Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 7: Chất kết dính hữu cơ

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 7: Chất kết dính hữu cơ

1. CHƯƠNG 7 CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ
2. § 9-2. BITUM DẦU MỎ I - THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC  Các nguyên tố cacbon, hydrô, oxy, nitơ, lưu huỳnh kết hợp với nhau tạo thành nhiều hợp chất rất phức tạp. Để cho tiện việc nghiên cứu, người ta đã phân thành cấu tạo của bitum ra một số nhóm 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 sẽ quyết 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.
3. 4. Tính ổn định của bitum trong môi trường không khí.  Trong môi trường không khí, bitum luôn luôn chịu tác dụng của các yếu tố nhiệt độ, ánh sáng, gió, mưa Các yếu tố này luôn thay đổi, làm cho chất lượng của bitum giảm dần, đó là hiện tượng bitum bị "bão hòa". 5. Nhiệt độ bốc cháy.  Trong quá trình nóng chảy bitum, người ta tăng nhiệt độ đến một lúc nào đó thì chất dầu bốc hơi, làm cho nồng độ dầu ở trong môi trường tăng. Hỗn hợp không khí và dầu khi gặp nhiệt độ cao thì dễ bốc cháy. Trong quá trình sử dụng bitum theo phương pháp gia nhiệt, cần phải chú ý đặc tính này để đề phòng 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 ), chúng sẽ 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 năng khác của hỗn hợp.
4. 7. Hàm lượng nước chứa trong bitum.  Nước ở trong bitum sẽ làm giảm chất lượng của nó trong quá trình sử dụng. Khi đun nóng, nước sẽ chuyển hóa thành khí làm tăng làm tăng đáng kể thể tích của bitum, làm tăng thể tích lỗ rỗng trong bitum. Do đó trước khi sử dụng cần phải khử hết nước ở trong bitum bằng cách cho bốc hơi dần ở nhiệt độ 105 đến 110C. Sau khi đã khử hết nước, người ta mới tiếp tục 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 hơn 90o, không bị hòa tan và ổn định trong môi trường nước. Bitum có cấu tạo đặc, không có các lỗ rỗng và khe rỗng mao quản nên nước khó thấm qua. Người ta dùng bitum để chế tạo 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 công thì vẫn xảy ra hiện tượng thấm khuếch tán.
5. 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 than rắn tự do và nhựa rắn tăng, nhóm chất dầu giảm thì tính quánh tăng 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 sang cứng 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 bitum dầu 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 có chứa hàm lượng chất có tính phân cực nhiều hơn.
6. § 9-5. NHŨ BITUM VÀ GUĐỜRÔNG I - KHÁI QUÁT  Nhũ là một hệ thống keo phức tạp có từ hai chất lỏng trở lên không hòa tan vào nhau. Chất lỏng này phân tán trong chất lỏng kia thành từng hạt rất nhỏ không đều nhau (kích thước sụt từ 0,001  0,1mm) gọi là pha phân tán, chất lỏng kia là môi trường phân tán.  Trong xây dựng, nhũ của bitum và guđờrông được chế tạo bằng cách trộn nước với bitum hay guđờrông sau đó dùng máy khuấy đều đánh tơi các hạt bitum hay guđờrông. Các hạt sẽ phân tán lơ lửng trong nước.  Nếu ngừng tác động cơ học của máy một thời gian, các hạt bitum lại liên kết với nhau và sa lắng. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng này là do suất căng mặt ngoài ở mặt phân chia giữa hai pha không bằng nhau (suất căng mặt ngoài của nước lớn gấp nhiều lần suất căng mặt ngoài của bitum và guđờrông).  Để cho nhũ được ổn định, cần cho thêm vào chất nhũ hóa - đó là những chất hoạt động bề mặt.
7. 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 để chế tạo nhũ tương. Trong xây dựng dùng chất kết dính thuộc bitum 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 tính chất của nhũ hóa, khi dùng chất nhũ hóa là anion hoạt tính thì phải dùng nước mềm, nước mềm có độ cứng không lớn hơn 3 mili đương lượng gam trong một lít, nếu lớn hơn sẽ tạo thành các muối canxi của các axít béo và nhựa không hòa tan trong nước, làm giảm tính đồng nhất của nhũ.
8. VI - BẢO QUẢN VÀ VẬN CHUYỂN NHŨ TƯƠNG  Nhũ tương chế tạo xong được chứa vào các bể chứa bằng bêtông hay kim loại sạch có nắp đậy kín, trong các bể đó cần phải duy trì nhiệt độ khoảng 4-400C. Nhiệt độ thấp hơn 30C làm cho các pha của nhũ bị phân chia, các hạt bitum sẽ kết lại với nhau tạo thành một lớp vỏ ở bề mặt làm cho nhũ tương mất tính đồng nhất.  Trong quá trình bảo quản, phải thường xuyên khuấy trộn để tránh hiện tượng lắng hay kết tụ ở bề mặt giảm tính đồng nhất của nhũ.  Thời gian bảo quản dài hay ngắn là tùy thành phần của nhũ tương, nhưng không nên quá 3 tháng; tốt nhất là sau khi chế tạo xong đem sử dụng ngay.  Khi vận chuyển nhũ tương đến nơi sử dụng có thể dùng thùng gỗ, thép để chứa và tàu hỏa, ôtô để vận chuyển. Vận chuyển dưới 200km thì dùng ôtô là kinh tế và tiện lợi nhất.
9. 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 dung môi hữu cơ như dầu hỏa, dầu mazút 2. Nhũ tương bitum.  Thể keo nhuyễn gồm bitum, nước và chất nhũ hóa. Nhờ máy khuếch tán bitum được đánh tơi thành từng hạt nhỏ phân tán lơ lửng 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 và matit nguội.
10. 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 có đường kính bằng chiều cao. Các loại mẫu thường có kích thước là: 71,5; 50,5mm, dưỡng hộ đông cứng rồi đem nén ở các nhiệt độ 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 cho cường 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 giảm nhiều, vì lúc đó khả năng liên kết của bitum với bề mặt vật liệu không bị giảm.
11. 5. Vữa átphan. 1. Khái quát.  Vữa átphan là một hỗn hợp bao gồm chất kết dính bitum (hay guđờrông) cát và bột khoáng vật.  Vật liệu dùng để chế tạo vữa átphan giống như vật liệu dùng cho bêtông átphan. 2. Tính chất kỹ thuật của vữa átphan.  Vữa átphan có các tính chất kỹ thuật tương tự như bê tông átphan nhưng mức độ có khác nhau.  Vữa átphan dùng trong các công trình thủy công cần đạt các 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.
12. 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 hơn bằng bitum, nhất là ổn định đối với nhiệt độ, vùng nhiệt đới như nước ta có biên độ dao động nhiệt độ giữa các mùa, giữa ngày và đêm tương đối lớn, nên các tấm lợp và cách nước bằng bitum được sử dụng phổ biến hơn. 2. Các tấm lợp và tấm cách nước. a) Giấy dầu. Giấy dầu được chế tạo bằng cách tráng bitum (khó chảy) lên bề mặt các tấm các tông cho đạt được độ dày yêu cầu nhất định. b) Pecgamin. Pecgamin cũng được chế tạo giống giấy dầu, nhưng dùng bitum thường không phải là bitum khó chảy để quét lên mặt các tâm các tông. c) Tấm bitum amiăng (tấm cách nước). Giấy dầu và pecmagin có nhược điểm là dễ cháy, dễ hút ẩm để mục nát, chịu kéo, chống thấm, tính bền kém. Do đó người ta dùng tấm amiăng để sản xuất tấm bitum amiăng làm vật liệu ngăn nước.
13. d) Tấm matit.  Trộn bột khoáng vật đã được đun nóng với bitum đã nấu chảy, sau đó dùng máy cán ép thành từng tấm mỏng.  Tấm matit ổn định nhiệt, ổn định trong môi trường không khí, môi trường nước tốt hơn các loại tấm ở trên. Tính bền cao, chịu được biến dạng lớn. Do đó được sử dụng trong các khớp nối mềm các công trình thủy công, làm lớp phủ ngăn nước cho các bộ phận kết cấu công trình yêu cầu chống thấm. e) Dây đay và vải đay bitum.  Dùng bitum lỏng tẩm lên dây đay và vải đay. Loại này có cường độ kéo lớn hơn tấm bitum amiăng. Đây là vật liệu sẵn có ở nước ta nên được sử dụng phổ biến. Nó được sử dụng như tấm bitum amiăng.