Đang tải... (xem toàn văn)
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 Hình 2.1: Nhũ tương Bitum 17 Hình 2.2: Lớp điện tích kép bề mặt phân chia dầu - nước 22 Hình 2.3: Lớp điện tích kép 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 lợp Bitum 28 Hình 3.2: Bitum xây dựng đường giao thông 30 Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ I Những kiến thức chung Những kiến thức chung Bitum dầu mỏ Nguồn gốc, xuất xứ Bitum Vấn đề sản xuất Bitum dầu mỏ Những thành phần hoá hoc Bitum dầu mỏ II Các tính chất Bitum xây dụng đường sản xuất 11 Độ quánh Bitum 11 Độ giãn dài 12 Thành phần cất phân đoạn 12 Độ bền nước 12 Nhiệt độ chảy mềm 12 Nhiệt độ chớp cháy Bitum 13 Tính ổn nhiệt 13 Tính già hoá Bitum 13 Tính ổn định gia nhiệt 13 10 Tính thấm ướt vật liệu khống 14 11 Tính liên kết Bitum với bề mặt vật liệu khoáng 14 III Công nghệ sản xuất Bitum 15 IV Tồn chứa, vận chuyển 16 Chương NHŨ TƯƠNG BITUM 17 I Lý thuyết nhũ tương 17 Định nghĩa 17 Phân loại nhũ tương 17 a Phân loại theo pha phân tán môi trường phân tán 17 b Phân loai theo tính chất hoat đơng bề mặt 18 c Phân lọai theo khả phân tách - theo ASTM D997-86 18 d Phân lọai theo Pháp NF T66-16 18 e Phân loại theo khả thi công - theo Caltex 19 II Phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum 19 Phương pháp ngưng tụ 19 Phương pháp phân tán 19 III Ổn định nhũ tương 19 Sức căng bề mặt dung dịch chất nhũ hoá 19 Cấu tạo lớp điện tích kép 21 Ổn định nhũ tương 23 Hiện tượng tách nhũ tương 23 Hiện tượng bị đảo tướng 24 IV Sản xuất nhũ tương Bitum 24 Chương ỨNG DỤNG 28 I Ứng dụng Bitum dầu mỏ 28 Ứng dụng 28 Cách sử dụng: 29 II Ứng dụng nhũ tương Bitum 29 Nhủ tương Bitum hỗn hợp rải đường 29 Các ứng dụng khác nhũ tương Bitum 31 a Sử dụng để làm ổn định đất 31 b Làm chậu tạm để ươm mầm 31 c Chống thấm 32 d Lớp phủ bảo vệ 32 e Trám khe hở thấm nhập 32 Những ưu điểm vượt trội nhũ tương Bitum xây dựng đường ôtô 32 Tài liệu tham khảo 34 LỜI MỞ ĐẦU Trong công công nghiệp hố, đại hố đất nước, tồn đảng, tồn dân, toàn quân ta ngành nghề cố gắng nỗ lực thi đua sản xuất đưa nước ta từ nước nông nghiệp lạc hậu bước phấn đấu đến năm 2020 trở thành nước công nghiệp phát triển, muốn chứng ta phải tập xây dựng sở hạ tầng, vật chất kỹ thuật ngày khang trang đại đòi hỏi đầu tư tiền của, cơng sức ngành, cấp Hồ khí phát triển mạnh mẽ nước ta kỷ Bộ giao thông vận tải Bộ khoa học công nghệ môi trường trực tiếp đạo phải xây dựng mạng lưới giao thơng hồn chỉnh, thơng suốt có chất lượng cao góp phần quan trọng thúc đẩy phát triển ngành khác thương mại, du lịch, vận tải hành khách, nhằm thu hút nguồn đầu tư từ nước Đối với đất nước phải trải qua chiến tranh, sở hạ tầng yếu nước ta, mạng lưới giao thông chưa đáp ứng nhu cầu cho vận tải lưu thơng hàng hố việc xây dựng nâng cấp cần thiết để phù hợp với xu phát triển kinh tế xã hội Tuy áp dụng vào ngành giao thông từ Thế Kỷ 19 Bitum dầu mỏ trở thành ngành nguyên liệu quan trọng hàng đầu công nghệ làm đường đáp ứng u cầu kỹ thuật, kinh tế Để đạt chi tiêu xây dựng phát triển phải đảm bảo yêu cầu cần thiết : Mặt đường phải nhẵn bóng, bền đẹp, có tính ổn định cao để đáp ứng nhu cầu giao thông lại, chống chịu áp lực luồng xe chạy liên tục ngày đêm, đảm bảo lưu thơng an tồn, kinh tế hiệu điều kiện khí hậu khắc nghiệt nước ta: mưa, gió, nắng, bão Chính mà vấn đề thiết kế đảm bảo vật liệu thi cơng điều kiện cho phép đóng vai trò quan trọng Tuỳ thuộc loại đường mà kết cấu, vật liệu khả thi công khác Thế việc nghiên cứu chế tạo Bitum Việt Nam cần thiết để đáp ứng đòi hỏi, yêu cầu em thực tiểu luận: “ Tìm hiểu Bitum nhũ tương Bitum dầu mỏ” để nhằm sâu nghiên cứu Bitum để áp dụng lí thuyết vào thực tiễn dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có nước, học hỏi thêm nhiều kiến thức nhằm giúp ích cho cơng việc sau Chương I TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ Những kiến thức chung Những kiến thức chung Bitum dầu mỏ Bitum vật liệu xây dựng cơng trình sử dụng rộng rãi, người thường xuyên tham gia vào cơng việc có sử dụng Bitum, đặc biệt lĩnh vực xây dựng bảo trì đường giao thơng, đặc tính điều bí ẩn Trong cơng trình giao thơng Bitum sử dụng theo hai dạng sau: + Công nghệ nhựa nóng: Trước cơng nghệ chủ đạo, thi cơng cần đun nóng nhựa lên nhiệt độ thích hợp để làm chúng chảy lỏng thi công + Công nghệ nhựa nguội: Sử dụng nhựa đường dạng nhũ tương nhựa đường trạng thái phân tán cao nước ổn định chất nhũ hoá làm cho nhựa đường trạng thái lỏng điều kiện bình thường Trong bối cảnh cần có nghiên cứu sâu Bitum, để có kiến thức sâu sắc chúng, để sử dụng cách hiệu hơn, kinh tế Nguồn gốc: Ban đầu vào năm 1906, Schade van Westrum phát minh nhận sáng chế nhũ tương Nó trở nên phổ biến ngày khả bám dính với nhiều loại bề mặt rắn khác chứng Nhũ tương Bitum sử dụng nhiều lĩnh vực tu bảo dưỡng, sửa chữa, rải lớp láng mặt, lớp bám dính lớp bảo dưỡng chống thấm nhập Cũng tưới thấm nhựa, gia cố cấp phối dạng trộn nguội, rải nguội Bởi sử dụng nhũ tương Bitum việc thi cơng cơng trình giao thơng dễ dàng, thuận tiện Khơng cần đun nóng, khơng gây nhiễm mơi trường, an tồn cho cơng nhân người đường Có thể cho phép tiến hành thi công mặt đường ẩm ướt vào mùa mưa.Tiết kiệm từ 15-30% so với cơng nghệ nhựa nóng.Trong nhũ tương Bitum có chứa nước nên khả lèn chặt mặt đường dễ dàng => Vì thi cơng nhựa đường dạng nhũ tương khơng cần phải đun nóng Nhưng với đặc tính ưu việt mà ngày công nghệ nhựa nguội ngày sử dụng rộng rãi Nguồn gốc, xuất xứ Bitum + Tình hình giới: Trên giới lần mặt nhựa đường đời vào năm 1175 người Đức thực hiện, người Pháp đưa nhựa Bitum vào đế rải đường vào năm 1854 Loại nhựa dùng cặn Gudron Sau cơng nghiệp hố ngày phát triển, Nhựa Bitum, sản phẩm phụ cơng nghiệp hố dầu, với tính cơng nghiệp cao nhựa gudron Ngày 9/5/1922 nhà bác học người Anh Hugh Alan Mackay cấp sáng chế số 202021 nhũ tương nhựa Bitum, sử dụng dạng nhựa nguội ấm dễ dàng thi công cho công nhân, tạo bước ngoặt lĩnh vực sử dụng Bitum dầu mỏ Hình 1: Bitum dầu mỏ(Nguồn: Internet) + Tình hình Việt Nam: Mặc dù giới cơng nghệ chế tạo nhũ tương Bitum phát triển, nước ta thuật ngữ “nhũ tương Bitum” mẻ cơng trình nghiên cứu phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum ít, hầu hết dừng mức độ lý thuyết, áp dụng vào thực tế Bitum có nhiều nguồn gốc khác nhau, từ than chủ yếu sản phẩm công nghệ chế biến dầu thơ hố dầu Bitum dầu mỏ nhiệt độ thường dạng rắn, tăng nhiệt độ lên khoảng 70°C bắt đầu chảy mềm chuyển sang dạng nửa lỏng tuỳ theo loại dầu nhiệt độ chảy mềm khác Bitum dầu mỏ không tan nước, thành phần bao gồm nhiều loại cacbuahydro dẫn xuất lưu huỳnh, oxy, nitơ, Bitum dầu mỏ chủ yếu sản xuất từ phần cặn trình chưng cất trực tiếp loại dầu mỏ có nhiều nhựa, q trình chưng cất chân khơng, lấy từ q trình hydrocracking, cracking nhiệt, cracking xúc tác, cốc hố, trình khử atfan, chiết, lọc, rửa tinh chế dầu nhờn Bitum thu từ nguồn: Nguồn tự nhiên tổng hợp từ chưng cất dầu mỏ Nguồn gốc tự nhiên: Bitum tự nhiên trầm tích nhựa đường có nhiều nơi khác giới, chủ yếu dầu khoáng thấm qua lòng đất Mỏ nhựa đường tự nhiên lớn tiếng hồ Trinidad, hỗn hợp khoảng 39% Bitum, 32% khoáng chất khác 29% nước khí Nguồn gốc tổng hợp: Bằng tinh luyện xử lý loại Bitum sau sản xuất: − Bitum "thẳng": Là chất lại sau chưng cất chân khơng hay khơng khí loại dầu mỏ chứa nhựa đường Đối với ứng dụng đặc biệt, cặn Bitum loại chứa dầu hắc ín cứng thu nhờ chưng cất dầu mỏ qua crackinh − Bitum "thổi": Được sản xuất cách thổi luồng khơng khí ngược chiều với luồng Bitum thẳng nóng chảy Phản ứng ơxi hóa diễn dẫn tới việc khử hiđro polyme hóa thành phần thơm chưa no Trong trình này, phân tử vòng thơm cao phân tử lượng tạo − Bitum "cắt bớt" (hay loại Bitum lỏng hơn): Thu cách trộn Bitum với dung mơi dầu mỏ hay dầu khống, đơi với hắc ín hay chất thơm cao phân tử chiết − Bitum nhũ tương: Được tạo cách nhũ tương hóa 50-65% Bitum nước với tham gia 0,5-1,0% chất chuyển thể sữa, thông thường xà phòng nói chung sử dụng dạng lạnh cho mục đích cơng nghiệp làm đường Vấn đề sản xuất Bitum dầu mỏ - Có phương pháp sản xuất Bitum từ dầu mỏ là: + Cô đặc thành phần cặn từ dầu mỏ + Tách asphan trình khử atphan từ thành phần dầu mỏ đặc + Dùng khơng khí để oxyhố nhiệt độ cao phần cặn trình chế biến dầu mỏ cặn gudron, cặn chiết, asphan - Theo phương pháp sản xuất, Bitum chia làm loại: + Bitum chế biến theo phương pháp cô đặc phương pháp tách gọi Bitum gốc + Bitum chế biến theo phương pháp thứ gọi Bitum oxy hoá Bitum gốc sản xuất thiết bị chân khơng thơng thường, ngồi để tận thu phân đoạn dầu nhờn từ phần cặn dầu mỏ, người ta trang bị thêm tháp cất chân không, thiết bị bốc Bitum sản xuất theo phương pháp loại sản phẩm mềm dễ nóng chảy, có độ lún kim lớn Từ loại Bitum nói trên, chế biến thành loại Bitum rắn phương pháp oxy hố Q trình oxy hố gudron Bitum gốc thực cách thổi khí nhiệt độ cao qua chứng Do kết phản ứng oxy hoá trùng hợp xảy tác dụng oxy phần cacbuahydro dầu nhờn chuyển thành nhựa sau trở thành asphaten Q trình oxy hố trùng hợp sâu lượng nhựa atphan thu nhiều Trong q trình oxy hố xảy phản ứng dẫn đến việc gia tăng hàm lượng atphan, để nâng cao nhiệt độ chảy mềm Bitum nhựa giúp cải thiện tính chất kết dính tính dẻo Bitum thương phẩm Hàm lượng thành phần dầu q trình giảm Loại Bitum chế biến phương pháp oxy hố có tính đàn hồi ổn định nhiệt tốt loại Bitum gốc Trong nhiệt độ nhau, loại Bitum oxy hố có độ mềm lớn Bitum gốc (độ lún kim cao hơn), độ lún kim nhiệt độ chảy mềm Bitum oxy hố lại tương đối cao Nếu nhiệt độ chảy mềm hàm lượng chất bay nguyên liệu gốc loại Bitum chế biến phương pháp oxy hố có khả chịu đựng thời tiết tốt có trị số xà phòng hố nhỏ loại Bitum gốc Bitum chế biến từ phần cặn cracking thường có phẩm chất xấu Bitum chế biến từ phần cặn chưng cất dầu mỏ trực tiếp Các chất khơng hồ tan cacben cacboit phần cặn cracking làm giảm sút tính kết dính Bitum phá hoại tính đồng chứng Những Bitum có độ giãn dài thấp, có hàm lượng chất khơng hồ tan cao khối lượng hao hụt lớn, gia nhiệt Ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ thường sản xuất loại Bitum thương phẩm sau đây: - Bitum nhựa đường - Bitum xây dựng - Bitum chuyên dùng (dùng cho sản phẩm sơn nhuộm Matit ắc quy, công nghiệp điện tử) - Bitum có độ nóng chảy cao (dùng cho chế tạo cao su rabrac) Bitum dầu mỏ sử dụng rộng rãi kinh tế quốc dân, đặc biệt nước có cơng nghiệp phát triển có đặc tính kỹ thuật thoả mãn yêu cầu xây dựng, giao thông, làm đường xá, cầu cống, vật liệu cho công trinh thuỷ lợi, chống thấm cho đường hầm, đường ống, ngành sản xuất vật liệu lọp, công nghiệp điện nhiều ngành công nghiệp khác Tuy nhiên Bitum dùng nhiều cho việc làm nhựa dải đường ngày nói đến nhựa đường thuật ngữ Bitum- Nhựa đường trở thành tên gọi quen thuộc gọi tên Bitum Những thành phần hoá hoc Bitum dầu mỏ Bitum có màu đen, hồ tan benzen (CoHo), cloruafooc (CHCl3), disunfuacacbon (CS2) số dung môi hữu khác, nhóm chức có chứa lưu huỳnh, nitơ nguyên tử oxy Bitum chứa số lượng nhỏ kim loại niken, sắt, magie, canxy dạng muối hữu Thành phần hoá học Bitum dầu mỏ: C = 82-88%;S = 0-6%;N = 0,5-1%;H = 8-11%;O = 0-1,5% Dựa sở lý thuyết nhóm hố học người ta chia Bitum dầu mỏ thành chất lỏng có lực liên kết phía phân tử Các phân tử chất lỏng nằm bề mặt có phía khơng liên kết với phân tử lỏng khác, có lượng cao Chất lỏng có xu hướng tạo thành hình cầu cho diện tích tiếp súc nhỏ nhất, để có lượng thấp Sức căng bề mặt khái niệm dùng để mô lực liên kết phân tử bề mặt Sức căng bề mặt pha phân tử bề mặt pha có lượng cao pha Lực liên kết phân tử pha lớn có sức căng bề mặt lớn Khi hai chất lỏng A B tiếp xúc nhau, phân tử chứng có lực liên kết Giả sử sức căng bề mặt chất lỏng A 𝛾A, chất lỏng B 𝛾B , sức căng bề mặt hai chất lỏng AB 𝛾AB thì: 𝛾AB= 𝛾A + 𝛾B - 2∑ AB lực liên kết phân tử Avà B Khi lực liên kết phân tử A B lớn, sức căng bề mặt chứng nhỏ Điều nghĩa lượng chứng giảm có tiếp xúc pha Do chất lỏng dần bị phân tán vào nhằm tăng diện tích tiếp xúc Giói hạn q trình phân tán chất lỏng trộn lẫn vào tạo thành dung dịch A B Có thể giải thích chế sức căng bề mặt pha dầu pha nước tác dụng chất nhũ hoá sau: Trong dung dịch chất nhũ hoá, phân tử chất hoạt động bề mặt tập trung bị hấp thụ bề mặt dung dịch, nhóm kị nước hướng vào khơng khí, bề mặt dung dịch bao phủ bỏi nhóm kị nước Do lực liên kết hydrocacbon nhỏ phân tử nước nên sức căng bề mặt dung dịch nước ( bị bao phủ nhóm kị nước ) nhỏ sức căng bề mặt nứơc Nghĩa tác dụng chất hoạt động bề mặt, sức căng bề mặt nước giảm Khi chất hoạt động bề mặt hấp thụ vào bề mặt dầu nước, phân tử dầu nước không tiếp xúc trực tiếp với mà qua phân tử chất hoạt động bề mặt Các nhóm kị nước hướng vào dầu, nhóm ưa nước hướng vào nước Lực liên kết dầu nhóm kị nước lực hên kết nhóm ưa nước nước thường lớn Do chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt dầu nước Như cân nhóm ưa nước nhóm kị nước chất nhũ hố yếu tố định hấp 20 thụ bề mặt lỏng - lỏng Khi cân nhóm ưa nước nhóm kị nước thích hợp, chất hoạt động bề mặt hoạt động bề mặt hoạt động có hiệu chi có lượng nhỏ dầu tiếp xúc trực tiếp vói nước, sức căng bề mặt giảm Qua việc nghiên cứu sức căng bề mặt hệ nhũ tương Bitum -nước đánh giá độ bền độ ổn định hệ Sức căng bề mặt pha bị ảnh hưởng hàm lượng chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ có mặt muối Bằng đường nhiệt động học, ta có phương trình mơ tả phụ thuộc sức căng bề mặt vào kích thước giọt lỏng Cấu tạo lớp điện tích kép Các chất hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt giọt nhũ, nhóm kị nước hướng pha dầu, nhóm ưa nước hướng vào pha nước tạo nên lớp màng hai pha Nhũ tương ổn định lớp màng bề mặt phân chia hai pha tích điện Lớp điện tích tạo thành từ cách: + Do q trình oxy hố + Do trình hấp phụ + Do tiếp xúc Khi chất nhũ hoá hấp phụ lên bề mặt giọt nhũ nhóm có khả hồ tan nước bị ion hoá tạo thành lớp điện tích kép bao bọc quanh giọt nhũ Đối với nhũ tương ổn định hợp chất không ion lớp điện tích bề mặt giọt nhũ hấp phụ ion từ môi trường phân tán mà ma sát tiếp xúc với hay tiếp xúc với môi trường phân tán mà ma sát giọt tiếp xúc với hay tiếp xúc với môi trường phân tán Điều nhiều tác giả nghiên cứu chứng minh thực nghiệm Một chất có số điện mơi cao tích điện tiếp xúc với chất cố số điện môi thấp Như vậy, nước cố số điện môi cao nên phần lớn nhũ tương dầu nước cố điện tích âm nhũ tương nước dầu lại cố điện tích dương Lớp điện tích bề mặt giọt phức tạp Khi ion mang điện bao quanh giọt nhũ, ion trái dấu nằm song song, tiếp xúc với lớp ion tạo thành lớp điện kép 21 Hình 2.2: Lớp điện tích kép bề mặt phân chia dầu - nước (Nguồn: Internet) Lớp điện tích kép gồm phần: phần cố định nằm sát bề mặt, phần khác phân tán tạo thành lớp phân tán Mật độ điện điện tích lớp phân tán giảm mạnh theo quy luật hàm số mũ, Khi mặt chất nhũ hố, phân bố lớp lớp điện tích kép trình bày hình a, hệ nhũ tương có xu hướng keo tụ mạnh Khi có mặt chất nhũ hố, có thay đổi lớp điện tích kép (hình b), Zeta đủ lớp để ổn định nhũ tương Giới hạn để ổn định nhũ tương Zeta=10 Hình 2.3: Lớp điện tích kép bề mặt phân chia pha dầu / nước (Nguồn: Internet) (a) : Không có chất hoạt động bề mặt (b) : Có chất hoạt động bề mặt (c) : Hàm lượng chất hoạt động bề mặt tăng có mặt chất điện ly pha nước Khi thêm chất điện ly vào pha nước, có thay đổi rõ ràng đường cong Bán kính lớp phân tán giảm tăng nồng độ ion ngược dấu nén điện tích kép Lớp điện tích kép bao quanh giọt nhũ ý nghĩa lớn ổn định hạt nhũ tương, ngăn cản giọt nhũ tiến lại gàn nhau, kết tụ phá vỡ nhũ tương 22 Ổn định nhũ tương Để ổn định nhũ tương cách hiệu yêu cầu nhũ tương tạo phải có độ bền tương đối cao, sau nhũ tương chế tạo cần phải có thêm cơng đoạn quan trọng làm bền Độ ổn định nhũ tương phụ thuộc vào chất chất nhũ hoá, chất làm bền, nhiệt độ, tốc độ khuâý trộn, thời gian khuấy trộn Hiện tượng tách nhũ tương Để nhũ tương có độ ổn định cao, kích thước hạt nhũ phải nhỏ, phân bố kích thước giọt hẹp Ban đầu có khác tỉ trọng pha phân tán môi trường phân tán, nhũ tương bị phân tán làm phần có nồng độ chất phân tán khác Tốc độ lắng nhũ tính theo phương trình stocke: Trong đó: 𝟐𝐠𝐫 𝟐 (𝐝𝟏 − 𝐝𝟐 ) 𝐮= 𝟗𝐧𝟐 u: Tốc độ lắng r: Bán kính giọt nhũ d1,d2:Tỷ trọng chất phân môi trường phân tán n2 :Độ nhớt môi trường phân tán g: gia tốc trọng trường Từ phương trình Stoke thấy để làm giảm q trình lắng giọt nhũ, nhũ tương phải có phân bố kích thước giọt hẹp, kích thước giọt nhỏ, tỷ trọng pha tạo nên nhũ tương phải xấp xi nhau, điều khó thực số trường hợp cụ thể q trình lắng đọng trở lại dạng nhũ tương ban đầu nhờ tác dụng khuấy trộn mạnh Quá trình phá nhũ hồn tồn xảy giọt Bitum kết hợp lại với thành giọt Bitum lớn làm giảm số lượng giọt nhũ tương Quátrình kết hợp xảy liên tục, đến lúc nhũ tương bị phân tách thành hai trình riêng biệt 23 Quá trình kết tụ xảy theo hai bước: Ban đầu giọt nhũ có xu hướng tập hợp lại, tạo thành tập hợp giọt Trong tập hợp giọt giọt nhũ tiếp xúc trực tiếp với phân tử chất nhũ hoá bề mặt giọt nhũ tương bị khử hấp phụ Do mà chứng kết hợp lại tạo thành giọt có kích thước lớn Lúc nhũ tương bị lắng động phân tách nhanh chóng Như lực hấp thụ chất nhũ hoá pha phân tán có vai trò quan trọng trình ổn định nhũ tương, ngăn cản trình kết tụ giọt nhũ lại với Hiện tượng bị đảo tướng Sự đảo tướng nhũ tương tượng tượng phổ biến vốn tồn lâu tất hệ nhũ Khi ta đưa chất nhũ hoá vào nhũ tương, vừa đưa, vừa khuấy mạnh lượng thừa chất hoạt động bề mặt cho nhũ tương ngược lại với nhũ tương ban đầu Nghĩa pha phân tán (Bitum) lúc trở thành môi trường phân tán ngược lại môi trường phân tán (nước) trở thành pha phân tán Ngồi ra, tượng đảo tướng xảy tác dụng học lâu dài số điều kiện định Khi quan sát kính hiển vi người ta thấy q trình đảo tướng bắt đầu việc giọt pha phân tán bị kéo dài ra, chuyển thành màng, sau màng tạo thành bao bọc lấy môi trường phân tán nhũ tương ban đầu, biến môi trường phân tán trỏ thành pha phân tán Một điều lý thú phân tán khơng đồng chất nhũ hố khu vực nhỏ khác hệ mà đảo tướng suất gọi đa nhũ tương, tức gịot dầu nhũ tương dầu / nước lại chứa giọt nước vơ nhỏ IV Sản xuất nhũ tương Bitum Phần lớn nhũ lương sản xuất bẳng thiết bị trộn Thiết bị gồm có rotor cao tổc quay với tốc độ từ 1000 - 6000 vòng/phút stator khoảng trống rotor stator thường 0,25 mm - 0,5 mm; khoảng trống điều chỉnh Bitum nóng dung dịch chất tạo nhũ nạp riêng rẽ đồng thời vào thiết bị trọn Nhiệt độ hai thành phần biến động phụ thuộc vào phẩm cấp, tỷ lệ Bitum nhũ tương loại chất nhũ hóa Độ quánh (nhớt) Bitum đưa vào máy trộn không vượt 0,2 Pa.s (2 poise) Để đạt độ nhớt này, Bitum 24 trì nhiệt độ khoảng từ 100 - 1400C Nhiệt độ nước pha chất nhũ hóa điều chỉnh để nhiệt độ nhũ tương Bitum sản xuất không vượt 900C Bitum dung dịch chất nhũ hóa đưa vào cối trộn phải chịu lực cắt mãnh liệt nhằm làm cho Bitum bị vỡ thành hạt nhỏ Từng hạt Bitum sau bao bọc chất hóa nhũ, làm cho bề mặt Bitum tích điện lực tĩnh điện ngân hạt Bitum không kết lại với Các sơ đố thiết bị sản xuất nhũ lương liên tục hay gián đoạn (từng mẻ) minh họa hình 2.4 2.5 Bitum dung dịch chất nhủ hóa bơm vào thiết bi trộn bơm khí hay bơm tay song phải có thiết bị đo lưu lượng để kiểm sốt lượng Bitum dung dịch nhủ hóa bơm vào thiết bi trộn Có nhiều phương pháp bổ sung chất tạo nhũ vào nước Với số chất tạo nhũ arnin phải phản ứng với axit, ví dụ axit chlohydric, để đạt tới độ hòa tan nước, với chất tạo nhũ khác axit béo, phải phản ứng với chất kiềm, hydroxil natri nhằm đạt độ hòa tan nước Hình 2.4 - Sơ đồ thiết bị sản xuất nhũ tương liên tục (Nguồn: Internet) 25 26 Hình 2.5: - Sơ đồ thiết bị sản xuất nhũ tương gián đoạn 27 Chương ỨNG DỤNG I Ứng dụng Bitum dầu mỏ Ứng dụng + Trong nông nghiệp: Làm chất chống thấm bảo vệ đập nước, cơng trình kiến trúc, chất khử trùng, sơn phủ hàng rào, làm chất phủ bảo vệ, làm giấy lợp, phủ sân kho, chuồng gia súc, bảo vệ bồn nước, chậu vạt, quét lên cây, lớp giữ ẩm, giữ nước, phòng chống rửa trơi đất gió mưa gây + Trong cơng trình xây dựng: Sàn: Làm chất chống thấm chống ẩm, hỗn hợp phủ sàn, sơn phủ bảo vệ, loại giấy vải phủ Bitum có tác dụng bảo ôn, phủ lên bậc lên xuống Lợp : loại giấy xây dựng, lọp, chất phủ chống thấm bề mặt Kiểm soát rửa trơi xây dựng cơng trình thuỷ lợi: vật liệu chống thấm bảo vệ kênh, vùng lưu vực, vùng tụ nước Vữa lỏng chát hồ chứa nước, bảo vệ đê, bờ bao kè đá Hình 3.1: Các lợp Bitum (Nguồn: Internet) + Trong cơng nghiệp : Hợp chất tráng nhơm có sử dụng Bitum Vải, ống cách điện, hợp chất sơn, vách cách nhiệt, sơn phủ ống 28 Trong công nghiệp sản xuất ôtô, hợp chất chống ri, cách điện, chống ồn, mặt hộp số Trong công nghiệp sản xuất vật liệu điện : Lõi cácbon, vòng, vỏ ắcquy, than, hợp chất che nối dây điện + Trong vui chơi, giải trí: Rải bề mặt cho sàn nhảy, sân chơi, sân trường, sân thể thao, đường đua, đường chạy, bể bơi lội, sân tenis Làm cho đường chạy, bãi tập nhân tạo Cách sử dụng: Bitum có tính qnh cao tốt, qnh cao Biturn đặc Bitum giòn , khó thi cơng Vì chọn mác Bitum cần phải vào phương pháp thi cơng, điều kiện khí hậu phù hợp Dưới số ứng dụng Bitum công nghệ làm đường: + Làm lớp tráng mặt sử dụng cuả Bitum mác 200/300 + Gia cố đất, làm lớp tráng mặt, làm lớp thâm nhập vật liệu đá yếu , chế tạo bê tông atphan làm bề mặt đường ơtơ vùng khí hậu ơn hồ sử dụng Bitum mác 130/200 + Làm lớp thâm nhập mặt đường đá dăm sỏi, chế tạo bê tông asphan xây dựng bề mặt đường ôtô cho xe nặng chạy vùng khí hậu lục địa sử dụng Bitum mác 90/130 + Chế tạo bê tông asphan xây dựng mặt đường xứ nóng, chế tạo vật liệu cách nước sử dụng mác 60/90 + Chế tạo bê tơng asphan xây dựng mặt đường ơtơ xứ nóng cho xe nặng chạy sử dụng Bitum mác 40/60 II Ứng dụng nhũ tương Bitum Đại đa số nhũ tương Bitum sử dụng để láng mặt đường , tính đa dạng làm cho chúng phù hợp với nhiều công dụng khác nhau, từ rải đường đến gắn chậu hoa làm than bùn Nhủ tương Bitum hỗn hợp rải đường 29 Hỗn hợp Bitum - cốt liệu sản xuất với nhũ tương Bitum sử dụng Pháp từ thập kỷ 1950 ngày hàng năm người ta sử dụng tới triệu hỗn hợp nhũ tương Bitum - cốt liệu để rải đường Chủng loại hỗn hợp chủ yếu đá nhựa nhũ tương sử dụng để làm lớp móng đường Tuy nhiên, số loại hỗn hợp sản xuất từ nhũ tương Bitum dành cho rải lớp mỏng mặt đường lớp móng áp dụng thành công Một vấn đề quan trọng sử dụng nhũ tương Bitum hỗn hợp làm đường cần tạo độ rỗng tương đối cao để nước nhanh q trình đầm nén đường vào hoạt động Hơn nữa, độ bền mặt đường gia công với hỗn hợp nhũ tương - cốt liệu hình thành tương đối chậm Vì hai lý mà hỗn hợp nhũ tương - cốt liệu phù hợp cho đường chịu tải trọng nhỏ Do vậy, loại vật liệu sử dụng hạn chế Vương quốc Anh Trước dây, hỗn hợp đá nhựa đông kết chậm sản xuất với việc sử dụng phẩm cấp Bitum lỏng với nhiều loại dầu pha khác Các vật liệu chủ yếu sử dụng cho việc tu, sửa chửa đường Sự phát triển nhũ tương phủ cốt liệu tạo số loại hỗn hợp nhũ tương - cốt liệu dùng cho mục đích đặc thù xây dựng dường giao thơng Hình 3.2: Bitum xây dựng đường giao thông (Nguồn: Internet) Một ứng dụng khác nhũ tương Bitum hỗn hợp làm đường khôi phục mặt đường theo phương pháp trộn nguội chỗ Người ta dùng máy làm đường liên hợp bóc lớp mặt đường, nghiền lớp mặt đường bóc thành hạt cốt liệu theo kích 30 thước yêu cầu sàng lọc để loại bỏ hạt không đứng kích thước Sau cốt liệu tái chế dược phun lớp nhũ tương, sau lần phun nhũ tương người ta lại dùng thiết bị đảo lớp cốt liệu để nhũ tương bám dính với cốt liệu Quá trình phun đảo lặp lại khoảng từ đến lần Tiếp theo người ta dùng xe lu trọng lượng 8-10 để đầm nén lớp nhũ tương - cốt liệu cuối mặt đường láng lớp hỗn hợp mịn chống thấm Nhũ tương Bitum sử dụng làm lớp dính bám Đó kỹ thuật áp dụng để đảm bảo liên kết bám dính lớp măt đường Các ứng dụng khác nhũ tương Bitum Nhũ tương Bitum sử dụng rộng rãi không xây dựng đường bộ, mà sử dụng lĩnh vực khác xây dựng dân dụng, làm vườn nông nghiệp Dưới số ví dụ, chưa đầy đủ, chứng minh đa dạng việc ứng dụng nhũ tương Bitum nhiều lĩnh vực khác a Sử dụng để làm ổn định đất Lớp đất mặt đắp đường đê bao hay đất nông nghiệp cày xới dễ bị rửa trơi mặt sụt lở Do cần làm cho bể mặt đất ổn định chất liên kết tạo ổn định nển đất cách trồng Nhủ tương Bitum phun lên bề mặt đất kết dính lớp đất mặt lại với giúp cho hạt nảy mẩm thuận lợi do: + Giữ dược độ ẩm cho đất + Nâng cao khả cách nhiệt + Bảo vệ hạt khỏi chim phá hoại yếu tố khác b Làm chậu tạm để ươm mầm Chậu ươm than bùn dùng làm công cụ tạm để ươm sử dụng phổ biến làm vườn Một đặc tính hấp dẫn loại chậu rễ trồng phát triển xuyên qua vách than bùn, thuận lợi mang trồng vào vườn trồng vào chậu cứng cố định khác Trước người ta thường gia cố bên chậu than bùn lưới chất dẻo để chống vỡ, Ngày nhũ tương Bitum dùng để thay lưới nhựa, để liên kết với than bùn vững đồng thời cho phép 31 chậu than bùn nở hấp thụ nước c Chống thấm Nhũ tương Bitum sử dụng để tạo màng chống thấm lớp móng bêtơng phẩn kết cấu bêtơng phía cơng trình xây dựng, mục đích giữ độ lớp bêtơng thi cơng phía cơng trình, ngăn khơng cho nước kết cấu bêtơng phía thấm xuống kết cấu móng phía Lớp nhũ tương Bitum ngăn khơng cho móng kết cấu bêtơng phía đơng kết liền nhau, hai lớp bêtơng có tuổi khác nhau, cường độ khác nhau, qua ngăn ngừa tình trạng bêtơng phải chịu tải trọng nội bên kết cấu d Lớp phủ bảo vệ Nhũ tương Bitum sử dụng để bảo vệ công trinh bêtông, đường ống kết cấu kim loại chôn ngầm đất Để nâng cao đặc tính bám dính lớp chất liên kết mỏng dạng cong, người ta thường sử dụng nhũ tương Bitum cải tiến mủ cao su e Trám khe hở thấm nhập Nhũ tương Bitum, thường dùng loại có chứa mủ cao su, loại vật liệu tương đối rẻ hiệu để chèn khe hở vật liệu gia cố Bitum để ngân nước xâm nhập vào bên lớp cấu trúc mặt đường Điều quan trọng khe hở cẩn phải xử lý sớm cáng tốt để hạn chế thiệt hại, đặc biệt vùng có lượng mưa cao hay mùa đơng chu kỳ đóng băng, tan băng, nước khe hở dãn nở dẫn đến việc cơng trình bị hủy hoại nhanh chóng Thấm nháp trình liên quan đến việc xây dựng ổn định lớp mặt đường hè đường nơi nhũ tương sử dụng để đầm khô hay chèn cốt liệu Độ nhớt thấp cho phép nhũ tương Bitum thấm sâu qua khe hở cốt liệu Kỹ thuật liên quan đến việc xây dựng tầng mặt đường kết hợp lớp mặt lớp móng với độ dày 50 - 75 mm lớp 100 mm với lớp Những ưu điểm vượt trội nhũ tương Bitum xây dựng đường ôtô - Khi thi công, sử dụng khơng cần phải đun nóng gia nhiệt đỡ tốn - Khơng gây nguy hiểm cho công nhân, không gây độc hại cho người công nhân 32 trực tiếp rải đường, người đường, người dân sống quanh nơi thi cơng cơng trình khơng gây nhiễm mơi trường, góp phần làm xanh, sạch, đẹp môi trường giúp môi trường bền vững - Sau dải đường tính chất nhựa đường lại nhanh chóng hồi phục, đảm bảo nhanh chóng trả lại mặt đường láng mượt thơng thống cho phương tiện tham gia giao thơng đường - Có khả thi cơng địa hình, điều kiện thời tiết bất lợi khí hậu khặc nghiệt mưa, bão, giơng tố thất thường, giúp cho tiến độ thi công đảm bảo hoàn thành theo đứng dự án kế hoạch ban đầu mà phụ thuộc vào yếu tố - Việc dự trữ, vận chuyển nhũ tương nhựa Bitum từ nơi sản xuất đến nơi thi cơng đặc biệt thuận lợi tập kết kho gần, giảm tối đa chi phí vận chuyển, mang lại lợi nhuận cao - Thành phần dung môi thấp nên rẻ tiền lại khơng gây độc hại cho mơi trường, thật thuận lợi - Qua tiểu luận em có thêm kiến thức Bitum để áp dụng lí thuyết vào thực tiễn dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có nước, học hỏi thêm nhiều kiến thức nhằm giúp ích cho công việc sau 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách: “Cẩm nang Bitum shell Trong xây dựng cổng trình giao thông”- “The Shell Bitumen handbook” NXB Giao thông vận tải in phát hành lần thứ vào tháng 7/1990 Tái vào tháng 9/1991 Internet: http://quanghoa3009.violet.vn/entry/show/entry_id/6745311 https://vi.wikipedia.org/wiki/Bitum http://doan.edu.vn/do-an/tai-lieu-tinh-chat-va-ung-dung-cua-cac-san-pham-daumo-36960/ http://luanvan.net.vn/luan-van/Bitum-dau-mo-58774/ http://hoadaumiennam.com.vn/tin-ve-nhua-duong/thanh-phan-cau-tao-cuaBitum.html 34 ... TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ I Những kiến thức chung Những kiến thức chung Bitum dầu mỏ Nguồn gốc, xuất xứ Bitum Vấn đề sản xuất Bitum dầu mỏ Những thành... QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ Những kiến thức chung Những kiến thức chung Bitum dầu mỏ Bitum vật liệu xây dựng cơng trình sử dụng rộng rãi, người thường xuyên tham gia vào cơng việc có sử dụng Bitum, đặc... lĩnh vực sử dụng Bitum dầu mỏ Hình 1: Bitum dầu mỏ( Nguồn: Internet) + Tình hình Việt Nam: Mặc dù giới cơng nghệ chế tạo nhũ tương Bitum phát triển, nước ta thuật ngữ “nhũ tương Bitum mẻ cơng trình