Битумные вяжущие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
Серия «Учебники ТГАСУ» 
 
 
О.В. Матвиенко 
 
 
БИТУМНЫЕ ВЯЖУЩИЕ 
 
 
Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ  
в качестве учебного пособия для подготовки студентов,  
обучающихся по направлениям:  
08.03.01 «Автомобильные дороги» (бакалавриат),  
08.05.01 «Строительство автомагистралей, аэродромов  
и специальных сооружений» (специалитет),  
08.04.01 «Эффективные строительные материалы  
и технологии» (магистратура),  
08.04.01 «Проектирование, строительство  
и эксплуатация автомобильных дорог» (магистратура),  
08.04.01 «Проектирование и строительство  
объектов нефтегазовой отрасли» (магистратура),  
для студентов направления «Механика  
и математическое моделирование» 
 
 
Томск 
Издательство ТГАСУ 
2024 

УДК 532 (075.8) 
ББК 39.311 
М338 
 
Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году 
 
Матвиенко, О.В. 
Битумные вяжущие : учебное пособие / О.В. Матвиенко. – 
Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2024. – 219 с. – 
Текст : непосредственный. 
ISBN 978-5-6050247-4-3 
 
Учебное пособие содержит основные сведения о составе и структуре 
нефтяных дорожных битумов, модифицирующих добавках к битумам, полимерно-битумных, резинобитумных вяжущих и битумах с добавками поверхностно-активных веществ, описывает технологии приготовления различных 
видов модифицированных битумов и нормативно-технические требования 
к ним. В пособии систематически излагаются физические и математические 
основы теории движения вязкой жидкости. Приводится вывод основных уравнений механики вязкой жидкости. Подробно рассматриваются вопросы моделирования течения неньютоновских сред. 
Пособие предназначено для подготовки студентов, обучающихся по 
направлениям: 08.03.01 «Автомобильные дороги» (бакалавриат), 08.05.01 
«Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений» 
(специалитет), 08.04.01 «Эффективные строительные материалы и технологии» (магистратура), 08.04.01 «Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог» (магистратура), 08.04.01 «Проектирование и строительство объектов нефтегазовой отрасли» (магистратура), а также для студентов направления «Механика и математическое моделирование» и других 
специальностей, изучающих основы механики жидкости и реологии. 
 
УДК 532 (075.8) 
ББК 39.311 
 
Рецензенты: 
В.С. Чурилин, канд. техн. наук, доцент кафедры автомобильных 
дорог ТГАСУ; 
Е.Л. Лобода, докт. физ.-мат. наук, зав. кафедрой физической 
и вычислительной механики ММФ НИ ТГУ. 
 
ISBN 978-5-6050247-4-3 
© Томский государственный 
   архитектурно-строительный 
   университет, 2024 
© Матвиенко О.В., 2024 
М338 

ВВЕДЕНИЕ 
Проблема улучшения качества асфальтобетонных покрытий является приоритетной в нашей стране ввиду большого количества дорожного полотна на обширной территории и климатического фактора. Это требует внедрения в практику дорожного 
строительства новых материалов, способных обеспечивать более 
высокую прочность, долговечность дорожных покрытий. 
Для строительства дорожных покрытий обычно используются материалы с термопластическими органическими вяжущими. К ним относятся различные виды асфальтобетонов, изготовленных с использованием битумных вяжущих: собственно 
битумы, а также битумы, модифицированные полимерами, битумные эмульсии и пены. 
Одной из приоритетных задач в области дорожного строительства является разработка комплекса мер и технологий, 
направленных на получение новых качественных битумных вяжущих, которые позволят увеличить межремонтные сроки эксплуатации автомобильных дорог с усовершенствованным типом 
покрытия. 
Учебное пособие содержит основные сведения о составе 
и структуре нефтяных дорожных битумов, модифицирующих добавках к битумам, полимерно-битумных, резинобитумных вяжущих и битумах с добавками поверхностно-активных веществ, 
сведения о технологии приготовления различных видов модифицированных битумов и нормативно-технических требованиях 
к ним. В пособии систематически излагаются физические и математические основы теории движения вязкой жидкости. Приводится вывод основных уравнений механики вязкой жидкости. 
Подробно рассматриваются вопросы моделирования течения неньютоновских сред. 
Пособие предназначено для подготовки студентов, обучающихся по направлениям: 08.03.01 «Автомобильные дороги» (бака

Битумные вяжущие 
4 
лавриат), 08.05.01 «Строительство автомагистралей, аэродромов 
и специальных сооружений» (специалитет), 08.04.01 «Эффективные строительные материалы и технологии» (магистратура), 
08.04.01 «Проектирование, строительство и эксплуатация автомобильных дорог» (магистратура), 08.04.01 «Проектирование 
и строительство объектов нефтегазовой отрасли» (магистратура), 
а также для студентов направления «Механика и математическое 
моделирование» и других специальностей, изучающих основы 
механики реологически сложных сред. 
 
 

1. ПРИРОДНЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ БИТУМЫ 
1.1. Краткая история использования битумов 
Битум – третий природный строительный материал после 
древесины и камня, которые использовал человек в процессе своего развития. Человек оценил горючие свойства нефти и в первую 
очередь гидроизоляционные и адгезивные свойства природных 
битумов (далее – битумы). С древнейших времен битумы использовались для придания лодкам, судам водонепроницаемости путем 
смоления; в строительстве служили связующим веществом при 
укладке кирпичей, прокладке дорог, пропитке стен зданий и тростниковых крыш; в быту требовались для создания водонепроницаемых емкостей, составления лекарственных смесей [1]. Возможно, 
применение битумов в древности имело более широкий характер, 
чем мы себе представляем. Письменные упоминания об использовании битумов можно найти в библейских сказаниях о сооружении Вавилонской башни (около 3 тыс. лет до н. э.) или строительстве Ноем ковчега [2]. 
Письменным свидетельством применения битумов в строительстве является надпись на статуе правителя Гудеа из Лагаша, 
датируемая концом XXII в. до н. э., в которой упоминаются экспедиции шумеров за строительными материалами [3]. Однако 
наиболее древним историческим источником, где упоминаются 
битумы, можно считать вавилонский «Эпос о Гильгамеше», который принято относить примерно к 2500 г. до н. э. 
После исследования археологических объектов и находок 
с использованием битумов исследователи отмечают следующие 
факты о строительных материалах древних культур Двуречья, 
Египта, Индии, Китая [4]. 
На территории поселения Джармо в Древней Месопотамии, 
относимого приблизительно к 6500 г. до н. э., найдены остатки плетеных корзин, которые для придания водонепроницаемости обма

Битумные вяжущие 
6 
зывали битумом. В Вавилоне битум использовался в качестве связующего при сооружении внешних городских стен, мощении дорог 
и мостов, для гидроизоляции так называемых висячих садов Семирамиды (700–500 гг. до н. э.) и туннеля длиной около 1 км под р. Евфрат. В древнеиндийском городе Мохенджо-Даро в раскопанном 
бассейне наружная стена представляла собой два ряда обожженного кирпича с прокладкой между ними слоя битума толщиной 
около 25 мм. Также в этом городе, возрастом около 5 тыс. лет, имелась гидроизоляция в виде слоя битума в трех больших кирпичных 
каналах для подвода и отвода воды, а некоторые дворы были вымощены обожженным кирпичом на асфальтовом растворе. 
Имеются указания на использование битумов и в Древнем 
Египте, где они применялись в качестве гидроизолирующих материалов при сооружении хранилищ зерна (около 3 тыс. лет до н. э.). 
Вероятным источником получения сырья являлось Мертвое море, 
которое в древности именовалось Асфальтовым озером [5]. 
На Дальнем Востоке требуется отметить возведение отдельных участков Великой китайской стены (около 400 г. до н. э.) 
с использованием битумов. 
На американском континенте наибольшую известность получили сведения конкистадоров о сооружении зданий и дорог инками с помощью этого природного материала. 
 
 
1.2. Виды битумов 
Битумы (от лат. bitumen – горная смола, нефть) – твёрдые 
или смолоподобные продукты, представляющие собой смесь углеводородов и их азотистых, кислородистых, сернистых и металлосодержащих производных [6]. Битумы нерастворимы в воде, 
полностью или частично растворимы в бензоле, хлороформе, сероуглероде и других органических растворителях плотностью 
0,95–1,50 г/см3. 

1. Природные и искусственные битумы 
7 
К битумным материалам относятся [7]: 
– природные битумы; 
– асфальтовые породы; 
– нефтяные (искусственные) битумы. 
Природные битумы – вязкие жидкости или твердообразные 
вещества, состоящие из смеси углеводородов и их неметаллических производных: серы, азота, кислорода и др. Природные битумы получились в результате естественного процесса окислительной полимеризации нефти. Природные битумы встречаются 
в местах нефтяных месторождений, образуя линзы, а иногда и асфальтовые озера. Однако природные битумы в чистом виде встречаются редко, чаще они пронизывают осадочные горные породы. 
Асфальтовые породы – это пористые горные породы (известняки, доломиты, песчаники, глины, пески), пропитанные битумом. Из этих пород извлекают битум или их размалывают 
и применяют в виде асфальтового порошка. 
Нефтяные (искусственные) битумы, получаемые переработкой нефтяного сырья, в зависимости от технологии производства могут быть: остаточные, получаемые из гудрона путем 
дальнейшего глубокого отбора из него масел; окисленные, получаемые окислением гудрона в специальных аппаратах (продувка воздухом); крекинговые, получаемые переработкой остатков, образующихся при крекинге нефти. Нефтяные битумы как 
твердые или вязкопластичные, так и жидкие находят широкое 
применение в строительстве. Их используют для устройства дорожных покрытий, покрытий аэродромов, устройства плоских 
кровель, ирригационных каналов, производства гидроизоляционных и кровельных материалов, в лакокрасочной и химической 
промышленности. 
Из общего количества битумов, потребляемых в различных 
отраслях промышленности, свыше 90 % приходится на долю битумов, получаемых из нефти. Их мировое производство составляет десятки миллионов тонн. 

Битумные вяжущие 
8 
Физические свойства органических и неорганических вяжущих веществ и материалов, изготавливаемых на их основе, различны. Для органических веществ, в отличие от минеральных, характерны гидрофобность, атмосферостойкость, растворимость 
в органических растворителях, повышенная деформативность, 
способность размягчаться при нагревании вплоть до полного расплавления. Эти свойства обусловили применение органических 
вяжущих для производства кровельных, гидроизоляционных и антикоррозионных материалов, а также их широкое распространение 
в гидротехническом и дорожном строительстве. 
Наиболее важным химическим свойством является химическая стойкость битумов и битумных материалов к воздействию 
агрессивных веществ, вызывающих коррозию цементных бетонов, 
металлов и других строительных материалов. Битумные материалы хорошо сопротивляются действию щелочей (с концентрацией 
до 45 %), фосфорной кислоты (до 85 %), а также серной (с концентрацией до 50 %), соляной (до 25 %) и уксусной (до 10 %) кислот. 
Менее стойки битумы в атмосфере, содержащей оксиды азота, 
а также при действии концентрированных растворов кислот (особенно окисляющих). Битум растворяется в органических растворителях. Благодаря своей химической стойкости и экономичности 
битумные материалы широко применяют для химической защиты 
железобетонных конструкций, стальных труб и др. 
 
 
1.3. Природные битумы 
Природные битумы – это твердые или густые полужидкие 
углеводородные соединения, растворяющиеся в органических 
растворителях [7]. Источником их образования является нефть. 
Превращение нефтей в битумы происходит при их окислении на 
месте выхода нефтяных пластов на дневную поверхность. Процесс сопровождается потерей легких фракций, растворенного 

1. Природные и искусственные битумы 
9 
газа. В мире известны крупные месторождения нефтяных битумов. В Восточно-Венесуэльском поясе содержится 636 млн т тяжелой нефти. В Канаде известно месторождение Атабаска, в котором содержится 48 млрд т тяжелой нефти и битума. 
Природные битумы встречаются как в чистом виде (без минеральных примесей или с незначительным их содержанием), так 
и в составе битуминозных горных пород. Это в основном песчаники, известняки и доломиты, поры которых пропитаны битумом. Битум извлекают из измельченной породы вываркой в кипящей воде или экстрагированием с помощью органических растворителей. Извлечение битума является целесообразным только 
в случае его содержания в породе, превышающего 10–15 %. 
Различают следующие природные битумы: 
– Асфальтовые битумы – пластичные, растворимые, плавкие, обладающие характерными вяжущими свойствами. 
– Асфальтиты – хрупкие, плохо растворимые, высокоплавкие или почти неплавкие, с сильным или слабым блеском, имеющие темную окраску от темно-коричневой до черной, растворяющиеся в сероуглероде. 
– Пиробитумы – нерастворимые и неплавкие, но в результате термической обработки приобретающие и растворимость, 
и плавкость. 
– Озокерит (горный воск) – масса темного цвета. Температура плавления озокерита – 65–100 °С. Его отделяют от горной 
породы горячей водой. Из озокерита получают церезин. Сплав 
озокерита, парафина и церезина употребляют для пропитки 
ткани, бумаги, электроизоляционных материалов при производстве резинотехнических изделий. 
 
 
1.3.1. Тринидадский битум 
Типичным природным битумом является битум, добываемый на острове Тринидад на озере Пич-Лейк. По мнению иссле

Битумные вяжущие 
10 
дователей, Пич-Лейк возникло более 6 млн лет назад от разлома 
в тектонических плитах (рис. 1.1). Из получившегося разлома на 
поверхность под давлением начала вытекать нефть, и в условиях 
жаркого климата более легкие компоненты выветривались из состава, оставляя более тяжелые. Со временем полученная масса 
густела и окислялась, что привело первоначальную нефть к образованию природного битума. Под воздействием ветра и дождя 
полученная масса смешивалась с песком и глиной, образуя твердую поверхность, очень похожую на современный асфальт. 
 
 
 
Рис. 1.1. Озеро Пич-Лейк1 
 
Битум с острова Тринидад используется 400 лет. В 1595 г. 
здесь встали на якорь корабли британского путешественника сэра 
Уолтера Рэли (Sir Walter Raleigh). Рэли замазал асфальтом щели 
своих подтекавших кораблей и заявил, что этот асфальт «наивысшего качества», отметив, что он «не плавится под солнцем, как 
                                                 
1 URL: https://trasyy.livejournal.com/967225.html