Асфальтены
Асфальтены большинства битумов представляют собой при нормальной температуре твердые тела. Рентгеноструктурным анализом асфальтенов показано, что они имеют несовершенную кристаллопо-добную структуру. По-видимому, часть веществ, составляющих группу асфальтенов, является аморфными, другая часть представляет собой кристаллоподобные вещества. Считают, что молекула асфальтенов имеет форму эллипсоида, большая ось которого составляет 0,0097—0,0106 мкм, а малая ось 0,0011—0,0018 мкм, их поверхностное натяжение 25,0—31,2 дин/см.
Из некоторых нефтей, содержащих значительное количество парафиновых и циклопарафиновых углеводородов, выделяются асфальтены мазеподобной тягучей консистенции. Эти асфальтены после осаждения изооктаном из бензольного раствора битума плохо поддаются фильтрации. Отмечено, что битумы, содержащие такие асфальтены, обладают большей пластичностью.
Введение в молекулы асфальтенов алкильных радикалов (алкилирование) позволяет значительно улучшить их пластичность, следовательно, и пластичность битумов при низких температурах, их устойчивость к воздействию атмосферных факторов.
В высокомолекулярную часть асфальтенов входят порфирины - комплексные соединения металлов, состоящие из сложных внутри - комплексных циклических структур с включением атомов азота. Наиболее изучены порфириновые комплексы ванадия и никеля. Обнаружены также порфириновые комплексы урана и меди. Порфириновые комплексы металлов играют значительную роль в структурообразовании и погодоустойчивости битумов.
Пластичность и растворимость асфальтенов являются одним из основных свойств, непосредственно связанных с их химической структурой, которые, определяют в значительной мере эксплуатационные характеристики битумов. Лучшими пластификаторами и растворителями асфальтенов служат ароматические и гетероциклические соединения. Пластифицирующее действие оказывают фракции смол.
В составе битумов могут находиться вещества, не растворимые в CS2 и называемые карбоидами. Примерный химический состав карбоидов (% по массе): С — 74,25; Н — 5,13; S — 8,16; N — 1,10; О — 10,86; золы — 0,50; С : Н = 14,5; число омыления 124; кислотное число 4.
Кроме карбоидов, в битумах могут присутствовать также карбены — вещества, растворимые в сероуглероде, но не растворимые в четыреххлористом углероде.
Битумы могут содержать незначительные количества асфальтогеновых кислот и их ангидридов. Это вещества коричнево-серого цвета, густой смолистой консистенции, легко растворимые в спирте или хлороформе и трудно в бензине. Асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, являясь наиболее полярными компонентами битума, способствуют лучшему прилипанию его к поверхности минеральных материалов. О присутствии этих веществ в битуме судят по кислотному числу (0,5—1 мг КОН) и числу омыления (10—30 мг КОН).