Giao trinh bai tap chuong1 cstd

Tính ổn định của bitum trong môi trường không khí. Trong môi trường không khí, bitum luôn luôn chịu tác dụng củacác yếu tố nhiệt độ, ánh sáng, gió, mưa … Các yếu tố này luônthay đổi, là

CHƯƠNG 7 CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ

§ 9-1 ĐẠI CƯƠNG

 Chất kết dính hữu cơ là những hợp chất cao phân tử cacbuahydrô với các nguyên tố phi kim loại khác, tồn tại ở dạng rắn,dạng quánh hay dạng lỏng Tính chất cơ lý của nó thay đổi phụthuộc vào nhiệt độ

 Chất kết dính hữu cơ thường gặp là bitum và guđờrông

 Bitum có 2 loại:

o Bitum thiên nhiên, và bitum nhân tạo

o Bitum nhân tạo là sản phẩm trong công nghiệp dầu mỏ

 Guđờrông là sản phẩm thu được trong công nghiệp luyện than đá

và các nhiên liệu cứng khác như gỗ, than bùn Khi chưng luyệncác nhiên liệu cứng bằng phương pháp làm lạnh người ta thuđược các chất ngưng tụ Đem chất ngưng tụ đó chưng luyện lầnnữa thu được các chất dầu nhẹ, cặn bã còn lại là guđờrông

§ 9-2 BITUM DẦU MỎ

I - THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC

 Các nguyên tố cacbon, hydrô, oxy, nitơ, lưu huỳnh kết hợp vớinhau tạo thành nhiều hợp chất rất phức tạp Để cho tiện việcnghiên cứu, người ta đã phân thành cấu tạo của bitum ra một sốnhóm có thành phần hóa học và tính chất vật lý giống nhau

 Thành phần hóa học, tính chất và tỷ lệ giữa các nhóm này sẽquyết định tính chất của bitum

1 Nhóm chất dầu.

2 Nhóm chất nhựa.

3 Nhóm átphan.

4 Nhóm axit atfan và các anhyđric của chúng.

5 Chất parafin.

II - TÍNH CHẤT CỦA BITUM DẦU MỎ

3 Tính ổn định nhiệt.

 Điểm nhiệt độ làm cho bitum chuyển từ trạng thái quánh sangtrạng thái lỏng gọi là nhiệt độ "hóa mềm" ký hiệu là tm Điểmnhiệt độ làm cho bitum từ trạng thái quánh sang trạng thái cứnggọi là nhiệt độ "hóa cứng", ký hiệu tc

 Hiệu số tm - tc càng lớn, biểu thị tính ổn định nhiệt độ củabitum càng cao

4 Tính ổn định của bitum trong môi trường không khí.

 Trong môi trường không khí, bitum luôn luôn chịu tác dụng củacác yếu tố nhiệt độ, ánh sáng, gió, mưa … Các yếu tố này luônthay đổi, làm cho chất lượng của bitum giảm dần, đó là hiệntượng bitum bị "bão hòa"

5 Nhiệt độ bốc cháy.

 Trong quá trình nóng chảy bitum, người ta tăng nhiệt độ đếnmột lúc nào đó thì chất dầu bốc hơi, làm cho nồng độ dầu ởtrong môi trường tăng Hỗn hợp không khí và dầu khi gặp nhiệtđộ cao thì dễ bốc cháy Trong quá trình sử dụng bitum theophương pháp gia nhiệt, cần phải chú ý đặc tính này để đềphòng hỏa hoạn

6 Sự dính kết của bitum với bề mặt vật liệu khoáng.

 Khi trộn bitum với vật liệu khoáng (cát, sỏi, đá dăm …), chúngsẽ tác dụng vật liệu hóa học lẫn nhau để tạo nên lực dính kết.Lực dính kết hóa học lớn hơn nhiều so với lực dính kết vật lý.Tổng các lực dính kết quyết định cường độ và các tính năngkhác của hỗn hợp

ĐẶC TRƯNG CỦA MÀNG BITUM TRÊN BỀ MẶT

VẬT LIỆU KHOÁNG

Chỉ tiêu liên kết

Phần đá không chứa hạt

nhỏ hơn 0,071 mm Phần đá không chứa hạtnhỏ hơn 0,071 mm

Màng bitum được giữ hoàn

toàn Màng bitum được giữ hoàntoàn, nước không bị đục

Tốt Màng bitum bị thay đổi, một

số hạt hay từng chỗ trên bề

mặt hạt bị bóc trần (gần

50%)

Màng bitum bị thay đổi đáng kể những hạt lớn bị bóc trần (gần 50%) nước bị đục do bộ phận các hạt nhỏ

bị rửa sạch. Trung bìnhMàng bitum bị thay đổi hoàn

toàn hay hầu như hoàn toàn,

các hạt đã bị bóc trần hết,

bitum tạo thành từng giọt

nhỏ hay nổi lên mặt nước.

Màng bitum bị thay đổi phần lớn hay hoàn toàn, nhìn thấy bitum tạo từng giọt nhỏ hay nổi lên mặt nước, nước bị đục hoàn

7 Hàm lượng nước chứa trong bitum.

 Nước ở trong bitum sẽ làm giảm chất lượng của nó trong quátrình sử dụng Khi đun nóng, nước sẽ chuyển hóa thành khílàm tăng làm tăng đáng kể thể tích của bitum, làm tăng thểtích lỗ rỗng trong bitum Do đó trước khi sử dụng cần phảikhử hết nước ở trong bitum bằng cách cho bốc hơi dần ở nhiệtđộ 105 đến 110C Sau khi đã khử hết nước, người ta mới tiếptục tăng nhiệt độ nung lên cao hơn

8 Tính ngăn nước của bitum.

 Bitum là loại vật liệu ngăn nước tốt vì có góc ướt lớn hơn90o, không bị hòa tan và ổn định trong môi trường nước.Bitum có cấu tạo đặc, không có các lỗ rỗng và khe rỗng maoquản nên nước khó thấm qua Người ta dùng bitum để chếtạo các loại vật liệu ngăn nước như tấm lợp, tấm chống ẩm,vật liệu chống thấm

 Tuy nhiên, khi sử dụng bitum trong các công trình thủy côngthì vẫn xảy ra hiện tượng thấm khuếch tán

§ 9-3 GUĐỜRÔNG THAN ĐÁ

I - THÀNH PHẦN CẤU TRÚC

 Guđờrông than đá là một hợp chất phức tạp của các cacbuahyđờrô thơm và những hợp chất của chúng với oxy, nitơ, lưuhuỳnh … Cũng như bitum dầu lửa, người ta chia thành phần cấutạo của Guđờrông than đá thành các nhóm như sau:

1 Nhóm than rắn tự do.

 Gồm những hạt nhỏ ở thể rắn hay là cacbon tự do, không bịhòa tan trong bất cứ dung môi hữu cơ nào, ổn định nhiệt độtương đối tốt Nhóm này làm tăng tính quánh và tính ổn địnhnhiệt của Guđờrông, nhưng nếu hàm lượng quá lớn sẽ làm choGuđờrông có tính giòn, vì thế nhóm này chỉ nên chiếm một tỷlệ nhất định

2 Nhóm chất nhựa.

 Nhóm này gồm hai loại nhựa rắn và nhựa mềm

3 Nhóm chất dầu.

 Là những cacbua hyđờrô ở thể lỏng, chủ yếu là cacbua hyđờrô thơm Nhóm này làm cho guđờrông có tính linh động

II - TÍNH CHẤT CỦA GUĐỜRÔNG THAN ĐÁ

1 Tính quánh (tính nhớt) Tính quánh của guđờrông phụ thuộc

vào hàm lượng các nhóm pha rắn và pha lỏng Khi nhóm thanrắn tự do và nhựa rắn tăng, nhóm chất dầu giảm thì tính quánhtăng lên

2 Tính dẻo Guđờrông than đá có chứa nhiều cacbon tự do, nhóm

nhựa dẻo ít nên tính dẻo của nó kém bitum rất nhiều

3 Tính ổn định nhiệt Ổn định nhiệt kém hơn bitum vì hàm lượng

chất nhựa dễ chảy, khoảng biến đổi nhiệt độ từ mềm hóa sangcứng hòa (tm - tc) nhỏ hơn so với bitum

4 Tính ổn định ở trong môi trường không khí Trong môi

trường không khí, guđờrông than đá ổn định kém hơn bitumdầu mỏ

5 Khả năng liên kết với bề mặt vật liệu khoáng Tính chất này

của guđờrông rõ hơn của bitum dầu mỏ, vì trong guđờrông cóchứa hàm lượng chất có tính phân cực nhiều hơn

§ 9-4 BẢO QUẢN GUĐỜRÔNG THAN ĐÁ

 Trong quá trình lưu trữ bảo quản chất kết dính hữu cơ cần chú ýkhông để lẫn với nước, các hạt khoáng vật, tạp chất khác

 Nếu có lẫn các hạt khoáng vật thì khi nấu chảy, các hạt này sẽlắng xuống đáy nồi, làm các lớp phía trên già lửa, gây nên hiệntượng cốc hóa vật liệu

 Nếu có lẫn nước thì khi nấu đến nhiệt độ lớn hơn 1000C, nướcbay hơi tạo ra các bọt khí làm tăng thể tích, bitum trào ra ngoài,có thể gây ra hỏa hoạn Hơn nữa sự có mặt của nước làm tốnnhiên liệu đốt cháy và kéo dài thời gian nấu chảy, dẫn đếnchất lượng của bitum bị giảm

 Việc bảo quản tốt nhất là chứa trong thùng kín bằng kim loạihay bê tông, các thùng này có bộ phận đun nóng để nấu chảybitum khi cần lấy ra và được để ở nơi thoáng mát

§ 9-5 NHŨ BITUM VÀ GUĐỜRÔNG

I - KHÁI QUÁT

 Nhũ là một hệ thống keo phức tạp có từ hai chất lỏng trở lênkhông hòa tan vào nhau Chất lỏng này phân tán trong chấtlỏng kia thành từng hạt rất nhỏ không đều nhau (kích thướcsụt từ 0,001  0,1mm) gọi là pha phân tán, chất lỏng kia làmôi trường phân tán

 Trong xây dựng, nhũ của bitum và guđờrông được chế tạobằng cách trộn nước với bitum hay guđờrông sau đó dùng máykhuấy đều đánh tơi các hạt bitum hay guđờrông Các hạt sẽphân tán lơ lửng trong nước

 Nếu ngừng tác động cơ học của máy một thời gian, các hạtbitum lại liên kết với nhau và sa lắng Nguyên nhân xảy rahiện tượng này là do suất căng mặt ngoài ở mặt phân chiagiữa hai pha không bằng nhau (suất căng mặt ngoài của nướclớn gấp nhiều lần suất căng mặt ngoài của bitum vàguđờrông)

 Để cho nhũ được ổn định, cần cho thêm vào chất nhũ hóa - đólà những chất hoạt động bề mặt

II PHÂN LOẠI NHŨ

 Có nhiều cách phân loại căn cứ vào đặc trưng của pha phân tán vàmôi trường phân tán, nhũ được chia ra làm hai loại:

o Pha phân tán là bitum (hay guđờrông), môi trường phân tán lànước, gọi là nhũ tương dầu - nước hay nhũ tương thuận

o Pha phân tán là những giọt nước, bitum (hay guđờrông) là môitrường phân tán, gọi là nhũ tương nước - dầu hay là nhũ tươngnghịch

 Căn cứ vào chất nhũ hóa, nhũ tương được phân ra làm 4 loại:

o Nhũ tương anion hoạt tính, gọi là nhũ tương kiềm, có trị số pH = 9

 Căn cứ vào nồng độ pha phân tán, nhũ được chia ra 2 loại:

o Nhũ đậm đặc: tỷ lệ pha phân tán nhỏ hơn 74%

o Nhũ đậm đặc cao: tỷ lệ pha phân tán lớn hơn 74%

III - VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO NHŨ TƯƠNG

1 Chất kết dính.

 Các loại chất kết dính hữu cơ khác nhau đều có thể dùng đểchế tạo nhũ tương Trong xây dựng dùng chất kết dính thuộcbitum hay guđờrông để chế tạo nhũ

2 Chất nhũ hóa.

 Chất nhũ hóa có tác dụng làm cho nhũ tương ổn định lâu dài;bao gồm các chất hoạt động bề mặt

3 Nước.

 Tính chất của nước để chế tạo nhũ tương phụ thuộc vào tínhchất của nhũ hóa, khi dùng chất nhũ hóa là anion hoạt tính thìphải dùng nước mềm, nước mềm có độ cứng không lớn hơn 3mili đương lượng gam trong một lít, nếu lớn hơn sẽ tạo thànhcác muối canxi của các axít béo và nhựa không hòa tan trongnước, làm giảm tính đồng nhất của nhũ

IV - THÀNH PHẦN VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ

TẠO NHŨ TƯƠNG BITUM LOẠI THUẬN

 Phương pháp chế tạo:

o Sau khi đã chọn được chất kết dính, cần phải khử hếtnước, sau đó đun bitum (hay guđờrông) đến nhiệt độ hóalỏng

o Hòa tan chất nhũ hóa trong nước, sau đó đun nóng dungdịch đến 700  900C

o Lần lượt cho dung dịch chất nhũ hóa và bitum vào máysau đó, cho máy chạy khuếch tán với tốc độ lớn, làm chobitum tạo thành những tia mảnh, hạt phân tán vào trongdung dịch chất nhũ hóa và bitum vào máy sau đó, chomáy chạy khuếch tán với tốc độ lớn, làm cho bitum tạothành những tia mảnh, hạt phân tán vào trong dung dịchnhũ hóa và tạo thành nhũ tương

VI - BẢO QUẢN VÀ VẬN CHUYỂN NHŨ TƯƠNG

 Nhũ tương chế tạo xong được chứa vào các bể chứa bằngbêtông hay kim loại sạch có nắp đậy kín, trong các bể đócần phải duy trì nhiệt độ khoảng 4-400C Nhiệt độ thấp hơn30C làm cho các pha của nhũ bị phân chia, các hạt bitum sẽkết lại với nhau tạo thành một lớp vỏ ở bề mặt làm cho nhũtương mất tính đồng nhất

 Trong quá trình bảo quản, phải thường xuyên khuấy trộn đểtránh hiện tượng lắng hay kết tụ ở bề mặt giảm tính đồngnhất của nhũ

 Thời gian bảo quản dài hay ngắn là tùy thành phần của nhũtương, nhưng không nên quá 3 tháng; tốt nhất là sau khi chếtạo xong đem sử dụng ngay

 Khi vận chuyển nhũ tương đến nơi sử dụng có thể dùngthùng gỗ, thép để chứa và tàu hỏa, ôtô để vận chuyển Vậnchuyển dưới 200km thì dùng ôtô là kinh tế và tiện lợi nhất

§9-6 VẬT LIỆU CÁCH NƯỚC CHẾ TẠO

BẰNG BITUM VÀ GUĐỜRÔNG

I - KHÁI QUÁT

 Bitum và guđờrông là những chất kết dính hữu cơ có tínhngăn nước (góc ướt  > 900C) Để tiết kiệm bitum (hayguđờrông), tăng tính ổn định và thuận lợi cho quá trình thicông người ta thường trộn bitum với một số vật liệu khác.Tùy theo vật liệu trộn mà thu được các loại vật liệu ngănnước khác nhau Vật liệu ngăn nước được sử dụng phổbiến nhất trong công trình thủy lợi là vữa và bêtôngátphan, một số tấm lợp có cốt bằng sợi khoáng amiăng …

II - MỘT SỐ DẠNG BITUM (HAY

GUĐỜRÔNG) ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ

TẠO VẬT LIỆU CÁCH NƯỚC

1 Dung dịch bitum.

 Dung dịch bitum là chất hỗn hợp bitum hòa tan trong các dungmôi hữu cơ như dầu hỏa, dầu mazút …

2 Nhũ tương bitum.

 Thể keo nhuyễn gồm bitum, nước và chất nhũ hóa Nhờ máykhuếch tán bitum được đánh tơi thành từng hạt nhỏ phân tán lơlửng trong nước

3 Matit bitum.

 Là một hỗn hợp gồm có bột khoáng vật (bột đá vôi, đôlômit …)và chất kết dính hữu cơ Căn cứ vào chất kết dính có thể chia

ra 3 dạng: matit bitum, matit guđờrông vầmtit hỗn hợp

 Căn cứ phương pháp sử dụng chia ra 2 loại: matit nóng vàmatit nguội

III - CÁC VẬT LIỆU NGĂN NƯỚC ĐƯỢC

CHẾ TẠO TỪ BITUM HAY GUĐỜRÔNG

1 Bê tông átphan.

 Bê tông átphan là một hỗn hợp gồm có chất kết dính hữu cơ, cáccốt liệu, và lớn nhỏ (cát và giăm hay sỏi) phối hợp với nhau theomột tỷ lệ nhất định, khi đông cứng thì rắn chắc có cường độ, ổnđịnh tốt

2 Vật liệu dùng để chế tạo bê tông átphan.

a) Đá giăm hay sỏi Chất lượng của giăm đá, sỏi có ảnh hưởng lớn

đến chất lượng của bê tông átphan, vì vậy các cốt liệu này phảiđạt những yêu cầu nhất định Không cho phép dùng đá giăm chếtạo từ đá vôi sét, sa thạch sét và phiến thạch sét

b) Cốt liệu nhỏ (cát) Có thể dùng cát thiên nhiên hay nhân tạo.

c) Bột khoáng vật Các loại bột khoáng vật thường dùng bột đá vôi,

đôlômit, vôi, xỉ lò cao dạng kiềm … Bột đá vôi, đôlômít được sửdụng phổ biến nhất

d) Bitum Tùy theo yêu cầu cường độ, phương pháp thi công, điều

kiện khí hậu ở vùng xây dựng mà chọn mác bitum thích hợp.Bitum dẫu mỡ thường được sử dụng phổ biến hơn cả

3 Các tính chất kỹ thuật của bêtông, átphan.

a) Cường độ nén (Rn) Cường độ nén là đặc trưng cơ học quan

trọng được xác định qua những mẫu thí nghiệm hình trụ cóđường kính bằng chiều cao Các loại mẫu thường có kích thướclà: 71,5; 50,5mm, dưỡng hộ đông cứng rồi đem nén ở các nhiệtđộ qui định 500C và 200C

b) Cường độ kéo (Rk) Cường độ kéo có thể xác định theo phương

pháp đơn giản bằng cách nén nghiêng mẫu thí nghiệm

c) Tính biến dạng Bêtông átphan là một loại vật liệu có biến

dạng lớn khi nhiệt độ thay đổi

d) Tính ổn định nhiệt độ Nhiệt độ thay đổi làm cho tính chất của

bê tông átphan thay đổi Khi nhiệt độ tăng bêtông sẽ mềm ra,nhiệt độ hạ bêtông sẽ khô quánh lại Sự thay đổi đó làm chocường độ và các tính chất khác của bê tông thay đổi

e) Tính ổn định trong môi trường nước Nếu bêtông átphan kém

ổn định trong nước thì khi bão hòa cường độ của nó bị giảmnhiều, vì lúc đó khả năng liên kết của bitum với bề mặt vậtliệu không bị giảm

4 Phạm vi sử dụng của bêtông átphan.

Bêtông átphan là vật liệu ngăn nước tốt nên được sử dụngrộng rãi trong xây dựng:

 Rải mặt đường giao thông, đường băng

 Làm tường tâm, tường nghiêng ngăn nước trong các đậpngăn nước bằng vật liệu rời

 Làm lớp lót phòng thấm cho nền móng các công trìnhthủy công

2 Tính chất kỹ thuật của vữa átphan.

 Vữa átphan có các tính chất kỹ thuật tương tự như bê tôngátphan nhưng mức độ có khác nhau

 Vữa átphan dùng trong các công trình thủy công cần đạtcác yêu cầu kỹ thuật như sau:

 Độ rỗng (r %): r %  1%

 Tính ngăn nước: không thấm nước khi chịu áp lực lớn

 Tính dẻo: chịu được biến dạng lớn

 Ổn định trong môi trường nước

3 Phạm ví sử dụng của vữa átphan.

 Vữa átphan dùng để phủ mặt ngoài các kết cấu thủycông, nâng cao khả năng chống thấm và khả năng ổnđịnh trong môi trường nước

 Dùng lớp lót lòng kênh dẫn nước, lòng hồ giữ nước tưới,giảm tổn thất nước do thấm

 Dùng lớp đệm mềm và chống thấm cho các khớp nối kếtcấu, các công trình thủy công

 Dùng lớp lót chống ẩm cho các kết cấu gỗ tiếp xúc vớimôi trường nước và ẩm …

6 Các tấm vật liệu lợp và cách nước bằng bitum và guđờrông.

1 Khái quát.

Các lớp tấm lợp và cách nước bằng guđờrông ổn định kém hơnbằng bitum, nhất là ổn định đối với nhiệt độ, vùng nhiệt đới nhưnước ta có biên độ dao động nhiệt độ giữa các mùa, giữa ngày vàđêm tương đối lớn, nên các tấm lợp và cách nước bằng bitum đượcsử dụng phổ biến hơn

2 Các tấm lợp và tấm cách nước.

c) Tấm bitum amiăng (tấm cách nước).

Giấy dầu và pecmagin có nhược điểm là dễ cháy, dễ hút ẩm đểmục nát, chịu kéo, chống thấm, tính bền kém Do đó người ta dùngtấm amiăng để sản xuất tấm bitum amiăng làm vật liệu ngăn nước

Các chỉ tiêu chất lượng của tấm bitum amiăng

Các chỉ tiêu Qui định

- Nhiệt độ hóa mềm của bitum làm chất tẩm theo

phương pháp "vòng và bi", 0 C 40-53

- Tỷ lệ trọng lượng của chất tẩm so với trọng lượng

của các tông khô, không nhỏ hơn. 1,25:1

- Tải trọng làm đứt khi khi kéo dài pecgamin rộng

50mm (kg) không nhỏ hơn. 27

- Độ dẻo ở nhiệt độ 18  2 0 C khi uốn dài pecgamin

theo nửa vòng tròn của thanh có đường kính 10mm. Không xuất hiện vết nứt

- Độ thấm nước dưới áp lực của cột nước cao 5cm (tính

eo ngày đêm) không nhỏ hơn. 5

- Độ hút nước ở áp lực 1 at qua 24 giờ hay trong chân

không, khi nhiệt độ của nước 35 0 C trong 5 phút, %

theo trọng lượng không lớn hơn.

22