Уже 5000 лет назад шумеры, жившие в междуречье Тигра и Евфрата, использовали битум как вяжущее и уплотнительное вещество. Они собирали природный битум, который образуется в местах естественного выхода нефти на поверхность. Со временем из нефти испаряются лёгкие углеводороды, выделяется газ и остаются тяжёлые нефтяные фракции, которые естественным образом окисляются. И тогда образуется озеро природного битума.
В те древние времена на поверхности Мёртвого моря часто встречались большие куски битума.
Район Междуречья – это пустыни и полупустыни, где мало природных строительных материалов (камня, дерева). Поэтому шумеры делали подобие современных кирпичей из смеси песка, глины, гравия и на треть битума. Он хорошо связывал все сыпучие фракции, и благодаря битуму такие кирпичи обладали гидроизоляционными свойствами и не пропускали воду.
К середине II тысячелетия до нашей эры на смену государству шумеров в Междуречье пришла усилившаяся Вавилонская империя. Использование природного битума для строительства и гидроизоляции продолжилось. Мало того, от вавилонян эти знания передались и соседям по Ближнему Востоку и Малой Азии: ассирийцам, мидийцам, хетам, аккадцам.
Битум в вавилонских и ассирийских городах применялся не только в производстве кирпичей, но и при строительстве дорог. Поверх битума укладывались булыжники и камни или на грунт укладывалась смесь битума и песка. Битум также применялся при постройке каналов, оросительных систем, укрепления берегов рек и создания искусственных водоемов.
Во времена царицы Семирамиды был построен тоннель под Евфратом длиной 929 метров, чтобы соединить две части города Вавилон в старой Месопотамии. Археологи считают, что он был построен между 2180 и 2160 годами до нашей эры.
Строительство началось с сооружения временной дамбы через Евфрат и производилось проходкой открытым способом. Он был 3,7 м в высоту и 4,6 м в ширину. Предполагается, что его использовали пешеходы и колесницы, запряженные лошадьми. С одной стороны он выходил к храму Мардука, а с другой стороны реки – к царскому дворцу. Предположительно, он был обложен кирпичом и промазан битумом для гидроизоляции.
Самое же известное сооружение, в строительстве которого использовался битум, – легендарные висячие сады Семирамиды. Жена Навуходоносора II тосковала по природе родных краев, ей было неуютно в пыльном и полупустынном Междуречье. И тогда царь Вавилонии решил перенести природу Мидии к себе во дворец, чтобы отвлечь и развлечь царицу.
Для этого между стенами дворца было сооружено несколько громадных ступеней – платформ. Некоторые историки пишут, что платформ было 4, другие говорят про 7. На эти ступени насыпали землю, получилось несколько ярусов, нависающих друг над другом. Затем к ним провели воду. Посадили цветы, кустарники, деревья, причем многие из растений привезли издалека.
Чтобы обеспечить полив садов, требовалось постоянно подавать огромное количество воды. Поэтому были устроены каналы, желоба, лотки, трубы, и все это нужно было герметизировать, чтобы вода дошла до места назначения. И единственный материал, который был для этого пригоден и известен вавилонянам, – природный битум.
Когда на смену Вавилону пришла Персидская империя, использование битума продолжилось. Персы и торговали, и воевали с греками, греки возводили города в Малой Азии, на побережье Средиземного моря и, соответственно, перенимали опыт применения битума.
Затем на ближний Восток и в Малую Азию пришли римские легионы. Они открыли новые месторождения нефти, выступавшей на поверхность, и природного битума, который стал завозиться на европейский континент.
В Египте и Вавилонии битумом покрывали полы домов и амбаров для защиты от влаги и мышей. Из него делали сосуды, скульптуры и даже скрепляли драгоценные камни в украшениях.
По составу битумы условно подразделяются на несколько классов: мальты, асфальты, асфальтены, кериты, озокериты, гуминокериты, антраксолиты, нафтиды, нафтоиды.
В Египте и Вавилонии из битума делали сосуды, скульптуры и даже скрепляли драгоценные камни в украшениях
Когда нефть выходит на поверхность земли, она окисляется. Уходит газ, затекает вода. Повышаются плотность, вязкость нефти, изменяется её состав. Нефть превращается в мальту и асфальтовые битумы, которые заполняют трещины или образуют кировые покровы на поверхности.
Мальты представляют собой густую чёрную нефть, пахнущую сероводородом, обычно с высоким содержанием серы (до 9 %).
Когда лёгкие, метановые и нафтеновые нефти изливаются на поверхность, подвергаются выветриванию и окислению на воздухе, образуются киры (кериты).
Асфальты являются более глубоко измененным продуктом окисления нефти. Это вязкое, эластичное вещество тёмного цвета с температурой плавления до 100 °С. Могут быть жидкими («озёра») или в виде асфальтоносных пластов.
Нефть может разделяться при перемещении по порам и трещинам с изменением температуры и давления. При этом происходит выделение газа и лёгких углеводородов. В результате раствор становится перенасыщенным, и твердые углеводороды выпадают из него, заполняют поры или трещины. Постепенно смолистые и асфальтеновые компоненты теряют подвижность, оседают в пласте, образуя высоковязкие смолисто-асфальтеновые нефти. Сюда же относятся озокериты.
Асфальтиты отличаются от асфальтов твердостью, хрупкостью, тугоплавкостью.
Озокериты представляют собой воскообразное вещество от мазеобразной до плотной консистенции. Цвет их от коричневого до тёмно-зелёного и чёрного в зависимости от содержания асфальтово-смолистых веществ. Он образуется в результате выпадения незначительной части парафина при снижении температуры в процессе дегазации нефти.
Кериты по внешнему виду и физическим свойствам похожи на каменные угли.
Битум является аморфным веществом, то есть в твёрдом состоянии проявляет свойства жидкости. Чтобы доказать это, в 1927 году профессор Квинслендского университета Томас Парнелл поместил битум в воронку и стал ждать, когда он вытечет. Эксперимент подтвердил его теорию – первая капля упала через восемь лет. Специалисты университета продолжали наблюдения и после смерти учёного, установив за 80 лет, что битум истекает по одной капле каждые девять лет.
Есть и искусственные (технические) битумы. Это остаточные продукты переработки нефти, каменного угля и сланцев. По составу близки с природными битумами. Чтобы улучшить качество нефтяного битума, в гудроны и тяжёлые остатки переработки мазута добавляют до 30 % других продуктов. Без добавок вяжущие компоненты становятся хрупкими и теряют эластичность. Современные битумные материалы – полимерно-битумные вяжущие – производятся на основе обычных битумов с добавлением полимеров типа СБС (стирол-бутадиен-стирол) и пластификатора. По сравнению с традиционными продуктами они обладают повышенной сопротивляемостью к деформации, лучше себя ведут при высоких и низких температурах, более долговечны.
