CHƯƠNG CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ § 9-1 ĐẠI CƯƠNG    o o  Chất kết dính hữu hợp chất cao phân tử cacbua hydrô với nguyên tố phi kim loại khác, tồn dạng rắn, dạng quánh hay dạng lỏng Tính chất lý thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ Chất kết dính hữu thường gặp bitum gờrông Bitum có loại: Bitum thiên nhiên, bitum nhân tạo Bitum nhân tạo sản phẩm công nghiệp dầu mỏ Gờrông sản phẩm thu công nghiệp luyện than đá nhiên liệu cứng khác gỗ, than bùn Khi chưng luyện nhiên liệu cứng phương pháp làm lạnh người ta thu chất ngưng tụ Đem chất ngưng tụ chưng luyện lần thu chất dầu nhẹ, cặn bã lại gờrông § 9-2 BITUM DẦU MỎ   I - THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC Các nguyên tố cacbon, hydrô, oxy, nitơ, lưu huỳnh kết hợp với tạo thành nhiều hợp chất phức tạp Để cho tiện việc nghiên cứu, người ta phân thành cấu tạo bitum số nhóm có thành phần hóa học tính chất vật lý giống Thành phần hóa học, tính chất tỷ lệ nhóm đònh tính chất bitum Nhóm chất dầu Nhóm chất nhựa Nhóm átphan Nhóm axit atfan anhric chúng Chất parafin II - TÍNH CHẤT CỦA BITUM DẦU MỎ      Tính quánh Tính quánh tính chất hạt bitum chống lại dòch chuyển tương đối chúng tác dụng ngoại lực Tính quánh phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, hàm lượng nhóm cấu tạo Tính dẻo Dẻo tính chất quan trọng bitum Nó phụ thuộc vào nhiệt độ, hàm lượng nhóm (các thành phần hóa học) thời gian tác dụng tải trọng Khi nhóm chất nhựa, nhiệt độ, thời gian tác dụng tải trọng tăng tính dẻo tăng Khi tăng hàm lượng parafin, nhiệt độ giảm tính dẻo giảm Tính ổn đònh nhiệt Điểm nhiệt độ làm cho bitum chuyển từ trạng thái quánh sang trạng thái lỏng gọi nhiệt độ "hóa mềm" ký hiệu tm Điểm nhiệt độ làm cho bitum từ trạng thái quánh sang trạng thái cứng gọi nhiệt độ "hóa cứng", ký hiệu tc Hiệu số tm - tc lớn, biểu thò tính ổn đònh nhiệt độ bitum cao    Tính ổn đònh bitum môi trường không khí Trong môi trường không khí, bitum luôn chòu tác dụng yếu tố nhiệt độ, ánh sáng, gió, mưa … Các yếu tố thay đổi, làm cho chất lượng bitum giảm dần, tượng bitum bò "bão hòa" Nhiệt độ bốc cháy Trong trình nóng chảy bitum, người ta tăng nhiệt độ đến lúc chất dầu bốc hơi, làm cho nồng độ dầu môi trường tăng Hỗn hợp không khí dầu gặp nhiệt độ cao dễ bốc cháy Trong trình sử dụng bitum theo phương pháp gia nhiệt, cần phải ý đặc tính để đề phòng hỏa hoạn Sự dính kết bitum với bề mặt vật liệu khoáng Khi trộn bitum với vật liệu khoáng (cát, sỏi, đá dăm …), chúng tác dụng vật liệu hóa học lẫn để tạo nên lực dính kết Lực dính kết hóa học lớn nhiều so với lực dính kết vật lý Tổng lực dính kết đònh cường độ tính khác hỗn hợp ĐẶC TRƯNG CỦA MÀNG BITUM TRÊN BỀ MẶT VẬT LIỆU KHOÁNG Phần đá không chứa hạt nhỏ 0,071 mm Phần đá không chứa hạt nhỏ 0,071 mm Màng bitum giữ hoàn Màng bitum giữ hoàn toàn toàn, nước không bò đục Chỉ tiêu liên kết Tốt Màng bitum bò thay đổi, số hạt hay chỗ bề mặt hạt bò bóc trần (gần 50%) Màng bitum bò thay đổi đáng kể hạt lớn bò bóc trần (gần 50%) nước bò đục phận hạt nhỏ bò rửa Trung bình Màng bitum bò thay đổi hoàn toàn hay hoàn toàn, hạt bò bóc trần hết, bitum tạo thành giọt nhỏ hay lên mặt nước Màng bitum bò thay đổi phần lớn hay hoàn toàn, nhìn thấy bitum tạo giọt nhỏ hay lên mặt nước, nước bò đục hoàn toàn Xấu    Hàm lượng nước chứa bitum Nước bitum làm giảm chất lượng trình sử dụng Khi đun nóng, nước chuyển hóa thành khí làm tăng làm tăng đáng kể thể tích bitum, làm tăng thể tích lỗ rỗng bitum Do trước sử dụng cần phải khử bitum cách cho bốc dần nhiệt độ 105 đến 110C Sau khử hết nước, người ta tiếp tục tăng nhiệt độ nung lên cao Tính ngăn nước bitum Bitum loại vật liệu ngăn nước tốt có góc ướt lớn 90o, không bò hòa tan ổn đònh môi trường nước Bitum có cấu tạo đặc, lỗ rỗng khe rỗng mao quản nên nước khó thấm qua Người ta dùng bitum để chế tạo loại vật liệu ngăn nước lợp, chống ẩm, vật liệu chống thấm Tuy nhiên, sử dụng bitum công trình thủy công xảy tượng thấm khuếch tán § 9-3 GỜRÔNG THAN ĐÁ     I - THÀNH PHẦN CẤU TRÚC Gờrông than đá hợp chất phức tạp cacbua hờrô thơm hợp chất chúng với oxy, nitơ, lưu huỳnh … Cũng bitum dầu lửa, người ta chia thành phần cấu tạo Gờrông than đá thành nhóm sau: Nhóm than rắn tự Gồm hạt nhỏ thể rắn cacbon tự do, không bò hòa tan dung môi hữu nào, ổn đònh nhiệt độ tương đối tốt Nhóm làm tăng tính quánh tính ổn đònh nhiệt Gờrông, hàm lượng lớn làm cho Gờrông có tính giòn, nhóm nên chiếm tỷ lệ đònh Nhóm chất nhựa Nhóm gồm hai loại nhựa rắn nhựa mềm Nhóm chất dầu Là cacbua hờrô thể lỏng, chủ yếu cacbua hờrô thơm Nhóm làm cho gờrông có tính linh động II - TÍNH CHẤT CỦA GỜRÔNG THAN ĐÁ Tính quánh (tính nhớt) Tính quánh gờrông phụ thuộc vào hàm lượng nhóm pha rắn pha lỏng Khi nhóm than rắn tự nhựa rắn tăng, nhóm chất dầu giảm tính quánh tăng lên Tính dẻo Gờrông than đá có chứa nhiều cacbon tự do, nhóm nhựa dẻo nên tính dẻo bitum nhiều Tính ổn đònh nhiệt Ổn đònh nhiệt bitum hàm lượng chất nhựa dễ chảy, khoảng biến đổi nhiệt độ từ mềm hóa sang cứng hòa (tm - tc) nhỏ so với bitum Tính ổn đònh môi trường không khí Trong môi trường không khí, gờrông than đá ổn đònh bitum dầu mỏ Khả liên kết với bề mặt vật liệu khoáng Tính chất gờrông rõ bitum dầu mỏ, gờrông có chứa hàm lượng chất có tính phân cực nhiều § 9-4 BẢO QUẢN GỜRÔNG THAN ĐÁ     Trong trình lưu trữ bảo quản chất kết dính hữu cần ý không để lẫn với nước, hạt khoáng vật, tạp chất khác Nếu có lẫn hạt khoáng vật nấu chảy, hạt lắng xuống đáy nồi, làm lớp phía già lửa, gây nên tượng cốc hóa vật liệu Nếu có lẫn nước nấu đến nhiệt độ lớn 1000C, nước bay tạo bọt khí làm tăng thể tích, bitum trào ngoài, gây hỏa hoạn Hơn có mặt nước làm tốn nhiên liệu đốt cháy kéo dài thời gian nấu chảy, dẫn đến chất lượng bitum bò giảm Việc bảo quản tốt chứa thùng kín kim loại hay bê tông, thùng có phận đun nóng để nấu chảy bitum cần lấy để nơi thoáng mát § 9-5 NHŨ BITUM VÀ GỜRÔNG I - KHÁI QUÁT     Nhũ hệ thống keo phức tạp có từ hai chất lỏng trở lên không hòa tan vào Chất lỏng phân tán chất lỏng thành hạt nhỏ không (kích thước sụt từ 0,001  0,1mm) gọi pha phân tán, chất lỏng môi trường phân tán Trong xây dựng, nhũ bitum gờrông chế tạo cách trộn nước với bitum hay gờrông sau dùng máy khuấy đánh tơi hạt bitum hay gờrông Các hạt phân tán lơ lửng nước Nếu ngừng tác động học máy thời gian, hạt bitum lại liên kết với sa lắng Nguyên nhân xảy tượng suất căng mặt mặt phân chia hai pha không (suất căng mặt nước lớn gấp nhiều lần suất căng mặt bitum gờrông) Để cho nhũ ổn đònh, cần cho thêm vào chất nhũ hóa - chất hoạt động bề mặt  o o  o o o o  o o II PHÂN LOẠI NHŨ Có nhiều cách phân loại vào đặc trưng pha phân tán môi trường phân tán, nhũ chia làm hai loại: Pha phân tán bitum (hay gờrông), môi trường phân tán nước, gọi nhũ tương dầu - nước hay nhũ tương thuận Pha phân tán giọt nước, bitum (hay gờrông) môi trường phân tán, gọi nhũ tương nước - dầu nhũ tương nghòch Căn vào chất nhũ hóa, nhũ tương phân làm loại: Nhũ tương anion hoạt tính, gọi nhũ tương kiềm, có trò số pH = 13 Nhũ tương cation hoạt tính gọi nhũ tương axit có trò số pH =  Nhũ tương không sinh ion, chất nhũ hóa không sinh ion; có trò số pH = Nhũ tương bột nhão, chất nhũ hóa dạng bột vô bột đất sét, điatomit, trêpn, bột vôi … Căn vào nồng độ pha phân tán, nhũ chia loại: Nhũ đậm đặc: tỷ lệ pha phân tán nhỏ 74% Nhũ đậm đặc cao: tỷ lệ pha phân tán lớn 74% III - VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO NHŨ TƯƠNG    Chất kết dính Các loại chất kết dính hữu khác dùng để chế tạo nhũ tương Trong xây dựng dùng chất kết dính thuộc bitum hay gờrông để chế tạo nhũ Chất nhũ hóa Chất nhũ hóa có tác dụng làm cho nhũ tương ổn đònh lâu dài; bao gồm chất hoạt động bề mặt Nước Tính chất nước để chế tạo nhũ tương phụ thuộc vào tính chất nhũ hóa, dùng chất nhũ hóa anion hoạt tính phải dùng nước mềm, nước mềm có độ cứng không lớn mili đương lượng gam lít, lớn tạo thành muối canxi axít béo nhựa không hòa tan nước, làm giảm tính đồng nhũ IV - THÀNH PHẦN VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO NHŨ TƯƠNG BITUM LOẠI THUẬN  o o o Phương pháp chế tạo: Sau chọn chất kết dính, cần phải khử hết nước, sau đun bitum (hay gờrông) đến nhiệt độ hóa lỏng Hòa tan chất nhũ hóa nước, sau đun nóng dung dòch đến 700  900C Lần lượt cho dung dòch chất nhũ hóa bitum vào máy sau đó, cho máy chạy khuếch tán với tốc độ lớn, làm cho bitum tạo thành tia mảnh, hạt phân tán vào dung dòch chất nhũ hóa bitum vào máy sau đó, cho máy chạy khuếch tán với tốc độ lớn, làm cho bitum tạo thành tia mảnh, hạt phân tán vào dung dòch nhũ hóa tạo thành nhũ tương VI - BẢO QUẢN VÀ VẬN CHUYỂN NHŨ TƯƠNG     Nhũ tương chế tạo xong chứa vào bể chứa bêtông hay kim loại có nắp đậy kín, bể cần phải trì nhiệt độ khoảng 4-400C Nhiệt độ thấp 30C làm cho pha nhũ bò phân chia, hạt bitum kết lại với tạo thành lớp vỏ bề mặt làm cho nhũ tương tính đồng Trong trình bảo quản, phải thường xuyên khuấy trộn để tránh tượng lắng hay kết tụ bề mặt giảm tính đồng nhũ Thời gian bảo quản dài hay ngắn tùy thành phần nhũ tương, không nên tháng; tốt sau chế tạo xong đem sử dụng Khi vận chuyển nhũ tương đến nơi sử dụng dùng thùng gỗ, thép để chứa tàu hỏa, ôtô để vận chuyển Vận chuyển 200km dùng ôtô kinh tế tiện lợi §9-6 VẬT LIỆU CÁCH NƯỚC CHẾ TẠO BẰNG BITUM VÀ GỜRÔNG I - KHÁI QUÁT  Bitum gờrông chất kết dính hữu có tính ngăn nước (góc ướt  > 900C) Để tiết kiệm bitum (hay gờrông), tăng tính ổn đònh thuận lợi cho trình thi công người ta thường trộn bitum với số vật liệu khác Tùy theo vật liệu trộn mà thu loại vật liệu ngăn nước khác Vật liệu ngăn nước sử dụng phổ biến công trình thủy lợi vữa bêtông átphan, số lợp có cốt sợi khoáng amiăng … II - MỘT SỐ DẠNG BITUM (HAY GỜRÔNG) ĐƯC SỬ DỤNG ĐỂ CHẾ TẠO VẬT LIỆU CÁCH NƯỚC     Dung dòch bitum Dung dòch bitum chất hỗn hợp bitum hòa tan dung môi hữu dầu hỏa, dầu mazút … Nhũ tương bitum Thể keo nhuyễn gồm bitum, nước chất nhũ hóa Nhờ máy khuếch tán bitum đánh tơi thành hạt nhỏ phân tán lơ lửng nước Matit bitum Là hỗn hợp gồm có bột khoáng vật (bột đá vôi, đôlômit …) chất kết dính hữu Căn vào chất kết dính chia dạng: matit bitum, matit gờrông vầmtit hỗn hợp Căn phương pháp sử dụng chia loại: matit nóng matit nguội III - CÁC VẬT LIỆU NGĂN NƯỚC ĐƯC CHẾ TẠO TỪ BITUM HAY GỜRÔNG Bê tông átphan  Bê tông átphan hỗn hợp gồm có chất kết dính hữu cơ, cốt liệu, lớn nhỏ (cát giăm hay sỏi) phối hợp với theo tỷ lệ đònh, đông cứng rắn có cường độ, ổn đònh tốt Vật liệu dùng để chế tạo bê tông átphan a) Đá giăm hay sỏi Chất lượng giăm đá, sỏi có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bê tông átphan, cốt liệu phải đạt yêu cầu đònh Không cho phép dùng đá giăm chế tạo từ đá vôi sét, sa thạch sét 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 sử dụng phổ biến d) Bitum Tùy theo yêu cầu cường độ, phương pháp thi công, điều kiện khí hậu vùng xây dựng mà chọn mác bitum thích hợp Bitum mỡ thường sử dụng phổ biến 3 Các tính chất kỹ thuật bêtông, átphan a) Cường độ nén (Rn) Cường độ nén đặc trưng học quan trọng xác đònh qua mẫu thí nghiệm hình trụ có đường kính chiều cao Các loại mẫu thường có kích thước là: 71,5; 50,5mm, dưỡng hộ đông cứng đem nén nhiệt độ qui đònh 500C 200C b) Cường độ kéo (Rk) Cường độ kéo xác đònh theo phương pháp đơn giản cách nén nghiêng mẫu thí nghiệm c) Tính biến dạng Bêtông átphan loại vật liệu có biến dạng lớn nhiệt độ thay đổi d) Tính ổn đònh nhiệt độ Nhiệt độ thay đổi làm cho tính chất bê tông átphan thay đổi Khi nhiệt độ tăng bêtông mềm ra, nhiệt độ hạ bêtông khô quánh lại Sự thay đổi làm cho cường độ tính chất khác bê tông thay đổi e) Tính ổn đònh môi trường nước Nếu bêtông átphan ổn đònh nước bão hòa cường độ bò giảm nhiều, lúc khả liên kết bitum với bề mặt vật liệu không bò giảm    Phạm vi sử dụng bêtông átphan Bêtông átphan vật liệu ngăn nước tốt nên sử dụng rộng rãi xây dựng: Rải mặt đường giao thông, đường băng Làm tường tâm, tường nghiêng ngăn nước đập ngăn nước vật liệu rời Làm lớp lót phòng thấm cho móng công trình thủy công     Vữa átphan Khái quát Vữa átphan hỗn hợp bao gồm chất kết dính bitum (hay gờrông) cát bột khoáng vật Vật liệu dùng để chế tạo vữa átphan giống vật liệu dùng cho bêtông átphan Tính chất kỹ thuật vữa átphan Vữa átphan có tính chất kỹ thuật tương tự bê tông átphan mức độ có khác Vữa átphan dùng công trình thủy công cần đạt yêu cầu kỹ thuật sau:  Độ rỗng (r %): r %  1%  Tính ngăn nước: không thấm nước chòu áp lực lớn  Tính dẻo: chòu biến dạng lớn  Ổn đònh môi trường nước     Phạm ví sử dụng vữa átphan Vữa átphan dùng để phủ mặt kết cấu thủy công, nâng cao khả chống thấm khả ổn đònh môi trường nước Dùng lớp lót lòng kênh dẫn nước, lòng hồ giữ nước tưới, giảm tổn thất nước thấm Dùng lớp đệm mềm chống thấm cho khớp nối kết cấu, công trình thủy công Dùng lớp lót chống ẩm cho kết cấu gỗ tiếp xúc với môi trường nước ẩm … Các vật liệu lợp cách nước bitum gờrông Khái quát Các lớp lợp cách nước gờrông ổn đònh bitum, ổn đònh nhiệt độ, vùng nhiệt đới nước ta có biên độ dao động nhiệt độ mùa, ngày đêm tương đối lớn, nên lợp cách nước bitum sử dụng phổ biến Các lợp cách nước a) Giấy dầu Giấy dầu chế tạo cách tráng bitum (khó chảy) lên bề mặt tông cho đạt độ dày yêu cầu đònh b) Pecgamin Pecgamin chế tạo giống giấy dầu, dùng bitum thường bitum khó chảy để quét lên mặt tâm tông c) Tấm bitum amiăng (tấm cách nước) Giấy dầu pecmagin có nhược điểm dễ cháy, dễ hút ẩm để mục nát, chòu kéo, chống thấm, tính bền Do người ta dùng amiăng để sản xuất bitum amiăng làm vật liệu ngăn nước Các tiêu chất lượng bitum amiăng Các tiêu Qui đònh - Nhiệt độ hóa mềm bitum làm chất tẩm theo phương pháp "vòng bi", 0C 40-53 - Tỷ lệ trọng lượng chất tẩm so với trọng lượng tông khô, không nhỏ 1,25:1 - Tải trọng làm đứt khi kéo dài pecgamin rộng 50mm (kg) không nhỏ 27 - Độ dẻo nhiệt độ 18  20C uốn dài pecgamin theo nửa vòng tròn có đường kính 10mm Không xuất vết nứt - Độ thấm nước áp lực cột nước cao 5cm (tính eo ngày đêm) không nhỏ - Độ hút nước áp lực at qua 24 hay chân không, nhiệt độ nước 350C phút, % theo trọng lượng không lớn 22    d) Tấm matit Trộn bột khoáng vật đun nóng với bitum nấu chảy, sau dùng máy cán ép thành mỏng Tấm matit ổn đònh nhiệt, ổn đònh môi trường không khí, môi trường nước … tốt loại Tính bền cao, chòu biến dạng lớn Do sử dụng khớp nối mềm công trình thủy công, làm lớp phủ ngăn nước cho phận kết cấu công trình yêu cầu chống thấm e) Dây đay vải đay bitum Dùng bitum lỏng tẩm lên dây đay vải đay Loại có cường độ kéo lớn bitum amiăng Đây vật liệu sẵn có nước ta nên sử dụng phổ biến Nó sử dụng bitum amiăng  ... amiăng Các tiêu Qui đònh - Nhiệt độ hóa mềm bitum làm chất tẩm theo phương pháp "vòng bi", 0C 4 0-5 3 - Tỷ lệ trọng lượng chất tẩm so với trọng lượng tông khô, không nhỏ 1,25:1 - Tải trọng làm đứt khi... không nhỏ 27 - Độ dẻo nhiệt độ 18  20C uốn dài pecgamin theo nửa vòng tròn có đường kính 10mm Không xuất vết nứt - Độ thấm nước áp lực cột nước cao 5cm (tính eo ngày đêm) không nhỏ - Độ hút nước... hay bê tông, thùng có phận đun nóng để nấu chảy bitum cần lấy để nơi thoáng mát § 9-5 NHŨ BITUM VÀ GỜRÔNG I - KHÁI QUÁT     Nhũ hệ thống keo phức tạp có từ hai chất lỏng trở lên không hòa