Lý thuyết tổng quan về nhũ tương bitum

KILOBOOKS.COM


1


MC LC
M U
PHN I: TNG QUAN
CHNG I: BITUM DU M
I. Thnh phn v cu trỳc bitum
I.1Thnh phn ca bitum
I.1.1 Nhúm cht du
I.1.2 Nhúm cht nha
I.1.3 Nhúm asphan8
I.1.4 Nhúm cacben v cacbụit
I.1.5 Nhúm axit asphan v cỏc alhydrit
I.1.6 Nhúm parafin
I.2. Cu trỳc ca bitum
II. Phm cht ca bitum
II.1 nht hay tớnh quỏnh ca bitum
II.2 dón di hay tớnh do ca bitum
II.3 Tớnh n nh nhit.
II.4 Tớnh hoỏ gi ca bitum
II.5 Tớnh n nh khi un
II.6 Nhit bc chỏy ca bitum.
II.7 Tớnh thm t vt liu khoỏng.
II.8 Tớnh liờn kt ca bitum vi b mt vt liu khoỏng
III. ng dng ca bitum du m
CHNGII. TNG QUAN V NH TNG BITUM
I. Nh tng bitum

I.1 Khỏi nim v nh tng
I.2 Phõn loi nh tng

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


2

I.2.1 Phõn loi theo pha phõn tỏn v mụi trng phõn tỏn
I.2.2 Phõn loi theo cht hot ng b mt.
I.2.3 Phõn loi theo kh nng phõn tỏch
I.2.4 Phõn loi theo kh nng thi cụng (theo caltex).
I.2.5 Phõn loi theo Phỏp NF T66-16
I.3 ng dng ca nh tng bitum
I.4 u im ca nh tng trong xõy dng ng giao thụng.
I.5 Cỏc tớnh cht v yờu cu i vi nh tng bitum.
I.5.1 nht
I.5.2 Tớnh ng nht.
I.5.3 Tớnh n nh khi vn chuyn v bo qun.
I.5.4 Tớnh dớnh bỏm ca mng bitum vi vt liu khoỏng.
I.5.5 Kh nng phõn tỏn phc hi tớnh cht ban u trong thi gian tip xỳc
vi vt liu khoỏng.
II. Lý thuyt nh tng
II.1 Ch to nh tng.
II.1.1 Phng phỏp ngng t
II.1.2 Phng phỏp phõn tỏn
II.2 Phõn b git trong nh tng.
II.2.1 Hm phõn b theo kớch thc.
II.2.2 Mt s hm phõn b thng gp.

II.2.2.1 Phõn b chun.
II.2.2.2 Phõn b chun logarit.
II.2.2.3 Phõn b hm s m GGS.
II.2.2.4 Phõn b m kộp RRS25
II.3 Sc cng b mt ca dung dch cht nh hoỏ.
II.4 Hin tng tỏch nh.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


3

II.5 S o tng nh tng.
II.6 n nh nh tng.
II.6.1 Cu to lp in tớch kộp.
II.6.2 n nh bng lc y in
II.7 La chn cht nh hoỏ
III. Cht hot ng b mt
III.1 Cht hot ng b mt anion
III.2 Cht hot ng b mt cation
III.3 Cht hot ng b mt mang c hai du in
III.4 Cht hot ng b mt khụng ion
IV. Cụng ngh ch to nh tng bitum
IV.1 Quy trỡnh ch to nh tng bitum
IV.2 Vn cũn tn ti
PHN II. PHNG PHP NGHIấN CU
CHNG I. NGHIấN CU CH TO NH TNG BITUM
I. Nghiờn cu ch to nh tng
I.1La chn cht nh hoỏ

I.2 nh hng ca tc khuy trn v thi gian khuy










THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


4

LI M U
Nh chỳng ta ó bit, phõn on cui ca du m l bitum ó cú rt
nhiu nhng ng dng trong i sng ca con ngi t hn 5000 nm qua. Dự
dng ny hay dng khỏc, nú ó c s dng nh mt cht chng thm hoc
kt dớnh.
Mt trong nhng tớnh cht quan trng nht ca bitum l tớnh kt dớnh
m con ngi ó tn dng vo mc ớch xõy dng mng li ng giao
thụng, phc v i sng con ngi v y mnh nn kinh t thng mi phỏt
trin.
Hin nay, mng li ng b Vit Nam cú chiu di tng cng l
106048 Km, trong ú phn ln l ng quc l cú v trớ quan trng trong
kinh t, chớnh tr v xó hi ca t nc. Tuy vy, mt cõy s ng trờn s
dõn cũn thp, cht lng ng cũn yu kộm, t nc ta li ang trờn phỏt

trin. Do vy, vic xõy dng, nõng cp v hon thin mng li ng giao
thụng cú cht lng cao l vn cn thit.
Yờu cu i vi mt ng cú cht lng tt l phi cú cng v
tớnh n nh cao, mt ng phi nhn cú th chng chu li ỏp lc ca cỏc
lung xe chy, m bo cho xe chy c an ton v kinh t. Ngoi ra, ng
cũn phi chu c cỏc tỏc dng xu ca cỏc yu t khỏc nh : ma, giú, nhit

Nh vy, ngoi vic b trớ hp lý cỏc tng lp trong kt cu mt ng
thỡ vic la chn vt liu thớch hp cho mi tng mt ng trong iu kin
cho phộp v vt liu v kh nng thi cụng l mt vn ht sc quan trng.
Trong nhiu loi vt liu kt dớnh thỡ bitum l loi vt liu cú th ỏp
ng ti a cỏc tớnh nng v yờu cu ú. Bitum trong xõy dng ng c s
dng theo hai phng phỏp.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


5

- Cơng nghệ nhựa nóng: Khi thi cơng cần đun nóng nhựa nên nhiệt độ
thích hợp để làm cho chúng chảy lỏng.
- Cơng nghệ nhựa nguội : sử dụng nhựa đường dạng nhũ tương là nhự
đường ở trạng thái phân tán cao trong nước được ổn định bởi chất nhũ hố làm
cho nhựa đường vẫn ở trạng thái lỏng ngay ở điều kiện thường. Vì vậy, khi thi
cơng nhựa đường ở dạng nhũ tương thì khơng cần phải đun nóng.
Nhũ tương bitum lần đầu tiên đượng sử dụng làm đường vào những
năm 1906-1914. Sau đó chúng lại bị lãng qn cho đến tận những năm hai
mươi. Ban đầu thường sử dụng nhũ tương dạng anion nhưng bởi những tính
chất vượt trội, nhũ tương dạng cation dần được phổ biến hơn cho đến ngày

nay.
Nhũ tương bitum được sử dụng trong các lĩnh vực duy tu bảo dưỡng,
sửa chữa, rải nhựa láng mặt, làm lớp dính bám và lớp bảo dưỡng. Thấm nhập
và tưới thấm nhựa, gia cố và cấp phối. Cấp phối đá nghiền hoặc sỏi cuộn trộn
nhũ tương và chế tạo vữa nhựa, hạt thơ trộn rải nguội.
Khi sử dụng nhũ tương bitum thi cơng sẽ rất dễ dàng như: Khơng cần
đun nóng, khơng gây ơ nhiễm mơi trường, an tồn cho cơng nhân và người đi
đường. Có thể cho phép tiến hành thi cơng trên mặt đường ẩm ướt vào mùa
mưa. Tiết kiệm được 15-30% bitum so với cơng nghệ nhựa nóng. Trong nhũ
tương bitum có chứa nước nên khả năng lèn chặt mặt đường được dễ hơn. Vì
vậy, việc nghiên cứu chế tạo nhũ tương bitum là rất cần thiết để đáp ứng được
u cầu hiện nay.
Trong điều kiện cho phép ở Việt Nam, em xin trình bày lý thuyết tổng
quan về nhũ tương bitum và phương pháp nghiên cứu chế tạo ổn định nhũ
tương bitum trong bản luận văn này.



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM


6


PHẦN I: TỔNG QUAN
CHƯƠNG I: BITUM DẦU MỎ
I.Thành phần và cấu trúc của bitum. [37]
I.1 Thành phần của bitum.
Bitum dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp của nhiều loại hydrocacbon

khác nhau như (Alkan,naphten, các loại mạch vòng ) và một số dẫn xuất phi
kim loại khác…
Bitum có nhiều nguồn gốc khác nhau nhưng chủ yếu là sản phẩm của
cơng nghệ chế biến dầu mỏ và hố dầu, ở dạng lỏng nhớt hay rắn, có màu nâu
hoặc đen, có các đặc tính kết dính và khơng thấm ướt. Hồ tan được trong
benzen, tricloetylen…
Thành phần ngun tố của bitum.
C: 82-88% S: 2-6%
H:8-11% O: 1-5%
N: 0.1-1%
Trong bitum người ta phân thành ba nhóm chính: Nhóm asphan, nhóm
chất nhựa và nhóm chất dầu. Ngồi ra còn có mặt của các nhóm khác như:
Nhóm cacben và cacboit, nhón axit asphan và các alhydrit, nhóm parafin.
Ngun liệu cặn dầu mỏ loại aromatic hoặc naphten- aromatic là
ngun liệu rất tốt để sản xuất bitum. Ngược lại chứa nhiều parafin rắn là loại
ngun liệu xấu nhất để sản xuất bitum.
Các loại bitum có chất lượng xấu ta có thể đem biến tính bằng cách oxy
hố bằng oxy khơng khí ở 170-260°c.
Q trình oxy hố diễn ra, một bộ phận dầu sẽ chuyển sang nhựa, nhựa
sẽ chuyển sang asphanten. Do đó, có thể thay đổi được thành phần của bitum
để tạo ra bitum có chất lượng tốt hơn.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM


7

I.1.1 Nhóm chất dầu
Gồm những hợp chất có phân tử lượng thấp từ 300-600, khơng mầu,

khối lượng riêng nhỏ từ 0.91- 0.925. NHóm chất dầu là mơi trường pha lỗng,
có tác dụng hồ tan nhựa và làm trương nở asphanten trong bitum. Nếu hàm
lượng này tăng thì tính qnh của bitum sẽ giảm. Trong bitum nhóm chất dầu
chiếm khoảng 45- 60%.
I.1.2 Nhóm chất nhựa
Gồm những hợp chất có phân tử lượng cao hơn, khoảng từ 600- 900.
Khối lượng riêng xấp xỉ bằng 1, có mầu nâu sẫm, hồ tan trong benzen,
etxăng, clorofooc. Nhóm chất nhựa trung tính (tỉ lệ H/C= 1.6-1.8)làm cho
bitum có tính dẻo. Nhựa axit (H/C= 1,3-1,4) làm tăng tính bám dính của bitum
đá. Hàm lượng nhóm chất nhựa vào khoảng 15- 30%.
I.1.3 Nhóm asphan
Là nhóm chất rắn, giòn gồm các hợp chất có phân tử lượng lớn 1000-
6000. Khối lượng riêng 1,1- 1,15, có mầu nâu sẫm hoặc đen. hồ tan trong ete
và axeton. Asphanten đảm bảo cho bitum có độ rắn và nhiệt độ chảy mềm cao.
Hàm lượng của asphan trong bitum vào khoảng 10- 38%.
I.1.4 Nhóm cacben và cacboit
Tính chất của cacben gần giống với asphanten, chỉ khác là khơng tan
được trong benzen và CCl
4
. Hồ tan được trong disulfuacacbon, có khối lượng
riêng lớn hơn 1.
Cacboit là một chất rắn dạng muội, hồ tan được trong bất cứ dung mơi
hữu cơ nào. Hàm lượng của nhóm chất này trong bitum nhỏ hơn 1,5%. Chúng
làm bitum kém dẻo.
I.1.5 Nhóm axit asphan và các alhydrit
Nhóm này là những chất nhựa hố (nhựa axit) mang cực tính bao gồm
những phân tử có chứa nhóm cacboxyl (-COOH). Nó là thành phần hoạt tính

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM

8

bề mặt lớn nhất của bitum. Dễ hồ tan trong rượu cồn, benzen,CCL
4
, khó hồ
tan trong etxăng. axit asphan có khối lượng riêng nhỏ, mầu nâu sẫm, hàm
lượng có trong bitum nhỏ hơn 1%. Khi hàm lượng tăng lên thì khả năng thấm
ướt và cường độ liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khống dạng cacbonat
tăng lên.
I.1.6 Nhóm parafin
Là những hydrocacbon ở dạng rắn. Parafin có thể làm giảm khả năng
phân tán và hồ tan của asphanten vào trong các nhóm khác. Có thể làm giảm
tính đồng nhất của bitum nếu tỷ lệ parafin cao, nhiệt độ hố mềm, tính giòn
của bitum ở nhiệt độ thấp sẽ tăng lên. Bitum hố lỏng ở nhiệt độ thấp hơn so
với bitum khơng chứa parafin. Tỷ lệ parafin trong bitum có thể lên đến 5%.
I.2 Cấu trúc của bitum
Cấu trúc cơ bản của bitum là cấu trúc mixell. Trong lý thuyết mixell đối
với những chất cao phân tử, Menep và Mark coi cấu trúc của chúng như một
hệ thống tinh thể (mixell). Mỗi mixell là một hệ thống phức tạp bao gồm một
số lượng lớn các phân tử có khối lượng phân tử lớn bao quanh một tinh thể
bằng những lực tương hỗ. Khi lực tương hỗ lớn thì mỗi mixell là một nút của
mạng. Cấu trúc mixell được coi là những pha phân tán. với bitum thì pha
phân tán là asphan, xung quanh chúng là những chất nhựa và mơi trường phân
tán là chất dầu. Trong bitum cứng và qnh mixell chiếm một tỷ lệ rất lớn.
Còn trong bitum lỏng chúng chiếm một tỷ lệ rất nhỏ đến nỗi khơng có tương
tác gì với nhau nên có thể chuyển động tự do trong chất dầu. Quan hệ giữa
hàm lượng và cấu tạo các nhóm trong bitum (dầu, nhựa và asphan) có thể tạo
ra các cấu trúc phân tán khác nhau đó là: Sol, gel, sol- gel. Mỗi loại đều có

những tính chất cơ lý nhất định.
Cấu trúc sol đặc trưng cho bitum có hàm lượng chất dầu và chất nhựa
lớn. Khi các mixell khơng tạo ra được các lực tương hỗ lẫn nhau và chuyển

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM


9

ng t do trong mụi trng du, cu trỳc sol cú trong bitum lng v bitum
quỏnh nu chy. Khi t l asphan trong bitum ln s to nờn cu trỳc gel.
Trong cu trỳc gel cỏc ht nhõn m rng ra, cỏc mixell xớch li gn nhau, to
ra cỏc lc tng h ln nhau, lm nờn mng cu trỳc khụng gian. tớnh cht ú
to nờn tớnh n hi cho cht kt dớnh v l c trng cho cu trỳc ca bitum
cng nhit thp.
Cu trỳc sol- gel c trng cho bitum quỏnh nhit thng. cu
trỳc ny vt liu s cú tớnh cht n hi do v tớnh nht.
II.Phm cht ca bitum
II.1 nht hay tớnh quỏnh ca bitum
Tớnh quỏnh ca bitum thay i trong mt phm vi rng. Nú nh hng
nhiu n tớnh cht c hc ca hn hp vt liu khoỏng vi cht kt dớnh,
ng thi quyt nh cụng ngh ch to v thi cụng loi vt liu s dng
bitum.
quỏnh ca bitum ph thuc vo hm lng cỏc nhúm cu to v
nhit mụi trng. Khi hm lng nhúm asphan tng lờn v hm lng
nhúm cht du gim i, quỏnh ca bitum tng lờn. Khi nhit ca mụi
trng tng cao, nhúm cht nha s b chy lng, quỏnh ca bitum gim.
ỏnh giỏ quỏnh ca bitum ngi ta dựng ch tiờu xuyờn kim, o bng
(1 bng 0,1mm). Tr s ca xuyờn kim cng nh thỡ quỏnh ca

bitum cng cao.
II.2 dón di hay tớnh do ca bitum
Tớnh do c trng cho kh nng bin dng ca bitum di tỏc dng
ca ngoi lc. Tớnh do ca bitum ph thuc vo nhit mụi trng, thnh
phn nhúm v c tớnh bng s cm khi kộo cng 1 mu cú thit din quy
nh 25c vi tc kộo l 5 cm/ phỳt cho ti khi mu th b t dón di

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


10

biểu thị cho khả năng dính dẻo, đàn hồi của bitum, cho biết tỷ lệ giữa các
thành phần của bitum .Những loại bitum có trị số kéo dài càng lớn càng tốt.
II.3 Tính ổn định nhiệt
Khi nhiệt độ thay đổi tính cứng và tính dẻo của bitum thay đổi. Sự thay
đổi này càng nhỏ thì bitum có tính ổn định nhiệt càng cao.
Tính ổn định nhiệt của bitum phụ thuộc vào thành phần hóa học của
nó. Khi hàm lượng asphanten tăng lên, tính ổn định nhiệt của bitum tăng lên,
hàm lượng nhóm asphanten giảm thì tính chất này cũng giảm.
II.4 Tính hóa già của bitum
Do tác động của thời tiết mà tính chất và thành phần hóa học của bitum
bị thay đổi.Người ta gọi sự thay đổi đó là sự hóa già của bitum. Nguyên nhân
của sự hóa già là do thành phần nhóm asphan tăng lên, sự bay hơi của nhóm
chất dầu cũng làm tính quánh và tính giòn của bitum tăng lên làm thay đổi lớp
cấu tạo phân tử, tạo nên các hợp chất mới. Quá trình hóa già của bitum dẫn
đến quá trình già hóa của bê tông asphan. Độ giòn cao của bitum làm xuất
hiện các vết nứt trong lớp phủ mặt đường, tăng quá trình phá hoại do ăn mòn.
Quá trình hóa già của lớp phủ mặt đường có thể chia làm hai giai đoạn. Giai

đoạn 1 cường độ và tính ổn định biến dạng tăng. Giai đoạn 2 bitum bắt đầu
già, cấu trúc thay đổi làm lớp phủ mặt đường bị phá hoại. Tuy vậy, sự già hóa
của bitum phát triển chậm, thường sau 10 năm sử dụng sự già hóa mới ở mức
độ cao. Tính già hóa có thể xác định ngay tại hiện trường hoặc bằng mẫu thử
nghiệm trong các buồng khí hậu nhân tạo.
II.5 Tính ổn định khi đun
Khi dùng bitum, người ta thường đun nóng nó lên đến nhiệt độ cao
khoảng 160°c trong thời gian khá dài do đó các thành phần dầu nhẹ có thể bị
bốc hơi làm thay đổi tính chất của bitum. Các loại bitum dầu mỏ loại quánh
sau thí nghiệm phải có hao hụt về trọng lượng không được lớn hơn1%, độ

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM


11

xun kim và độ dãn dài thay đổi khơng được lớn hơn 40% so với trị số ban
đầu.
II.6 Nhiệt độ bốc cháy của bitum .
Nhiệt độ bốc cháy của bitum là nhiệt độ mà tại đó các chất dầu nhẹ
trong bitum bốc hơi hòa lẫn vào mơi trường xung quanh tạo lên hỗn hợp dễ
cháy, khi ta đưa ngọn lửa lại gần thì bùng cháy và lan khắp bề mặt bitum.
Nhiệt độ bốc cháy là một chỉ tiêu hết sức quan trọng về an tồn cho cơng nhân
trong khi tiến hành ra cố bitum.
II.7 Tính thấm ướt vật liệu khống.
Tính thấm ướt vật liệu khống của bitum phụ thuộc vào hàm lượng các
chất hoạt tính bề mặt có cực và tính chất của vật liệu khống, tính thấm ướt
được đặc trưng bởi góc thấm ướt. Đó là góc giữa bề mặt vật liệu khống 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 với bề mặt vật liệu khống gần bằng lực hút phân tử
nội tại chất kết dính. Nếu như góc thấm ướt lớn thì tính thấm ướt kém, lực hút
phân tử với bề mặt vật liệu khống yếu. Do đó, chất kết dính càng thấm ướt tốt
với vật liệu khống thì lực hút phân tử trong chúng càng yếu và lực dính bám
giữa chất kất dính với bề mặt vật liệu khống càng mạnh.
Những vật liệu khống ghét nước là những vật liệu dính bám chất kết
dính hữu cơ tốt.
II.8 Tính liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khống .
Sự liên kết của bitum với bề mặt vật liệu khống có liên quan đến q
trình thay đổi lý hóa 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 với nước,
với nhiệt độ của hỗn hợp bitum và vật liệu khống.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM


12

Khi nho trn bitum vi vt liu khoỏng, cỏc ht khoỏng c thm t
bng bitum v to thnh mt lp hp ph. Khi ú cỏc phõn t bitum trong
lp hp ph s tng tỏc vi cỏc phõn t b mt vt liu khoỏng. Tng tỏc
ú cú th l tng tỏc húa hc hay lý hc.
Lc liờn kt húa hc ln hn rt nhiu so vi lc liờn kt lý hc do ú
khi bitum tng tỏc húa hc vi vt liu khoỏng thỡ cng liờn kt s ln
nht. Liờn kt ca bitum vi vt liu khoỏng trc tiờn ph thuc vo tớnh cht
ca bitum. Bitum cú sc cng b mt cng ln ngha l cú phõn cc cng
ln thỡ liờn kt vi vt liu khoỏng cng tt.
phõn cc ca bitum ph thuc vo hm lng nhúm cht nha, c

bit l nha axớt. Bitum cha nhúm cht nha cng nhiu thỡ s liờn kt ca nú
vi vt liu khoỏng cng tt.
Liờn kt ca bitum vi vt liu khoỏng cũn ph thuc vo tớnh cht ca
vt liu khoỏng. Cỏc loi ỏ baz liờn kt vi bitum tt hn cỏc loi ỏ axit vỡ
cú th xy ra liờn kt húa hc.
S n nh nc ca hn hp trong trng hp ny ph thuc vo
hũa tan trong nc ca cỏc hp cht mi to thnh. Nu nh cỏc hp cht mi
to thnh l cỏc mui kali, Natri ca cỏc axớt hu c thỡ nú s hũa tan tt trong
nc v nh vy lm cho hn hp kộm n nh nc. Nu hp cht ú l
nhng mui canxi, st, nhụm l nhng hp cht khụng hũa tan trong nc thỡ
hn hp n nh nc. Mc liờn kt ca bitum vi b mt vt liu ỏ hoa
cú th ỏnh giỏ theo bn ca mng bitum trờn b mt ỏ hoa khi nhỳng
trong nc sụi. Nu sau thớ nghim hn 2/3 b mt ca ỏ hoa vn c bitum
bao bc thỡ liờn kt ca bitum vi b mt ỏ hoa l tt.
Trng hp hot tớnh ca bitum thp, s liờn kt ca nú vi b mt vt
liu khoỏng kộm, thỡ cn cho thờm vo bitum cht ph gia hot ng b mt
bitum cú hot tớnh cn thit.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


13

III. Ứng dụng của bitum dầu mỏ.
Bitum có tính qnh ( nhớt ) càng cao thì càng tốt, nhưng tính nhớt càng
cao thì bitum càng đặc và do đó bitum sẽ giòn khi thi cơng. Vì vậy, khi chọn
mác bitum phải căn cứ vào phương pháp thi cơng, thiết bị thi cơng, điều kiện
khí hậu để chọn cho phù hợp. Dưới đây là một số ứng dụng của bitum trong
xây dựng làm đường:

- Xử lý bề mặt đường ở những vùng khí hậu lạnh, chế biến các hỗn hợp
bitum - sỏi- đá dăm và hỗn hợp bê tơng - asphan nóng, sử dụng bitum mác
200/300 ( Bitum có độ xun kim từ 200- 300mm ).
- Dùng trong ngành xây dựng thuỷ lợi, xử lý các bề mặt đường giao
thơng ở những vùng khí hậu ơn hồ, xây dựng mặt đường đá dăm theo phương
pháp thấm ướt ở những vùng khí hậu lạnh và ơn hồ, sử dụng bitum mác
130/200 (Bitum có độ xun kim từ 130- 200mm ).
- Dùng để xây dựng mặt đường đá dăm theo phương pháp thấm ướt ở
những vùng khí hậu ơn hồ, chế biến các hỗn hợp bitum- khống sàng và bê
tơng asphan nóng ở những vùng khí hậu lạnh, hay dùng để xử lý bề mặt đường
giao thơng ở những vùng khí hậu ấm, sử dụng bitum mác 90/130 (Bitum có độ
xun kim từ 90- 130mm ).
- Dùng để xây dựng đường giao thơng theo phương pháp thấm ướt ở
những vùng có khí hậu ấm, chế tạo các hỗn hợp bitum- khống sàng và bê
tơng asphan nóng, chế tạo vật liệu lợp và cách nước sử dụng bitum mác 60/90
( Bitum có độ xun kim từ 60- 90mm ).
- Chế tạo các hỗn hợp bitum- khống sàng và bê tơng asphan nóng để
xây dựng mặt đường ơtơ ở xứ nóng sử dụng bitum mác 40/60 (Bitum có độ
xun kim từ 40- 60mm ).


THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM


14

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NHŨ TƯƠNG BITUM
I.Nhũ tương bitum. [1.2]
I.1 Khái niệm.

Lý thuyết nhũ tương được phát triển một cách khá ngẫu nhiên. Nó là
một phần quan trọng của lý thuyết hóa học chất keo và là một phần phát triển
từ công nghệ lâu đời liên quan đến việc chế biến sữa. Các điều kiện cần thiết
để tạo nên nhũ tương cũng giống như các điều kiện cần thiết để tạo nên các hệ
keo có pha phân tán rắn và môi trường phân tán lỏng. Nhũ tương càng bền
vững sa lắng khi khối lượng riêng của hai pha phân tán càng gần nhau.
Nhũ tương là hỗn hợp của hai chất lỏng không tan lẫn vào nhau. Trong
đó một chất lỏng phân tán vào chất lỏng kia dưới dạng những hạt nhỏ li ti, và
được gọi là pha phân tán còn chất lỏng kia được gọi là môi trường phân tán.
Kích thước của các giọt chất lỏng biến đổi trong phạm vi rất rộng.
Để nhũ tương có tính ổn định người ta cho thêm vào một chất gọi là
chất nhũ hóa ( chất phụ gia hoạt tính bề mặt ). Chất nhũ hóa sẽ hấp phụ trên bề
mặt các giọt bitum làm giảm sức căng bề mặt ở mặt phân chia pha giữa bitum
và nước. Đồng thời nó tạo ra trên bề mặt các giọt bitum một màng mỏng kết
cấu bền vững, có tác dụng ngăn cản sự kết tụ của chúng làm cho nhũ tương
được ổn định.
I.2 Phân loại nhũ tương. [8.9]
Người ta phân loại nhũ tương theo kiểu và loại, theo tốc độ phân tách,
theo hàm lượng nhựa chứa trong nhũ tương.
I.2.1 Phân loại theo pha phân tán và môi trường phân tán
- Nhũ tương thuận: pha phân tán là bitum , môi trường phân tán là nước.
-Nhũ tương nghịch: pha phân tán là nước, môi trường phân tán là bitum
.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM


15

I.2.2 Phõn loi theo cht hot ng b mt
- Nh tng anion hot tớnh.
- Nh tng cation hot tớnh .
- Nh tng khụng ion.
- Nh tng l loi bt nhóo.
I.2.3 Phõn loi theo kh nng phõn tỏch- theo ASTM D997- 86
- Nh tng phõn tỏch nhanh: RS
- Nh tng phõn tỏch trung bỡnh: MS
- Nh tng phõn tỏch chm: SS
I.2.4 Phõn loi theo kh nng thi cụng- theo Caltex.
- Premix grade: l mt cụng thc nh tng cú n nh ln hn so
vi loi spray grade, thớch hp trn vi vt liu ỏ cú ng kớnh danh
ngha ln hn hoc bng 3mm
- Raped setting grade: l mt cụng thc nh tng thớch hp trn vi
cỏc ht khoỏng mn, hn hp dng va v cú tc phõn tỏch nhanh.
- Spray grade: l mt cụng thc nh tng thớch hp vi thit b phun
c hc dựng s lý b mt ng ( lỏng mt, lm lp dớnh bỏm ) v
khụng yờu cu trn vi vt liu ỏ.
- Stable mix grade: l mt cụng thc nh tng thớch hp trn vi
cỏc ht khoỏng rt mn, cỏt nghin. Hn hp dng mn v cú tc phõn
tỏch chm.
I.2.5 Phõn loi theo phỏp NF T66-16:
- Nh tng cation hot tớnh, ký hiu l C
- Nh tng anion hot tớnh, ký hiu l A
Cú bn loi nh tng nh sau:
- Nh tng phõn tỏch chm: EAL, ECL
- Nh tng phõn tỏch nhanh: EAR, ECR

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM

16

- Nhũ tương phân tách trung bình: ECM
- Nhũ tương siêu ổn định: EAS, ECS
I.3 Ứng dụng của nhũ tương bitum. [2]
Việc lựa chọn các loại nhũ tương tùy thuộc vào mục đích sử dụng, điều
kiện khí hậu nơi tiến hành thi công. Nhũ tương thường được sử dụng vào các
mục đích như sau:
- Duy tu bảo dưỡng, sửa chữa, rải lớp láng mặt, thường sử dụng nhũ
tương phân tách nhanh, nhất là loại nhũ tương cation hoạt tính.
- Giải lớp thấm nhập hoặc đá trộn ở hiện trường, thường sử dụng nhũ
tương có tốc độ phân tách trung bình.
- Trộn hỗn hợp cấp phối đá nhũ tương ở trạm trộn, thường sử dụng nhũ
tương phân tách chậm.
- Công nghệ vữa nhựa hạt thô rải nguội để khôi phục mặt đường cũ,
thường sử dụng nhũ tương phân tách chậm hoặc loại siêu ổn định
- Làm lớp dính bám giữa hai lớp móng và mặt, làm lớp tạo màng bảo
dưỡng bê tông xi măng.
- Sử dụng gia cố đất nền, móng dưới…
I.4 Ưu điểm của nhũ tương bitum trong xây dựng đường ôtô. [38]
- Không cần đun nóng khi thi công.
- Không gây nguy hiểm như hỏa hoạn, độc hại cho công nhân, người đi
đường.
- Hồi phục nhanh chóng các tính chất cơ bản của nhựa đường. Đảm bảo
nhanh chóng trả lại mặt đường cho các phương tiện lưu thông.
- Có khả năng thi công trên mặt đường ẩm, điều kiện thời tiết bất lợi và
khí hậu không ổn định.
- Việc tiếp tế nhũ tương phục vụ thi công rất thuận tiện vì có thể tập kết

kho ở gần chỗ thi công.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM


17

- Thnh phn dung mụi thp, khụng gõy c hi v ụ nhim mụi trng.
I.5 Cỏc tớnh cht v yờu cu i vi nh tng bitum. [19]
I.5.1 nht
nht ca nh tng bitum c xỏc nh bng nht k k thut.
nht c trng cho kh nng dựng nh tng nhng mt ng khỏc nhau.
Tớnh cht ny c bn ph thuc vo nng cht kt dớnh trong nh tng.
Hm lng bitum cng ln thỡ nht ca nh tng cng cao v tng theo
hm s m.
Vớ d: vi nhng nh tng cha lng cht kt dớnh bitum trong
khong 50-65%, thỡ nht tng khụng ln khi tng nng bitum. Ngc
li khi hm lng bitum ln hn 65% thỡ ch cn thay i mt lng nh
bitum cng lm thay i ỏng k nht ca nh tng. (Hỡnh I-1)


0
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
50 54 58 62 66 70 74
Hàm luợng Bitum ( khối lợng)
Độ nhớt 0.1Pa.s (mm/s)

Hỡnh I-1 th s ph thuc nht ca nh tng vo hm lng bitum.
nht ca nh tng thay i nhiu theo nhit . Hin tng ny
gi l s mn cm vi nhit . i vi mi loi cht kt dớnh trong ú k c

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


18

nhũ tương bitum, sự mẫn cảm với nhiệt độ không phải lúc nào cũng như nhau,
ở nhiệt độ nào cũng thế. Nói một cách khác giá trị của đạo hàm ở tại một điểm
trên đường cong quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ phụ thuộc vào giá trị của
nhiệt độ tại điểm đó. Thực vậy, trên một khoảng hẹp nhiệt độ, có thể viết
phương trình của sự mẫn cảm với nhiệt độ như sau:

ba
+
θ
=
η
log

( I-1 )
Trong đó:
η
là độ nhớt ( °E ) ;
θ
là nhiệt độ ( °C )
a và b là những hằng số phụ thuộc vào tính chất nhũ tương.
Khi dùng nguội thì độ nhớt của nhũ tương không được thay đổi quá
30% nếu nhiệt độ hạ xuống từ 20-10°c hoặc tăng lên từ 20-40°c

CC 2010
η−η

C20
3.0 η<


CCC 204020
3.0 η<η−η

Điều kiện công nghệ cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nhũ tương bitum.
Sự thay đổi vận tốc dòng vào thùng khuấy sẽ làm thay đổi sự phân bố kích
thước hạt nhũ tương. nếu thành phần của bitum không vượt quá 65%về khối
lượng thì độ nhớt của nhũ tương ít phụ thuộc vào vận tốc dòng. nhưng khi
thành phần của bitum vượt quá 65% theo khối lượng thì sẽ làm thay đổi sự
phân bố kích thước hạt và do đó làm thay đổi đáng kể độ nhớt của nhũ tương
bitum.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM


19


Một yếu tố cũng rất quan trọng tác động đến độ nhớt của nhũ tương
bitum là độ nhớt của bitum. Nếu độ nhớt của bitum trong thùng khuấy thấp thì
kích thước hạt của nhũ tương sẽ giảm và có khuynh hướng làm tăng độ nhớt
của nhũ tương. Điều này có thể khắc phục bằng cách thêm vào nó một lượng
nhỏ (2-4% khối lượng ) dung mơi (thường là dầu hoả ) để pha lỗng bitum.
I.5.2 Tính đồng nhất
Tính đồng nhất của nhũ tương bitum được đặc trưng bằng hàm lượng
các giọt chất kết dính có kích thước nhỏ, xác định bằng hàm lượng nhũ tương
lọt qua sàng, có kích thước lỗ sàng bằng 0,14mm. Khi đó lượng sót lại trên
sàng khơng được vượt q 0,5% trọng lượng. Nhũ tương khơng đồng nhất sẽ
gây trở ngại cho q trình thi cơng, đồng thời còn đẩy nhanh q trình kết tụ
sa lắng, gây ra hiện tượng phá nhũ.
I.5.3 Tính ổn định khi vận chuyển và bảo quản
Tính ổn định khi bảo quản đặc trưng cho khả năng bảo tồn tính chất
của nhũ tương trong điều kiện nhiệt độ thay đổi. Thời gian bảo quản nhũ

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM


20

tương có thể kéo dài. u cầu đối với nhũ tương bitum khơng bị kết tụ hay

lắng đọng trong thời gian dài, đảm bảo độ đồng nhất.
Để xác định tính ổn định khi vận chuyển và bảo quản người ta lấy nhũ
tương đã được bảo quản sau bẩy ngày kể từ lúc chế tạo cho chảy qua sàng có
kích thước lỗ sàng bằng 0,14mm. Khi đó nếu như lượng còn lại trên mặt sàng
khơng vượt q 0,1% theo trọng lượng thì loại nhũ tương đó được xem là ổn
định.
I.5.4 Tính dính bám của màng bitum với vật liệu khống.
Tính dính bám được kiểm tra bằng trị số bề mặt của đá răm vẫn còn
được phủ nhũ tương sau khi rửa mẫu thử nghiệm ở nhiệt độ 100°c. Trị số bề
mặt phải khơng được nhỏ hơn 75% đối với nhũ tương anion và khơng nhỏ hơn
95% đối với nhũ tương cation.
I.5.5 Khả năng của pha phân tán phục hồi tính chất ban đầu trong thời
gian tiếp xúc với vật liệu khống.
Khả năng này được đặc trưng bằng tốc độ phân giải của nhũ tương. Sự
phân giải của nhũ tương khi tiếp xúc với bề mặt khống nước sẽ tách ra, các
giọt bitum tiếp xúc với nhau, hình thành lớp dày đặc trên bề mặt của hạt vật
liệu khống. Tốc độ đơng tụ của nó càng nhanh nếu như hoạt tính của chất
nhũ hóa càng lớn. Tùy theo tính chất và số lượng chất nhũ hóa mà người ta có
thể nhận được các loại nhũ tương phân giải nhanh, vừa và chậm.
Tốc độ phân giải của nhũ tương được xác định bằng cách trộn nó với xi
măng hay vật liệu sỏi. Sau hai phút đem mẫu sỏi ra ngồi khơng khí 30 phút,
đem cân. Dùng vòi nước dội trong 15 phút rồi cân lại.
Độ phân giải của nhũ tương:

2
1
δ
δ
=λ
.100% (I-2)

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
KILOBOOKS.COM


21

Trong đó:
1
δ Lượng bitum dính chặt vào bề mặt sỏi sau khi đã dội
nước(g)

2
δ Lược bitum dính chặt vào bề mặt sỏi trước khi dội nước (g)
II Lý thuyết nhũ tương
Nhũ tương là một hệ phân tán của ít nhất hai chất lỏng không tan lẫn
vào nhau.
Có hai dạng nhũ tương, dạng dầu trong nước ( pha dầu phân tán vào pha
nước ) và dạng nước trong dầu ( pha nước phân tán trong pha dầu ). Trong các
hệ này, phân tử của chất nhũ hóa tự sắp xếp bằng cách định hướng nhóm kị
nước của chúng vào pha dầu và nhóm ưa nước vào pha nước.
Dạng nhũ tương được tạo ra tùy thuộc vào loại chất nhũ hóa được sử
dụng, nhiệt độ ,và khối lượng các pha được sử dụng. Nói chung pha lỏng nào
dễ hòa tan chất nhũ hóa có xu hướng trở thành pha liên tục.
Trong một nhũ tương, kích thước các giọt rất không đồng đều, kích
thước giọt liên quan đến phương pháp chế tạo nhũ tương và nồng độ chất nhũ
hóa. Sự thay đổi trong phân bố kích thước giọt là đường cong đối với thời
gian. Dựa vào đó có thể xác định độ ổn định của nhũ tương.
II.1 Chế tạo nhũ tương
Có hai phương pháp chế tạo nhũ tương: phương pháp ngưng tụ và

phương pháp phân tán.
II.1.1 Phương pháp ngưng tụ
Khi chất lỏng A được hòa tan vào chất lỏng B ở trạng thái có bão hòa,
nếu như trạng thái quá bão hòa này bị phá vỡ sẽ tạo thành nhũ tương. Có thể
phá vỡ trạng thái quá bão hòa bằng cách hạ nhiệt độ của dung dịch hoặc thay
đổi nồng độ dung dịch để giảm độ hòa tan.
Phương pháp này ít được sử dụng trong công nghiệp so với phương
pháp phân tán:

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM


22

II.1.2 Phương pháp phân tán:
Phương pháp phân tán để chế tạo nhũ tương gồm hai dạng. Quá trình
nhũ hóa xảy ra một cách tự nhiên với dầu có khả năng nhũ hóa hay hòa tan.
Hoặc quá trình nhũ hóa xảy ra do có lực tác dụng bằng thiết bị nhũ hóa để
phân tán một pha lỏng thành những giọt nhỏ vào pha lỏng kia.
II.2 Phân bố giọt trong nhũ tương
Trong đa số các trường hợp, việc biểu thị các số liệu thu được bằng hàm
phân bố sẽ thuận tiện cho việc nghiên cứu cấu trúc tập hợp giọt.
II.2.1 Hàm phân bố theo kích thước
Mật độ phân bố q
r
(x) cho biết xác suất gặp một giọt có đường kính nào
đó của tập hợp giọt. Chỉ số r chỉ ra các loại hình phân bố:
r = o : phân bố theo số giọt
r =1: phân bố theo độ dài

r =2: phân bố theo bề mặt
r =3: phân bố theo thể tích hoặc khối lư
ợng
Việc chuyển giữa các loại hình phân bố tuân theo phương trình:

∫
−
−
=
max
min
)(
)(
)(
x
x
i
ir
x
i
ir
x
r
dxxqxk
xqxk
xq
( I-3 )
Trong đó k
x
: hệ số phụ thuộc hình dạng của giọt có đường kính x, có thể

xác định như sau:

Xn
X
k
A
x
=
: hế số hình dạng tính theo tỷ lệ kích thước nhỏ nhất và
kích thước lớn nhất tính theo hai phương đặc trưng của hạt.

2
2
S
Y
x
X
X
k =
: hệ số hình dạng tính theo tỷ lệ đường kính tương đương
thể

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM


23

tích và bề mặt.
II.2.2 Một số phân bố thường gặp

II.2.2.1 Phân bố chuẩn
Thường gặp ở các quá trình ngưng tụ, kết dính, thăng hoa trong quá
trình chuyển pha, các quá trình hình thành và lớn lên của các quần thể vi sinh
vật và các quá trình sấy phun.
Hàm phân bố chuẩn có dạng:







σ
−
−
πσ
==
2
2
3
3
2
)(
exp
2
1
)(
)(
)(
z

xx
xd
xdQ
xq
( I-4 )
Và tổng phân bố:

∫






σ
−
−
πσ
=
max
min
2
2
3
2
)(
exp
2
1
)(

x
x
z
dx
xx
xQ
(I-5)

Trong đó x
z
: độ lớn của hạt ứng với Q
3
(x) = 0,5

σ
: độ lệch tiêu chuẩn của phân bố này.
Mật độ phân bố có dạng hình chuông.

q
3
(x)

σ
2





X
min
X
m ax
x

H×nh I-3 : đường cong mật độ phân bố chuẩn.

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
KILOBOOKS.COM


24

II.2.2. 2 Phõn b chun logarit
Thng dựng cho cỏc tp hp ht hỡnh thnh trong quỏ trỡnh vo viờn,
cỏc tp hp hỡnh thnh trong quỏ trỡnh sy phun, cỏc tp hp ht thc vt sau
khi nghin v cỏc tp hp ht qung hỡnh thnh do cỏc v n.
Hm phõn b chun logarit cú dng:

==
2
lg
2
lg
3
3
2
)lg(lg
exp
2
1
)(lg
)(lg
)(lg
z
xx
xd
xdQ
xq

(I-6)
và













=
max
min
lg
lg
2
lg
2
lg
3
)(lg
2
)lg(lg
exp
2

1
)(lg
x
x
z
xd
xx
xQ
(I-7)

Trong ú x
z
: giỏ tr ng vi Q
3
(lgx
z
) = 0,5

lg

: lc tiờu chun ca phõn b ny.
II.2.2.3 Phõn b hm s m GGS :
Thng dựng cho cỏc tp hp ht nghin, tp hp ht kt tinh t nhiờn
nh mui n b bin
Hm phõn b m cú dng:

1
maxmax
3
3

)(
)(









==
m
x
x
x
m
dx
xdQ
xq
(I-8)
Trong ú x
max
: ng kớnh ht ln nht.
m : thụng s rng, nú c trng cho rng phõn b ca
tp hp ht.
12
1323
max
3

lglg
)(lg)(lg
lg
)(lg
xx
xQxQ
x
x
xQ
m


=








=
(I-9)
Vi x
1
, x
2
: kớch thc ca hai loi ht xỏc nh trong tp hp ang
xột.

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
KILOBOOKS.COM


25

Q
3
(x
1
), Q
3
(x
2
) : cỏc giỏ tr tng phõn b ng vi x
1
, x
2
.

II.2.2.4 Phõn b m kộp RRS
Thng mụ t cỏc tp hp ht nghin, cỏc tp hp ht xut hin khi
khai khoỏmg vt, tp hp ht ca vt b ri v, tp hp ht lng khi tung túe
bng c cu c hc.
Phõn b m kộp RRS cú dng:

==
nn
x
x
x
x
x
n
dx
xdQ
xq
,
1

,,
3
3
exp
)(
)(
(I-10)

n
x
x
xQxR








==
,
33
exp)(1)(
(I-11)

,
3
lglg
lglg

)(
1
lglg
xx
e
xR
n










=
(I-12)
Trong ú
,
x
:kớch thc c trng ca tp hp ht, ng vi Q
3
(x
,
) =
0,623; n : c trng rng ca phõn b.
II.3 Sc cng b mt ca dung dch cht nh húa
Gia cỏc phõn t cht lng hay cht rn luụn cú lc liờn kt. Cỏc phõn

t nm bờn trong khi cht lng cú lc liờn kt v mi phớa ca phõn t. Cỏc
phõn t cht lng nm trờn b mt cú mt phớa khụng liờn kt vi cỏc phõn t
cht lng khỏc, do ú nú cú nng lng cao hn. Cht lng cú xu hng to
thnh dng hỡnh cu sao cho din tớch tip xỳc b mt nh nht cú nng
lng thp nht.
Sc cng b mt ( ) l khỏi nim dựng mụ phng lc liờn kt gia
cỏc phõn t ti b mt. Sc cng b mt ca mt pha l do cỏc phõn t b

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN