Bitum dầu mỏ và nhữ tương bitum

Bitum (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp bitume bitym),1 còn được viết là bitum,1 cũng còn được gọi là bituym,1 là một loại chất lỏng hữu cơ có độ nhớt cao, màu đen, nhớp nháp. Tan được trong cacbon đisulfua (CS2), benzen, cloruafooc và một số dung môi hữu cơ khác. Theo nguồn gốc thì bitum có thể chia làm ba loại chính: Bitum dầu mỏ, Bitum đá dầu, Bitum thiên nhiên.Hiện nay, bitum chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực xây dựng giao thông. Tùy theo công năng, điều kiện khí hậu và phương pháp thi công mà sử dụng bitum dầu mỏ rắn, bitum dầu mỏ quánh, bitum dầu mỏ lỏng trong xây dựng giao thông.Trong quá khứ, bitum được sử dụng để chống thấm nước cho tàu thuyền cũng như để làm lớp sơn phủ cho các công trình xây dựng; rất có khả năng là thành phố cổ Carthage đã dễ dàng bị cháy do sử dụng quá nhiều bitum trong xây dựng.Phần lớn các nhà địa chất cho rằng các mỏ trầm tích tự nhiên chứa bitum được tạo ra từ những phần còn lại của các loại vi tảo cổ và các sinh vật khác đã từng tồn tại trên Trái Đất. Các sinh vật này chết đi và phần còn lại của chúng đã bị trầm tích hóa trong bùn ở đáy đại dương hay các hồ mà chúng đã sinh sống. Dưới tác động của nhiệt và áp suất ở độ sâu chúng bị trầm tích hóa thì các phần còn lại của các sinh vật này bị chuyển hóa thành các chất như bitum, dầu mỏ hay kerogen.Một số ít các nhà địa chất, những người theo thuyết nguồn gốc phi sinh vật của dầu mỏ thì cho rằng bitum và các hydrocacbon nặng hơn mêtan khác có nguồn gốc từ các độ sâu bên trong lớp phủ của Trái Đất thay vì có nguồn gốc từ các mảnh vụn sinh học.

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Bitum dầu mỏ 6

Hình 2.1: Nhũ tương Bitum 17

Hình 2.2: Lớp điện tích kép ở bề mặt phân chia dầu - nước 22

Hình 2.3: Lớp điện tích kép ở trên bề mặt phân chia pha dầu / nước 22

Hình 2.4: Sơ đồ thiết bị sản xuất nhũ tương liên tục 25

Hình 2.5: Sơ đồ thiết bị sản xuất nhũ tương gián đoạn 27

Hình 3.1: Các tấm lợp bằng Bitum 28

Hình 3.2: Bitum trong xây dựng đường giao thông 30

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ 5

I Những kiến thức chung 5

1 Những kiến thức chung về Bitum dầu mỏ 5

2 Nguồn gốc, xuất xứ của Bitum 6

3 Vấn đề sản xuất Bitum dầu mỏ hiện nay 7

4 Những thành phần hoá hoc của Bitum dầu mỏ 9

II Các tính chất của Bitum trong xây dụng đường và trong sản xuất 11

1 Độ quánh của Bitum 11

2 Độ giãn dài 12

3 Thành phần cất phân đoạn 12

4 Độ bền đối với nước 12

5 Nhiệt độ chảy mềm 12

6 Nhiệt độ chớp cháy của Bitum 13

7 Tính ổn nhiệt 13

8 Tính già hoá của Bitum 13

9 Tính ổn định khi gia nhiệt 13

10 Tính thấm ướt vật liệu khoáng 14

11 Tính liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng 14

III Công nghệ sản xuất Bitum 15

IV Tồn chứa, vận chuyển 16

Chương 2 NHŨ TƯƠNG BITUM 17

I Lý thuyết về nhũ tương 17

1 Định nghĩa 17

2 Phân loại nhũ tương 17

a Phân loại theo pha phân tán và môi trường phân tán 17

b Phân loai theo tính chất hoat đông bề mặt 18

c Phân lọai theo khả năng phân tách - theo ASTM D997-86 18

d Phân lọai theo Pháp NF T66-16 18

e Phân loại theo khả năng thi công - theo Caltex 19

II Phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum 19

1 Phương pháp ngưng tụ 19

2 Phương pháp phân tán 19

III Ổn định nhũ tương 19

1 Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhũ hoá 19

2 Cấu tạo lớp điện tích kép 21

3 Ổn định nhũ tương 23

4 Hiện tượng tách nhũ tương 23

5 Hiện tượng bị đảo tướng 24

IV Sản xuất nhũ tương Bitum 24

Chương 3 ỨNG DỤNG 28

I Ứng dụng của Bitum dầu mỏ 28

1 Ứng dụng 28

2 Cách sử dụng: 29

II Ứng dụng của nhũ tương Bitum 29

1 Nhủ tương Bitum trong hỗn hợp rải đường 29

2 Các ứng dụng khác của nhũ tương Bitum 31

a Sử dụng để làm ổn định đất 31

b Làm chậu tạm để ươm cây mầm 31

c Chống thấm 32

d Lớp phủ bảo vệ 32

e Trám khe hở và thấm nhập 32

3 Những ưu điểm vượt trội của nhũ tương Bitum trong xây dựng đường ôtô 32

Tài liệu tham khảo 34

Hoà cùng khí thế phát triển mạnh mẽ của nước ta trong thế kỷ mới thì Bộ giao thông vận tải Bộ khoa học công nghệ và môi trường đã trực tiếp chỉ đạo phải xây dựng được một mạng lưới giao thông hoàn chỉnh, thông suốt có chất lượng cao góp phần quan trọng thúc đẩy sự phát triển của các ngành khác như thương mại, du lịch, vận tải hành khách, nhằm thu hút nguồn đầu tư từ nước ngoài Đối với một đất nước đã phải trải qua chiến tranh, cơ sở hạ tầng còn yếu kém như nước ta, mạng lưới giao thông vẫn chưa đáp ứng nhu cầu cho vận tải lưu thông hàng hoá thì việc xây dựng và nâng cấp là rất cần thiết

để phù hợp với xu thế phát triển kinh tế và xã hội

Tuy mới được áp dụng vào ngành giao thông từ Thế Kỷ 19 nhưng Bitum dầu mỏ

đã trở thành một ngành nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghệ làm đường vì

nó đáp ứng được mọi yêu cầu về kỹ thuật, cũng như kinh tế

Để đạt được những chi tiêu trên thì khi xây dựng và phát triển chúng ta phải đảm bảo được những yêu cầu cần thiết như : Mặt đường phải nhẵn bóng, bền đẹp, có tính ổn định cao để đáp ứng nhu cầu giao thông đi lại, chống chịu được áp lực của các luồng xe chạy liên tục ngày đêm, đảm bảo được lưu thông an toàn, kinh tế hiệu quả và các điều kiện khí hậu khắc nghiệt như ở nước ta: mưa, gió, nắng, bão

Chính vì vậy mà vấn đề thiết kế và đảm bảo vật liệu thi công trong điều kiện cho phép hiện nay đóng một vai trò quan trọng Tuỳ thuộc từng loại đường mà kết cấu, vật liệu và khả năng thi công có thể khác nhau

 Thế cho nên việc nghiên cứu và chế tạo Bitum tại Việt Nam là rất cần thiết để đáp ứng đòi hỏi, yêu cầu hiện nay vì thế em thực hiện bài tiểu luận: “ Tìm hiểu Bitum và nhũ tương Bitum dầu mỏ” để nhằm sâu nghiên cứu về Bitum để có

thể áp dụng lí thuyết vào trong thực tiễn dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước, học hỏi thêm nhiều kiến thức mới nhằm giúp ích cho công việc sau này

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ

I Những kiến thức chung

1 Những kiến thức chung về Bitum dầu mỏ

Bitum là một vật liệu xây dựng công trình được sử dụng rất rộng rãi, đối với những người thường xuyên tham gia vào các công việc có sử dụng Bitum, đặc biệt là trong lĩnh vực xây dựng và bảo trì đường giao thông, các đặc tính của nó vẫn còn là những điều bí

ẩn

Trong các công trình giao thông thì Bitum được sử dụng theo hai dạng sau:

+ Công nghệ nhựa nóng: Trước đây công nghệ này là chủ đạo, khi thi công cần đun nóng nhựa lên nhiệt độ thích hợp để làm chúng chảy lỏng rồi mới thi công được

+ Công nghệ nhựa nguội: Sử dụng nhựa đường dạng nhũ tương là nhựa đường ở trạng thái phân tán cao trong nước được ổn định bởi chất nhũ hoá làm cho nhựa đường vẫn ở trạng thái lỏng ngay ở điều kiện bình thường

Trong bối cảnh đó chúng ta cần có những nghiên cứu sâu hơn về Bitum, để có những kiến thức sâu sắc về chúng, để sử dụng một cách hiệu quả hơn, kinh tế hơn

Nguồn gốc: Ban đầu vào năm 1906, Schade van Westrum đã phát minh và nhận được bằng sáng chế về nhũ tương Nó trở nên phổ biến cho đến ngày nay bởi khả năng bám dính với nhiều loại bề mặt rắn khác nhau của chứng Nhũ tương Bitum được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như duy tu bảo dưỡng, sửa chữa, rải lớp láng mặt, lớp bám dính và lớp bảo dưỡng chống thấm nhập Cũng như tưới thấm nhựa, gia cố và cấp phối ở dạng trộn nguội, và rải nguội

Bởi vì khi sử dụng nhũ tương Bitum thì việc thi công các công trình giao thông sẽ rất dễ dàng, thuận tiện Không cần đun nóng, không gây ô nhiễm môi trường, an toàn cho công nhân và người đi đường Có thể cho phép tiến hành thi công trên mặt đường ẩm ướt vào mùa mưa.Tiết kiệm được từ 15-30% so với công nghệ nhựa nóng.Trong nhũ tương Bitum có chứa nước nên khả năng lèn chặt mặt đường được dễ dàng hơn => Vì vậy khi thi công nhựa đường ở dạng nhũ tương thì không cần phải đun nóng Nhưng với những đặc tính ưu việt của mình mà ngày nay công nghệ nhựa nguội ngày càng được sử dụng rộng rãi

2 Nguồn gốc, xuất xứ của Bitum

+ Tình hình thế giới: Trên thế giới lần đầu tiên mặt nhựa đường đã ra đời vào năm

1175 do người Đức thực hiện, rồi người Pháp cũng đưa nhựa Bitum vào đế rải đường vào năm 1854 Loại nhựa được dùng đầu tiên là cặn Gudron Sau đó công nghiệp hoá ngày càng phát triển, Nhựa Bitum, một ít sản phẩm phụ của công nghiệp hoá dầu, với tính công nghiệp cao hơn thế nhựa gudron Ngày 9/5/1922 một nhà bác học người Anh là Hugh Alan Mackay đã được cấp bằng sáng chế số 202021 về nhũ tương nhựa Bitum, sử dụng dưới dạng nhựa nguội hoặc ấm dễ dàng thi công cho công nhân, tạo ra một bước ngoặt mới trong lĩnh vực sử dụng Bitum dầu mỏ

Hình 1: Bitum dầu mỏ(Nguồn: Internet)

+ Tình hình tại Việt Nam: Mặc dù trên thế giới công nghệ chế tạo nhũ tương

Bitum đã rất phát triển, nhưng ở nước ta thuật ngữ “nhũ tương Bitum” vẫn còn mới mẻ và chính vì vậy các công trình nghiên cứu về phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum còn ít,

hầu hết còn dừng ở mức độ lý thuyết, ít được áp dụng vào trong thực tế

Bitum có nhiều nguồn gốc khác nhau, có thể từ than nhưng chủ yếu vẫn là sản phẩm của công nghệ chế biến dầu thô và hoá dầu

Bitum dầu mỏ tại nhiệt độ thường ở dạng rắn, khi tăng nhiệt độ lên khoảng trên 70°C thì bắt đầu chảy mềm chuyển sang dạng nửa lỏng tuỳ theo từng loại dầu nhiệt độ chảy mềm có thể khác nhau

Bitum dầu mỏ không tan trong nước, thành phần bao gồm nhiều loại cacbuahydro

và các dẫn xuất lưu huỳnh, oxy, nitơ,

Bitum dầu mỏ chủ yếu được sản xuất từ phần cặn của quá trình chưng cất trực tiếp các loại dầu mỏ có nhiều nhựa, quá trình chưng cất chân không, cũng có thể lấy từ các quá trình hydrocracking, cracking nhiệt, cracking xúc tác, cốc hoá, các quá trình khử atfan, chiết, lọc, rửa và tinh chế dầu nhờn

Bitum thu được từ 2 nguồn: Nguồn trong tự nhiên và tổng hợp từ chưng cất dầu

− Bitum "th ẳng": Là chất còn lại sau khi chưng cất trong chân không hay không khí

các loại dầu mỏ chứa nhựa đường Đối với các ứng dụng đặc biệt, cặn Bitum loại chứa dầu hắc ín rất cứng có thể thu được nhờ chưng cất dầu mỏ đã qua crackinh

− Bitum "th ổi": Được sản xuất bằng cách thổi luồng không khí ngược chiều với

luồng Bitum thẳng nóng chảy Phản ứng ôxi hóa diễn ra dẫn tới việc khử hiđro và polyme hóa các thành phần thơm và chưa no Trong quá trình này, các phân tử vòng thơm cao phân tử lượng có thể được tạo ra

− Bitum "c ắt bớt" (hay loại Bitum lỏng hơn): Thu được bằng cách trộn Bitum với các

dung môi dầu mỏ hay dầu khoáng, đôi khi với hắc ín hay các chất thơm cao phân

tử được chiết ra

− Bitum nhũ tương: Được tạo ra bằng cách nhũ tương hóa 50-65% Bitum trong nước

với sự tham gia của 0,5-1,0% chất chuyển thể sữa, thông thường là xà phòng và nói chung được sử dụng ở dạng lạnh cho các mục đích công nghiệp và làm đường

3 Vấn đề sản xuất Bitum dầu mỏ hiện nay

- Có 3 phương pháp sản xuất Bitum từ dầu mỏ là:

+ Cô đặc các thành phần cặn từ dầu mỏ

+ Tách asphan trong quá trình khử atphan từ các thành phần dầu mỏ cô đặc + Dùng không khí để oxyhoá ở nhiệt độ cao các phần cặn của quá trình chế biến dầu mỏ như cặn gudron, các cặn chiết, asphan

- Theo phương pháp sản xuất, Bitum được chia làm 2 loại:

+ Bitum được chế biến theo phương pháp cô đặc và phương pháp tách được gọi

là Bitum gốc

+ Bitum được chế biến theo phương pháp thứ 3 được gọi là Bitum oxy hoá Bitum gốc được sản xuất trong thiết bị chân không thông thường, ngoài ra để tận thu các phân đoạn dầu nhờn từ trong phần cặn của dầu mỏ, người ta còn trang bị thêm tháp cất chân không, thiết bị bốc hơi Bitum được sản xuất theo phương pháp này là loại sản phẩm mềm dễ nóng chảy, có độ lún kim khá lớn

Từ những loại Bitum nói trên, có thể chế biến thành các loại Bitum rắn hơn bằng phương pháp oxy hoá Quá trình oxy hoá gudron hoặc Bitum gốc được thực hiện bằng cách thổi khí ở nhiệt độ cao khi đi qua chứng Do kết quả các phản ứng oxy hoá và trùng hợp xảy ra dưới tác dụng của oxy một phần cacbuahydro dầu nhờn chuyển thành nhựa rồi sau đó trở thành asphaten Quá trình oxy hoá và trùng hợp càng sâu thì lượng nhựa và atphan thu được càng nhiều

Trong quá trình oxy hoá xảy ra phản ứng dẫn đến việc gia tăng hàm lượng các atphan, để nâng cao nhiệt độ chảy mềm của Bitum và nhựa giúp cải thiện được tính chất kết dính và tính dẻo của Bitum thương phẩm Hàm lượng các thành phần dầu trong các quá trình đó cũng được giảm đi

Loại Bitum được chế biến bằng phương pháp oxy hoá có tính đàn hồi và ổn định nhiệt tốt hơn loại Bitum gốc

Trong cùng một nhiệt độ như nhau, loại Bitum oxy hoá có độ mềm lớn hơn Bitum gốc (độ lún kim cao hơn), nhưng đối với cùng một độ lún kim như nhau thì nhiệt độ chảy mềm của Bitum oxy hoá lại tương đối cao hơn

Nếu nhiệt độ chảy mềm và hàm lượng các chất bay hơi trong nguyên liệu gốc bằng nhau thì loại Bitum được chế biến bằng phương pháp oxy hoá có khả năng chịu đựng thời tiết tốt hơn và có trị số xà phòng hoá nhỏ hơn loại Bitum gốc

Bitum được chế biến từ phần cặn cracking thường có phẩm chất xấu hơn Bitum chế biến từ phần cặn chưng cất dầu mỏ trực tiếp một ít Các chất không hoà tan như cacben và cacboit trong phần cặn cracking làm giảm sút tính kết dính của Bitum và phá hoại tính đồng nhất của chứng Những Bitum này có độ giãn dài thấp, có hàm lượng chất không hoà tan cao và khối lượng hao hụt lớn, nếu gia nhiệt

Ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ thường sản xuất ra các loại Bitum thương phẩm sau đây:

- Bitum nhựa đường

- Bitum xây dựng

- Bitum chuyên dùng (dùng cho các sản phẩm sơn nhuộm Matit ắc quy, và công nghiệp điện tử)

- Bitum có độ nóng chảy cao (dùng cho chế tạo cao su rabrac)

Bitum dầu mỏ được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là đối với các nước có nền công nghiệp phát triển vì nó có các đặc tính kỹ thuật thoả mãn được các yêu cầu trong xây dựng, giao thông, làm đường xá, cầu cống, vật liệu cho các công trinh thuỷ lợi, chống thấm cho các đường hầm, đường ống, trong ngành sản xuất vật liệu tấm lọp, trong công nghiệp điện và nhiều ngành công nghiệp khác

Tuy nhiên do Bitum được dùng nhiều cho việc làm nhựa dải đường cho nên ngày nay khi nói đến nhựa đường và thuật ngữ Bitum- Nhựa đường đã trở thành tên gọi quen thuộc khi gọi tên Bitum

4 Những thành phần hoá hoc của Bitum dầu mỏ

Bitum có màu đen, hoà tan được trong benzen (CoHo), cloruafooc (CHCl3), disunfuacacbon (CS2) và một số dung môi hữu cơ khác, các nhóm chức năng có chứa lưu huỳnh, nitơ và nguyên tử oxy Bitum cũng chứa một số lượng nhỏ kim loại như niken, sắt, magie, canxy dưới dạng muối hữu cơ

Thành phần hoá học của Bitum dầu mỏ: C = 82-88%;S = 0-6%;N = 0,5-1%;H = 8-11%;O

= 0-1,5%

Dựa trên cơ sở lý thuyết về nhóm hoá học người ta chia Bitum dầu mỏ thành 3

nhóm chính (nhóm chất dầu, nhóm chất nhựa, nhóm asphalt) và các nhóm phụ Nhìn chung, có thể tách thành phần hoá học của Bitum thành hai nhóm asphalt và maltel Nhóm các maltel có thể chia ra thành các chất bão hoà, các chất nhựa, các chất thơm (phân loại theo tiêu chuẩn Anh)

− Nhóm chất dầu gồm những hợp chất có phân tử lượng thấp (300-600), không màu, khối lượng riêng nhỏ (0,91-0,925) Nhóm chất dầu làm cho Bitum có tính lỏng Nếu hàm lượng của nhóm này tăng lên, tính quánh của Bitum giảm Trong Bitum nhóm chất dầu chiếm khoảng 45-60%

− Nhóm chất nhựa gồm những hợp chất có phân tử lượng cao hơn (600-900), khối lượng riêng xấp xỉ bằng 1, màu nâu sẫm Nó có thể hoà tan trong benzen, etxăng, clorofooc Nhóm chất nhựa trung tính (tỷ lệ H/C= 1,6-1,8) làm cho Bitum có tính dẻo Hàm lượng của nó tăng, độ dẻo của Bitum cũng tăng lên Nhựa axit (H/C= 1,3-1,4) làm tăng tính dính bám của Bitum vào đá Hàm lượng của nhóm chất nhựa trong Bitum dầu mỏ vào khoảng 15-30%

− Nhóm asphalt gồm những hợp chất có phân tử lượng lớn (1000-30000), khối lượng riêng 1,10-1,15, có màu nâu sẫm hoặc đen, không bị phân giải khi đốt Khi

ở nhiệt độ lớn hơn 300°C thì bị phân giải ra khí và cốc, tỷ lệ H/C=1,1

Asphalt có thể hoà tan trong clorofooc, tetraclorua cacbon (CCl4), không hoà tan trong ete, dầu hoả và axeton (C3H5OH) Tính quánh và sự biến đổi tính chất theo nhiệt độ của Bitum phụ thuộc chủ yếu vào nhóm này.Hàm lượng nhóm asphalt tăng lên thì tính quánh, nhiệt độ hoá mềm của Bitum cũng tăng lên Hàm lượng của nhóm asphalt trong Bitum vào khoảng 10-25%

Nhóm cacben và cacboit Tính chất của cacben gan giống như chất asphalt, chỉ khác là không hoà tan trong benzen và trong CCl4, hoà tan được trong disunfuacacbon, khối lượng riêng lớn hơn 1 Cacboit là một chất rắn dạng muội, không hoà tan trong bất

cứ dung môi nào.Hàm lượng của các chất này ở trong Bitum nhỏ hơn 1,5%, làm Bitum kém dẻo

Nhóm axit asphalt và anhyđrit Nhóm này là những chất nhựa hoá (nhựa axit) mang cực tính (gồm những phân tử có chứa gốc cacboxyn-COOH), nó là thành phần hoạt

tính bề mặt lớn nhất của Bitum, dễ hoà tan trong rượu cồn, benzen, clorofooc và khó hoà tan trong etxăng Axit asphalt có khối lượng riêng nhỏ hơn 1, màu nâu sẫm, hàm lượng trong Bitum nhỏ hơn 1% Khi hàm lượng tăng lên, khả năng thấm ướt và cường độ liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng dạng cácbonat tăng lên

Nhóm parafin (các chất no) là những hyđro cacbua béo ở dạng chuỗi thẳng hoặc phân nhánh có phân tử lượng trung bình, bao gồm các chất parafin và không thuộc dạng parafin Papafin có thể làm giảm khả nămg phân tán và hoà tan của asphalt vào trong các nhóm khác, có thể làm giảm tính đồng nhất của Bitum Nếu tỷ lệ parafin tăng lên, nhiệt

độ hoá mềm, tính giòn của Bitum ở nhiệt độ thấp sẽ tăng lên, Bitum hoá lỏng ở nhiệt độ thấp hơn so với Bitum không chứa parafin Tỷ lệ của parafin trong Bitum dầu mỏ đến 5%

Tính chất của Bitum phụ thuộc vào thành phần và tính chất của hỗn hợp các nhóm cấu tạo hoá học Dựa vào nhóm cấu tạo hoá học có thể chia Bitum dầu mỏ thành 3 loại:

− Bitum loại 1 có nhóm asphalt > 25%, nhựa < 24% và dung dịch cacbon > 50%

− Bitum loại 2 có hàm lượng nhóm cấu tạo hoá học tương ứng là > 18%; > 36% và < 48%

− Bitum loại 3 có các nhóm cấu tạo hoá học tương ứng là 21-23%; 30-34% và 45-49% Ba loại Bitum trên có độ biến dạng khác nhau

Tuy nhiên thành phần hoá học của chúng thay đổi theo thời gian sử dụng kết cấu mặt đường

II Các tính chất của Bitum trong xây dụng đường và trong sản xuất

Do có nhiều loại Bitum khác nhau được sản xuất, nên cần phải xác định các chi tiêu kỹ thuật của các phẩm cấp Bitum khác nhau Phẩm chất của Bitum nói chung được xác định bằng cách kết hợp các tính chất hoá lý sau đây:

1 Độ quánh của Bitum

Tính quánh của Bitum được thay đổi trong một phạm vi khá rộng Nó ảnh hưởng nhiều đến tính chất cơ học của hỗn hợp vật liệu khoáng với chất kết dính, đồng thời quyết định công nghệ chế tạo và thi công loại vật liệu sử dụng Bitum Người ta dùng chi tiêu độ

xuyên kim để đánh giá độ quánh của biturn, đơn vị đo của độ quánh là bằng độ ( 1 độ bằng 0,lmm)

Độ quánh của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng các nhóm cấu tạo và nhiệt độ môi trường Khi hàm lượng nhóm atphan tăng lên và hàm lượng nhóm chất dầu giảm, độ quánh của Bitum tăng lên Khi nhiệt độ môi trường tăng cao, nhóm chất nhựa sẽ bị chảy lỏng, độ quánh của Bitum giảm xuống

Các tính chất này đảm bảo cho Bitum có độ xuyên thấm cần thiết vào trong cốt liệu, pha trộn với các khoáng chất và bao phủ hoàn toàn các hạt rắn trong quá trình xử lý mặt đường

2 Độ giãn dài

Độ giãn dài biểu thị khả năng dính, dẻo, đàn hồi của Bitum và nó còn cho biết tỷ lệ giữa các thành phần Bitum Hay còn quy định là độ giãn dài hay tính dẻo.Tính dẻo đặc trưng cho khả năng biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ và ngoại lực Nó phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần của nhóm Khi nhiệt độ tăng thì tính dẻo cũng tăng và ngược lại Trong trường hợp đó, Bitum dùng làm mặt đường hay trong kết cấu khác có thể bị nứt Những loại Bitum được coi là tốt nếu có khả năng giãn dài lớn

Tính dẻo của Bitum được tính bằng cm khi kéo căng một mẫu có tiết diện quy định

ở 25°C với tốc độ kéo là 5cm/phút Độ kéo dài càng lớn thì tính dẻo của Bitum càng cao

3 Thành phần cất phân đoạn

Thành phần cất phân đoạn biểu thị tỷ lệ các phân đoạn sôi trong một nhiệt độ cụ thể nào đó và xác định tốc độ đông đặc của Bitum

4 Độ bền đối với nước

Độ bền đối với nước hay khả năng chịu nước của Bitum được xác định qua hàm lượng các hợp chất tan trong nước

chịu nhiệt càng tốt

6 Nhiệt độ chớp cháy của Bitum

Nhiệt độ chớp cháy của Bitum là nhiệt độ mà tại đó các chất dầu nhẹ trong Bitum bốc hoi bão hoà lẫn vào môi trường xung quanh tạo nên một hỗn hợp dễ cháy, khi ta đưa ngọn lửa lại gần thì ngọn lửa bùng cháy và lan nhanh khắp mặt Bitum

Nhiệt độ chóp cháy của Bitum biểu thị mức độ an toàn phòng cháy của nó

∆T=T m -T c: đặc trung cho tính ổn định nhiệt

Tm: nhiệt độ của Bitum khi chuyển từ trạng thái quánh sang lỏng: nhiệt độ hóa mềm

Tc: nhiệt độ của Bitum khi chuyển từ trạng thái quánh sang cứng: nhiệt độ hóa cứng

8 Tính già hoá của Bitum

Do ảnh hưởng của thời tiết mà tính chất và thành phần hoá học của Bitum bị thay đổi Người ta gọi sự thay đổi đó là sự già hoá của Bitum Nguyên nhân là do thành phần nhóm atphanten tăng lên Sự bay hơi của nhóm dầu cũng làm tính quánh và tính giòn của Bitum tăng lên, làm thay đổi lớp cấu tạo phân tử tạo thành nên các hợp chất mới Quá trình già hoá Bitum sẽ dẫn đến quá trình già hoá của bêtông atphan Độ giòn cao của Bitum làm cho mặt đường xuất hiện các vết nứt, tăng quá trình phá hoại do ăn mòn

9 Tính ổn định khi gia nhiệt

Khi dùng Bitum người ta thường phải đun nóng nó lên cao khoảng 160°C trong thời gian khá lâu do đó các thành phần dầu nhẹ có thể bị bốc hơi làm thay đổi tính chất của Bitum

10 Tính thấm ướt vật liệu khoáng

Tính thấm ướt vật liệu khoáng của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng các chất hoạt tính bề mặt có cực và tính chất của vật liệu khoáng, tính thấm ướt được đặc trưng bằng góc thấm ướt Đó là góc giữa bề mặt vật liệu khoáng và tiếp tuyến với bề mặt giọt chất kết dính tại ranh giới tiếp xúc với vật liệu Nếu góc thấm ướt càng nhọn thì tính thấm ướt càng tốt Khi đó lực hút giữa các phân tử giữa chất kết dính và bề mặt vật liệu khoáng gần bằng lực hút phân tử bên trong chất kết dính Nếu như góc thấm ướt lớn thì tính thấm ướt kém, lực hút phân tử với bề mặt vật liệu khoáng yếu Do đó chất kết dính càng thấm ướt tốt vật liệu khoáng thì lực hút phân tử trong chứng càng yếu và lực bám dính giữa chất kết dính với bề mặt vật liệu khoáng càng mạnh

Những vật liệu khoáng kị nước là những vật liệu dính bám chất kết dính hữu cơ tốt

11 Tính liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng

Sự liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đến quá trình thay đổi lý hoá khi hai chất tiếp xúc tương tác với nhau Sự liên kết này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cường độ và tính ổn định vói nước, với nhiệt độ của hỗn hợp Bitum và vật liệu khoáng

Khi nhào trộn Bitum với vật liệu khoáng, các hạt khoáng được thấm ướt bằng Bitum và tạo thành một lớp hấp phụ, khi đó các phân tử Bitum ở trong lớp hấp phụ sẽ tương tác với các phân tử của vật liệu khoáng ở lớp bề mặt Tương tác đó có thể là tương tác hoá học hoặc lý học

Lực liên kết hoá học lớn hơn nhiều so với lực liên kết lý học, do đó khi Bitum tương tác hoá học với các vật liệu khoáng thì cường độ liên kết sẽ lớn nhất Liên kết của Bitum với vật liệu khoáng trước tiên phụ thuộc vào tính chất của Bitum Bitum có sức căng bề mặt ngoài càng lớn nghĩa là có độ phân cực càng lớn thì liên kết với vật liệu càng tốt Độ phân cực của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng của nhóm chất nhựa, đặc biệt là nhựa axit Bitum chứa nhóm chất nhựa càng nhiều thì sự liên kết của nó với vật liệu khoáng càng tốt

Liên kết của Bitum với vật liệu khoáng còn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu

khoáng Các loại đá bazơ liên kết vói Bitum tốt hơn các loại đá axit vì có thể xảy ra hên kết hoá học

Trường hợp độ hoạt tính của Bitum thấp , sự liên kết của nó với bề mặt vật liệu khoáng kém thì cần cho thêm vào Bitum chất phụ gia hoạt động bề mặt để Bitum có độ hoạt tính cần thiết

III Công nghệ sản xuất Bitum

Các loại Bitum dầu mỏ được sản xuất theo 3 loại dây chuyền công nghệ như sau:

− Công ngh ệ chưng cất chân không

Nguyên liệu: mazut và gudron

Mazut là phần cặn dầu mỏ sôi trên 350 °C

Gudron là phần cặn dầu mỏ sôi trên 500 °C, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuối cùng có thể đến C80

Công nghệ chưng cất chân không thường được chọn đối với loại dầu mỏ có nhiều

nhựa asphanten để sản xuất Bitum từ mazut của nó

− Công ngh ệ tách lọc asphan

Nguyên liệu: gudron, dung môi Công nghệ tách lọc asphan cho sản phẩm chính là dầu đã tách lọc asphan dùng để sản xuất dầu nhờn cặn, sản phẩm phụ là asphan để sản xuất Bitum

Bản chất của công nghệ này là hòa tan gudron trong một số dung môi thích hợp Thường người ta chọn propan lỏng C3H8 Trong quá trình này các chất nhựa asphanten, các hợp chất hydrocacbon đa vòng, các chất chứa kim loại, sẽ keo tụ và lắng xuống ở thể rắn gọi là asphan dùng để sản xuất Bitum

Các hợp phần hydrocacbon khác tan trong dung môi gọi là phần đã loại asphan được tách ra để sản xuất dầu nhờn cặn

− Công ngh ệ oxy hóa các cặn dầu

Nguyên liệu là các cặn dầu của nhiều quy trình sản xuất khác nhau trong chế biến dầu mỏ như: cặn chưng cất (gudron); cặn cracking, cặn tách lọc asphan; cặn trong sản

Bản chất của công nghệ này là oxy hóa các loại cặn dầu bằng oxy không khí ở nhiệt độ cao để thu được các phần Bitum có chất lượng cao Các Bitum được sản xuất từ công nghệ oxy hóa gọi là Bitum oxy hóa

Các loại Bitum sản xuất từ công nghệ 1 và 2 gọi là Bitum cặn

Để làm tăng thêm chất lượng của Bitum, người ta sử dụng một số loại phụ gia và chất mang để đưa vào trong Bitum Các chất mang trước hết là các hợp chất dạng polime như cao su tự nhiên, cao su nhân tạo, Các phụ gia này tạo nên những thuận lợi trong sử dụng Bitum để xây dựng đường sá

IV Tồn chứa, vận chuyển

Bitum và các sản phẩm của Bitum (nhựa đường, hắc ín) cần phải được chứa trong các thùng chứa hoặc bể chứa nóng được đặt sao cho tránh bị tràn hoặc rò rỉ vào hệ thống cống thoát nước và bảo vệ khỏi các chất dễ cháy Các thùng chứa cần được cách ly hoặc lắp các tấm chắn gió xung quanh để giảm hàm lượng ẩm của sản phẩm Nơi lưu giữ Bitum cần phải xây các bờ ngăn quanh bể chứa dầu Các biện pháp ngăn ngừa dầu tràn khi bốc dỡ, chất xếp, ví dụ như các thùng để thu hồi dầu rò rỉ ở các điểm tiếp xúc Tách dầu từ nước thải đi ra Đặt các thùng chứa, bể chứa trong các thùng chắn nước mưa

Nhựa đường có trạng thái đủ cứng để vận chuyển theo các đống rời (nó chỉ mềm đi khi bị nóng quá) vì thế đôi khi nó được trộn lẫn với dầu điêzel hay dầu lửa cho dễ vận chuyển Vào lúc giao hàng, các chất nhẹ hơn này sẽ được tách ra khỏi hỗn hợp

Việc vận chuyển Bitum cần phải được tuân thủ theo các quy định về bảo vệ môi trường và các chỉ dẫn an toàn của nhà cung cấp Nguyên nhân cháy thường gặp nhất là bắt cháy lập tức khi vật liệu cách ly bị ngâm trong Bitumen nóng rò rỉ ra từ các van bị rò hoặc

từ bể chứa quá đầy

Cháy Bitum có thể dập bằng bột, carbon dioxit, bọt nước Việc dập lửa bằng nước

có thể gây nổ Một nguyên tắc rất quan trọng là không được cho Bitum nóng tiếp xúc với nước hoặc nhũ tương thừa vì thường làm bể chứa sôi hoặc phát nổ