Chương 2 Chất kết dính Bitum

Chương Chất kết dính Bitum Giảng viên: Nguyễn Thanh Sang Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 LOGO Nội dung Khái niệm, thuật ngữ Phân loại Thành phần cấu trúc Bi tum quánh dùng xây dựng đường Bi tum lỏng dùng đường Bi tum Polime (bi tum cải tiến) Nhũ tương bi tum Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Khái niệm, thuật ngữ Bitumens: Bitum (vật liệu bi tum) Là loại chất kết dính màu đen thẫm (dạng rắn, quánh, lỏng), thành phần gồm nhiều hidrocacborn cao phân tử Thông thường cứng nhiệt độ thường Khi gia nhiệt chúng mềm chảy lỏng Khi trộn chúng trạng thái lỏng với cốt liệu Đông cứng lại thành khối rắn Tars: Vật liệu bitum chưng từ than đá (hay gọi Gudrông) Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Sơ đồ chưng cất dầu thô tạo bi tum Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Giếng dầu Xử lý Trưng cất nhẹ Kho trường Trạm bơm Các loại dung môi dầu nhẹ Sơ đồ chưng cất Dầu mỏ Dầu hỏa Trưng cất trung bình Dầu đốt nhẹ Bìn h ngư ng làm lạnh Trưng cất tháp Bình nhiệt Kho Dầu Diesel dầu bôi trơn Vật liệu cặn Bộ phận xử lý Bộ phận lọc Chất kết dính asphalt Dầu nhiên liệu cặn Đông đặc chậm Asphalt lỏng dầu đường (có thể trưng cất trực tiếp) Máy trộn Đơng đặc trung bình Asphalt lỏng Khí Máy trộn Lắng Dầu thô Đông đặc nhanh Asphalt lỏng Cát nước Máy trộn Nhũ tương asphalt Nước Nguyễn Thanh Sang Nhà máy nhũ tương Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Nội dung Khái niệm, thuật ngữ Phân loại Thành phần cấu trúc Bi tum quánh dùng xây dựng đường Bi tum lỏng dùng đường Bi tum Polime (bi tum cải tiến) Nhũ tương bi tum Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Phân loại theo nguồn gốc Bi tum dầu mỏ,được chưng cất từ dầu mỏ thô, sản phẩm cuối trình chưng cất Phân loại theo nguồn gốc Bi tum đá dầu,được chưng cất từ đá dầu Bi tum thiên nhiên, khai thác tự nhiên, thường gặp dạng tinh khiêt lẫn VLK gọi cát,đá bt Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Bi tum thiên nhiên, Trinidat lake Asphalt Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Bi tum đá dầu Bi tum thiên nhiên -Chế tạo từ nhựa đá dầu, Khi nung đá dầu hầm lò điện t 500÷850oC thu nhựa đá dầu nhiệt độ thấp (13÷20%); nung nhiệt độ đến 1000oC thu nhựa đá dầu nhiệt độ cao (1÷1.5%) -Gặp tự nhiên - Phương pháp chế tạo bi tum đá dầu chủ yếu ơxy hóa phần nặng nhựa đá dầu, nhựa đá dầu nhiệt độ cao làm bitum lỏng -Bi tum đá dầu ổn định nhiệt, có độ phân cực cao nên dính bám tốt so với bi tum dầu mỏ quánh - Sử dụng xây dựng đường khai thác tinh lọc gặp nhiều khó khăn -Bi tum gặp thường dạng rắn có chưa nhóm asphalt, có nhiệt độ hóa mềm gần 100oC -Bi tum thiên nhiên liên kết tốt với bề mặt vật liệu khoáng so với bi tum dầu mỏ Thành phần hóa học bi tum đá dầu chứa nhiều nhóm nhựa Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Phân loại theo tính chất xây dựng Bi tum rắn bi tum ơxy hóa: chất rắn giòn, đàn hồi nhiệt độ thấp (20÷25oC) chảy lỏng nhiệt độ cao (>160oC) Phân loại theo tính chất xây dựng Bi tum quánh: chất mềm, có độ dẻo cao nhiệt độ thấp, chảy lỏng gia nhiệt Bi tum lỏng, chất lỏng nhiệt độ thường, chứa hidrocacbon dễ bay có khả đơng đặc Nhũ tương bi tum, Hệ keo Chất kết dính+Nước chất nhũ hóa Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Các tiêu kỹ thuật bi tum quánh Bảng 6-1 Phân loại chất kết dính asphalt theo mác độ kim lún (ASTM D946) Thử nghiệm Mác độ kim lún 40-50 60-70 85-100 120-150 200-300 Min Max Min Max Min Max Min Max Min Max Độ kim lún 77oF (25oC) 100g, 5g 40 50 60 70 85 100 120 150 200 300 Điểm bốc cháy, oF (cốc hở Cleveland) 450 ─ 450 ─ 450 ─ 425 ─ 350 ─ Độ dẻo 77oF (25oC) cm/phút, cm 100 ─ 100 ─ 100 ─ 100 ─ 100 ─ Độ kim lún lại sau thí nghiệm màng mỏng lò, % 55 + ─ 52 + ─ 47 + ─ 42 + ─ 37 + ─ Độ dẻo 77oF (25oC) cm/phút, cm sau thí nghiệm màng mỏng lò ─ ─ 50 ─ 75 ─ 100 ─ 100 ─ 99.0 ─ 99.0 ─ 99.0 ─ 99.0 ─ 99.0 ─ Mức độ hòa tan trichloroethylene, % * Bản quyền ASTM INTERNATIONAL Với cho phép in lại Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Bảng tiêu kỹ thuật, AASHTO M226 -2004 Bảng - Chỉ tiêu nhựa đường phân cấp theo độ nhớt 60oC (140oF) (Phân cấp theo nhựa gốc) Thí nghiệm o AC-2.5 o Độ nhớt 60 C (140 F), Pa.s (Poises) o a o Độ nhớt 135 C (275 F), mm /s - Độ kim lún, 25oC (77oF), 100 g, giây, o o Nhiệt độ bắt lửa, COC, C ( F) - Lượng hòa tan trichloroethylene, % - Thí nghiệm mẫu nhựa lấy từ thí nghiệm lò nung màng nhựa mỏng: o o Độ nhớt 60 C (140 F), Pa.s (Poises) - max Độ kéo dài, 25oC (77oF), cm/phút, cm - b Thí nghiệm tạo vết (theo yêu cầu) với: Dung môi naphtha tiêu chuẩn Dung môi naphtha-xylene, % xylene Dung môi heptane-xylene, % xylene o Phân cấp theo độ nhớt AC-5 AC-10 AC-20 AC-40 25 ± (250 ± 50) 80 200 50 ± 10 (500 ± 100) 100 120 100 ± 20 (1000 ± 200) 150 70 200 ± 40 (2000 ± 400) 210 40 400 ± 80 (4000 ± 800) 300 20 163 (325) 99.0 177 (350) 99.0 219 (425) 99.0 232 (450) 99.0 232 (450) 99.0 100 (1000) 100a 200 (2000) 400 (4000) 800 (8000) 100 50 20 1600 (16000) 10 o âm tính với tất cấp âm tính với tất cấp âm tính với tất cấp o o Nếu độ kéo dài 25 C (77 F) nhỏ 100 cm, độ kéo dài nhỏ 15.6 C (60 F) 100 cm vật liệu nhựa đường đạt tiêu b Không bắt buộc thực thí nghiệm Nếu yêu cầu, người kỹ sư phải định sử dụng dung môi naphtha tiêu chuẩn, dung môi naphtha-xylene, hay dung môi heptane-xylene để xác định tiêu này, sử dụng dung mơi có xylene, định phần trăm xylene cần sử dụng Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Bảng tiêu kỹ thuật, AASHTO M226 -2004 Cấp độ nhớt Thí nghiệm AR-1000 AR-2000 AR-4000 AR-8000 AR-16000 Độ nhớt, 140oF (60oC), P 1000 ± 250 2000 ± 500 4000 ± 1000 8000 ± 2000 16000 ± 4000 Độ nhớt, 275oF (135oC), min.cSt 140 200 275 400 550 Độ kim lún, 77oF (25oC), 100g, 5s, 65 40 25 20 20 % độ kim lún lại, 77 oF (25oC), ─ 40 45 50 52 Độ dẻo, 77oF (25oC), 5cm/min, min.cm 100b 100b 75 75 75 400 (205) 425 (219) 440 (227) 450 (232) 460 (238) Thí nghiệm với asphalt gốc: Điểm bốc cháy, cốc hở Cleveland, oF (oC) Độ hòa tan 99.0 99.0 99.0 99.0 99.0 trichlorethylene, min.% a Thí nghiệm màng mỏng lò sử dụng thí nghiệm màng mỏng quay lò dùng phương pháp tham khảo b Nếu độ dẻo nhỏ 100, vật liệu chấp nhận độ dẻo 60oC, (15.5oC) tối thiểu 100 tốc độ cm/min Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Bi tum lỏng Khái niệm Bi tum lỏng bi tum trạng thái lỏng nhiệt độ thường dùng để tưới lớp thấm bám; lớp dính bám; chế tạo bê tơng asphalt ấm, nguội; chế tạo nhũ tương bitum Bi tum lỏng thường chế tạo cách hòa tan bitum rắn quánh vào dung môi hữu dầu hỏa, ét xăng Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Bi tum cải tiến Khái niệm Bitum đặc biệt bitum cải tiến polimer Là loại bitum gốc pha trộn thêm vào chất phụ gia hữu cơ, phụ gia khoáng đặc biệt, loại sợi, cao su Để cải thiện tính chất bitum lên như: Theo 22TCN 319-04: “Nhựa đường polime sản phẩm thu từ công nghệ phối trộn nhựa đường đặc thơng thường có nguồn gốc dầu mỏ với phụ gia cải thiện polime hữu thích hợp Nhựa đường polime phải đảm bảo đồng nhất, không lẫn nước loại tạp chất khống, đun nóng đến nhiệt độ 1750C không xuất bọt trạng thái tự nhiên, nhựa đường polime có dạng đặc quánh màu đen” Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Tiêu chuẩn kỹ thuật Trị số tiêu chu n TCKT nhựa đường Polime 22TCN319-04 Nguyễn Thanh Sang TT Các tiêu Đơn vị PMB-I PMB-II PMB-III C 60 70 80 0,1 mm 50-70 40-70 40-70 o C 230 230 230 Nhiệt độ hóa mềm (Phương pháp vòng bi) Độ kim lún 250C Nhiệt độ bắt lửa Lượng tổn thất sau đun nóng 1630C % max 0,6 max 0,6 max 0,6 Tỷ số độ kim lún nhựa đường polime sau đun nóng 1630C so với độ kim lún nhựa 250C % 65 65 65 Lượng hòa tan Trichloroethylene % 99 99 99 Khối lượng riêng 250C g/cm3 1,00 -1,05 1,00 -1,05 1,00 -1,05 Độ dính bám với đá cấp độ cấp cấp cấp Độ đàn hồi (ở 250C, mẫu kéo dài 10 cm) % 60 65 70 10 Độ ổn định lưu trữ (gia nhiệt 1630C 48 giờ, sai khác nhiệt độ hóa mềm phần mẫu) C max 3,0 max 3,0 max 3,0 11 Độ nhớt 1350C (con thoi 21, tốc độ cắt 18,6 s-1, nhớt kế Brookfield) Pa.s max 3,0 max 3,0 max 3,0 Email: sanguct@gmail.com o o Hotline: 0983 316 711 Nhũ tương Bitum Nhũ tương nhựa đường (emulsified asphalt) hệ thống keo phức tạp gồm hai chất lỏng (nhựa đường nước) khơng hòa tan lẫn mà phân tán chất lỏng vào chất lỏng để to thnh nhng git n nh (0,1 àmữ50àm) nh s có mặt chất nhũ hóa có hoạt tính bề mặt Khi nhũ tương nhựa đường trộn với cốt liệu khoáng phun lên bề mặt đường, nước bốc hơi, chất nhũ hóa thấm vào cốt liệu khoáng, nhũ tương nhựa đường bị phân tách, hạt nhựa đường nhỏ li ti dịch lại gần hình thành lớp mỏng, dày đặc bề mặt hạt cốt liệu khoáng Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Nhũ tương Bitum Phân loại nhũ tương (TCVN 8816-201, TCVN8817-2011) Nhũ tương nhựa đường gốc axít (cationic emulsified asphalt): nhũ tương nhựa đường có sử dụng chất nhũ hố muối có nguồn gốc a xít, nhũ tương nhựa đường gốc axít có độ pH = 2÷6; ÷ Nhũ tương nhựa đường gốc kiềm (anionic emulsified asphalt): nhũ tương nhựa đường có sử dụng chất nhũ hố muối có nguồn gốc kiềm, nhũ tương nhựa đường gốc kiềm có độ có độ pH = 9÷12 Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Cấu trúc điển hình nhũ tương Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Nhũ tương Bitum Vật liệu chế tạo nhũ tương Chất kết dính • Bi tum loại Nước • Nước sạnh, mềm, Chất nhũ hóa • Đóng vai trò quan trọng việc tạo ổn định cho hệ keo Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Biểu đồ mơ tả q trình phân tách dính bám nhũ tương cốt liệu Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Sản xuất nhũ tương Nhũ tương sản xuất dây chuyền nghiền keo Thiết bị ba gồm rotor quay với tốc độ 1000÷6000 v/phút Stator Khoảng trống Stator Rotor thông thường từ 0.25mm đến 0.50mm Bitum nóng chất nhũ hóa cho riêng rẽ, đồng thời vào máy nghiền keo, nhiệt độ phụ thuộc công nghệ Độ nhớt thông thường bitum 0.2 Pa.s Để đạt độ nhớt bitum qnh cần có nhiệt độ vùng từ 100oC÷140oC Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 LOGO ... trúc Bi tum quánh dùng xây dựng đường Bi tum lỏng dùng đường Bi tum Polime (bi tum cải tiến) Nhũ tương bi tum Nguyễn Thanh Sang Email: sanguct@gmail.com Hotline: 0983 316 711 Các tính chất bi tum. .. bitum, nên hạn chế 25 % Nhóm chất nhựa