ביטומן ויריעות ביטומניות
על השימוש בביטומן כחומר איטום, הרכב הביטומן ותהליך ייצורו, ההבדל בינו לבין עטרן והשימוש בו כחומר איטום, וכן על היריעות הביטומניות וסוגיהן (בין השאר שינגלס).
השימוש בביטומן כחומר איטום מפני מים החל לפני דורות רבים. הוא היה אחד מבין כמה
חומרים ששימשו לכך בעבר - חרסית, סיד, עטרן פחמי אבן (במקורו חומר צמחי). הביטומן
נכרה במרבצים במזרח התיכון ושימש לאיטום החיבורים בין אבנים. לאחר ערבובו באבקות
מינרליות פיזרו אותו בשכבות רציפות, לעתים משוריינות ברצועות סיבים.
עם התפתחות התעשייה הכימית המודרנית, נעשו נפוצים ביותר עטרן ועטרן פחמים. הם
מתקבלים בתהליך עיבוד הפחם והשימוש בהם נעשה על ידי פיזורם על גגות לסירוגין עם
נייר עטרן. בעשורים האחרונים הומרו העטרן ועטרן הפחמים בביטומן. זאת בשל ההיצע
הגדול של נפט, ובעיקר מפני שהעטרן עלול להיות מזיק לאדם.
אנשים מתבלבלים בין שני החומרים, מאחר ששניהם שחורים ומשמשים בבנייה (בדיוק כשם
שמבלבלים בין נייר עטרן לנייר ביטומן ובין עטרן לצבעים על בסיס ביטומן (. אך מדובר
כאמור בשני חומרים שונים: עטרן מורכב בעיקר מפחמימנים ארומטיים, ואילו ביטומן מכיל
אחוז הרבה יותר גבוה של פרפין בעל משקל מולקולרי גבוה ופחמימנים של נפטן
ותולדותיהם. למעשה, ביטומן ועטרן שונים מאוד זה מזה הן מבחינת המקור והן מבחינת
המבנה הכימי למרות ששניהם משמשים באותו המגזר. שניהם אינם מסיסים במים ומצטיינים
בתכונות הידבקות מעולות.
איך מייצרים ביטומן מנפט
ביטומן המופק מנפט מזוקק ונקרא ביטומן מזוקק, הוא נוזל שחור סמיך מאוד, שיש לאגור
במכלים ולסווג על סמך "בדיקת החדירות". הבדיקה מעריכה את קשיות התמיסה על ידי מדידת
החדירה בדצימילימטרים של מחט תקנית בתנאים תקניים לתוך הביטומן המזוקק. ככל
שהביטומן רך יותר כן תעמיק המחט לחדור. הסוגים השכיחים ביותר הם בעלי ערך חדירה
שבין 180/200 דמ"מ לבין 80/100 דמ"מ.
בביטומן מזוקק נעשה שימוש נרחב כחומר מקשר בסלילת כבישים, אולם הוא אינו מתאים
לציפוי גגות מאחר שהוא נמס בטמפרטורה של 50 מעלות צלסיוס ונעשה פריך בטמפרטורה של 0
מעלות צלסיוס.
בשלב מסוים הסתבר, כי ניתן לשפר את היציבות התרמית של ביטומן על ידי שינוי מבנהו
בעזרת חמצן. המוצר החדש נודע בשם ביטומן "מחומצן" או "מנושב", ומתקבל על ידי הזרמת
בועות אוויר דרך ביטומן מומס בטמפרטורה גבוהה. תחום היציבות של ביטומן מנושב משתרע
בין -5 מעלות צלסיוס לבין +70 מעלות, ולכן הוא מתאים לציפוי גגות ומשמש רבות למטרה
זו. זהו חומר הגלם לציפוי אטים-מים של גגות בכל העולם .
בטמפרטורת החדר ביטומן מנושב הוא מוצק תרמופלסטי, דמוי-גומי מעט, ומסופק בשקים או
בגושים. הוא מסווג לפי טמפרטורת ההתרככות שלו, הנקבעת לפי בדיקה "טבעת וכדור":
נותנים דסקית של ביטומן מוצק בתוך טבעת ומחממים בצורה תקנית עד שהיא מתרככת במידה
המניחה לכדור המתכת ליפול דרכה. ערך החדירה וטמפרטורת ההתרככות משמשים במשותף
לתיאור סוג הביטומן : תחילה נקודת ההתרככות ואחריה ערך החדירה. לדוגמה, ביטומן
מנושב 85/25 מתרכך בטמפרטורה של 85 מעלות ומחט חודרת דרכו לעומק של 25 דמ"מ.
ביטומן מנושב משמש להצמדת שכבות של ציפוי ביטומני מסורתי על גגות, ומהווה חומר גלם
ליריעות ביטומן. השימוש העיקרי בו הוא להצמדת לוחות בידוד בציפוי הגג.
ביטומן הוא תערובת מורכבת ביותר של פחמימנים כבדים ומכיל כמויות קטנות של חנקן, חמצן
וגופרית. אי אפשר לחלק אותו לאלמנטים יחידים ואי אפשר להגדיר את הרכבו הכימי
המדויק, אולם נהוג לחלק אותו, על בסיס מסיסותו השונה בממסים נבחרים, לדמוי אספלט
(פחמימנים כבדים) ולדמוי לתת (פחמימנים קלים). משקלו הסגולי הוא 1-1.07 ק"ג /ל'
והחום הסגולי 1.674 קילו-ג'אול/ק"ג מעלות צלסיוס. המוליכות התרמית שלו היא 0.14
קילו-קלוריות mh / מעלות צלסיוס והקשיחות הדיאלקטרית היא 20-30,000 וולט/מ"מ. ההספק
הקלורי של הביטומן הוא 9000-9300 קילו-קלוריות/ק"ג, הוא אינו מסיס במים אולם מסיס
בממסים אורגניים שכיחים.
הביטומן עמיד בחומצות מהולות ובאלקלים אנאורגניים, בתמיסות מלחיות ובכהלים, אולם
אינו עמיד בחומצות מרוכזות חזקות, בייחוד אם הן מחמצנות. שמנים ומשחות סיכה תוקפים
אותו. חמצן תוקף קלות את משטח הפנים שלו בשיתוף פעולה עם אור השמש וחום.
ציפוי ביטומן מסורתי
שיטה זו מבוססת על יישום רב-שכבתי של יריעות ביטומן מסוגים שונים לסירוגין עם
ציפויים של ביטומן מנושב לוהט. מחממים את הביטומן בדוודים מיוחדים, מוציאים
בטמפרטורה של 200-220 מעלות צלסיוס, ויוצקים לתוך דליים ומפזרים על המשטח, המוקף
בפועלים מצוידים במברשות רחבות. לאחר פיזור הביטומן, פורסים מעליו גלילי נייר
ביטומן. בכל ציפוי משתמשים בערך בכמות של 1500 ג'/מƈ.
אפשר לחזור על פעולה זו מספר פעמים והיא יכולה להסתכם החל בשלוש או ארבע שכבות של
יריעות נייר ביטומן במשקל 500-2000 ג'/מ2 וכלה בשתי שכבות של נייר כבד יותר, במשקל
4000-5000 ג'/מ 2. השיטה האנגלית לפיזור ביטומן היא לצקת אותו ישירות לפני הגליל
הנפרס. התוצאה הסופית היא ציפוי מוצק רציף ורב-שכבתי, השוקל 10-8 ק"ג/מƈ
ועוביו מגיע כדי 8-10 מ"מ.
יריעות ביטומן
תחילה היו מניחים יריעות נייר, יוטה או כותנה בין שכבות של ביטומן מנושב, כדי להעניק
לציפוי העמיד במים תכונות מכניות מספיקות. הקושי בהספגה מלאה שלהן בביטומן באתר
הבנייה, לצד העובדה שהן סופגות מים, הובילו לפיתוח תעשיית יריעות הביטומן.
יריעות הביטומן הראשונות והמקובלות ביותר היו נייר ביטומני, מבוסס על נייר לבד רווי
ביטומן מזוקק לוהט. בסופו של דבר מתקבל נייר סופג שחור לגמרי. מאחר שהוא עדיין
מסוגל לספוג 30% ממשקלו בלחות, פותח התהליך הנקרא "ציפוי חוזר". תהליך זה הוא פשוט
טבילה חוזרת של הנייר בביטומן מנושב לוהט, על מנת שנייר הלבד יתכסה פעם שנייה
ותימנע ספיגה נוספת. כעת, לאחר שמשטחי הנייר מכוסים בעודף ביטומן, מכסים אותם בחול
או בטלק כדי למנוע מעטיפת הגלילים להידבק אליהם. בשנות ה-60 של המאה ה-20 נעשה
מקובל השימוש בלבד פיברגלס במקום בנייר לבד, מאחר שאיכותו של זה נטתה לרדת עם
הזמן. החומר החדש הוא לא-פריק, עמיד בחום ומצטיין ביציבות ממדים גדולה יותר למרות
שהוא פריך יותר מנייר לבד. יריעות יוטה ספוגות ביטומן, אשר שימשו בעבר לציפוי
אזורים קטנים חשובים בגג, הצטיינו בעמידות מכנית גדולה יותר משל נייר לבד, אך היו
רגישות לתקיפת מיקרו-אורגניזמים, ולכן הוחלפו כעבור זמן קצר בחומר הפיברגלס .
מאחר שהפיברגלס אינו יכול להתפרק והוא נקבובי יותר מיריעות נייר, אין צורך בהרווייתו
בביטומן מזוקק ובדרך כלל רק מכסים אותו בביטומן מנושב.
גם בגימור משטח יריעות הביטומן חלה התפתחות. התגלה, כי כיסוי המשטח העליון של יריעת
הביטומן בשבבי צפחה או בקרמיקה טבעית או צבועה, מעניק הגנה מאריכת-ימים יותר
לציפוי. הדבר גם משפר את המראה החיצוני. בהדרגה התחלף הנוהג להניח שלוש או ארבע
שכבות של נייר ביטומן במשקל 1200-300 ג'/מƈ ביישום יריעות מכוסות במשקל 4000-3000
ג'/מƈ בשתיים או שלוש שכבות לכל היותר.
הקטנת מספר הציפויים והפעולות הידניות באתר על ידי שימוש ביריעות כבדות יותר, אשר
מלבד שריון הציפוי גם הכילו כמות מספקת של ביטומן כדי ליצור את האטימות מפני מים,
הנמיכה בהצלחה את עלויות העבודה.
כיום נעלמו בארצות מסוימות יריעות הביטומן המסורתיות, ותחתן באו יריעות ביטומן
משופרות בפולימרים. אולם בארצות אחרות מתקיים עדיין ייצור נרחב של חומרים שונים.
כן קיימות יריעות מיוחדות, כמו יריעות אלומיניום ביטומני לצורך יצירת מחסומי אדים,
ויריעות מוגנות ברדיד מתכת לקבלת מראה חיצוני נאה יותר.
בארצות הברית ובקנדה מייצרים יצרני יריעות ביטומן גם רעפים הנקראים שינגלס - אריחים
ביטומניים שהם למעשה יריעות ביטומן מחוזקות בנייר לבד או בלבד פיברגלס ומכוסות
בביטומן מנושב. החלק העליון מוגן על ידי שבבי קרמיקה צבעונית. היריעות נחתכות
ליחידות קטנות, בדרך כלל בגודל 90 X 30 ס"מ. אחר כך ממסמרים את הרעפים בחפיפה לגגות
עץ כדי ליצור אטימה לא-רציפה נגד מים. רעפים אלה נפוצים בכל רחבי אמריקה הצפונית,
שבה מיוצרים כמיליארד מטרים רבועים מדי שנה.