeit (Newtonsche Flüssigkeit) verhalten. Die Anwesenheit von Asphaltenen verleiht Bitumen Eigenschaften, die für den kolloidalen Zustand charakteristisch sind .
Asphaltene neigen dazu, den schwereren aromatischen Anteil von Maltenen zu absorbieren und bilden somit komplexe Korpuskeln – Micellen – die in einer kontinuierlichen Phase suspendiert sind, die von Maltenen mit niedrigem Molekulargewicht gebildet wird.
Wenn die Maltene genügend Aromaten enthalten, um die Absorptionskräfte der Asphaltene zu sättigen, sind die Micellen mitten in der Dispergierphase vollständig mobil: Sie werden peptisiert. Die kolloidale Lösung liegt dann im Zustand Sol vor .
Bei zu wenig Aromaten ziehen sich die Micellen an, werden weniger mobil und bilden ein Netzwerk in der Mitte der intermizellaren Phase. Diese Struktur, die dem Bitumen elastische Eigenschaften verleiht, wird als Gel bezeichnet .
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Bitumen haben es zu einem Material von höchster Bedeutung gemacht.
Es hat eine große Agglomerationskraft, da es auf den meisten gängigen Materialien haftet: Stein, Beton, Holz, Metall, Glas.
Es ist ein ausgezeichneter thermischer und elektrischer Isolator.
Es ist leicht, duktil und flexibel. Mechanisch verhält es sich wie ein plastisches oder elastisches Material.
Es ist in Wasser unlöslich, kann aber in Lösungen in vielen organischen Lösungsmitteln gewonnen werden. Es ist gegenüber den meisten üblichen chemischen Mitteln praktisch inert.
Seine ungewöhnlichen Eigenschaften und die Komplexität seiner Zusammensetzung führten zunächst zur Einführung empirischer Tests zur Identifizierung der verschiedenen erhaltenen Sorten, aber die Bedeutung und die Vielfalt der Anwendungen, die von ihnen gemacht werden, führten dann Hersteller und Benutzer zu einer eingehenderen Untersuchung.
Moderne Untersuchungsmethoden haben es ermöglicht, den Einfluss der Zusammensetzung auf die physikalischen Eigenschaften zu analysieren und so auf Qualitäten zu fokussieren, die den Bedürfnissen der Anwender besser entsprechen. Die Untersuchung der viskoelastischen Eigenschaften hat es ermöglicht, die Bedeutung der bisher verwendeten empirischen Tests zu verstehen und mit grundlegenden Begriffen in Verbindung zu bringen. Es ermöglichte auch die Berechnung des mechanischen Verhaltens von Bitumen in gleicher Weise wie das anderer Baustoffe wie Beton oder Metalle.
Bitumen liegt in seinem natürlichen Zustand in Form eines Rückstands aus alten Ölvorkommen vor, dessen leichteste Bestandteile im Laufe der Zeit durch eine Art natürliche Destillation entfernt wurden, da die leichten Bestandteile bei Raumtemperatur sehr flüchtig sind. Im Tagebau aus Ablagerungen, die als echte Seen auftreten, die als Bitumengruben bezeichnet werden , kann Bitumen auch in Form von Flözen im Untergrund auftreten. Das bekannteste dieser natürlichen Bitumen ist Trinidad-Bitumen, das aus der ersten Lagerstätte stammt.
Die Weltproduktion ist sehr gering, da sie 200.000 t nicht überschreitet .
Naturbitumen werden unter Berücksichtigung ihrer spezifischen Eigenschaften (Einfärbbarkeit, stabilisierende Wirkung für Gussasphalte usw. ) kaum verwendet, außer als Zusätze für bestimmte spezifische Anwendungen .
- Rohbitumen aus Erdöl
Das Bitumen-Rohöl ist schweres Rohöl aus Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas und Tia Juana) und dem Nahen Osten (Safaniya (arabisch oder schwer) und Kuwait ).
Diese Bitumina umfassen normalisierte reine Bitumina (Norm NF EN 12591 ) und Spezialbitumina, unterteilt in „harte“ Bitumina (NF EN 13924) und Bitumen mit verbesserter Anfälligkeit.
- Ein Cut-Back-Bitumen ist ein Bitumen, dessen Viskosität durch Zugabe eines leicht flüchtigen Verdünnungsmittels (z. B. Erdöl oder Kerosin) verringert wurde.
- Ein Fluxbitumen ist ein Bitumen, dessen Viskosität durch Zugabe eines Fluxeröls herabgesetzt wurde.
Bitumen werden nach einer Eignungsprüfung klassifiziert. Reine Bitumina und Straßenbitumina werden mit dem Nadelpenetrationstest , Industriehartbitumina und oxidierte Bitumina mit der Kugel- und Ringerweichungspunktprüfung , Cutback-Bitumina und Fluxbitumina nach ihrer Pseudoviskosität, gemessen mit einem Viskosimeter, klassifiziert.
Die Einsatzgebiete variieren von Land zu Land. In Europa ist die Klassifizierung wie folgt (die Daten der referenzierten Normen entsprechen denen der Übernahme der europäischen Norm durch Frankreich):
| Bitumentyp | Standard | Art der Qualifikationsprüfung | nb | Klassen |
|---|---|---|---|---|
| Reine Bitumen | NF EN 12591 | Nadelpenetration bei 25 °C | 9 | 20-30; 30-45; 35-50; 40-60; 50-70; 70-100; 100-150; 160-220; 250-330 |
| Nadelpenetration bei 15 °C | 4 | 250/330; 330/430; 500/650; 650/900 | ||
| Kinematische Viskosität bei 60 ° C | 4 | V1500; V3000; V6000; V12000 | ||
| Harter Straßenasphalt | NF EN 13924 | Nadelpenetration bei 25 °C | 2 | 10/20; 15/25. |
| Harte Industriebitumen | NF EN 13305 | Kugel- und Ringerweichungspunkt | 5 | H80 / 90; H85 / 95; H90/100; H100 / 110; H155 / 165. |
| Oxidierte Bitumen | NF EN 13304 | Kugel- und Ringerweichungspunkt | 8 | 85/25; 85/40; 95/25; 95/35; 100/40; 105/35; 110/30; 115/15. |
| Reduzierung von Bitumen | XP T 65-002 | Pseudoviskosität bei 25 °C | 5 | 0–1; 10–15; 150–250; 400–600; 800–1.400. |
| Flussbitumen | XP T 65-003 | Pseudoviskosität bei 25 °C | 6 | 0–1; 10–15; 150–250; 400–800; 800–1600; 1.600–3.200. |
| Modifizierte Bitumen | NF EN 14023 | Nadelpenetration bei 25 °C | 10 | 10-40; 25-55; 45-80; 40-100; 65-105; 75-130; 90-150; 120-200; 200-300. |
Reine Bitumen werden industriell aus Rohölen hergestellt, aus denen zunächst die leichtesten Fraktionen extrahiert werden. Vom restlichen Teil, bestehend aus zähflüssigen Ölen, wird ein Bitumen der gewünschten Härte abgetrennt. Einige Sorten werden aus einem gecrackten Füllstoff hergestellt, andere werden durch Oxidation (Blasen) gewonnen.
Das Bitumen-Rohöl ist schweres Rohöl aus Venezuela (Boscan, Bachaquero, Lagunillas und Tia Juana) und dem Nahen Osten (Safaniya (arabisch oder schwer) und Kuwait).
Diese Bitumina umfassen normalisierte reine Bitumina (Norm NF EN 12591 ) und Spezialbitumina, unterteilt in „harte“ Bitumina (NF EN 13924) und Bitumina mit verbesserter Anfälligkeit.
Blasen: Bitumen tritt als kolloidales System auf. Sind jedoch genügend aromatische Moleküle im Maltenanteil vorhanden , können die Asphaltene ausgeflockt werden. Dieses System kann als Gel angesehen werden, das dem Bitumen seine elastischen Eigenschaften verleiht. Dies ist insbesondere bei sogenannten geblasenen oder oxidierten Bitumen der Fall .
Das von den Raffinerieeinheiten freigesetzte Bitumen ist zu weich, um als Dachdecker verwendet zu werden. Um es auch schwieriger zu machen, fahren wir mit dem Blasen fort. Der Prozess ist weder mehr noch weniger als eine partielle Dehydrierung und eine Polymerisation des Bitumens mit dem Luftsauerstoff. Die Alternative besteht darin, sie mit einem bestimmten Polymer (vgl. Modifiziertes Bitumen ) zu ergänzen .
In der Tat, indem die Luft bei hoher Temperatur ( 240 bis 260 ° C ) durch das Bitumen geleitet wird , kommt es zu einer teilweisen Dehydrierung und der in der geblasenen Luft enthaltene Disauerstoff bildet Sauerstoffbrücken mit den Kohlenwasserstoffketten und bildet durch Polymerisation dreidimensionale Netzwerke . Die Reaktion ist mehr oder weniger exotherm und die Temperatur im Blasturm überschreitet nie 300 ° C unter Einbußen des Auftretens des Crackphänomens . Die erreichte Härte lässt sich über die Durchlaufzeit der Luft steuern, denn je mehr Sauerstoffbrücken vorhanden sind, desto härter ist das Bitumen.
Die Verwendung von Bitumen reicht bis in die Antike zurück. Im neolithischen Dorf as-Sabiyah (Kuwait) wurden neben Artefakten aus der Obeid-Kultur (6500 bis 3750 v. Chr.) Reste von Bitumen gefunden, die als Abdichtungsmaterial verwendet wurden . Die ältesten Beweise für seine Ausbeutung stammen aus dem Jahr 3000 v. In natürlichen Quellen in der Stadt Hit, die damals ein Zentrum der Asphaltindustrie werden sollte . Bitumen wird auch zur Pflege von Inlays, zur Herstellung von Dichtungen oder zur Dekoration verwendet. In der Region Susa , der Hauptstadt von Elam, werden sogar fast ausschließlich Objekte aus Bitumen hergestellt .
Heißbitumen ( ἀσφάλτῳ θερμῇ , thermischer Asphaltô) wird verwendet, um die Terrakotta-Ziegel in der Mauer von Babylon zu versiegeln , erzählt Herodot .
Es war unter dem Namen " Bitumen von Judäa " insbesondere bei den Ägyptern , Hebräern und Sumerern für die Abdichtung bekannt, da es in seinem natürlichen Zustand an den Ufern des Toten Meeres (aber auch des Kaspischen Meeres ) existierte. Er hatte bereits mehrere Jobs:
vor allem aber und im gesamten Mittelmeerraum das Abdichten von Schiffen.
Im Jahr 1627 genehmigte ein Patentbrief die kommerzielle Nutzung einer Quelle in Pechelbronn im Elsass , aus der ein "Steinöl" hervorging, das für seine therapeutischen Eigenschaften bekannt ist.
In 1741, die erstmals Erdölunternehmen in Französisch Geschichte gründen zu nutzen , eine Vene von bituminösem Sand neben die Quelle, aus der ein Fett extrahiert wurde das könnte das „alte Oing“ und den Talg ersetzen. König Ludwig XV. , der sich des Interesses dieser Ausbeutung bewusst war, vertraute es per Briefpatent von . an5. August 1772zu einem gewissen Le Bel. Dieses Unternehmen wird 1927 Antar gründen .
1824 war es dem Bitumen von Judäa zu verdanken, dass Nicéphore Niepce in Saint-Loup-de-Varennes die Fotografie erfand .
In Straße Konstruktion wird als Bindemittel zur Herstellung von verwendeten Heißmischmaterialien , wie Asphaltbeton oder schwere Bitumina. Es wird auch bei der Herstellung von Oberflächenbeschichtungen in Form einer Emulsion oder auch durch ein Lösungsmittel verflüssigt verwendet .
Die so hergestellten Bitumen werden praktisch in drei verschiedenen Formen eingesetzt:
Die Kombination dieser verschiedenen Verfahren ermöglicht es, eine sehr breite Produktpalette zu erhalten, die den unterschiedlichen Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen gerecht wird.
Vermischt mit feinen Elementen (wie Sand) wird es als Dichtstoff im Hoch- oder Tiefbau verwendet .
Die physikalischen Eigenschaften von Bitumen werden im Allgemeinen durch verschiedene Parameter beschrieben, darunter die Erweichungstemperatur ( Kugelring- oder Kraemer-Sarnow-Methode ) und Härte ( Eindringverfahren ).
Alle Bitumen werden durch Schwefelkohlenstoff vollständig gelöst .
Auf den Bitumentankern wird das Bitumen auf See transportiert .
Etwa 90% des weltweit produzierten Bitumens, hauptsächlich als Abfall aus der Kraftstoffherstellung bei der Erdölraffination , wird für den Straßen- und Bau ( Gehwege , Parkplätze , Terrassen , Hafenanlagen, Flughäfen usw.) verwendet. Der Bitumenverbrauch nach Ländern oder Regionen ist daher weitgehend proportional zur Größe der Straßennetze (auch wenn in einigen Ländern auch Beton verwendet wird), zu ihrer Entwicklung und zur Häufigkeit ihrer Instandhaltung oder Erneuerung. Nordamerika mit seinem immensen Netzwerk liegt mit Abstand an der Spitze, gefolgt von Europa, wo das Wachstum des Handels zu einer starken Nachfrage nach dem Ausbau der Straßeninfrastruktur führt.
In Asien kurbelt der Aufschwung der chinesischen Wirtschaft seit mehreren Jahren die Nachfrage an.
Alte Sekundärnutzungen wie die Abdichtung und der Schutz von Bootsrümpfen, Wasser ausgesetztes Holz oder der Schutz des Holzes von Telegrafenmasten sind verschwunden oder selten geworden.
Einige Besonderheiten in erschienen XX - ten Jahrhundert, gerechtfertigt durch die große Undurchlässigkeit und auf physikalisch - chemische Trägheit dieses Materials (das Übel im Gegensatz zu dem Feuer widersteht ).
Die Experimentatoren kamen zu dem Schluss, dass die einer radiooxidativen Veränderung ausgesetzte Bitumenmatrix unter diesen Bedingungen „sehr empfindlich gegenüber der Kopplung von Sauerstoff ist – Bestrahlungsfaktoren , die zur Bildung oxidierter Spezies, hauptsächlich aromatischer Säuren, führen. Die Untersuchung von bestrahlten Materialien mit niedriger Dosisleistung zeigt, dass die Wasserübertragung wenig verändert wird, während die Solubilisierung von organischem Material erhöht wird “ .
In Europa sind die größten Verbraucher Frankreich (3,5 Millionen Tonnen, Daten von 2007), Deutschland, Italien und Spanien. Deutschland ist das Land, das die meisten modifizierten Bindemittel verbraucht. Die folgende Tabelle zeigt den Verbrauch von Bitumen für den Straßenverkehr im Jahr 2006.
| Land | 2006 Tonnage (Mt) |
% modifiziertes Bitumen |
Emulsion Tonnage |
|---|---|---|---|
| Frankreich | 3 | <10 | 1 |
| Deutschland | 2,41 | 23 | |
| Italien | 1,9 | 11 | 0,081 |
| Spanien | 1,6 | 12.9 | 0,345 |
| Truthahn | 1.56 | 2.2 | 0,015 |
| Vereinigtes Königreich | 1,5 | 7 | 0,5 |
| Polen | 1.45 | fünfzehn | 0,078 |
| Österreich | 0,55 | 50 | 0,1 |
| Schweden | 0,5 | 2 | 0,05 |
| Portugal | 0,46 | 4 | |
| Tschechien | 0,45 | 19 | 0,02 |
| Griechenland | 0,4 | 5 | 0,015 |
| Niederlande | 0,37 | 7 | 0,02 |
| Finnland | 0,29 | 1 | 0,01 |
| Norwegen | 0,29 | 0,003 | |
| Irland | 0,27 | 10,2 | 0,02 |
| schweizerisch | 0,27 | 10 | |
| Ungarn | 0,23 | 32,3 | 0,004 |
| Belgien | 0,22 | 20 | |
| Kroatien | 0,2 | 0 | 0,012 |
| Dänemark | 0,17 | 5 | 0,02 |
| Slowakei | 0,12 | 12 | |
| Estland | 0,08 | 0,002 | |
| Luxemburg | 0,04 | ||
| Island | 0,03 |
Straßenverkehrsunternehmen bieten seit 2003 Techniken an, die es ermöglichen, die Einsatztemperatur von Bitumen um ca. 50 °C zu senken und damit die Umgangsbedingungen des Personals zu verbessern. Sein Hauptvorteil liegt in der Einsparung von Energie und der Reduzierung von reizenden Rauchemissionen (hauptsächlich VOCs (flüchtige organische Verbindungen) und Aerosole schwerer Kohlenwasserstoffmoleküle) mit Einsparungen von etwa 10 bis 20 % pro im Vergleich zu einer Installation mit herkömmlichen Techniken. Die Verwendung dieser lauwarmen Techniken auf allen Infrastrukturen des europäischen Raumes (auf 350 Millionen geschätzt Tonnen Bitumen pro Jahr) würde jedes Jahr eine Einsparung von 700.000 Tonnen Treibstoff ermöglichen, die den Jahresverbrauch darstellt. In einem Wärme Stadt mit 2,5 Millionen Einwohnern (Beispiel der Gemeinde Paris). Aus ökologischer Sicht wäre dies eine Vermeidung von Emissionen von 1,8 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre.
Bitumen werden von der IARC in Kategorie 3 (nicht klassifizierbar hinsichtlich ihrer Toxizität für den Menschen) eingestuft. Bestimmte „Bitumenextrakte“ werden von der IARC als 2B ( „mögliche“ Karzinogene ) bei bituminösen Farben und Lacken eingestuft. In Frankreich kündigte Afsset 2010 eine Studie zu den Risiken im Zusammenhang mit der Verwendung von Bitumen für die Gesundheit von Straßenarbeitern an. Diese Ankündigung erfolgte kurz nach einem Rechtsstreit zwischen einem öffentlichen Bauunternehmen ( Eurovia , einer Tochtergesellschaft der Vinci-Gruppe ) und der Familie eines Arbeiters, der 2008 im Alter von 56 Jahren an Hautkrebs starb . Grundlage der Studie ist eine „vollständige Bestandsaufnahme der wissenschaftlichen Daten“ und eine Risikobewertung im Rahmen einer „transparenten und unabhängigen“ transdisziplinären Expertise. Aktuelle Studien, die von anerkannten öffentlichen Stellen wie der IARC durchgeführt wurden, stellen keinen Zusammenhang zwischen der Exposition gegenüber Bitumen oder seinen Dämpfen und Krebs her. Die Medizin der französischen Arbeit , INRS und USIRF empfehlen, exponierte Arbeiter einzubeziehen:
Während im Dezember 2011 weitere Beschwerden gegen Eurovia und gegen die Jean-Lefèbvre-Gruppe (eine weitere Tochtergesellschaft von Vinci) und die DDE du Doubs eingereicht wurden , wurden die Experten des regionalen Ausschusses für die Anerkennung von Berufskrankheiten (CRRMP) de Dijon , die vom Berufungsgericht Lyon beantragt wurde, bestätigte, dass der Krebs des Eurovia-Arbeiters mit Bitumen in Verbindung gebracht werden könnte und daher als beruflich begründet angesehen werden kann.