Nội dung

Giaïo aïn Váût liãûu xáy dæûng Trang 179 - Nhuî tæång bitum vaì guâräng : laì mäüt hãû thäúng keo bao gäöm caïc haût cháút kãút dênh phán taïn trong mäi træåìng næåïc dæåïi taïc duûng cuía cháút nhuî hoïa. ÅÍ nhiãût âäü thæåìng nhuî tæång coï tênh loíng vaì duìng trong traûng thaïi nguäüi. Khi raíi lãn bãö màût váût liãûu âaï thaình mäüt låïp moíng thç nhuî tæång bë phán giaíi, næåïc bay håi hãút, cháút kãút dênh taïch ra vaì phuûc häöi laûi traûng thaïi ban âáöu cuía noï. Cháút kãút dênh hæîu cå Loíng Quaïnh Ràõn Gäù Næåïc Ràõn Loíng Quaïnh Nhuî tæång Nhuî hoïa Ràõn Loíng Loíng Than buìn Than âaï Næåïc Nhuî tæång Ràõn Quaïnh Loíng Âaï dáöu Nhuî hoïa Nhuî tæång Ràõn Næåïc Quaïnh Dáöu moí Loíng Quaïnh Nhuî tæång Ràõn Thiãn nhiãn Guâräng Quaïnh Bitum Nhuî hoïa . Sæû phán loaûi cháút kãút dênh hæîu cå §2. BITUM DÁÖU MOÍ I. KHAÏI NIÃÛM Bitum dáöu moí laì cháút kãút dênh hæîu cå coï thaình pháön gäöm caïc hyâräcacbua daûng ankan, anken, caïc hyâräcacbua maûch voìng cuía caïc phi kim O, N, S. Noï coï maìu âen, γa ≈ 1g/cm3, åí daûng ràõn, loíng, quaïnh; hoìa tan âæåüc trong bezen, cloruafooc (CHCl3), âisunfua cacbon (CS2) vaì mäüt säú dung mäi hæîu cå khaïc. Thaình pháön caïc nguyãn täú hoïa hoüc cuía bitum thæåìng dao âäüng trong khoaíng C = 83 ÷ 88% ; S = 0,5 ÷ 3,5% ; N < 1% ; H = 9 ÷ 12% ; O = 0,5 ÷ 1,5% Caïc nguyãn täú âoï kãút håüp våïi nhau taûo thaình nhiãöu håüp cháút ráút phæïc taûp, do âoï viãûc nghiãn cæïu caïc håüp cháút riãng reî ráút khoï thæûc hiãûn. Vç váûy, dæûa trãn cå såí giäúng nhau vãö thaình pháön hoïa hoüc vaì tênh cháút váût lyï chia chuïng ra laìm nhiãöu nhoïm khaïc nhau. Tênh cháút vaì thaình pháön cuía caïc nhoïm naìy seî quyãút âënh tênh cháút cuía bitum. II. THAÌNH PHÁÖN PHÁN NHOÏM 1. Nhoïm cháút dáöu . Giaïo aïn Váût liãûu xáy dæûng Trang 180 - Laì nhæîng phán tæí coï phán tæí læåüng tháúp nháút, vaìo khoaíng 300 ÷ 500 âvC. - Khäng maìu, γa = 0,91 ÷ 0,95g/cm3, dãù bay håi. - Nhoïm dáöu laìm cho bitum coï tênh deío. - Haìm læåüng cuía nhoïm dáöu tàng thç tênh loíng cuía bitum seî tàng lãn coìn tênh quaïnh thç giaím xuäúng. 2. Nhoïm cháút nhæûa - Laì nhæîng håüp cháút cao phán tæí hån, M = 600 ÷ 800âvC. - Maìu náu sáùm, γa ≈ 1g/cm3, coï thãø hoìa tan trong benzen, eït xàng, CHCl3. - Nhoïm cháút nhæûa laìm bitum coï tênh deío. - Haìm læåüng nhoïm naìy tàng Æ tênh deío tàng. 3. Nhoïm aïtphan (asphal) - Laì nhæîng håüp cháút coï M = 1000 ÷ 6000âvC vaì cao hån. - Maìu âen, ràõn, doìn, γa = 1,1 ÷ 1,15g/cm3, khäng bë phán huíy khi âäút noïng maì chè khi åí nhiãût âäü cao hån 300oC måïi bë phán giaíi thaình khç vaì cäúc, coï thãø hoìa tan trong CHCl3, tãtraclorua cacbon (CCl4) maì khäng hoìa tan trong ãte, dáöu hoía vaì axãtän (C3H5OH). - Nhoïm aïtphan laìm bitum coï tênh deío vaì coï sæû thay âäøi theo nhiãût âäü. - Haìm læåüng nhoïm naìy tàng Æ tênh quaïnh vaì nhiãût âäü hoïa mãöm cuîng tàng lãn. 4. Nhoïm axit aïtphan vaì caïc anhyârit cuía chuïng - Laì nhæîng cháút nhæûa hoïa (nhæûa axit), laì thaình pháön mang cæûc tênh (gäöm nhæîng phán tæí coï chæïa gäúc cacbäxyn - COOH). - Maìu náu sáùm, khäúi læåüng riãng låïn hån 1, dãù hoìa tan trong ræåüu cäön, benzen, CHCl3 vaì khoï hoìa tan trong eït xàng. - Taûo âæåüc liãn kãút hoïa hoüc våïi caïc váût liãûu khoaïng daûng bazå. - Haìm læåüng tàng Æ khaí nàng dênh baïm vaì cæåìng âäü liãn kãút cuía bitum våïi caïc váût liãûu khoaïng tàng (âäü hoaût tênh cuía bitum tàng). 5. Nhoïm cacben, cacboit - Gäöm nhæîng phán tæí coï phán tæí læåüng ráút låïn, maìu âen sáùm, khäúi læåüng riãng låïn hån 1, ràõn, doìn. - Cacben coï tênh cháút gáön nhæ aïtphan, chè khaïc laì khäng hoìa tan trong benzen, tãtraclorua cacbon (CCl4) maì chè tan trong CS2. - Cacboit laì cháút ràõn åí daûng muäüi, khäng tan trong báút cæï dung mäi hæîu cå naìo. - Caïc cháút naìy laìm cho bitum keïm deío. 6. Cháút parafin - Laì nhæîng phán tæí coï daûng ankan, åí daûng ràõn, doìn. - Nhaûy caím våïi nhiãût âäü, γa = 0,93g/cm3. - Laìm giaím khaí nàng phán taïn vaì hoìa tan cuía aïtphan vaìo nhoïm nhæûa vaì nhoïm dáöu, laìm giaím tênh âäöng nháút cuía bitum. Màût khaïc noï coìn laìm nhiãût âäü hoïa mãöm, tênh doìn cuía . Giaïo aïn Váût liãûu xáy dæûng Trang 181 bitum tàng lãn, âäöng thåìi laìm bitum hoïa loíng åí nhiãût âäü tháúp hån bitum khäng chæïa parafin. * Âäúi våïi bitum dáöu moí loaûi quaïnh, haìm læåüng caïc nhoïm cháút nhæ sau : - Nhoïm dáöu : 45 ÷ 60% - Nhoïm nhæûa : 15 ÷ 30% - Nhoïm aïtphan : 12 ÷ 38% - Nhoïm axit aïtphan :< 1% - Nhoïm cacben, cacboit : < 1,5% - Cháút parafin : < 5% II. CÁÚU TRUÏC CUÍA BITUM Táút caí caïc nhoïm trãn âáy cuía bitum seî taûo thaình mäüt hãû thäúng keo phæïc taûp. Trong âoï nhæîng cháút aïtphan, cacboit, cacben laì pha phán taïn, cháút dáöu laì mäi træåìng phán taïn, cháút nhæûa laì cháút hoaût tênh bãö màût (cháút laìm cho hãû thäúng äøn âënh). Chênh cáúu truïc cuía hãû thäúng keo naìy seî quyãút âënh caïc tênh cháút cå hoüc cuía váût liãûu bitum nhæ cæåìng âäü, âäü âaìn häöi, âäü deío, ... cuîng nhæ tênh äøn âënh nhiãût vaì caïc tênh cháút khaïc cuía bitum. Caïc loaûi dáöu moí coï thaình pháön tæång âäúi giäúng nhau nhæng coï cáúu truïc khaïc nhau thç tênh cháút cuía noï cuîng khaïc nhau ráút låïn. Bäü pháûn cå baín cuía cáúu truïc keo laì mixen. Mixen laì nhæîng haût keo, bãn trong coï nhán laì cháút aïtphan, xung quanh haût nhán âæåüc bao boüc bàòng mäüt låïp cháút nhæûa taûo nãn mäüt sæû liãn tuûc, khäng biãøu hiãûn roî raìng giåïi haûn phán chia giæîa pha phán taïn vaì mäi træåìng phán taïn. Nhæîng mixen cuía bitum seî tæång taïc láùn nhau qua låïp mäi træåìng phán taïn laì cháút dáöu, taûo nãn mäüt maûng læåïi khäng gian coï hçnh daûng nháút âënh. Mäùi mäüt mixen cuía bitum laì mäüt nuït cuía maûng. Khi trong bitum chæïa læåüng cháút nhæûa âuí âãø bao boüc caïc nhán aïtphan vaì chæïa læåüng cháút dáöu êt, thç hãû thäúng keo seî xaíy ra âäng tuû vaì taûo cáúu truïc âäng tuû (cáúu truïc daûng gel) bãön væîng vaì coï tênh âaìn häöi. Cæåìng âäü cuía cáúu truïc âäng tuû phuû thuäüc vaìo khoaíng caïch giæîa caïc nuït trong maûng vaì læûa háúp phuû giæîa pha phán taïn vaì mäi træåìng phán taïn. Cáúu truïc naìy âàûc træng cho caïc loaûi bitum quaïnh khi åí nhiãût âäü thæåìng. Khi trong bitum chæïa læåüng cháút dáöu vaì cháút nhæûa khaï låïn thç caïc nuït seî åí xa nhau nãn chuyãøn âäüng tæû do trong mäi træåìng loíng, khäng thãø taûo ra cáúu truïc âäng tuû vaì tråí thaình mäüt cháút loíng thæûc sæû (cáúu truïc daûng sol). Cáúu truïc naìy âàûc træng cho caïc loaûi bitum loíng åí nhiãût âäü thæåìng vaì bitum quaïnh khi åí nhiãût âäü cao. Ngoaìi ra bitum coìn thãø coï cáúu truïc daûng trung gian laì sol-gel. Cáúu truïc naìy âàûc træng cho caïc loaûi bitum quaïnh khi åí nhiãût âäü thæåìng, coï âäöng thåìi tênh nhåït vaì tênh âaìn häöi deío. III. CAÏC TÊNH CHÁÚT CÅ LYÏ CUÍA BITUM DÁÖU MOÍ LOAÛI QUAÏNH 1. Tênh quaïnh a. Khaïi niãûm . Giaïo aïn Váût liãûu xáy dæûng Trang 182 Tênh quaïnh laì khaí nàng cuía bitum chäúng laûi sæû di chuyãøn cuía caïc haût bitum dæåïi taïc duûng cuía taíi troüng, laì näüi ma saït phaït sinh khi caïc táöng bitum di âäüng. Tênh quaïnh cuía bitum coï mäüt giaï trë låïn. Noï aính hæåíng nhiãöu âãún caïc tênh cháút cå hoüc cuía häùn håüp váût liãûu khoaïng våïi cháút kãút dênh, âäöng thåìi quyãút âënh âàûc træng cäng nghãû chãú taûo vaì thi cäng loaûi váût liãûu coï duìng bitum. b. Caïch xaïc âënh Duûng cuû : quaïnh nhåït kãú, coï cáúu taûo tæång tæû nhæ Vica våïi kim coï âæåìng kênh 1mm, täøng khäúi læåüng bäü pháûn di âäüng laì 100g. Caïch tiãún haình : - Chãú bë máùu - Dæåîng häü cheïn bitum åí nhiãût âäü 25oC - Âàût cheïn bitum vaìo quaïnh nhåït kãú, cho muîi kim væìa chaûm màût räöi thaí cho bäü pháûn di âäüng råi tæû do trong 5 giáy, âo âäü càõm sáu caïch màût cuía kim Âäü kim luïn, kyï hiãûu P (100g, 5s, 25oC) vaì âo bàòng âäü (1 âäü bàòng 0,1mm). Âäü kim luïn caìng nhoí, tênh quaïnh caìng cao. c. Caïc yãúu täú aính hæåíng - Thaình pháön phán nhoïm : haìm læåüng nhoïm aïtphan tàng thç tênh quaïnh tàng, haìm læåüng nhoïm dáöu tàng thç tênh quaïnh giaím. - Nhiãût âäü tàng nhoïm nhæûa seî bë chaíy loíng, do âoï âäü quaïnh cuía bitum giaím xuäúng. 2. Tênh deío a. Khaïi niãûm Tênh deío âàûc træng cho khaí nàng biãún daûng cuía bitum khi chëu taïc duûng cuía ngoaûi læûc. b. Caïch xaïc âënh Tênh deío cuía bitum âæåüc âaïnh giaï bàòng âäü keïo daìi, kyï hiãûu L, âo bàòng cm cuía máùu säú 8 vaì âæåüc xaïc âënh bàòng maïy keïo bitum coï täúc âäü 5cm/phuït. Caïch tiãún haình : - Chãú bë máùu - Dæåîng häü cheïn bitum åí nhiãût âäü 25oC - Âàût máùu vaìo maïy keïo våïi täúc âäü 5cm/phuït cho âãún khi máùu bë âæït, âo chiãöu daìi máùu khi âæït Âäü keïo daìi caìng låïn, tênh deío caìng cao. c. Caïc yãúu täú aính hæåíng - Thaình pháön phán nhoïm : haìm læåüng nhoïm cháút nhæûa tàng thç tênh deío tàng, haìm læåüng nhoïm parafin tàng thç tênh deío giaím. - Nhiãût âäü tàng tênh deío cuía bitum cuîng tàng vaì ngæåüc laûi. 3. Tênh äøn âënh nhiãût âäü a. Khaïi niãûm . Giaïo aïn Váût liãûu xáy dæûng Trang 183 Khi nhiãût âäü thay âäøi thç tênh quaïnh vaì tênh deío cuía bitum âãöu thay âäøi theo. Nãúu nhæ sæû thay âäøi naìy nhoí, bitum coï tênh äøn âënh nhiãût caìng cao. Khi bitum chuyãøn âäøi traûng thaïi tæì ràõn ↔ quaïnh ↔ loíng noï phaíi máút mäüt khoaíng nhiãût âäü laì : ∆T = Tm - Tc trong âoï : Tm - nhiãût âäü hoïa mãöm cuía bitum, laì nhiãût âäü tæång æïng våïi luïc bitum tæì traûng thaïi quaïnh chuyãøn sang traûng thaïi loíng Tc - nhiãût âäü hoïa cæïng cuía bitum, laì nhiãût âäü tæång æïng våïi luïc bitum tæì traûng thaïi loíng chuyãøn sang traûng thaïi ràõn Ngæåìi ta duìng khoaíng nhiãût âäü ∆T âãø âaïnh giaï tênh äøn âënh nhiãût âäü cuía bitum. Âäúi våïi bitum laìm nhæûa âæåìng yãu cáöu ∆T = 70 ÷ 100oC. b. Caïch xaïc âënh Nhiãût hoïa mãöm Tm : duûng cuû laì caïi voìng (khuyãn) vaì viãn bi. - Chãú bë máùu ,dæåîng häü máùu bitum åí nhiãût âäü 5oC . Duìng ca 1lêt thuíy tinh, nàõp ca coï gàõn mäüt giaï 2 táöng vaì coï càõm nhiãût kãú åí giæîa, khoaíng caïch giæîa 2 táöng laì 2,54cm. Âàût máùu vaìo táöng trãn cuía giaï, âãø ngáûp næåïc räöi âem âun næåïc våïi täúc âäü tàng nhiãût laì 5oC/phuït. Dæåïi taïc duûng cuía nhiãût âäü bitum mãöm ra vaì dæåïi taíi troüng cuía viãn bi noï bë keïo xuäúng. Nhiãût âäü æïng våïi luïc viãn bi chaûm vaìo táöng dæåïi cuía giaï laì nhiãût hoïa mãöm cuía bitum. Nhiãût hoïa cæïng Tc : xaïc âënh bàòng quaïnh nhåït kãú. Dæåîng häü cheïn âæûng bitum åí caïc nhiãût âäü khaïc nhau tháúp dáön vaì xaïc âënh âäü quaïnh tæång æïng. Nhiãût âäü hoïa cæïng laì nhiãût âäü tæång æïng våïi luïc âäü càõm sáu cuía kim nhoí hån 1 âäü (< 0,1mm). c. Caïc yãúu täú aính hæåíng Thaình pháön phán nhoïm : haìm læåüng nhoïm aïtphan tàng thç tênh äøn âënh nhiãût tàng, haìm læåüng nhoïm parafin tàng thç tênh äøn âënh nhiãût giaím. 4. Tênh äøn âënh thåìi tiãút a. Khaïi niãûm Tênh äøn âënh thåìi tiãút laì khaí nàng cuía bitum chäúng laûi taïc duûng cuía mäi træåìng xung quanh trong thåìi kyì noï laìm viãûc trong cäng trçnh. Do aính hæåíng cuía thåìi tiãút maì tênh cháút vaì thaình pháön cuía bitum bë thay âäøi, âäü quaïnh tàng, âäü deío giaím. Sæû thay âäøi âoï goüi laì sæû hoïa giaì cuía bitum. b. Nguyãn nhán Sæû thay âäøi thaình pháön phán nhoïm : dæåïi taïc duûng cuía thåìi tiãút nhoïm cháút dáöu seî bay håi, näöng âäü cuía nhoïm cháút nhæûa vaì nhoïm aïtphan tàng lãn laìm cho tênh quaïnh cuía bitum tàng lãn. Sau âoï mäüt bäü pháûn cuía nhoïm cháút nhæûa chuyãøn thaình nhoïm aïtphan laìm tênh deío cuía bitum giaím. Sæû thay âäøi cáúu truïc phán tæí taûo nãn caïc håüp cháút måïi : trong bitum coï mäüt säú hyâräcacbua chæa no nãn khi gàûp äxi cuía khäng khê seî taûo thaình håüp cháút måïi coï âäü khäng baîo hoìa cao hån. Sau âoï caïc cháút naìy âæåüc truìng håüp laûi taûo thaình caïc håüp cháút phæïc taûp chæïa nhiãöu cacbon. CnH2n + [O] Æ CnH2n-2 + H2O