Асфальты обычно можно определить как сложные смеси химических соединений с высокой молекулярной массой, преимущественно асфальтенов, циклических углеводородов (ароматических или нафтеновых) и меньшего количества насыщенных компонентов с низкой химической активностью. Химический состав асфальтов зависит как от исходной сырой нефти, так и от процесса, используемого при ее переработке. Асфальты преимущественно получают из сырой нефти, особенно из более тяжелой остаточной сырой нефти. Асфальт также встречается в виде природного месторождения, где он обычно представляет собой остаток, образующийся в результате испарения и окисления жидкой нефти. Такие месторождения обнаружены в Калифорнии, Китае, Российской Федерации, Швейцарии, Тринидаде и Тобаго и Венесуэле. Асфальты нелетучи при температуре окружающей среды и постепенно размягчаются при нагревании. Асфальт не следует путать с гудроном, который физически и химически отличается.
Широкий спектр применений включает мощение улиц, автомагистралей и аэродромов; изготовление кровельных, гидроизоляционных и теплоизоляционных материалов; облицовка оросительных каналов и водохранилищ; и облицовка плотин и дамб. Асфальт также является ценным ингредиентом некоторых красок и лаков. Подсчитано, что текущее годовое мировое производство асфальта составляет более 60 миллионов тонн, при этом более 80% используется для строительства и ремонта и более 15% используется в кровельных материалах.
Асфальтовые смеси для строительства дорог производятся путем нагревания и сушки смесей из фракционированного щебня (например, гранита или известняка), песка и наполнителя, а затем смешивания с проникающим битумом, называемым в США прямогонным асфальтом. Это горячий процесс. Асфальт также нагревается с помощью пламени пропана во время нанесения на дорожное полотно.
Воздействие и опасности
Воздействие твердых частиц полиядерных ароматических углеводородов (ПАУ) в парах асфальта измерялось в различных условиях. Большинство обнаруженных ПАУ состояло из производных нафталина, а не соединений с четырьмя или шестью кольцами, которые с большей вероятностью представляют значительный канцерогенный риск. В установках по переработке асфальта на нефтеперерабатывающих заводах уровни респирабельных ПАУ колеблются от неопределяемых до 40 мг/мXNUMX.3. Во время операций по заполнению бочек образцы 4-часовой зоны дыхания варьировались от 1.0 мг/м3против ветра до 5.3 мг/м3 по ветру. На асфальтосмесительных заводах воздействие органических соединений, растворимых в бензоле, варьировалось от 0.2 до 5.4 мг/мXNUMX.3. Во время работ по укладке дорожного покрытия воздействие вдыхаемых ПАУ колебалось от менее 0.1 мг/м3 до 2.7 мг/м3. Потенциально заслуживающие внимания воздействия на рабочих могут также иметь место во время производства и нанесения битумных кровельных материалов. Имеется мало информации о воздействии паров асфальта в других производственных ситуациях и во время нанесения или использования продуктов из асфальта.
Обращение с горячим асфальтом может вызвать серьезные ожоги, поскольку он липкий и не сразу удаляется с кожи. Основной проблемой с точки зрения промышленной токсикологии является раздражение кожи и глаз парами горячего асфальта. Эти пары могут вызывать дерматит и акнеподобные поражения, а также легкие кератозы при длительном и многократном воздействии. Зеленовато-желтые пары, выделяемые кипящим асфальтом, также могут вызывать фотосенсибилизацию и меланоз.
Хотя все асфальтовые материалы воспламеняются при достаточном нагревании, битумные вяжущие и окисленные битумы обычно не горят, если их температура не повышается примерно до 260°C. Воспламеняемость жидких битумов зависит от летучести и количества нефтяного растворителя, добавленного к основному материалу. Таким образом, быстротвердеющие жидкие битумы представляют наибольшую пожароопасность, которая постепенно снижается для средне- и медленнотвердеющих типов.
Из-за нерастворимости в водной среде и высокой молекулярной массы компонентов асфальт имеет низкий уровень токсичности.
Воздействие на трахеобронхиальное дерево и легкие мышей, вдыхающих аэрозоль нефтяного битума, и другой группы, вдыхающей дым от нагретого нефтяного битума, включало застойные явления, острый бронхит, пневмонит, расширение бронхов, некоторую инфильтрацию перибронхиолярных круглых клеток, образование абсцесса, потерю ресничек, эпителиальный атрофия и некроз. Патологические изменения носили очаговый характер и у некоторых животных были относительно рефрактерны к лечению. Был сделан вывод, что эти изменения являются неспецифической реакцией на воздух для дыхания, загрязненный ароматическими углеводородами, и что их степень зависит от дозы. У морских свинок и крыс, вдыхавших пары нагретого асфальта, наблюдались такие эффекты, как хронический фиброзирующий пневмонит с перибронхиальным аденоматозом, а у крыс развилась плоскоклеточная метаплазия, но ни у одного из животных не было злокачественных поражений.
Нефтяные битумы паровой очистки испытывали путем нанесения на кожу мышей. Опухоли кожи получали неразбавленными асфальтами, растворами в бензоле и фракцией битума паровой очистки. Когда очищенный воздухом (окисленный) асфальт наносили на кожу мышей, в неразбавленном материале опухоли не обнаруживались, но в одном эксперименте очищенный воздухом асфальт в растворителе (толуоле) вызывал местные кожные опухоли. Два крекинг-остатка асфальта вызывали опухоли кожи при нанесении на кожу мышей. Объединенная смесь нефтяных битумов, продуваемых паром и воздухом в бензоле, вызывала опухоли в месте нанесения на кожу мышей. Один образец нагретого очищенного воздухом асфальта, введенный подкожно мышам, вызвал несколько сарком в местах инъекции. Объединенная смесь нефтяных битумов, продуваемых паром и воздухом, вызывала саркомы в месте подкожной инъекции у мышей. Битумы, перегнанные паром, вводимые внутримышечно, вызывали локальные саркомы в одном эксперименте на крысах. Как экстракт дорожного асфальта, так и его выбросы были мутагенными для Сальмонелла тифимуриум.
Доказательства канцерогенности для человека не являются окончательными. Группа кровельщиков, подвергшихся воздействию как асфальта, так и каменноугольной смолы, показала повышенный риск развития рака органов дыхания. Точно так же два датских исследования рабочих-асфальтистов выявили повышенный риск рака легких, но некоторые из этих рабочих, возможно, также подвергались воздействию каменноугольной смолы, и они с большей вероятностью были курильщиками, чем группа сравнения. Среди дорожных рабочих Миннесоты (но не Калифорнии) отмечен рост заболеваемости лейкемией и урологическим раком. Несмотря на то, что эпидемиологических данных на сегодняшний день недостаточно, чтобы продемонстрировать с разумной степенью научной достоверности, что асфальт представляет риск рака для людей, на основе экспериментальных исследований существует общее мнение, что асфальт может представлять такой риск.
Меры безопасности и охраны здоровья
Поскольку нагретый асфальт вызывает сильные ожоги кожи, работающие с ним должны носить свободную одежду в хорошем состоянии, с закрытым воротом и закатанными рукавами. Необходимо носить средства защиты рук и рук. Защитная обувь должна быть высотой около 15 см и зашнурована так, чтобы не оставалось отверстий, через которые горячий асфальт может попасть на кожу. Защита лица и глаз также рекомендуется при работе с нагретым асфальтом. Желательны раздевалки и соответствующие средства для мытья и купания. На дробильных установках, где образуется пыль, и на варочных котлах, из которых выходят пары, должна быть обеспечена достаточная вытяжная вентиляция.
Асфальтоукладчики должны быть надежно установлены и выровнены, чтобы исключить возможность их опрокидывания. Рабочие должны стоять с наветренной стороны от котла. Температуру нагретого асфальта следует часто проверять, чтобы предотвратить перегрев и возможное воспламенение. При приближении к температуре вспышки следует немедленно потушить огонь под котлом и не допускать поблизости открытого огня или других источников воспламенения. При подогреве асфальта средства пожаротушения должны находиться в пределах досягаемости. Для возгорания асфальта наиболее подходящими считаются сухие химические или углекислотные огнетушители. Асфальтоукладчику и водителю асфальтоукладчика необходимо предложить полулицевые респираторы с патронами от органических паров. Кроме того, чтобы предотвратить случайное проглатывание токсичных материалов, рабочие не должны есть, пить или курить рядом с чайником.
При попадании расплавленного асфальта на открытые участки кожи его следует немедленно охладить, обдав холодной водой или каким-либо другим способом, рекомендованным медицинскими консультантами. Обширный ожог следует закрыть стерильной повязкой и доставить больного в стационар; при незначительных ожогах следует обратиться к врачу. Растворители не должны использоваться для удаления асфальта с обгоревшей плоти. Не следует пытаться удалить частицы асфальта из глаз; вместо этого пострадавшего следует немедленно доставить к врачу.
Классы битумов/асфальтов
Класс 1: Битумы пенетрации классифицируются по степени пенетрации. Их обычно получают из остатка атмосферной перегонки нефтяной сырой нефти путем дальнейшей перегонки под вакуумом, парциального окисления (воздушной ректификации), осаждения растворителем или комбинации этих процессов. В Австралии и Соединенных Штатах битумы, приблизительно эквивалентные описанным здесь, называются битумными вяжущими или асфальтами с определенной вязкостью и определяются на основе измерений вязкости при 60°C.
Класс 2: Окисленные битумы классифицируются по температуре размягчения и пенетрации. Они производятся путем пропускания воздуха через горячий мягкий битум в условиях контролируемой температуры. Этот процесс изменяет характеристики битума, снижая восприимчивость к температуре и повышая устойчивость к различным типам прикладываемых нагрузок. В Соединенных Штатах битумы, произведенные с помощью продувки воздухом, известны как битумы, полученные воздушной продувкой, или кровельные битумы, и аналогичны окисленным битумам.
Класс 3: Разбавленные битумы производятся путем смешивания пенетрационных битумов или окисленных битумов с подходящими летучими разбавителями из сырой нефти, такими как уайт-спирит, керосин или газойль, для снижения их вязкости и придания им большей текучести для облегчения обращения. При испарении разбавителя восстанавливаются первоначальные свойства битума. В Соединенных Штатах разжиженный битум иногда называют дорожным маслом.
Класс 4: Твердые битумы обычно классифицируют по температуре размягчения. Они производятся аналогично проникающим битумам, но имеют более низкие значения пенетрации и более высокие точки размягчения (т. е. они более хрупкие).
Класс 5: Битумные эмульсии представляют собой мелкие дисперсии капель битума (из классов 1, 3 или 6) в воде. Их изготавливают с использованием высокоскоростных режущих устройств, таких как коллоидные мельницы. Содержание битума может составлять от 30 до 70% по массе. Они могут быть анионными, катионными или неионогенными. В Соединенных Штатах их называют эмульгированными асфальтами.
Класс 6: Смешанные или офлюсованные битумы могут быть получены путем смешивания битумов (прежде всего битумов пенетрации) с экстрактами растворителей (ароматические побочные продукты переработки базовых масел), остатками термического крекинга или некоторыми тяжелыми нефтяными дистиллятами с конечной температурой кипения выше 350°C. .
Класс 7: Модифицированные битумы содержат значительные количества (обычно от 3 до 15% по весу) специальных добавок, таких как полимеры, эластомеры, сера и другие продукты, используемые для изменения их свойств; они используются для специализированных приложений.
Класс 8: Термические битумы получают путем длительной перегонки при высокой температуре нефтяного остатка. В настоящее время они не производятся ни в Европе, ни в США.
Источник: IARC1985.