Chất kết dính hữu cơ

(23-06-2017, 12:53:52)

Chất kết dính hữu cơ

Chất kết dính hữu cơ ( nhất là bi tum và guđrông) được ứng dụng rộng rãi để xây dựng các lớp phủ mặt đường, vỉa hè, nền nhà công nghiệp, bảo vệ bê tông và kim loại khỏi bị ăn mòn.

Khái niệm 

Chất kết dính hữu cơ ( CKDHC) là hỗn hợp của các chất hữu cơ phân tử lượng tương đối cao, tồn tại ở thể rắn, dẻo, lỏng.
Nguyên liệu để sản xuất chất kết dính hữu cơ là các sản phẩm có nguồn gốc hữu cơ như dầu mỏ, than đá, than bùn...Sau khi gia công hóa lí, ngoài các sản phẩm chính người ta còn nhận được một số loại nhựa cặn. Nhựa cặn được gia công tiếp tục để thành chất kết dính hưu cơ.
Chất kết dính hữu cơ có những đặc tính kĩ thuật sau:
- Dễ liên kết với vật liệu khoáng bằng lớp màng mỏng bền và ổn định nước.
- Có độ nhớt nhất định, nhờ đó mà trong thời gian thi công nó bao bọc quanh vật liệu khoáng còn trong thời kì làm việc nó gắn kết những vật liệu khoáng thành một khối đồng nhất, tạo ra cường độ cần thiết.
- Tương đối ổn định khí quyển, ít thay đổi tính chất trong quá trình sử dụng.
- Hòa tan ít trong nước và trong axit vô cơ, hòa tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

Phân loại

Căn cứ vào các đặc điểm sau để phân loại chất kết dính hữu cơ.
Theo thành phần hóa học, chia ra : Bitum và guđrông.
Theo nguồn gốc nguyên liệu chia ra:
- Bitum dầu mỏ là sản phẩm cuối cùng của dầu mỏ.
- Bitum đá dầu là sản phẩm khi chưng đá dầu.
- Bitum thiên nhiên là loại bitum thường gặp trong thiên nhiên ở dạng kết tinh hay lẫn với các loại đá.
- Guđrông than đá là sản phẩm khi chưng khô than đá.
- Guđrông than bùn là sản phẩm khi chưng khô than bùn.
- Guđrông gỗ là sản phẩm khi chưng khô gỗ.
Theo tính chất xây dựng chia ra:
- Bitum và guđrông rắn: ở nhiệt độ 20 - 25 oC là một chất rắn có tính giòn và tính đàn hồi, ở nhiệt độ 180 - 200oC thì có tính chất của một chất lỏng.
- Bitum và guđrông quánh: ở nhiệt độ 20 - 25oC là một chất mềm, có tính dẻo cao và độ đàn hồi không lớn lắm.
- Bitum và guđrông lỏng : ở nhiệt độ 20 - 25oC là một chất lỏng và có chứa thành phần hyđrôcacbon dễ bay hơi, có khả năng đông đặc lại sau khi thành phần nhẹ bay hơi và sau đó có tính chất gần với tính chất của bitum và guđrông quánh.
- Nhũ tương bitum và guđrông: là một hệ thống keo bao gồm các hạt chất kết dính phân tán trong môi trường nước và chất nhũ hóa.
Thành phần của CKDHC
Chất kết dính hữu cơ là hệ thống phân tán của các chất hiđrôcacbon khác nhau (thơm CnH2n-6, naftalin CnH2n và mê tan CnH2n+2) và các mạch dị vòng của các hiđrôcacbua có trọng lượng phân tử tương đối cao.
Thành phần phân tố của bi tum nằm trong giới hạn: C: 73-87%; H: 8-12%; O :1-2%; S :1-5% ; N : 0,5 -1%.
Những hợp chất hiđrôcacbon có cấu tạo hóa học và tính chất vật lí giống nhau được sắp xếp trong một nhóm cấu tạo hóa học, chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của CKDHC. Các nhóm cấu tạo hóa học chủ yếu bao gồm:
Nhóm chất dầu gồm những hợp chất có phân tử lượng thấp (300-600), không màu, khối lượng riêng nhỏ (0,91-0,925). Nhóm chất dầu làm cho CKDHC có tính lỏng. Nếu hàm lượng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính quánh giảm.Trong bi tum nhóm chất dầu chiếm 45-60%; trong guđrông than đá 60-80%.
Nhóm chất nhựa gồm những hợp chất có phân tử lượng cao hơn (600-900), màu nâu sẫm, khối lượng riêng xấp xỉ 1. Nó có thể hòa tan trong benzen, etxăng, clorofooc. Nhóm chất nhựa trung tính (tỉ lệ H/C=1,6-1,8) làm cho CKDHC có tính dẻo. Nếu hàm lượng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính dẻo tăng. Nhóm chất nhựa axit (tỉ lệ H/C=1,3-1,4) làm tăng tính bám dính của CKDHC với vật liệu khoáng. Trong bi tum dầu mỏ nhóm chất nhựa chiếm 15-30%; trong guđrông than đá 10-15%.
Nhóm asfalt rắn gồm những hợp chất có phân tử lượng lớn (1000-6000), màu nâu sẫm hoặc đen, khối lượng riêng 1,1-1,15). Nhóm này không bị phân giải khi đốt. Ở nhiệt độ lớn hơn 300oC thì bị phân giải ra khí và cốc. Nhóm asfalt rắn có tỉ lệ H/C=1,1.
Nó có thể hòa tan trong clorofooc, têtracloruacacbon (CCl4), không hòa tan trong. ête, dầu hỏa và axêtôn (C3H5OH). Tính quánh và sự biến đổi tính chất theo nhiệt độ của CKDHC phụ thuộc chủ yếu vào nhóm này. Nếu hàm lượng nhóm này trong CKDHC tăng lên sẽ làm cho tính quánh và nhiệt độ hóa mềm của CKDHC cũng tăng lên.Trong CKDHC nhóm này chiếm 10-38%.
Ngoài 3 nhóm cơ bản trên, trong thành phần của CKDHC còn có các nhóm hóa học khác như nhóm cacben và cacbôit, nhóm axit asfalt và các anhiđrit, nhóm parafin. Các nhóm này có ảnh hưởng nhất định đến tính chất của CKDHC.
Dựa vào thành phần các nhóm cấu tạo hóa học có thể chia bi tum dầu mỏ thành 3 loại. Bi tum loại 1 có nhóm asfalt > 25%, nhựa < 24% và dung dịch cacbon >50%. Bitum loại 2 có hàm lượng nhóm cấu tạo hóa học tương ứng: ≤18%; >36% và /48% và bitum loại 3 tương ứng là 21- 23%; 30 - 34%; 45-49%. Ba loại bi tum có độ biến dạng khác nhau. Thành phần hóa học của chúng thay đổi theo thời gian sử dụng kết cấu mặt đường.