Giáo trình vật liệu xây dựng

Tính chất của blốc thủy tinh rỗng: độ xuyên sáng nhỏ hơn 65%, độ tán sáng – 25%, hệ số dẫn nhiệt 0,34 kcal/m.oC.h Ngoài blốc thông thường người ta còn sản xuất các loại blốc màu, blốc ha

CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU KÍNH XÂY DỰNG 1.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THỦY TINH

Đặc tính cơ học: Cường độ chịu nén của thủy tinh cao (700-1000 kG/cm3), cường độ kéo thấp (35-85 kG/cm2) Độ cứng của kính silicat thường từ 5-7 Kính giòn nên chịu uốn và chịu va đập kém khoảng 0,2 kG/cm2.

Tính chất quang học là tính chất cơ bản của kính đặc trưng bằng chỉ tiêu xuyên sang (trong

suốt), chiết qiamg, phản quang, phản xạ Kính silicat thường cho tất cả những phần quang phổ nhìn thấy được đi qua và thực tế không cho tia tử ngoại và hồng ngoại đi qua Khi thay đổi thành phần và màu sắc kính có thể điều chỉnh được mức độ cho ánh sang xuyên qua

Tính dẫn nhiệt: Tùy thuộc vào thành phần mà kính thường có hệ số dẫn nhiệt từ 0,34-0,71

kcal/m.oC.h Kính thạch anh có hệ số dẫn nhiệt lớn nhất (1,16 kcal/m.oC.h) Kính chứa nhiều ôxýt kiềm có hệ số dẫn nhiệt nhỏ, hệ số nở nhiệt của kính thấp: kính thạch anh 5,8.10-7/oC-1, kính xây dựng thường 9.10-6 – 15.10-6/oC

Tính cách âm: Khả năng cách âm của thủy tinh là tương đối cao Theo chỉ tiêu này kính dày 1

cm tương đương với tường gạch dày 12 cm

Khả năng gia công cơ học: Cắt được bằng dao có đầu kim cương, mài nhẵn đánh bong được,

ở trạng thái dẻo (khi nhiệt độ 800-1000oC) có thể tạo hình, thổi, kéo thành tấm, ống, sợi

1.2. NGUYÊN TẮC CHẾ TẠO KÍNH

Nguyên liệu chính để chế tạo kính là cát thạch anh, đá vôi, xôđa, và sunfat natri Nguyên liệu được nấu trong cà lò nấu thủy tinh cho đến nhiệt độ 1500oC

Hình 1.2 Chế tạo sợi thuỷ tinh bằng phương pháp ly tâm (a) và phương pháp thổi (b)

1 Bể chứa dụng dịch chảy lỏng 4.Ống nối để chuyển không khí nén hoặc hơi nén

Nhiệt độ 800-900oC là nhiệt độ hình thành silicat Vào cuối thời kì hình thành silicat nhiệt độ 1150-1200oC Khối thủy tinh trở thành trong suốt nhưng vẫn còn chứa nhiều bọt khí, việc tách lọc bọt khí kết thúc ở 1400-1500oC cuối giai đoạn này khối thủy tinh hoàn toàn tách hết bọt khí và trở thành đồng nhất Để có độ dẻo và tạo hình cần thiết phải hạ nhiệt độ xuống 200-300oC Độ dẻo của thủy tinh phụ thuộc vào thành phần hóa của nó các ôxýt

Na O

và

CaO

thì ngược lại, làm giảm độ dẻo

Việc chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái thủy tinh (rắn) là một quá trình thuận nghịch Khi để trong không khí ở nhiệt độ cao, cấu trúc vô định hình của một số loại thủy tinh có thể chuyển sang kết tinh

1.3. KÍNH PHẲNG

Kính phẳng dùng để làm cửa sổ, cửa đi, mặt kính các quầy trưng bày, để hoàng thiện bên trong và bên ngoài nhà Ngoài kính thường, còn có các loại kính đặc biệt như kính hút nhiệt, kính

có cốt, kính tôi, kính trang trí nghệ thuật v.v…

Trong xây dựng dùng cả kính cường độ cao như kính tôi và kính có cốt Để chế tạo những loại kính có các tính chất đặc biệt như khả năng phát quang, các tính chất trang trí, cường độ cao, trong quá trình sản xuất có thể cho them các ôxýt kim loại hoặc phủ lên mặt kính những màng kim loại, màng ôxýt, hoặc màng bộ màu

Kính phản quang: Dùng để giảm sự đốt nóng của ánh sang mặt trời hoặc để điều hòa ánh

sang

Kính để bưng quầy trưng bày: Được chế tạo bằng cách đánh bóng hoặc không đánh bóng với

kích thước 3,4x4,5 m chiều dày 5-12 mm

Kính tôi: Được chế tạo bằng cách nung kính thường đến nhiệt độ sôi (540-650oC) rồi làm nguội nhanh và đều Làm như vậy thì nội ứng xuất sẽ phân bố đều đặn trong kính, đồng thời cường

độ va đập và chịu uốn của kính tăng lên khá nhiều so với kính thông thường Kính tôi được sử dụng rộng rãi trong các quầy hang trưng bày, chế tạo cửa kính, để che chắn cầu thang, ban công v.v…

Kính có cốt: Là loại kính được gia công bằng lưới kim loại, chế tạo bằng những sợi thép đã

được ủ nhiệt, mạ niken hay crôm Do bị ép chặt trong kinh nên lưới kim loại sẽ đóng vai trò bộ khung có tác dụng giữ chặt những mảnh kính vụn khi nó bị vỡ nên tránh được nguy hiểm Kính có cốt được dùng làm các kết cấu mái lấy ánh sang

Kính hút nhiệt:Về thành phần khác với kính thường ở chỗ có chữa các ôxýt sắt, coban và

niken, nhờ đó mà có màu xanh nhạt Kính hút nhiệt giữ được 70-75% tia hồng ngoại (2-3 lần so với kính thường) Do sự hút nhiệt lớn nên độ biến dạng và nhiệt độ của kính tăng lên đáng kể Vì vậy trong công tác thi công lắp đặt cần phải chứa khe hở cần thiết giữa khung và kính

Kính bền nhiệt:Là tấm borosilicate (hệ cơ sở

SiO −B O −Na O

) có chứa các ôxýt chì và các ôxýt liti Hệ số nở nhiệt là khoảng (2-4) 10-6/oC, có nghĩa là nhỏ hơn so với kính thường 2-3 lần Loại kính này có thể chịu được độ chênh lệch nhiệt độ đến 200oC và được sử dụng để chế tạo các

chi tiết bền nhiệt của máy móc

Hình 1.3 Dây truyền sản xuất kính xây dựng

1.4. CÁC SẢN PHẨM THỦY TINH DÙNG TRONG XÂY DỰNG

Blốc thủy tinh rỗn: Blốc thủy tinh rỗng có khả năng tán

xạ ánh sáng lớn, còn những ô cửa sổ, vách ngăn chết tạo từ

blốc có tính chất cách nhiệt và cách âm tốt Blốc thủy tinh

thường gồm hai nửa gắn lại với nhau, ở giữa rỗng Dạng phổ

biến nhất của blốc thủy tinh là dạng có vân khía ở bên trong

Tính chất của blốc thủy tinh rỗng: độ xuyên sáng nhỏ

hơn 65%, độ tán sáng – 25%, hệ số dẫn nhiệt 0,34

kcal/m.oC.h

Ngoài blốc thông thường người ta còn sản xuất các loại

blốc màu, blốc hai ngăn (cách nhiệt) và blốc hướng ánh sáng

Hình 1.4 Blốc thủy tinh

Thủy tinh xếp lớp: Bao gồm hai hoặc ba tấm thủy tinh xen giữa là lớp đệm không khí bị bịt

kín, vì vậy kính lắp bằng sản phẩm này có khả năng cách nhiệt và cách âm tốt, không bị đọng sương, không phải lau chùi lớp bên trong Tùy theo công dụng mà sản phẩm thủy tinh xếp lớp có thể được chế tạo từ cửa kính, kính tôi, kính phản quang hay các loại kính khác

Ống thủy tinh: trong nhiều trường hợp (vd trông môi trường ăn mòn hóa học) tỏ ra hiệu quả

hơn ống kim loại Chúng có tính ổn định hóa học cao, bề mặt nhẵn, trong suốt và vệ sinh Nhờ đó ống thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và công nghiệp hóa học Tuy nhiên nhược điểm của chúng là giòn, chịu uốn và chịu va đập kém, cũng như tính ổn định nhiệt không cao (khoảng 40oC) Hiện nay người ta đã sản xuất các loại ống bền nhiệt, với hệ số nở nhiệt thấp từ thủy tinh borosilicate

Thủy tinh thạch anh: có độ tinh khiêt cao, có chứa thêm

2 3

B O

được dùng làm sợi cáp quang nhờ có phản ứng phản xạ toàn phần của sóng ánh sáng truyền lan trong sợi và năng lượng ánh sáng được bảo toàn

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT2.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

- Theo cấu tạo, VLCN chia ra:

+ Sợi rỗng (bông khoáng, bông thủy tinh …);

+ Hạt rỗng (peclit, vecmiculit, vật liệu vôi cát …);

+ Ống tổ ong (bê tông tổ ong, thủy tinh bọt, chất dẻo xốp)

- Theo nguyên liệu VLCN chia ra:

+ Loại vô cơ;

+ Loại hữu cơ

- Theo khối lượng thể tích, có 3 nhóm:

2.2 CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT

2.2.1 Sự cấu tạo và tính chất nhiệt vật lý.

Về cấu tạo vật liệu cách nhiệt so với vật liệu khác có độ rỗng cao (50-96%) và hệ số dẫn nhiệt không lớn Vật liệu cách nhiệt có cấu tạo tổ ong, dạng hạt, dạng sợi hoặc dạng tấm

Vật liệu cách nhiệt có cấu tạo tổ ong là những lỗ đồng nhất và phân bố đều đặn, có hình dạng giống hình cầu: như bê tông tổ ong, thủy tinh xốp, chất dẻo cách nhiệt

Loại vật liệu cách nhiệt dạng bột được nghiền từ các loại đá diatomit, trepan, đá vôi xốp.Vật liệu cách nhiệt dạng hạt có trị số lỗ rỗng phụ thuộc vào thành phần hạt, hình dáng, kích thước dồng nhất, độ rỗng cao

Vật liệu cách nhiệt dạng sợi như sợi vỏ bào, sợi amiăng, bông khoáng, bông thủy tinh

Vật liệu cách nhiệt dạng tấm: fibrolit, tấm sợi gỗ, tấm sợi amiăng

Ngoài ra vật liệu cách nhiệt có cấu tạo rỗng bằng gia công nguyên liệu t o cao

- Làm phồng: Nung nguyên liệu đến nhiệt độ 900-1200oC, để nước liên kết tách ra (vecmiculit, peclit);

- Làm chảy: Biến nguyên liệu chảy thành dạng sợi bông khoáng, bông thủy tinh;

- Cho các chất dễ chảy vào nguyên liệu gốc (sản xuất các sản phẩm gốm cách nhiệt)

Khả năng cách nhiêt của vật liệu không chỉ phụ thuộc vào độ rỗng mà còn vào đặc tính của lỗ rỗng, sự phân bố, kích thước và mức độ đóng kín của chúng Không khí khô ở trạng thái tĩnh trong

các lỗ rỗng nhỏ khép kín có hệ số dẫn nhiệt thấp (ở 20oC là 0,020 kCal/m.oC.h) Tuy nhiên độ dẫn nhiệt của các lớp không khí tăng lên đáng kể khi tăng chiều dày của nó Việc truyền nhiệt qua không khí sẽ thực hiện bằng dẫn nhiệt

d

λ , bằng đối lưu λ

đ và bằng bức xạ

b

λ Vì vậy hệ số dẫn nhiệt tương đương của lớp không khí

λ

đ+

b

λ

Hình 2.1 Sự phụ thuộc của độ dẫn nhiệt vào chiều dày của lớp không khí

Hình 2-1 chỉ ra mức tăng độ dẫn nhiệt của lớp không khí bằng đối lưu và bức xạ nhiệt theo mức tăng chiều dày của lớp không khí Vì vậy để tăng độ cách nhiệt người ta cố gắng tạo rỗng cho vật liệu có dang lỗ tổ ong nhỏ và lớp khí mỏng nằm giữa những lớp sợi

b- Độ hút nước

Độ hút nước của vật liệu cách nhiệt không những làm giảm tính chất cách nhiệt mà giảm cường độ và tuổi thọ của công trình Để giảm độ hút nước trước khi chế tạo sản phẩm cách nhiệt cho vào một lượng phụ gia kỵ nước

c- Độ ổn định nhiệt

Là tính chất của vật liệu giữ được tính chất của nó khi chịu tác dụng của nhiệt độ thay đổi.Tính chất này phụ thuộc vào loại và thành phần nguyên liệu gốc và phương pháp gia công vật liệu

Để đặc trưng độ ổn định nhiệt của vật liệu cách nhiệt người ta dùng đại lượng nhiệt độ suer dụng giới hạn

Ở nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn, nhiệt độ này vật liệu sẽ thay đổi cấu trúc, giảm cường độ

và bị phá hủy Thậm chí đối với các vật liệu hữu cơ nó bị cháy

d- Độ thấm khí và thấm hơi nước

Các vật liệu cách nhiệt có độ rỗng lớn vì vậy độ thấm khí, thấm hơi khá cao Độ thấm khí của vật liệu cách nhiệt cần được tính toán khi xây dựng, vì khi làm việc nó có thể bị hút qua tường hoặc trong các thiết bị lạnh cho nên đưa vào phía kết cấu nóng hơn một lớp thấm hơi

e- Nhiệt dung

Nhiệt dung của vật liệu cách nhiệt cai cí ý nghĩa quan trong trong điều kiện trao dổi nhiệt thường xuyên vì vậy cần chú ý lượng nhiệt bị hút vào bằng lớp cách nhiệt

C=0,16-0,24 Kcal/kg.dộ đối với vật liệu vô cơ

C=0,3-0,4 Kcal/kg.độ đối với vật liệu hữu cơ

Khi độ ẩm tăng thì C tăng lên đáng kể

2.2.3 Các tính chất đặc trung sự an toàn và độ bền vững

a- Độ ổn định đối với lửa

Là khả năng vật liệu trong kết cấu chịu được tác dụng cháy trong khoảng thời gian nhất định

Nó phụ thuộc vào thành phần của vật liệu Đối với độ ổn định với lửa thì VLCN chia làm 3 nhóm:

- Vật liệu không cháy: Sản phẩm amiăng, sản phẩm bắng sành peclit, vecmiculit, thủy tinh bọt, sợi bông khoáng;

- Vật liệu khó cháy: Sản phẩm từ bông khoáng với chất kết dính hữu cơ fibrolite, chất dẻo xốp bằng chất kết dính silic hữu cơ;

- Vật liệu dễ cháy: Vật liệu cách nhiệt hữu cơ, các tấm sợi gỗ, tấm cói, tấm nhựa xốp bằng cacbamit

Người ta nâng cao độ bền lửa của VLCN bằng cách đưa them các phụ gia chống cháy vào hỗn hợp nguyên liệu gốc

b- Độ bền vững hóa học vá sinh vật

Vật liệu cách nhiệt có độ rỗng cao nên các chất lỏng , chất khí và hơi dễ thấm và thâm nhật vào từ môi trường xung quanh gây phá hoại

Để nâng cao độ bền vững người ta sử dụng những lớp bao phủ bảo vệ khác nhau

Các vật liệu cách nhiệt hữu cơ cần có độ ổn định sinh vật - Để loại trừ điều kiện sinh sống của nấm và vi sinh vật côn trùng cần chống ẩm tốt, sử dụng các loại thuốc phòng mục

2.3 CÁC SẢN PHẨM CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT

2.3.1 Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt vô cơ

- Bông khoáng và sản phẩm từ bông khoáng: Bông khoáng là vật liệu cách nhiệt bao gồm

khối sợi dạng thủy tinh, các mảnh vụn silicat và những sợi ngắn cực mảnh được sản xuất từ hỗn hợp nóng chảy của các khoáng vật tạo đá hoặc xỉ luyện kim

Hình 2.2 Bông khoáng

Sợi bông khoáng có chiều dài từ 2-30 mm và đương kính 5-15

Bông khoáng đang chiếm vị trí hang đầu trong số những vật liệu cách nhiệt vô cơ Do có nguồn nguyên liệu vô tận, sản xuất đơn giản, độ hút ẩm nhỏ, giá thành tương đối thấp

Đối với bông khoáng rời do có nhiều nhược điểm như chuyên chở và bảo quản dễ bị lèn chặt

và vón cục, một số bị gẫy và biến thành bụi nên người ta đã chế tạo ra các sản phẩm như nỉ, tấm cứng và bán cứng, vỏ, hình quạt, ống trụ và các sản phẩm khác

- Bông thủy tinh và sản phẩm từ bông thủy tinh: Bông thủy tinh là vật liệu cách nhiệt dạng sợi

sản xuất từ khối thủy tinh nóng chảy

Bông thủy tinh có tính ổn định hóa học cao, không bốc cháy và không cháy âm ỉ, λ

=0,043 kcal/moC.h (ở 25 oC),

Hình 2.3 Bông thủy tinh

Sản phẩm từ bông thủy tinh là nỉ và băng Được chế tạo bằng cách khâu phủ (bằng chỉ amiăng hay chỉ thủy tinh) 2 lớp bông thủy tinh lên mặt trên và mặt dưới một lớp sợi thủy tinh dày 1,5 mm

đã được gắn keo

- Vật liệu cách nhiệt amiăng: Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất là amiăng crisôtin Người ta

sản xuất các loai vật liệu rời (dạng hạt), sản phẩm cuộn và các sản phẩm dạng khối như cactông, vỏ, hình và hình quạt

Cactông amiăng là VLCN không cháy sản xuất từ 65% amiăng, 30% thạch cao, 5% tinh bột Chiều dài = chiều rộng = 900-1000 mm, dày 2-10 mm, λ

> 60kg/cm2

- Bê tông tổ ong cách nhiệt: Bê tông tổ ong cách nhiệt có khối lượng thể tích không lớn hơn

500 kg/m3, dùng để cách nhiệt cho các kết cấu bao che của nhà Bề mặt của các thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn nhiệt có nhiệt độ đến 400oC, sản phẩm có λ

= 0,069-0,095 kcal/moC.h (ở trạng thái khô), W không vượt quá 15%

- Vật liệu gốm cách nhiệt: Hiện nay người ta sản xuất các loại gạch có khả năng cách nhiệt

2.3.2 Vật liệu và sản phẩm cách nhiệt hữu cơ

- Tấm sợi gỗ: Tấm sợi gỗ được dùng để cách nhiệt và cách âm trong các kết cấu bao che

Chúng được sản xuất từ gỗ đã được xẻ tới hoặc tận dụng các loại gỗ phế liệu, thứ phẩm của công nghiệp gia công gỗ, vùng lanh, vụn đay – gai, thân cây lau sậy, rơm rạ, bông v.v…

=12 kg/m2

- Sản phẩm than bùn cách nhiệt: Sản phẩm than bùn cách nhiệt sản xuất ở dạng tấm, vỏ hình

quạt và sử dụng cho kết cấu bao che nhà cấp III, bề mặt các thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn khí nhiệt độ từ 60-100oC

Nguyên liệu sản xuất là các loại than bùn tầng trên, ít bị phân rã và có cấu tạo sợi thuận tiện cho việc chế tạo sản phẩm ép có chất lượng cao

Dạng tấm có kích thước 1000x500x30 mm, được sản xuất bằng cách ép than bùn trong khuôn thép có hoặc không có phụ gia sau đó đem sấy ở nhiệt độ 120-150oC λ

= 0,052 kcal/moC.h,

u R

=3 kg/m2, W không lớn hơn 15%

- Tấm fibôlit: Được chế tạo từ hỗn hợ xi măng poolang, nước, dăm gỗ được sử dụng làm vật

liệu cách nhiệt, chịu lực – cách nhiệt và cách âm trong tường sàn và trần ngăn

Tấm fibôlit có mác 300,350,400,500 với cường độ tương ứng là 4, 5, 7 và 12

λ

= 0,078 – 0,13 kcal/moC.h,

o

γ

=250 kg/m3, độ hút nước Hp không lớn hơn 20%

- Chất dẻo xốp: Bao gồm 3 nhóm: Xốp bọt, xốp khí và xốp tổ ong Loại vật liệu dẻo xốp cách

nhiệt phổ biến nhất là chất dẻo xốp khí polistiron, mipo Chất dẻo xốp polistiron là vật liệu giữ nhiệt rất tốt trong các panen phân lớp, nó phối hợp tốt với nhôm, xi măng amiăng và chất dẻo thủy tinh

Nó được sử dụng rộng rãi để làm vật liệu cách nhiệt trong công nghiệp lạnh, đóng tàu biển, đóng toa tàu hỏa, cách nhiều cho tường, trần và mái nhà.

Mipo là chất dẻo xốp dùng để cách nhiệt cho kết cấu xây dựng, các thiết bị công nghiệp v.v…

CHƯƠNG 3: CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ3.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

3.1.2 Phân loại

Căn cứ vào các đặc điểm sau để phân loại chất kết dính hữu cơ:

-Theo thành phần hóa học chia ra:

+ Bitum

+ Guđrông

- Theo nguồn nguyên liệu chia ra:

+ Bitum dầu mỏ - sản phẩm cuối cùng của dầu mỏ

+ Bitum đá dầu – sản phẩm khí chưng đá dầu

+ Bitum thiên nhiên – loại bitum thường gặp trong thiên nhiên ở dạng tinh khiết hay lẫn với các loại đá

+ Guđrông than đá – sản phẩm khi chưng khô than đá

+ Guđrông than bùn – sản phẩm khi chưng khô than bùn

+ Guđrông gỗ - sản phẩm khi chưng khô gỗ

- Theo tính chất xây dựng chia ra:

+ Bitum và guđrông rắn: ở nhiệt độ 20 - 25oC là một chất rắn có tính giòn và tính đàn hồi, ở nhiệt độ 180 – 200oC thì có tính chất của một chất lỏng

+ Bitum và guđrông quánh: ở nhiệt độ 20 - 25 oC là một chất mềm, có tính dẻo cao và

độ đàn hồi không lớn lắm

+ Bitum và guđrông lỏng : ở nhiệt độ 20 - 25oC là một chất lỏng và có chứa thành phần hyđrôcacbon dễ bay hơi, có khả năng đông đặc lại sau khi thành phần nhẹ bay hơi và sau đó

có tính chất gần với tính chất của bitum và guđrông quánh

+ Nhũ tương bitum và guđrông: là một hệ thống keo bao gồm các hạt

chất kết dính phân tán trong môi trường nước và chất nhũ hóa

3.2 BI TUM DẦU MỎ XÂY DỰNG ĐƯỜNG

3.2.1 Thành phần và cấu trúc của bi tum xây dựng đường

3.2.1.1 Thành phần

Bitum dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất hydrôcacbon (metan, naftalen, các loại mạch vòng) và một số dẫn suất phi kim loại khác Nó có màu đen, hòa tan được trong benzene (C6H6), cloruafooc (CHCl3), díunfuacacbon (CS2) và một số dung môi hữu cơ khác

Thành phần hóa học của bitum dầu mỏ như sau:

Nhóm axit atphalt và anhidrit 1%

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 CKDHC có tính lỏng Nếu hàm lượng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính quánh giảm.Trong bi tum nhóm chất dầu chiếm 45-60%; trong guđrông than đá 60-80%

Nhóm chất nhựa gồm những hợp chất có phân tử lượng cao hơn (600-900), màu nâu sẫm,

khối lượng riêng xấp xỉ 1 Nó có thể hòa tan trong benzen, etxăng, clorofooc Nhóm chất nhựa trung tính (tỉ lệ H/C=1,6-1,8) làm cho CKDHC có tính dẻo Nếu hàm lượng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính dẻo tăng Nhóm chất nhựa axit (tỉ lệ H/C=1,3-1,4) làm tăng tính bám dính của CKDHC với vật liệu khoáng Trong bi tum dầu mỏ nhóm chất nhựa chiếm 15-30%; trong guđrông than đá 10-15%

Nhóm asfalt rắn, giòn gồm những hợp chất có phân tử lượng lớn (1000-6000), màu nâu sẫm

hoặc đen, khối lượng riêng 1,1-1,15) Nhóm này không bị phân giải khi đốt Ở nhiệt độ lớn hơn 300

o C thì bị phân giải ra khí và cốc

Nhóm asfalt rắn có tỉ lệ H/C=1,1

Nó có thể hòa tan trong clorofooc, têtracloruacacbon (CCl4), không hòa tan trong ête, dầu hỏa và axêtôn (C3H5OH) Tính quánh và sự biến đổi tính chất theo nhiệt độ của CKDHC phụ thuộc chủ yếu vào nhóm này Nếu hàm lượng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính quánh và nhiệt độ hóa mềm của CKDHC cũng tăng lên.Trong CKDHC nhóm này chiếm 10- 38% Ngoài 3 nhóm cơ bản trên, trong thành phần của CKDHC còn có các nhóm hóa học khác như nhóm cacben và cacbôit, nhóm axit asfalt và các anhiđrit, nhóm parafin Các nhóm này có ảnh hưởng nhất định đến tính chất của CKDHC

Dựa vào thành phần các nhóm cấu tạo hóa học có thể chia bi tum dầu mỏ thành 3 loại

- Bi tum loại 1 có nhóm asfalt > 25%, nhựa < 24% và dung dịch cacbon >50%

- Bitum loại 2 có hàm lượng nhóm cấu tạo hóa học tương ứng: ≤18%; >36% và <48%

- Bitum loại 3 tương ứng là 21- 23%; 30 - 34%; 45-49%

Ba loại bi tum có cấu trúc, dạng và giá thành khác nhau Thành phần hóa học của chúng thay đổi theo thời gian sử dụng kết cấu mặt đường Tùy theo công năng và phương pháp thi công mặt đường có thể lựa chọn sử dụng phù hợp

3.2.1.2 Cấu trúc của bitum dầu mỏ xây dựng đường

Tính chất của chất kết dính hữu cơ phụ thuộc vào cấu trúc của nó Chất kết dính hữu cơ là một

hệ thống keo phức tạp có cấu trúc cơ bản là cấu trúc mixen

Trong lý thuyết mixen đối với những chất cao phân tử Mênp và Mark coi cấu trúc của chúng như một hệ thống tinh thể (mixen) Mỗi mixen là một hệ thống phức tạp bao gồm một số lượng lớn các phân tử có phân tử lượng nhỏ bao quanh một thể bằng những lực tương hỗ Khi lực tương hỗ lớn thì mỗi một mixen là một nút của mạng Cấu trúc mixen được coi là những pha phân tán Với bitum, pha phân tán là atfan, xung quanh chúng là những chất nhựa và môt trường phân tán là chất dầu

Trong bitum quánh và cứng, mixen chiếm tỷ lệ lớn Còn trong bitum lỏng chúng chiếm một tỷ

lệ nhỏ đến nỗi không có tương tác gì với nhau nên có thể chuyển động tự do trong chất dầu Đối với guđrông than đá: pha phân tán là cacbon tự do, môt trường phân tán là chất dầu, còn chất nhựa đóng vai trò là chất hoạt tính

Quan hệ giữa hàm lượng và cấu tạo của các nhóm trong bitum (dầu, nhựa atfan) có những tính chất cơ-lý nhất định (hình 3-1)

Cấu trúc sol đặc trung cho bitum có hàm lượng chất dầu và chất nhựa lớn Khi đó các mixen không tạo ra được tác dụng tương hỗ lẫn nhau và chuyển động tự do trong môi trường dầu, cấu trúc sol có trong bitum lỏng và bitum quánh nấu nóng chẩy

Khi tỷ lệ atfan trong bitum lớn sẽ tạo nên cấu trúc gel Trong cấu trúc gel các hật nhân atfan

mở rộng ra, các mixen xích lại gần nhau và có tác dụng tương hỗ lẫn nhau, tạo nên mạng cấu trúc không gian Cấu trúc đó tạo ra tính đàn hồi cho chất kết dính và là đặc trung cho cấu trúc của bitum cứng ở nhiệt độ thấp

Cấu trúc sol-gel đặc trưng cho bitum quánh ở nhiệt độ thường, ở nhiệt độ này vật liệu sẽ có tính đàn hồi dẻo và tính nhớt

3.2.2 Các tính chất và yêu cầu kỹ thuật của bi tum dầu mỏ xây dựng đường

3.2.2.1.Tính quánh (nhớt) (TCVN 7495-2005, AASHTO T49-89, ASTM D36)

Tính quánh biểu thị mối liên kết nội tại trong bitum và thay đổi trong phạm vi rộng tùy thuộc theo mác của bitum Nó ảnh hưởng nhiều đến các tính chất cơ học của hỗn hợp vật liệu khoáng và chất kết dính, đồng thời quyết định công nghệ chế tạo và thi công loại vật liệu có dùng bitum

Độ quánh của bitum phụ thược vào hàm lượng các nhóm cấu tạo và nhiệt độ của môi trường Khi hàm lượng của nhóm atfan tăng lên và hàm lượng nhóm chất dầu giảm, độ quánh của bitum tăng lên Khi nhiệt độ của môi trường tăng cao, nhớm chất nhựa sẽ bị cháy lỏng, độ quánh của bitum giảm xuống Để đánh giá độ quánh của bitum người ta dùng chi tiêu độ cắm sau cảu kim (trọng lượng 100g, đường kính 1mm) của dụng cụ tiêu chuẩn (hình 3-2) vào bitum ở nhiệt độ 25oC trong 5 giây được gọi là độ kim lún Độ kim lún kí hiệu là P, đo bằng 0,1mm Trị số P càng nhỏ độ quánh của bitum càng cao

Hình 3.1 Dụng cụ đo độ quánh

1. Đồng hồ; 2 Kim; 3 Vít; 4 Đầu kim; 5 Mẫu nhựa; 6 Nước

3.2.2.2 Tính dẻo (TCVN 7496-2005, ASTM D597)

Tính dẻo đặc trung cho khả năng biến dạng của bitum dưới tác dụng cảu ngoại lực

Tính dẻo của bitum cũng như tính quánh, phụ thược vào nhiệt độ và thành phần nhóm Khi nhiệt độ tăng, tính dẻo cũng tăng Ngược lại khi nhiệt độ giảm tính dẻo cũng giảm, nghĩa là bitum