Giới thiệu, Phân loại, Tiêu chuẩn, Công dụng của Bitum

Vật liệu bitum

Vật liệu nhựa đường được cấu tạo từ một số hydrocacbon polyme cực kỳ phức tạp và các hydrocacbon này là dẫn xuất phi kim loại (oxy, lưu huỳnh, nitơ) của hỗn hợp rắn, bán rắn hoặc lỏng màu đen hoặc nâu đen, vật liệu kỵ nước, cấu trúc đặc, hầu như không tan trong nước, không hấp thụ nước, có khả năng chống thấm tốt, do đó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật dân dụng để chống thấm, chống ẩm và chống thấm; nhựa đường thuộc về vật liệu xi măng hữu cơ, và cát, đá và các hỗn hợp khoáng chất khác có khả năng liên kết rất tốt, bê tông nhựa đường thu được là vật liệu mặt đường quan trọng nhất cho các dự án đường bộ hiện đại. Vật liệu, và cát, đá và các hỗn hợp khoáng chất khác có khả năng liên kết rất tốt, làm bằng bê tông nhựa đường là vật liệu mặt đường quan trọng nhất cho các dự án đường bộ hiện đại.

Thành phần và cấu trúc của nhựa đường dầu mỏ

1. Thành phần nguyên tố

Nhựa đường dầu mỏ được cấu tạo từ hỗn hợp nhiều loại hydrocacbon và các dẫn xuất phi kim loại (oxy, lưu huỳnh, nitơ), thành phần nguyên tố chủ yếu là cacbon (80% ~ 87%), hydro (10% ~ 15%); còn lại là các nguyên tố phi hydrocacbon như oxy, lưu huỳnh, nitơ, v.v. (<3%); ngoài ra còn có một số nguyên tố vi lượng kim loại.

2. Thành phần cấu tạo

Nhựa đường thường được phân loại thành một số tính chất hóa học tương tự nhau, tùy theo tính chất kỹ thuật của chúng mà có mối liên hệ nhất định với thành phần hóa học của nhóm, các nhóm này được gọi là "thành phần". Quy định hiện hành của Trung Quốc có hai loại phương pháp phân tích là phân tích ba thành phần và phân tích bốn thành phần.

Phân tích ba thành phần nhựa đường dầu mỏ Nhựa đường dầu mỏ được tách thành ba thành phần dầu, nhựa và asphaltene.

(1) Dầu là chất lỏng trong suốt màu vàng nhạt, tạo nên độ chảy của nhựa đường, hàm lượng dầu ảnh hưởng trực tiếp đến độ mềm dẻo, khả năng chống nứt và độ khó thi công của nhựa đường. Nhựa đường nội địa Trung Quốc thường chứa sáp trong dầu, nên cần phân tích để tách sáp ra khỏi dầu. Sự có mặt của sáp sẽ làm cho vật liệu nhựa đường ở nhiệt độ cao trở nên mềm, dẫn đến hiện tượng chảy; ở nhiệt độ thấp sẽ làm cho nhựa đường trở nên giòn và cứng, dẫn đến nứt. Do sáp là một thành phần có hại, nên thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất của phương pháp tẩy sáp nhựa đường.

(2) Nhựa dùng cho nhựa bán rắn nhớt màu nâu đỏ, nhạy nhiệt độ cao, điểm nóng chảy dưới 100℃, bao gồm nhựa trung tính và nhựa axit. Nhựa trung tính giúp nhựa đường có độ dẻo, độ linh động và độ bám dính nhất định, hàm lượng nhựa tăng lên, độ bám dính và độ giãn dài của nhựa đường cũng tăng lên; hàm lượng nhựa axit không nhiều, nhưng hoạt tính lớn, có thể cải thiện nhựa đường và các vật liệu khác, cải thiện khả năng thấm ướt của nhựa đường, nhựa đường có thể được nhũ hóa.

(3) Nhựa đường là một loại nhựa đường rắn màu nâu sẫm, không tan chảy khi gia nhiệt, quyết định độ bám dính, độ nhớt và độ ổn định nhiệt độ của nhựa đường, cũng như độ cứng và điểm hóa mềm của nhựa đường. Hàm lượng nhựa đường tăng, độ nhớt và độ bám dính của nhựa đường tăng, độ cứng và độ ổn định nhiệt độ cũng tăng.

Tiêu chuẩn kỹ thuật nhựa đường dầu mỏ

Tiêu chuẩn kỹ thuật nhựa đường dầu mỏ sẽ được chia thành các loại nhựa đường và tiêu chuẩn (cấp) khác nhau để lựa chọn. Hiện nay, nhựa đường dầu mỏ chủ yếu được chia thành ba loại: nhựa đường dầu mỏ đường bộ, nhựa đường dầu mỏ xây dựng và nhựa đường dầu mỏ thông thường.

Trong phân loại cấp nhựa đường, người ta dựa vào độ xuyên kim, độ dẻo, điểm hóa mềm và các chỉ số khác của nhựa đường. Độ xuyên kim được chia thành các chỉ số chính của cấp nhựa đường. Đối với cùng một loại nhựa đường dầu mỏ, cấp càng cao thì độ nhớt tương ứng càng nhỏ (giá trị độ xuyên kim càng lớn), độ dẻo càng tốt (độ dẻo càng lớn), độ nhạy nhiệt độ càng lớn (điểm hóa mềm càng thấp).

Lựa chọn nhựa đường dầu mỏ

Việc lựa chọn nhựa đường dầu mỏ cần dựa trên tính chất của dự án (nhà ở, đường xá, tình trạng ăn mòn), điều kiện khí hậu địa phương, địa điểm dự án (mặt bằng, ngầm) và các yếu tố khác. Do nhựa đường hàm lượng dầu cao hơn nhựa đường hàm lượng thấp, khả năng chống lão hóa tốt hơn, nên để đáp ứng các yêu cầu của công trình, nên cố gắng chọn nhựa đường dầu mỏ hàm lượng cao, nhằm đảm bảo tuổi thọ sử dụng lâu dài.

(1) Nhựa đường dầu mỏ Nhựa đường dầu mỏ được chia thành nhựa đường dầu mỏ giao thông nặng, nhựa đường dầu mỏ giao thông nhẹ, nhựa đường dầu mỏ nhũ tương, nhựa đường dầu mỏ lỏng và nhựa đường biến tính. Việc lựa chọn vật liệu nhựa đường cho dự án đường bộ cần xem xét đặc điểm giao thông và khí hậu. Khu vực có nhiệt độ cao ở phía Nam nên chọn nhựa đường dầu mỏ có độ nhớt cao để đảm bảo đường lái xe nhựa đường mùa hè đủ ổn định, không bị lún, v.v.; khu vực lạnh ở phía Bắc nên chọn nhựa đường dầu mỏ có độ nhớt thấp để đảm bảo đường lái xe nhựa đường ở nhiệt độ thấp vẫn có khả năng biến dạng nhất định, tránh nứt.

2) Thi công nhựa đường dầu mỏ Thi công nhựa đường dầu mỏ Độ xuyên kim của kim nhỏ hơn (độ nhớt), điểm làm mềm cao (khả năng chịu nhiệt tốt hơn), nhưng độ giãn dài ít hơn (ít dẻo hơn), chủ yếu được sử dụng để sản xuất giấy dầu, vải sơn, lớp phủ chống thấm và mối nối nhúng nhựa đường, v.v. Hầu hết chúng được sử dụng trong các dự án lợp mái nhà, dự án chống thấm ngầm, chống thấm rãnh, dự án chống ăn mòn và dự án chống ăn mòn đường ống. Việc sử dụng nhựa đường làm bằng màng dày hơn, làm tăng độ nhạy cảm với nhiệt độ; đồng thời, bề mặt nhựa đường đen là vật hấp thụ nhiệt tốt, nói chung trong cùng một khu vực, nhiệt độ bề mặt lợp nhựa đường cao hơn các vật liệu khác; lợp nhựa đường để đạt được nhiệt độ bề mặt cao hơn nhiệt độ không khí cục bộ cao nhất từ ​​25 ℃ ~ 30 ℃. Để tránh hiện tượng chảy mùa hè, điểm hóa mềm của vật liệu nhựa đường dùng cho mái lợp thông thường cũng phải cao hơn nhiệt độ tối đa của mái trong khoảng 20℃ ~ 25℃, có thể chọn nhựa đường dầu mỏ số 10 hoặc số 30. Ví dụ, nhiệt độ mái nhựa đường ở Vũ Hán, Trường Sa khoảng 68℃, điểm hóa mềm của nhựa đường nên chọn khoảng 90℃, mùa hè thấp dễ chảy; nhưng không nên quá cao, nếu không nhiệt độ thấp mùa đông dễ bị cứng giòn, thậm chí nứt nẻ. Một số bộ phận không dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, hoặc những khu vực có nhiệt độ thấp hơn, chẳng hạn như lớp chống thấm hơi nước ngầm, v.v., có thể chọn nhựa đường cấp cao hơn, chẳng hạn như nhựa đường số 60 hoặc số 100. Do đó, việc lựa chọn nhựa đường dầu mỏ cần căn cứ vào khu vực, môi trường và yêu cầu của dự án.

(3) Nhựa đường dầu mỏ thông thường có hàm lượng sáp nhựa đường dầu mỏ thông thường lên đến 20% đến 30%. Khi nhiệt độ nhựa đường đạt đến điểm hóa mềm, dễ xảy ra hiện tượng chảy; nhựa đường khi thấm parafin cũng sẽ làm giảm khả năng chịu nhiệt và lực liên kết của lớp liên kết nhựa đường. Do đó, việc sử dụng nhựa đường dầu mỏ thông thường trong dự án nói chung là không phù hợp.

Nhựa đường than

Nhựa đường than là sản phẩm chưng cất than (nhựa than) thu được thông qua quá trình tái chế. Tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng trong dự án, nhựa đường than có thể được chia thành hai loại: nhựa đường than mềm (dạng lỏng, bán rắn) và nhựa đường than cứng (dạng rắn).

Nhựa đường than đá được cấu tạo từ hydrocarbon thơm và oxy, lưu huỳnh, các dẫn xuất carbon của chúng, thành phần chính là C, H, O, S và N, thành phần nguyên tố của nhựa đường than đá được đặc trưng bởi “tỷ lệ hydrocarbon” lớn hơn nhiều so với nhựa đường dầu mỏ. Phương pháp phân tích thành phần hóa học của nhựa đường than đá tương tự như nhựa đường dầu mỏ, có thể phân chia thành năm thành phần: dầu, nhựa mềm, nhựa cứng, carbon tự do C1 và carbon tự do C2; trong dầu có chứa naphtalen, anthracene, phenol và các chất độc hại khác, hàm lượng của chúng phải được hạn chế.

So với nhựa đường than đá và nhựa đường dầu mỏ, nhựa đường than đá có những đặc tính kỹ thuật khác biệt như sau: độ ổn định nhiệt độ thấp hơn; độ bám dính với cốt liệu khoáng tốt hơn; độ ổn định khí hậu kém, lão hóa nhanh; khả năng chống ăn mòn, có thể được sử dụng để xử lý chống ăn mòn bề mặt gỗ và các bề mặt khác. Các chỉ số kỹ thuật của nhựa đường than đá chủ yếu bao gồm: độ nhớt, thử nghiệm chưng cất, hàm lượng nước, hàm lượng toluen không tan, hàm lượng naphthalene, hàm lượng phenol, v.v. Trong đó, độ nhớt của nhựa đường than đá là chỉ số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng nhựa đường than đá, nhưng cũng được chia thành các loại nhựa đường than đá dựa trên phương pháp thử nghiệm tương tự như nhựa đường dầu mỏ.

Tính chất kỹ thuật chính của nhựa đường than kém hơn nhựa đường dầu mỏ, ít được sử dụng trong các công trình xây dựng; nhưng khả năng chống ăn mòn của nó tốt nên thích hợp làm lớp chống thấm ngầm hoặc làm vật liệu chống ăn mòn.

Nhựa đường biến tính

Kỹ thuật xây dựng hiện đại không chỉ yêu cầu nhựa đường có hiệu suất tốt hơn mà còn đòi hỏi tuổi thọ dài hơn, nhưng vật liệu nhựa đường dễ bị lão hóa do môi trường. Thông qua nhiều biện pháp kỹ thuật, trong vật liệu nhựa đường truyền thống, việc bổ sung các vật liệu khác để cải thiện hơn nữa hiệu suất của nhựa đường, được gọi là nhựa đường biến tính. Mục đích của việc biến tính là cải thiện các đặc tính lưu biến của vật liệu nhựa đường, kéo dài độ bền của nhựa đường, v.v., cải thiện độ bám dính của nhựa đường và cốt liệu; ứng dụng và chống thấm cho dự án nhựa đường, mục đích biến tính quan trọng nhất chủ yếu là hai điểm đầu tiên.

Cách cải thiện tính chất lưu biến của nhựa đường

Cải thiện các đặc tính lưu biến của nhựa đường theo nhiều cách, hiệu quả cải tiến sẽ tốt hơn với các loại chất cải tiến sau:

(1) chất biến tính nhựa

Nhựa biến tính nhựa đường chủ yếu là nhựa nhiệt dẻo, thường dùng là polyethylene (PE), polypropylene (PP), polypropylene atactic (APP), nhựa phenolic, nhựa thông tự nhiên, v.v. Chúng có thể cải thiện độ nhớt của nhựa đường, cải thiện độ ổn định ở nhiệt độ cao, đồng thời tăng độ dẻo dai của nhựa đường; nhưng hiệu suất cải thiện ở nhiệt độ thấp không rõ rệt.

(2) chất điều chỉnh cao su

Cao su là một chất biến tính quan trọng của nhựa đường. Nhựa đường và nhựa đường có khả năng trộn lẫn tốt, và có thể tạo ra nhựa đường với cao su với nhiều ưu điểm, chẳng hạn như ít biến dạng ở nhiệt độ cao, tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp, v.v. Nhựa đường biến tính bằng cao su thường được sử dụng chủ yếu bao gồm: nhựa đường biến tính bằng cao su cloropren, nhựa đường biến tính bằng cao su butyl, nhựa đường biến tính bằng cao su tái chế, nhựa đường biến tính bằng cao su styren-butadien. Trong số đó, nhựa đường biến tính bằng cao su styren-butadien có hiệu suất rất tốt, có thể cải thiện đáng kể độ đàn hồi của nhựa đường, độ giãn dài, độ ổn định ở nhiệt độ cao và tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp, khả năng chống mỏi và lão hóa, v.v., chủ yếu được sử dụng để sản xuất lớp phủ chống thấm cho mái lợp hoặc lớp phủ chống thấm.

(3) chất điều chỉnh hỗn hợp cao su và nhựa

Đồng thời, nhựa đường dầu mỏ có thể cải thiện tính chất của cao su và nhựa, đồng thời giảm chi phí. Việc chuẩn bị, sử dụng nguyên liệu thô, tỷ lệ và quy trình sản xuất khác nhau có thể tạo ra nhiều sản phẩm hiệu suất khác nhau, chủ yếu là dạng cuộn, dạng tấm và vật liệu bịt kín.

(4) chất điều chỉnh vi chất độn

Để cải thiện tính chất kết dính và khả năng chịu nhiệt của nhựa đường, giảm độ nhạy nhiệt của nhựa đường, thường bổ sung một lượng chất độn khoáng vi mô nhất định. Các loại thường được sử dụng là tro bay, tro núi lửa, bột đá phiến, bột talc, bột vôi, bột mica, đất diatomit, v.v.

(5) chất điều chỉnh sợi

Trong hỗn hợp nhựa đường với nhiều loại sợi, nhựa đường có thể có độ ổn định nhiệt độ cao đáng kể, đồng thời tăng cường độ chịu kéo ở nhiệt độ thấp. Các loại sợi thường được sử dụng là: các loại sợi tổng hợp (như sợi polyethylene, sợi polyester) và sợi amiăng khoáng.

Các cách kéo dài độ bền của nhựa đường

Hiện nay, để cải thiện độ bền của nhựa đường, phương pháp chủ yếu là trộn với một số loại phụ gia hóa học đắt tiền hơn, chẳng hạn như chất chống oxy hóa, v.v.; nhưng việc sử dụng chất chống oxy hóa phải được xác định thông qua thử nghiệm về hiệu quả công nghệ. Phụ gia hiệu quả nhất hiện nay để cải thiện độ bền của nhựa đường là than đen đặc biệt, phụ gia tiền xử lý than đen có thể được điều chế là "nhựa đường biến tính than đen".