Các tính chất của bitum dầu mỏ

1. Khái niệm và phân loại chất kết dính hữu cơ
* Chất kết dinh hữu cơ là những chất hữu cơ có thành phần là những hidrocacbon cao phân tử và các dẫn xuất của chúng (có chữa N, O, S)
  - Có thể tồn tại ở dạng cứng , quánh , lỏng  ( gia nhiệt trở nên lỏng )
    + Có khả năng trộn lẫn và dính kết các vật liệu khoáng dạng rời rạc -> vật liệu đá nhận tạo phù hợp đê xây dựng đường
    + Chất kết dính hữu cơ còn được sử dụng làm vật liệu lợp, cách nước .
* Phân loại:
  - Theo thành phần hóa học: Bitum, Gudrông
  - Theo nguồn gốc
+ Bitum dầu mỏ: chưng cất dầu thôi
+ Bitum đá dầu: chưng cất đá dầu
+ Bitum thiên nhiên: có sẵn trong tự nhiên
+ Gudrông than đá: chưng khô than đá
+ Gudrông than bùn: chưng khô than bùn
+ Gudrông gỗ: chưng khô gỗ
  - Theo tính chất xây dựng
+ Bitum và Gudrông rắn: ở 20-25 độ là chất rắn tính giòn, đàn hồi, từ 180-200 độ tính lỏng
+ Bitum và Gudrông quánh: ở 20-25 độ  là chất mềm, có tính dẻo, độ đàn hồi không lớn
+ Bitum và Gudrông lỏng: ở 20-25 độ là chất lỏng, chứa thành phần dễ bay hơi
+ Nhũ tương Bitum và Gudrông: là hệ keo phân tán gồm chất kết dính + nước + chất nhũ hóa.

2. Bitum dầu mỏ: là hỗn hợp phức tạp của các hợp chất hidrocacbon (metan, naftalen, các loại mạch vòng) và 1 số nguyên tố phi kim (N,O,S); có màu đen, hòa tan được trong benzen

* Thành phần của Bitum dầu mỏ và ảnh hưởng của từng thành phần đến tính chất Bitum dầu mỏ
  C=82-88%, H=8-10%, S=0-6%, N=0,5-1%, O =0-1,5%. Trên cơ sở lý thuyết về nhóm hóa học, thành phần của Bitum dầu mỏ được chia làm 3 nhóm chất chính và các nhóm chất phụ
+ Nhóm chất chính: nhóm chất dầu (45-60%), nhóm chất nhựa (15-30%), nhóm Asphalt (10-38%)
   Nhóm chất dầu: gồm các hợp chất có phân tử lượng thấp (300-600 dvC), không màu, ρ=0, 91-0,925 g/〖cm〗^3. Hàm lượng từ 45-60%, hàm lượng nhóm chất dầu tăng thì tính quánh giảm
   Nhóm chất nhựa: gồm các hợp chất có phân tử lượng trung bình (600-900 dvC), màu sẫm, ρ~1 g/〖cm〗^3. Hàm lượng từ 15-30%, hàm lượng nhóm chất nhựa tăng thì tính dẻo tăng, dính bám cốt liệu càng tăng
   Nhóm Asphalt: gồm các hợp chất có phân tử lượng cao (1000-6000dvC) hòa tan trong cloruafooc, tetraclorua cacbon, dầu hỏa, axeton, có màu nâu sẫm hoặc đen, ở thể rắn giòn, chỉ phân giải trên 300℃, ρ=01,2-1,15g/〖cm〗^3, hàm lượng từ 10-38% . Hàm lượng nhóm Asphalt tăng thì tính quánh và tính nhiệt hóa mềm tăng.
+ Nhóm chất phụ: nhóm cacben và cacboit ( <1,5%) , nhóm axit asphaltvà anhydrit ( <1%)  , nhóm parafin ( <5%) .
   Nhóm cacben, cacboit : hàm lượng tăng thì bitum kém dẻo
   Nhóm axit asphalt và anhydrit: tăng thì liên kết giữa vật liệu và khoáng tăng
   Nhóm parafin: tăng thì giảm tính đồng nhất và dính bám .

* Cấu trúc của bitum dầu mỏ: là 1 hệ keo phức tạp, được tạo thành từ các nhóm chất có cấu trúc cơ bản là cấu trúc mixen
    + Nhóm Asphalt (nhóm chất rắn ) : pha phân tán
    + Nhóm chất dầu: môi trường phân tán
    + Nhóm chất nhựa: chất hoạt tính bề mặt -> giữ cho hệ ổn định
  - Tùy thuộc vào hàm lượng nhóm chất : trong bitum tạo nên các cấu trúc khác nhau -> bitum có tính chất khác nhau:
+ Cấu trúc Gel: tỷ lệ nhóm Asphalt lớn; (AF/ (dầu + nhựa) > 0,35), nhóm AF > 25 %. Các hạt nhân AF mở rộng, các mixen xích lại gần nhau hơn, tạo nên cấu trúc mạng không gian, đặc tưng cho bitum rắn (cứng) ở nhiệt độ thấp
--> Bitum có tính đàn hồi
+ Cấu trúc Sol: hàm lượng chất nhựa + chất dầu  lớn , AF/( dầu +nhựa ) < 0,27. Các hạt mixen ở xa nhau, chuyển động tự do trong môi trường chất dầu. Đặc trưng cho bitum lỏng ở nhiệt độ thường, bitum quánh ở nhiệt độ cao.
+ Cấu trúc Sol-Gel : đặc trưng cho bitum quánh ở nhiệt độ thường : bitum có tính đàn hồi dẻo và nhớt
-->Thích hợp nhất dùng cho xây dựng đường vì có tính quảnh dẻo ổn định nhiệt ,…

* Tính quánh, tính dẻo, tính ổn định nhiệt và tính dính bám của bitum dầu mỏ quánh. Các biện pháp cải thiện tính chất này.
  - Tính quánh là tính chất chống lại sự dịch chuyển của các hạt bitum dưới tác dụng của ngoại lực ; biểu thị mối liên kết nội tại trong bitum ; thay đổi trong phạm vi rộng tùy thuộc vào mác Bitum.
+ Yếu tố ảnh hưởng: hàm lượng nhóm chất: chất dầu tăng, nhóm AF tăng thì tính quánh tăng; nhiệt độ môi trường cao thì tính quánh giảm
+ Ý nghĩa: định mác bitum quánh dựa vào độ kim lún; ảnh hường đến tính chất cơ học của vật liệu sử dụng bitum; quyết định công nghệ chế tạo và thi công vật liệu sử dụng bitum
+ Phương pháp xác định: (TCVN 7495-2005) đánh giá chỉ tiêu độ kim lún.
 Mẫu bitum quánh ở nhiệt độ 25 độ, kim (m=100g, d=1mm)
      Thời gian: đo độ cắm sâu của kim vào bitum ở nhiệt độ 25 độ trong 5s .
      P_25 (0,1mm): độ kim lún , 1 độ kim lún =0,1mm
 --> P_25  nhỏ thì bitum càng quánh
  - Tính dẻo là tính chất đặc trưng cho khả năng biến dạng của bitum dưới tác dụng của ngoại lực
+ Yếu tố ảnh hưởng: nhóm chất nhựa, chất dầu tăng thì tính dẻo tăng, nhiệt độ tăng thì tính dẻo tăng.
+ Ý nghĩa: đảm bảo khả năng chống nứt và tính dễ đầm chặt của vật liệu sử dụng bitum.
+ Phương pháp xác định (TCVN 7495-2005): đánh giá thông qua chỉ tiêu độ kéo dài mẫu bitum
      Mẫu bitum được kéo trong nước ở nhiệt độ 25 độ, tốc độ kéo 5cm/phút đến khi bị đứt.
--> Xác định chiều dài đến khi mẫu bị đứt: L_25(cm)
  - Tính ổn định nhiệt: là tính chất đặc trưng cho tính ổn định nhiệt các tính chất của bitum khi nhiệt độ thay đổi :
    ∆T=T_m-T_c: đặc trung cho tính ổn định nhiệt
    T_m: nhiệt độ của bitum khi chuyển từ trạng thái quánh sang lỏng: nhiệt độ hóa mềm.
    T_c: nhiệt độ của bitum khi chuyển từ trạng thái quánh sang cứng: nhiệt độ hóa cứng
--> ∆T càng lớn thì tính ổn định nhiệt càng cao
+ Nhóm AF tăng thì tính ổn định nhiệt càng cao
+ Ý nghĩa: đánh giá chất lượng bitum; lựa chọn bitum sử dụng trong vật liệu xây dựng đường ô tô và sân bay
+ Phương pháp xác định (TCVN 7495-2005)
      T_m: xác định bằng thí nghiệm vòng và bi. Viên bi: m=3,5g, d=9,5mm
      T_c: xác định bằng thiết bị đo độ kim lún (là nhiệt độ ứng với độ kim lún P_25=1- tương ứng là = 0,1mm) hoặc có thể xác định bằng dụng cụ Fraxa (là nhiệt độ ứng với thời điểm xuất hiện vết nứt châm chim trên lớp bitum)
  - Tính dính bám của bitum với bề mặt vật liệu khoáng: là tính chất đánh giá độ bền mối liên kết giữa bitum và vật liệu khoáng (đá dăm ) dưới tác dụng của nước sôi (100 độ)
+ Sự hình thành mối liên kết: nhào trộn bitum + vật liệu khoáng: liên kết vật lý – hóa học -> dính bám.
 Liên kết vật lý: phụ thuộc vào chiều dầy màng bitum
 Liên kết hóa học: phụ thuộc vào độ hoạt tính của bitum và bề mặt vật liệu khoáng.
+ Phương pháp xác định:
 Đá dăm (20 viên): rửa sạch, sấy khô
 Nhúng vào bitum lỏng (15 phút)
 Để ngoài không khí 15 phút
 Nhúng vào nước sôi 10 phút
 Nhấc ra, quan sát
 Kết luận (cấp dính bám): bảng 9.1 (GT/205) dùng bitum từ cấp 3 trở lên.
+ Ý nghĩa: ảnh hưởng lớn đến cường độ, độ ổn định nước, tính ổn định nhiệt của hỗn hợp bitum với vật liệu khoáng.
+ Yếu tố ảnh hưởng:
 Bitum (sức căng mặt ngoài lớn -> liên kết tốt hơn với vật liệu khoáng)
 Vật liệu khoáng: nguồn gốc (cốt liệu bazo có liên kết tốt hơn với bitum); đặc tính bề mặt (xù xì, nhám ráp -> liên kết tốt hơn với bitum); độ sạch; độ ẩm tăng thì liên kết giảm.

* Các tính chất của bitum dầu mỏ lỏng. Các biện pháp để cải thiện các tính chất này
  Bitum lỏng là chất kết dính hữu cơ ở dạng lỏng ở nhiệt độ thường, chứa nhiều nhóm chất nhẹ, dễ bay hơi. Bitum lỏng = bitum đặc (P_25=100-200) pha với dung môi (mazut, dầu mỏ, et xăng) -> có độ nhớt (theo yêu cầu.
  - Độ nhớt là tính chất đánh giá độ lớn của mối liên kết giữa các mixen trong bitum lỏng .
+ Phương pháp xác định: sử dụng dụng cụ nhớt kế Saybolt. C_60^5 (nhiệt độ là 60), chảy qua ống  D = 5mm. C_60^5 là độ nhớt(s)
+ Yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ môi trường, hàm lượng nhóm chất
+ Ý nghĩa: ảnh hưởng đến chất lượng và khả năng thi công (tính tạo hình) của vật liệu sử dụng bitum lỏng.
  - Phần cất (thành phần dễ bay hơi) là chỉ tiêu xác định hàm lượng các nhóm chất do bay hơi (phần cất) hoặc hàm lượng các chất dễ bay hơi có trong bitum lỏng.
+ Phương pháp xác định: phần cất (chưng cất bitum lỏng ở nhiệt độ 225 độ, 315 độ, 360 độ); thành phần dễ bay hơi (đun bitum lỏng từ 60-100 độ với thời gian 1-5h tùy vào loại bitum -> đặc trưng cho khả năng đông đặc của bitum lỏng.
+ Ý nghĩa: chỉ tiêu gián tiếp xác định tốc độ đông đặc của bitum lỏng sau khi thi công; thành phần dễ bay hơi nhiều và nhiệt độ bay hơi thấp -> tốc độ đông đặc nhanh.

* Các chỉ tiêu kỹ thuật, phân loại và phạm vi sử dụng của bitum dầu mỏ lỏng, làm đường 
   Nêu tên được 11 chỉ tiêu trong bảng 1: các chỉ tiêu chất lượng của bitum.

* Các loại bitum dầu mỏ cải tiến (polyme bitum)
    Phương pháp chính để tạo bitum cải tiến là cho thêm vào bitum các chất như aminang, các khoáng chất đặc biệt các sợi khoáng và cao su. Sau khi trộn các chất cải biến (phụ gia), bitum phải có các đặc tính sau:
    + Giữ các đặc tính kỹ thuật trong thời gian bảo quản , thi công trên mặt đường và khi con đường được đem vào sử dụng
    + Có thể được chế biến bằng cách thông thường
    + Ổn định về lý hóa học trong thời gian bảo quản sử dụng và trên đường
    + Đạt độ nhớt trộn và phun ở nhiệt độ sử dụng
  - Bitum có pha thêm lưu huỳnh
    Có 2 cách sử dụng lưu huỳnh trong bê tông Asphalt để làm áo đường bộ
+ Asphalt được cho thêm 1 lượng tương đối nhỏ lưu huỳnh dưới dạng 1 chất hòa tan trong bitum
+ Cách gia công thứ 2 (THERMOPAVE) sử dụng hàm lượng lưu huỳnh cao. Lượng lưu huỳnh dư ra đóng vai trò như 1 chất khoáng tự rải, khi trộn với cốt liệu ta sẽ tạo ra 1 hỗn hợp rất dễ thi công và khi nguội có khả năng chống biến dạng cao.
 - Bitum có pha thêm cao su
 - Bitum thêm các hợp chất mangan hữu cơ

Các bài viết liên quan:

Đề cương môn lập và phân tích dự án đầu tư xây dựng (Phần 2)

Các phần mềm phân tích kết cấu

Các mô đun cơ bản của phần mềm RM bridge

Lí thuyết chung về Tính toán điều chỉnh lực căng dây bằng Midas

Ôn tập kinh tế xây dựng ngành công trình (Phần 1)

Ôn tập kinh tế xây dựng ngành công trình (Phần 2)

Ôn tập kinh tế xây dựng ngành công trình (Phần 3)

Ôn tập kinh tế xây dựng ngành công trình (Phần 4)

Tính chất của bê tông Asphalt