Tải bản đầy đủ

Bitum dầu mỏ và nhữ tương bitum

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Bitum dầu mỏ .......................................................................................................... 6
Hình 2.1: Nhũ tương Bitum................................................................................................ 17
Hình 2.2: Lớp điện tích kép ở bề mặt phân chia dầu - nước .............................................. 22
Hình 2.3: Lớp điện tích kép ở trên 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 tấm lợp bằng Bitum ..................................................................................... 28
Hình 3.2: Bitum trong xây dựng đường giao thông ........................................................... 30


Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 3
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ .............................................................. 5
I. Những kiến thức chung.......................................................................................... 5
1. Những kiến thức chung về Bitum dầu mỏ ......................................................... 5
2. Nguồn gốc, xuất xứ của Bitum. ......................................................................... 6
3. Vấn đề sản xuất Bitum dầu mỏ hiện nay ........................................................... 7
4. Những thành phần hoá hoc của Bitum dầu mỏ. ................................................. 9
II. Các tính chất của Bitum trong xây dụng đường và trong sản xuất...................... 11
1. Độ quánh của Bitum ........................................................................................ 11

2. Độ giãn dài ....................................................................................................... 12
3. Thành phần cất phân đoạn ............................................................................... 12
4. Độ bền đối với nước......................................................................................... 12
5. Nhiệt độ chảy mềm .......................................................................................... 12
6. Nhiệt độ chớp cháy của Bitum ......................................................................... 13
7. Tính ổn nhiệt. ................................................................................................... 13
8. Tính già hoá của Bitum .................................................................................... 13
9. Tính ổn định khi gia nhiệt ................................................................................ 13
10. Tính thấm ướt vật liệu khoáng ......................................................................... 14
11. Tính liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng ........................................ 14
III. Công nghệ sản xuất Bitum................................................................................... 15
IV. Tồn chứa, vận chuyển .......................................................................................... 16
Chương 2. NHŨ TƯƠNG BITUM.................................................................................. 17
I. Lý thuyết về nhũ tương ........................................................................................ 17
1. Định nghĩa ........................................................................................................ 17
2. Phân loại nhũ tương ......................................................................................... 17
a. Phân loại theo pha phân tán và môi trường phân tán ................................... 17
b. Phân loai theo tính chất hoat đông bề mặt ................................................... 18
c. Phân lọai theo khả năng phân tách - theo ASTM D997-86 ......................... 18
d. Phân lọai theo Pháp NF T66-16 ................................................................... 18
e. Phân loại theo khả năng thi công - theo Caltex ............................................ 19
II. Phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum. .............................................................. 19
1. Phương pháp ngưng tụ ..................................................................................... 19
2. Phương pháp phân tán ...................................................................................... 19
III. Ổn định nhũ tương ............................................................................................... 19
1. Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhũ hoá .................................................. 19
2. Cấu tạo lớp điện tích kép ................................................................................. 21
1


3. Ổn định nhũ tương ........................................................................................... 23
4. Hiện tượng tách nhũ tương .............................................................................. 23
5. Hiện tượng bị đảo tướng .................................................................................. 24
IV. Sản xuất nhũ tương Bitum ................................................................................... 24
Chương 3. ỨNG DỤNG ................................................................................................. 28
I. Ứng dụng của Bitum dầu mỏ ............................................................................... 28
1. Ứng dụng.......................................................................................................... 28
2. Cách sử dụng:................................................................................................... 29
II. Ứng dụng của nhũ tương Bitum .......................................................................... 29
1. Nhủ tương Bitum trong hỗn hợp rải đường ..................................................... 29


2. Các ứng dụng khác của nhũ tương Bitum........................................................ 31
a. Sử dụng để làm ổn định đất .......................................................................... 31
b. Làm chậu tạm để ươm cây mầm .................................................................. 31
c. Chống thấm .................................................................................................. 32
d. Lớp phủ bảo vệ ............................................................................................. 32
e. Trám khe hở và thấm nhập ........................................................................... 32
3. Những ưu điểm vượt trội của nhũ tương Bitum trong xây dựng đường ôtô. .. 32
Tài liệu tham khảo .............................................................................................................. 34

2


LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, toàn đảng, toàn dân, toàn
quân ta trong mọi ngành nghề đang cố gắng nỗ lực hết sức thi đua nhau sản xuất đưa nước
ta từ một nước nông nghiệp lạc hậu từng bước phấn đấu đến năm 2020 cơ bản trở thành
một nước công nghiệp phát triển, muốn vậy chứng ta phải tập trong xây dựng cơ sở hạ
tầng, vật chất kỹ thuật ngày càng khang trang hiện đại đòi hỏi sự đầu tư tiền của, công sức
của mọi ngành, mọi cấp.
Hoà cùng khí thế phát triển mạnh mẽ của nước ta trong thế kỷ mới thì Bộ giao
thông vận tải. Bộ khoa học công nghệ và môi trường đã trực tiếp chỉ đạo phải xây dựng
được một mạng lưới giao thông hoàn chỉnh, thông suốt có chất lượng cao góp phần quan
trọng thúc đẩy sự phát triển của các ngành khác như thương mại, du lịch, vận tải hành
khách,... nhằm thu hút nguồn đầu tư từ nước ngoài. Đối với một đất nước đã phải trải qua
chiến tranh, cơ sở hạ tầng còn yếu kém như nước ta, mạng lưới giao thông vẫn chưa đáp
ứng nhu cầu cho vận tải lưu thông hàng hoá thì việc xây dựng và nâng cấp là rất cần thiết
để phù hợp với xu thế phát triển kinh tế và xã hội.
Tuy mới được áp dụng vào ngành giao thông từ Thế Kỷ 19 nhưng Bitum dầu mỏ
đã trở thành một ngành nguyên liệu quan trọng hàng đầu trong công nghệ làm đường vì
nó đáp ứng được mọi yêu cầu về kỹ thuật, cũng như kinh tế.
Để đạt được những chi tiêu trên thì khi xây dựng và phát triển chúng ta phải đảm bảo
được những yêu cầu cần thiết như : Mặt đường phải nhẵn bóng, bền đẹp, có tính ổn định
cao để đáp ứng nhu cầu giao thông đi lại, chống chịu được áp lực của các luồng xe chạy
liên tục ngày đêm, đảm bảo được lưu thông an toàn, kinh tế hiệu quả và các điều kiện khí
hậu khắc nghiệt như ở nước ta: mưa, gió, nắng, bão...
Chính vì vậy mà vấn đề thiết kế và đảm bảo vật liệu thi công trong điều kiện cho
phép hiện nay đóng một vai trò quan trọng. Tuỳ thuộc từng loại đường mà kết cấu, vật
liệu và khả năng thi công có thể khác nhau.
 Thế cho nên việc nghiên cứu và chế tạo Bitum tại Việt Nam là rất cần thiết để
đáp ứng đòi hỏi, yêu cầu hiện nay vì thế em thực hiện bài tiểu luận: “ Tìm hiểu
Bitum và nhũ tương Bitum dầu mỏ” để nhằm sâu nghiên cứu về Bitum để có
3


thể áp dụng lí thuyết vào trong thực tiễn dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có
trong nước, học hỏi thêm nhiều kiến thức mới nhằm giúp ích cho công việc sau
này.

4


Chương 1.
I.
1.

TỔNG QUAN VỀ BITUM DẦU MỎ

Những kiến thức chung
Những kiến thức chung về Bitum dầu mỏ
Bitum là một vật liệu xây dựng công trình được sử dụng rất rộng rãi, đối với những

người thường xuyên tham gia vào các công việc có sử dụng Bitum, đặc biệt là trong lĩnh
vực xây dựng và bảo trì đường giao thông, các đặc tính của nó vẫn còn là những điều bí
ẩn.
Trong các công trình giao thông thì Bitum được sử dụng theo hai dạng sau:
+ Công nghệ nhựa nóng: Trước đây công nghệ này là chủ đạo, khi thi công cần
đun nóng nhựa lên nhiệt độ thích hợp để làm chúng chảy lỏng rồi mới thi công được.
+ Công nghệ nhựa nguội: Sử dụng nhựa đường dạng nhũ tương là nhựa đường ở
trạng thái phân tán cao trong nước được ổn định bởi chất nhũ hoá làm cho nhựa đường
vẫn ở trạng thái lỏng ngay ở điều kiện bình thường.
Trong bối cảnh đó chúng ta cần có những nghiên cứu sâu hơn về Bitum, để có
những kiến thức sâu sắc về chúng, để sử dụng một cách hiệu quả hơn, kinh tế hơn.
Nguồn gốc: Ban đầu vào năm 1906, Schade van Westrum đã phát minh và nhận được
bằng sáng chế về nhũ tương. Nó trở nên phổ biến cho đến ngày nay bởi khả năng bám
dính với nhiều loại bề mặt rắn khác nhau của chứng. Nhũ tương Bitum được sử dụng
trong nhiều lĩnh vực như duy tu bảo dưỡng, sửa chữa, rải lớp láng mặt, lớp bám dính và
lớp bảo dưỡng chống thấm nhập. Cũng như tưới thấm nhựa, gia cố và cấp phối ở dạng
trộn nguội, và rải nguội.
Bởi vì khi sử dụng nhũ tương Bitum thì việc thi công các công trình giao thông sẽ
rất dễ dàng, thuận tiện. Không cần đun nóng, không gây ô nhiễm môi trường, an toàn cho
công nhân và người đi đường. Có thể cho phép tiến hành thi công trên mặt đường ẩm ướt
vào mùa mưa.Tiết kiệm được từ 15-30% so với công nghệ nhựa nóng.Trong nhũ tương
Bitum có chứa nước nên khả năng lèn chặt mặt đường được dễ dàng hơn. => Vì vậy khi
thi công nhựa đường ở dạng nhũ tương thì không cần phải đun nóng. Nhưng với những
đặc tính ưu việt của mình mà ngày nay công nghệ nhựa nguội ngày càng được sử dụng
rộng rãi.
5


2.

Nguồn gốc, xuất xứ của Bitum.
+ Tình hình thế giới: Trên thế giới lần đầu tiên mặt nhựa đường đã ra đời vào năm

1175 do người Đức thực hiện, rồi người Pháp cũng đưa nhựa Bitum vào đế rải đường vào
năm 1854. Loại nhựa được dùng đầu tiên là cặn Gudron. Sau đó công nghiệp hoá ngày
càng phát triển, Nhựa Bitum, một ít sản phẩm phụ của công nghiệp hoá dầu, với tính công
nghiệp cao hơn thế nhựa gudron. Ngày 9/5/1922 một nhà bác học người Anh là Hugh
Alan Mackay đã được cấp bằng sáng chế số 202021 về nhũ tương nhựa Bitum, sử dụng
dưới dạng nhựa nguội hoặc ấm dễ dàng thi công cho công nhân, tạo ra một bước ngoặt
mới trong lĩnh vực sử dụng Bitum dầu mỏ.

Hình 1: Bitum dầu mỏ(Nguồn: Internet)
+ Tình hình tại Việt Nam: Mặc dù trên thế giới công nghệ chế tạo nhũ tương
Bitum đã rất phát triển, nhưng ở nước ta thuật ngữ “nhũ tương Bitum” vẫn còn mới mẻ và
chính vì vậy các công trình nghiên cứu về phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum còn ít,
hầu hết còn dừng ở mức độ lý thuyết, ít được áp dụng vào trong thực tế.
Bitum có nhiều nguồn gốc khác nhau, có thể từ than nhưng chủ yếu vẫn là sản phẩm của
công nghệ chế biến dầu thô và hoá dầu.
Bitum dầu mỏ tại nhiệt độ thường ở dạng rắn, khi tăng nhiệt độ lên khoảng trên
70°C thì bắt đầu chảy mềm chuyển sang dạng nửa lỏng tuỳ theo từng loại dầu nhiệt độ
chảy mềm có thể khác nhau.
Bitum dầu mỏ không tan trong nước, thành phần bao gồm nhiều loại cacbuahydro
và các dẫn xuất lưu huỳnh, oxy, nitơ,...
6


Bitum dầu mỏ chủ yếu được sản xuất từ phần cặn của quá trình chưng cất trực tiếp
các loại dầu mỏ có nhiều nhựa, quá trình chưng cất chân không, cũng có thể lấy từ các
quá trình hydrocracking, cracking nhiệt, cracking xúc tác, cốc hoá,... các quá trình khử
atfan, chiết, lọc, rửa và tinh chế dầu nhờn.
Bitum thu được từ 2 nguồn: Nguồn trong tự nhiên và tổng hợp từ chưng cất dầu
mỏ.
Nguồn gốc tự nhiên: Bitum tự nhiên và các trầm tích nhựa đường có ở nhiều nơi
khác nhau trên thế giới, chủ yếu là do các dầu khoáng thấm qua lòng đất. Mỏ nhựa đường
tự nhiên lớn nhất và nổi tiếng nhất là hồ Trinidad, nó là hỗn hợp của khoảng 39% Bitum,
32% khoáng chất khác và 29% nước và khí.
Nguồn gốc tổng hợp: Bằng tinh luyện và xử lý thì các loại Bitum sau được sản
xuất:
− Bitum "thẳng": Là chất còn lại sau khi chưng cất trong chân không hay không khí
các loại dầu mỏ chứa nhựa đường. Đối với các ứng dụng đặc biệt, cặn Bitum loại
chứa dầu hắc ín rất cứng có thể thu được nhờ chưng cất dầu mỏ đã qua crackinh.
− Bitum "thổi": Được sản xuất bằng cách thổi luồng không khí ngược chiều với
luồng Bitum thẳng nóng chảy. Phản ứng ôxi hóa diễn ra dẫn tới việc khử hiđro và
polyme hóa các thành phần thơm và chưa no. Trong quá trình này, các phân tử
vòng thơm cao phân tử lượng có thể được tạo ra.
− Bitum "cắt bớt" (hay loại Bitum lỏng hơn): Thu được bằng cách trộn Bitum với các
dung môi dầu mỏ hay dầu khoáng, đôi khi với hắc ín hay các chất thơm cao phân
tử được chiết ra.
− Bitum nhũ tương: Được tạo ra bằng cách nhũ tương hóa 50-65% Bitum trong nước
với sự tham gia của 0,5-1,0% chất chuyển thể sữa, thông thường là xà phòng và nói
chung được sử dụng ở dạng lạnh cho các mục đích công nghiệp và làm đường.
Vấn đề sản xuất Bitum dầu mỏ hiện nay

3.
-

Có 3 phương pháp sản xuất Bitum từ dầu mỏ là:
+ Cô đặc các thành phần cặn từ dầu mỏ
7


+ Tách asphan trong quá trình khử atphan từ các thành phần dầu mỏ cô đặc.
+ Dùng không khí để oxyhoá ở nhiệt độ cao các phần cặn của quá trình chế biến
dầu mỏ như cặn gudron, các cặn chiết, asphan...
-

Theo phương pháp sản xuất, Bitum được chia làm 2 loại:
+ Bitum được chế biến theo phương pháp cô đặc và phương pháp tách được gọi
là Bitum gốc.
+ Bitum được chế biến theo phương pháp thứ 3 được gọi là Bitum oxy hoá
Bitum gốc được sản xuất trong thiết bị chân không thông thường, ngoài ra để
tận thu các phân đoạn dầu nhờn từ trong phần cặn của dầu mỏ, người ta còn
trang bị thêm tháp cất chân không, thiết bị bốc hơi...Bitum được sản xuất theo
phương pháp này là loại sản phẩm mềm dễ nóng chảy, có độ lún kim khá lớn.

Từ những loại Bitum nói trên, có thể chế biến thành các loại Bitum rắn hơn bằng
phương pháp oxy hoá. Quá trình oxy hoá gudron hoặc Bitum gốc được thực hiện bằng
cách thổi khí ở nhiệt độ cao khi đi qua chứng. Do kết quả các phản ứng oxy hoá và trùng
hợp xảy ra dưới tác dụng của oxy một phần cacbuahydro dầu nhờn chuyển thành nhựa rồi
sau đó trở thành asphaten. Quá trình oxy hoá và trùng hợp càng sâu thì lượng nhựa và
atphan thu được càng nhiều.
Trong quá trình oxy hoá xảy ra phản ứng dẫn đến việc gia tăng hàm lượng các
atphan, để nâng cao nhiệt độ chảy mềm của Bitum và nhựa giúp cải thiện được tính chất
kết dính và tính dẻo của Bitum thương phẩm. Hàm lượng các thành phần dầu trong các
quá trình đó cũng được giảm đi.
Loại Bitum được chế biến bằng phương pháp oxy hoá có tính đàn hồi và ổn định
nhiệt tốt hơn loại Bitum gốc.
Trong cùng một nhiệt độ như nhau, loại Bitum oxy hoá có độ mềm lớn hơn Bitum
gốc (độ lún kim cao hơn), nhưng đối với cùng một độ lún kim như nhau thì nhiệt độ chảy
mềm của Bitum oxy hoá lại tương đối cao hơn.
Nếu nhiệt độ chảy mềm và hàm lượng các chất bay hơi trong nguyên liệu gốc bằng
nhau thì loại Bitum được chế biến bằng phương pháp oxy hoá có khả năng chịu đựng thời
tiết tốt hơn và có trị số xà phòng hoá nhỏ hơn loại Bitum gốc.
8


Bitum được chế biến từ phần cặn cracking thường có phẩm chất xấu hơn Bitum
chế biến từ phần cặn chưng cất dầu mỏ trực tiếp một ít. Các chất không hoà tan như
cacben và cacboit trong phần cặn cracking làm giảm sút tính kết dính của Bitum và phá
hoại tính đồng nhất của chứng. Những Bitum này có độ giãn dài thấp, có hàm lượng chất
không hoà tan cao và khối lượng hao hụt lớn, nếu gia nhiệt.
Ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ thường sản xuất ra các loại Bitum thương phẩm sau
đây:
- Bitum nhựa đường.
- Bitum xây dựng.
- Bitum chuyên dùng (dùng cho các sản phẩm sơn nhuộm. Matit ắc quy, và
công nghiệp điện tử).
- Bitum có độ nóng chảy cao (dùng cho chế tạo cao su rabrac).
Bitum dầu mỏ được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là đối
với các nước có nền công nghiệp phát triển vì nó có các đặc tính kỹ thuật thoả mãn được
các yêu cầu trong xây dựng, giao thông, làm đường xá, cầu cống, vật liệu cho các công
trinh thuỷ lợi, chống thấm cho các đường hầm, đường ống, trong ngành sản xuất vật liệu
tấm lọp, trong công nghiệp điện và nhiều ngành công nghiệp khác.
Tuy nhiên do Bitum được dùng nhiều cho việc làm nhựa dải đường cho nên ngày
nay khi nói đến nhựa đường và thuật ngữ Bitum- Nhựa đường đã trở thành tên gọi quen
thuộc khi gọi tên Bitum.
4.

Những thành phần hoá hoc của Bitum dầu mỏ.
Bitum có màu đen, hoà tan được trong benzen (CoHo), cloruafooc (CHCl3),

disunfuacacbon (CS2) và một số dung môi hữu cơ khác, các nhóm chức năng có chứa lưu
huỳnh, nitơ và nguyên tử oxy. Bitum cũng chứa một số lượng nhỏ kim loại như niken, sắt,
magie, canxy dưới dạng muối hữu cơ.
Thành phần hoá học của Bitum dầu mỏ: C = 82-88%;S = 0-6%;N = 0,5-1%;H = 8-11%;O
= 0-1,5%.
Dựa trên cơ sở lý thuyết về nhóm hoá học người ta chia Bitum dầu mỏ thành 3
9


nhóm chính (nhóm chất dầu, nhóm chất nhựa, nhóm asphalt) và các nhóm phụ. Nhìn
chung, có thể tách thành phần hoá học của Bitum thành hai nhóm asphalt và maltel.
Nhóm các maltel có thể chia ra thành các chất bão hoà, các chất nhựa, các chất thơm
(phân loại theo tiêu chuẩn Anh).
− 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 Bitum có tính lỏng.
Nếu hàm lượng của nhóm này tăng lên, tính quánh của Bitum giảm. Trong Bitum
nhóm chất dầu chiếm khoảng 45-60%.
− Nhóm chất nhựa gồm những hợp chất có phân tử lượng cao hơn (600-900), khối
lượng riêng xấp xỉ bằng 1, màu nâu sẫm. Nó có thể hoà tan trong benzen, etxăng,
clorofooc. Nhóm chất nhựa trung tính (tỷ lệ H/C= 1,6-1,8) làm cho Bitum có tính
dẻo. Hàm lượng của nó tăng, độ dẻo của Bitum cũng tăng lên. Nhựa axit (H/C=
1,3-1,4) làm tăng tính dính bám của Bitum vào đá. Hàm lượng của nhóm chất
nhựa trong Bitum dầu mỏ vào khoảng 15-30%.
− Nhóm asphalt gồm những hợp chất có phân tử lượng lớn (1000-30000), khối
lượng riêng 1,10-1,15, có màu nâu sẫm hoặc đen, không bị phân giải khi đốt. Khi
ở nhiệt độ lớn hơn 300°C thì bị phân giải ra khí và cốc, tỷ lệ H/C=1,1.
Asphalt có thể hoà tan trong clorofooc, tetraclorua cacbon (CCl4), không hoà tan
trong ete, dầu hoả và axeton (C3H5OH). Tính quánh và sự biến đổi tính chất theo nhiệt độ
của Bitum phụ thuộc chủ yếu vào nhóm này.Hàm lượng nhóm asphalt tăng lên thì tính
quánh, nhiệt độ hoá mềm của Bitum cũng tăng lên. Hàm lượng của nhóm asphalt trong
Bitum vào khoảng 10-25%.
Nhóm cacben và cacboit. Tính chất của cacben gan giống như chất asphalt, chỉ
khác là không hoà tan trong benzen và trong CCl4, hoà tan được trong disunfuacacbon,
khối lượng riêng lớn hơn 1. Cacboit là một chất rắn dạng muội, không hoà tan trong bất
cứ dung môi nào.Hàm lượng của các chất này ở trong Bitum nhỏ hơn 1,5%, làm Bitum
kém dẻo.
Nhóm axit asphalt và anhyđrit. Nhóm này là những chất nhựa hoá (nhựa axit)
mang cực tính (gồm những phân tử có chứa gốc cacboxyn-COOH), nó là thành phần hoạt
10


tính bề mặt lớn nhất của Bitum, dễ hoà tan trong rượu cồn, benzen, clorofooc và khó hoà
tan trong etxăng. Axit asphalt có khối lượng riêng nhỏ hơn 1, màu nâu sẫm, hàm lượng
trong Bitum nhỏ hơn 1%. Khi hàm lượng tăng lên, khả năng thấm ướt và cường độ liên
kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng dạng cácbonat tăng lên.
Nhóm parafin (các chất no) là những hyđro cacbua béo ở dạng chuỗi thẳng hoặc
phân nhánh có phân tử lượng trung bình, bao gồm các chất parafin và không thuộc dạng
parafin. Papafin có thể làm giảm khả nămg phân tán và hoà tan của asphalt vào trong các
nhóm khác, có thể làm giảm tính đồng nhất của Bitum. Nếu tỷ lệ parafin tăng lên, nhiệt
độ hoá mềm, tính giòn của Bitum ở nhiệt độ thấp sẽ tăng lên, Bitum hoá lỏng ở nhiệt độ
thấp hơn so với Bitum không chứa parafin. Tỷ lệ của parafin trong Bitum dầu mỏ đến 5%.
Tính chất của Bitum phụ thuộc vào thành phần và tính chất của hỗn hợp các nhóm
cấu tạo hoá học. Dựa vào nhóm cấu tạo hoá học có thể chia Bitum dầu mỏ thành 3 loại:
− Bitum loại 1 có nhóm asphalt > 25%, nhựa < 24% và dung dịch cacbon >
50%.
− Bitum loại 2 có hàm lượng nhóm cấu tạo hoá học tương ứng là > 18%; >
36% và < 48%.
− Bitum loại 3 có các nhóm cấu tạo hoá học tương ứng là 21-23%; 30-34% và
45-49%. Ba loại Bitum trên có độ biến dạng khác nhau.
Tuy nhiên thành phần hoá học của chúng thay đổi theo thời gian sử dụng kết cấu mặt
đường.
II.

Các tính chất của Bitum trong xây dụng đường và trong sản xuất.
Do có nhiều loại Bitum khác nhau được sản xuất, nên cần phải xác định các chi

tiêu kỹ thuật của các phẩm cấp Bitum khác nhau. Phẩm chất của Bitum nói chung được
xác định bằng cách kết hợp các tính chất hoá lý sau đây:
1.

Độ quánh của Bitum
Tính quánh của Bitum được thay đổi trong một phạm vi khá rộng. Nó ảnh hưởng

nhiều đến tính chất cơ học của hỗn hợp vật liệu khoáng với chất kết dính, đồng thời quyết
định công nghệ chế tạo và thi công loại vật liệu sử dụng Bitum. Người ta dùng chi tiêu độ
11


xuyên kim để đánh giá độ quánh của biturn, đơn vị đo của độ quánh là bằng độ ( 1 độ
bằng 0,lmm).
Độ quánh của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng các nhóm cấu tạo và nhiệt độ môi
trường. Khi hàm lượng nhóm atphan tăng lên và hàm lượng nhóm chất dầu giảm, độ
quánh của Bitum tăng lên. Khi nhiệt độ môi trường tăng cao, nhóm chất nhựa sẽ bị chảy
lỏng, độ quánh của Bitum giảm xuống.
Các tính chất này đảm bảo cho Bitum có độ xuyên thấm cần thiết vào trong cốt
liệu, pha trộn với các khoáng chất và bao phủ hoàn toàn các hạt rắn trong quá trình xử lý
mặt đường.
2.

Độ giãn dài
Độ giãn dài biểu thị khả năng dính, dẻo, đàn hồi của Bitum và nó còn cho biết tỷ lệ

giữa các thành phần Bitum. Hay còn quy định là độ giãn dài hay tính dẻo.Tính dẻo đặc
trưng cho khả năng biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ và ngoại lực. Nó phụ thuộc vào
nhiệt độ và thành phần của nhóm. Khi nhiệt độ tăng thì tính dẻo cũng tăng và ngược lại.
Trong trường hợp đó, Bitum dùng làm mặt đường hay trong kết cấu khác có thể bị nứt.
Những loại Bitum được coi là tốt nếu có khả năng giãn dài lớn.
Tính dẻo của Bitum được tính bằng cm khi kéo căng một mẫu có tiết diện quy định
ở 25°C với tốc độ kéo là 5cm/phút. Độ kéo dài càng lớn thì tính dẻo của Bitum càng cao.
3.

Thành phần cất phân đoạn
Thành phần cất phân đoạn biểu thị tỷ lệ các phân đoạn sôi trong một nhiệt độ cụ

thể nào đó và xác định tốc độ đông đặc của Bitum.
4.

Độ bền đối với nước.
Độ bền đối với nước hay khả năng chịu nước của Bitum được xác định qua hàm

lượng các hợp chất tan trong nước.
5.

Nhiệt độ chảy mềm
Nhiệt độ chảy mềm biểu thị khả năng chịu nhiệt của Bitum, là nhiệt độ mà tại đó

mẫu Bitum tiêu chuẩn sẽ chảy và biến dạng.
Nhiệt độ chảy mềm càng cao thì Bitum càng chứa nhiều atphanten và khả năng
12


chịu nhiệt càng tốt.
6.

Nhiệt độ chớp cháy của Bitum
Nhiệt độ chớp cháy của Bitum là nhiệt độ mà tại đó các chất dầu nhẹ trong Bitum

bốc hoi bão hoà lẫn vào môi trường xung quanh tạo nên một hỗn hợp dễ cháy, khi ta đưa
ngọn lửa lại gần thì ngọn lửa bùng cháy và lan nhanh khắp mặt Bitum.
Nhiệt độ chóp cháy của Bitum biểu thị mức độ an toàn phòng cháy của nó.
7.

Tính ổn nhiệt.
Khi nhiệt độ thay đổi tính cứng và tính dẻo của Bitum thay đổi, sự thay đối càng

nhỏ thì Bitum có tính ốn nhiệt càng cao.
Tính ổn nhiệt của Bitum phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó. Khi hàm lượng
atphanten tăng lên thì tính ổn nhiệt của Bitum tăng lên và hàm lượng nhóm atphanten
giảm thì tính chất này giảm.
∆T=Tm-Tc: đặc trung cho tính ổn định nhiệt
Tm: nhiệt độ của Bitum khi chuyển từ trạng thái quánh sang lỏng: nhiệt độ hóa
mềm.
Tc: nhiệt độ của Bitum khi chuyển từ trạng thái quánh sang cứng: nhiệt độ hóa
cứng
8.

Tính già hoá của Bitum
Do ảnh hưởng của thời tiết mà tính chất và thành phần hoá học của Bitum bị thay

đổi. Người ta gọi sự thay đổi đó là sự già hoá của Bitum. Nguyên nhân là do thành phần
nhóm atphanten tăng lên. Sự bay hơi của nhóm dầu cũng làm tính quánh và tính giòn của
Bitum tăng lên, làm thay đổi lớp cấu tạo phân tử tạo thành nên các hợp chất mới. Quá
trình già hoá Bitum sẽ dẫn đến quá trình già hoá của bêtông atphan. Độ giòn cao của
Bitum làm cho mặt đường xuất hiện các vết nứt, tăng quá trình phá hoại do ăn mòn.
9.

Tính ổn định khi gia nhiệt
Khi dùng Bitum người ta thường phải đun nóng nó lên cao khoảng 160°C trong

thời gian khá lâu do đó các thành phần dầu nhẹ có thể bị bốc hơi làm thay đổi tính chất
của Bitum.
13


10.

Tính thấm ướt vật liệu khoáng
Tính thấm ướt vật liệu khoáng của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng các chất hoạt

tính bề mặt có cực và tính chất của vật liệu khoáng, tính thấm ướt được đặc trưng bằng
góc thấm ướt. Đó là góc giữa bề mặt vật liệu khoáng và tiếp tuyến với bề mặt giọt chất kết
dính tại ranh giới tiếp xúc với vật liệu. Nếu góc thấm ướt càng nhọn thì tính thấm ướt
càng tốt. Khi đó lực hút giữa các phân tử giữa chất kết dính và bề mặt vật liệu khoáng gần
bằng lực hút phân tử bên trong chất kết dính. Nếu như góc thấm ướt lớn thì tính thấm ướt
kém, lực hút phân tử với bề mặt vật liệu khoáng yếu. Do đó chất kết dính càng thấm ướt
tốt vật liệu khoáng thì lực hút phân tử trong chứng càng yếu và lực bám dính giữa chất kết
dính với bề mặt vật liệu khoáng càng mạnh.
Những vật liệu khoáng kị nước là những vật liệu dính bám chất kết dính hữu cơ
tốt.
11.

Tính liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng
Sự liên kết của Bitum với bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đến quá trình thay

đổi lý hoá khi hai chất tiếp xúc tương tác với nhau. Sự liên kết này đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo nên cường độ và tính ổn định vói nước, với nhiệt độ của hỗn hợp
Bitum và vật liệu khoáng.
Khi nhào trộn Bitum với vật liệu khoáng, các hạt khoáng được thấm ướt bằng
Bitum và tạo thành một lớp hấp phụ, khi đó các phân tử Bitum ở trong lớp hấp phụ sẽ
tương tác với các phân tử của vật liệu khoáng ở lớp bề mặt. Tương tác đó có thể là tương
tác hoá học hoặc lý học.
Lực liên kết hoá học lớn hơn nhiều so với lực liên kết lý học, do đó khi Bitum
tương tác hoá học với các vật liệu khoáng thì cường độ liên kết sẽ lớn nhất. Liên kết của
Bitum với vật liệu khoáng trước tiên phụ thuộc vào tính chất của Bitum. Bitum có sức
căng bề mặt ngoài càng lớn nghĩa là có độ phân cực càng lớn thì liên kết với vật liệu càng
tốt. Độ phân cực của Bitum phụ thuộc vào hàm lượng của nhóm chất nhựa, đặc biệt là
nhựa axit. Bitum chứa nhóm chất nhựa càng nhiều thì sự liên kết của nó với vật liệu
khoáng càng tốt.
Liên kết của Bitum với vật liệu khoáng còn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu
14


khoáng. Các loại đá bazơ liên kết vói Bitum tốt hơn các loại đá axit vì có thể xảy ra hên
kết hoá học.
Trường hợp độ hoạt tính của Bitum thấp , sự liên kết của nó với bề mặt vật liệu
khoáng kém thì cần cho thêm vào Bitum chất phụ gia hoạt động bề mặt để Bitum có độ
hoạt tính cần thiết.
III.

Công nghệ sản xuất Bitum
Các loại Bitum dầu mỏ được sản xuất theo 3 loại dây chuyền công nghệ như sau:
− Công nghệ chưng cất chân không
Nguyên liệu: mazut và gudron
Mazut là phần cặn dầu mỏ sôi trên 350 °C
Gudron là phần cặn dầu mỏ sôi trên 500 °C, gồm các hydrocacbon có số nguyên tử

cacbon lớn hơn C41, giới hạn cuối cùng có thể đến C80.
Công nghệ chưng cất chân không thường được chọn đối với loại dầu mỏ có nhiều
nhựa asphanten để sản xuất Bitum từ mazut của nó.
− Công nghệ tách lọc asphan
Nguyên liệu: gudron, dung môi
Công nghệ tách lọc asphan cho sản phẩm chính là dầu đã tách lọc asphan dùng để
sản xuất dầu nhờn cặn, sản phẩm phụ là asphan để sản xuất Bitum.
Bản chất của công nghệ này là hòa tan gudron trong một số dung môi thích hợp.
Thường người ta chọn propan lỏng C3H8. Trong quá trình này các chất nhựa asphanten,
các hợp chất hydrocacbon đa vòng, các chất chứa kim loại,... sẽ keo tụ và lắng xuống ở
thể rắn gọi là asphan dùng để sản xuất Bitum.
Các hợp phần hydrocacbon khác tan trong dung môi gọi là phần đã loại asphan
được tách ra để sản xuất dầu nhờn cặn.
− Công nghệ oxy hóa các cặn dầu
Nguyên liệu là các cặn dầu của nhiều quy trình sản xuất khác nhau trong chế biến
dầu mỏ như: cặn chưng cất (gudron); cặn cracking, cặn tách lọc asphan; cặn trong sản
xuất dầu nhờn.
15


Bản chất của công nghệ này là oxy hóa các loại cặn dầu bằng oxy không khí ở
nhiệt độ cao để thu được các phần Bitum có chất lượng cao. Các Bitum được sản xuất từ
công nghệ oxy hóa gọi là Bitum oxy hóa.
Các loại Bitum sản xuất từ công nghệ 1 và 2 gọi là Bitum cặn.
Để làm tăng thêm chất lượng của Bitum, người ta sử dụng một số loại phụ gia và
chất mang để đưa vào trong Bitum. Các chất mang trước hết là các hợp chất dạng polime
như cao su tự nhiên, cao su nhân tạo,... Các phụ gia này tạo nên những thuận lợi trong sử
dụng Bitum để xây dựng đường sá.
IV.

Tồn chứa, vận chuyển
Bitum và các sản phẩm của Bitum (nhựa đường, hắc ín) cần phải được chứa trong

các thùng chứa hoặc bể chứa nóng được đặt sao cho tránh bị tràn hoặc rò rỉ vào hệ thống
cống thoát nước và bảo vệ khỏi các chất dễ cháy. Các thùng chứa cần được cách ly hoặc
lắp các tấm chắn gió xung quanh để giảm hàm lượng ẩm của sản phẩm. Nơi lưu giữ
Bitum cần phải xây các bờ ngăn quanh bể chứa dầu. Các biện pháp ngăn ngừa dầu tràn
khi bốc dỡ, chất xếp, ví dụ như các thùng để thu hồi dầu rò rỉ ở các điểm tiếp xúc. Tách
dầu từ nước thải đi ra. Đặt các thùng chứa, bể chứa trong các thùng chắn nước mưa.
Nhựa đường có trạng thái đủ cứng để vận chuyển theo các đống rời (nó chỉ mềm đi
khi bị nóng quá) vì thế đôi khi nó được trộn lẫn với dầu điêzel hay dầu lửa cho dễ vận
chuyển. Vào lúc giao hàng, các chất nhẹ hơn này sẽ được tách ra khỏi hỗn hợp.
Việc vận chuyển Bitum cần phải được tuân thủ theo các quy định về bảo vệ môi
trường và các chỉ dẫn an toàn của nhà cung cấp. Nguyên nhân cháy thường gặp nhất là bắt
cháy lập tức khi vật liệu cách ly bị ngâm trong Bitumen nóng rò rỉ ra từ các van bị rò hoặc
từ bể chứa quá đầy.
Cháy Bitum có thể dập bằng bột, carbon dioxit, bọt nước. Việc dập lửa bằng nước
có thể gây nổ. Một nguyên tắc rất quan trọng là không được cho Bitum nóng tiếp xúc với
nước hoặc nhũ tương thừa vì thường làm bể chứa sôi hoặc phát nổ.

16


Chương 2.

I.
1.

NHŨ TƯƠNG BITUM

Lý thuyết về nhũ tương
Định nghĩa
Nhũ tương là hỗn hợp của 2

chất lỏng không tan lẫn vào nhau.
Trong đó có một chất lỏng phân tán
vào chất lỏng kia dưới dạng những
hạt nhỏ li ti, và được gọi là pha phân
tán, còn chất lỏng kia được gọi là
môi trường phân tán. Kích thứơc của
các giọt lỏng được biến đối trong
phạm vi rất rộng.
Hình 2.1: Nhũ tương Bitum(Nguồn: Internet)
Để nhũ tương có tính ổn định người ta cho thêm vào một chất gọi là chất nhũ hoá.
Chất nhũ hoá sẽ hấp phụ trên bề mặt các giọt Bitum làm giảm sức căng bề mặt ở mặt phân
chia pha giữa Bitum và nước. Đồng thời nó tạo ra trên bề mặt các giọt Bitum một lớp
màng mỏng kết cấu bề vững, có tác dụng ngăn cản sự kết tụ của chứng làm cho nhũ tương
được ổn định.
2.

Phân loại nhũ tương
Có rất nhiều cách để người ta phân loại nhũ tương Bitum, mỗi một nước, hay hãng

sản xuất lại có cách phân loại khác nhau, nhưng tựu lại có thể phân loại theo các cách:
Phân loại nhũ tương theo kiểu và loại, theo tốc độ phân tách, theo hàm lượng nhựa chứa
trong nhũ tương.
a.

Phân loại theo pha phân tán và môi trường phân tán

Chủ yếu là hai loại
- Nhũ tương thuận: Pha phân tán là Bitum, môi trường phân tán là nước.
- Nhũ tương nghịch: Pha phân tán là nước, môi trường phân tán là Bitum.
17


b.

Phân loai theo tính chất hoat đông bề mặt
Chủ yếu là các loại sau:

- Nhũ tương cation hoạt tính.
+ Độ pH của nhũ tương 1-6
+ Các chất hoạt động bề mặt là muối alkylamin, muối amoni bậc 4, các muối amin oxit
- Nhũ tương Anion hoạt tính
+ Độ pH của nhũ tương 8-12
+ Các chất hoạt động bề mặt là các muối của các axit béo, các muối sufua
- Nhũ tương không sinh ion
- Nhũ tương loại bột nhão
c.

Phân lọai theo khả năng phân tách - theo ASTM D997-86
Được phân theo 3 loai chính, trong mỗi loại có các mác tương ứng

- Nhũ tương phân tách nhanh.
- Nhũ tương phân tách trung bình.
- Nhũ tương phân tách chậm.
d.

Phân lọai theo Pháp NF T66-16
Được phân ra phụ thuộc vào loại hoạt tính chất hoạt động bề mặt (Cation hoạt tính

hoặc anion hoạt tính ) và tốc độ phân tách nhũ tương
- Nhũ tương Cation hoạt tính, kí hiệu là C
- Nhũ tương Anion hoạt tính, kí hiệu là A Có 4 loại
nhũ tương như sau:
- Nhũ tương phân tách chậm.
- Nhũ tương phân tách nhanh.
- Nhũ tương phân tách trung bình.
- Nhũ tương siêu ổn định.

18


e.

Phân loại theo khả năng thi công - theo Caltex

- Premix grade: Là một công thức nhũ tương có độ ốn định lớn hơn so với loại spray
grade, thích hợp để trộn với vật liệu đá có đường kính danh nghĩa lớn hơn hoặc bằng
3mm.
- Raped setting grade: Là một công thức nhũ tương thích hợp để trộn với các hạt khoáng
mịn, hỗn hợp ở dạng vữa và tốc độ phân tách nhanh.
- Spray grade: là một công thức nhũ tương thích hợp với thiết bị phun cơ học dùng để xử
lý bề mặt đường (láng mặt, làm lớp dính bám ...) và không đạt yêu cầu trộn với vật liệu
đá.
- Stable mix grade: Là một công nhũ tương thích hợp đế trộn với các hạt khoáng mịn, cát
nghiền. Hỗn hợp ở dạng mịn và có tốc độ phân tách chậm.
II.

Phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum.
Có hai phương pháp chế tạo nhũ tương Bitum: Phương pháp ngưng tụ và phương

pháp phân tán.
1.

Phương pháp ngưng tụ
Khi chất lỏng M được hoà tan vào chất lỏng N ở trạng thái quá bão hoà, nếu trạng

thái quá bão hoà bị vỡ sẽ tạo thành nhũ tương. Có thể phá vỡ trạng thái quá bão hoà bằng
cách hạ thấp nhiệt độ của dung dịch hoặc thay đổi nồng độ của dung dịch để giảm độ hoà
tan.
Phương pháp này ít được sử dụng trong công nghiệp so với phương pháp phân tán.
2.

Phương pháp phân tán
Phương pháp phân tán để chế tạo nhũ tương Bitum gồm hai dạng. Quá trình nhũ

hoá xảy ra một cách tự nhiên với dầu có khả năng nhũ hoá hay hoà tan, hoặc quá trình
nhũ hoá xảy ra do có lực tác dụng bằng thiết bị nhũ hoá để phân tán một pha lỏng thành
những hạt nhỏ vào pha lỏng kia.
III.
1.

Ổn định nhũ tương
Sức căng bề mặt của dung dịch chất nhũ hoá
Giữa các phân tử chất lỏng hay chất rắn luôn có lực liên kết. Các phân tử nằm bên
19


trong chất lỏng có lực liên kết về mọi phía của phân tử. Các phân tử chất lỏng nằm trên bề
mặt có một phía không liên kết với các phân tử lỏng khác, do đó có năng lượng cao hơn.
Chất lỏng có xu hướng tạo thành hình cầu sao cho diện tích tiếp súc nhỏ nhất, để có năng
lượng thấp nhất.
Sức căng bề mặt là khái niệm dùng để mô phỏng lực liên kết giữa các phân tử tại
bề mặt. Sức căng bề mặt của một pha là do các phân tử ở bề mặt pha có năng lượng cao
hơn pha kia. Lực liên kết giữa các phân tử của pha nào lớn hơn sẽ có sức căng bề mặt lớn
hơn.
Khi hai chất lỏng A và B tiếp xúc nhau, giữa các phân tử của chứng cũng có lực
liên kết. Giả sử sức căng bề mặt của chất lỏng A là 𝛾A, của chất lỏng B là 𝛾B , sức căng bề
mặt giữa hai chất lỏng AB là 𝛾AB thì:

𝛾AB= 𝛾A + 𝛾B - 2∑ AB là lực liên kết giữa phân tử Avà B.

Khi lực liên kết giữa phân tử A và B rất lớn, sức căng bề mặt giữa chứng nhỏ. Điều
này nghĩa là năng lượng của chứng giảm do có sự tiếp xúc giữa 2 pha. Do 2 chất lỏng dần
bị phân tán vào nhau nhằm tăng diện tích tiếp xúc. Giói hạn của quá trình phân tán này là
2 chất lỏng trộn lẫn vào nhau tạo thành dung dịch A và B
Có thể giải thích cơ chế sức căng bề mặt giữa pha dầu và pha nước dưới tác dụng
của chất nhũ hoá như sau: Trong dung dịch chất nhũ hoá, các phân tử chất hoạt động bề
mặt tập trung và bị hấp thụ ở bề mặt dung dịch, các nhóm kị nước hướng vào không khí,
bề mặt dung dịch được bao phủ bỏi các nhóm kị nước. Do lực liên kết giữa các
hydrocacbon nhỏ hơn giữa các phân tử nước nên sức căng bề mặt của dung dịch nước ( bị
bao phủ bởi nhóm kị nước ) sẽ nhỏ hơn sức căng bề mặt của nứơc. Nghĩa là dưới tác dụng
của chất hoạt động bề mặt, sức căng bề mặt của nước giảm.
Khi một chất hoạt động bề mặt được hấp thụ vào bề mặt dầu nước, các phân tử dầu
và nước không tiếp xúc trực tiếp với nhau mà qua phân tử chất hoạt động bề mặt. Các
nhóm kị nước hướng vào dầu, các nhóm ưa nước hướng vào nước. Lực liên kết giữa dầu
và nhóm kị nước cũng như lực hên kết giữa nhóm ưa nước và nước thường lớn. Do đó
chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của dầu và nước .Như vậy sự cân bằng
giữa nhóm ưa nước và nhóm kị nước của chất nhũ hoá là một yếu tố quyết định sự hấp
20


thụ của nó ở bề mặt lỏng - lỏng. Khi sự cân bằng giữa nhóm ưa nước và nhóm kị nước
thích hợp, chất hoạt động bề mặt hoạt động bề mặt hoạt động có hiệu quả và chi có một
lượng nhỏ dầu tiếp xúc trực tiếp vói nước, sức căng bề mặt giảm Qua việc nghiên cứu sức
căng bề mặt của hệ nhũ tương Bitum -nước có thể đánh giá độ bền và độ ổn định của hệ.
Sức căng bề mặt giữa 2 pha bị ảnh hưởng bởi hàm lượng chất hoạt động bề mặt, nhiệt độ
và sự có mặt của các muối.
Bằng con đường nhiệt động học, ta có phương trình mô tả sự phụ thuộc sức căng
bề mặt vào kích thước giọt lỏng.
2.

Cấu tạo lớp điện tích kép
Các chất hoạt động bề mặt hấp phụ lên bề mặt giọt nhũ, nhóm kị nước hướng ra

pha dầu, nhóm ưa nước hướng vào pha nước tạo nên một lớp màng giữa hai pha. Nhũ
tương sẽ ổn định hơn khi lớp màng ở bề mặt phân chia giữa hai pha tích điện. Lớp điện
tích này có thể tạo được thành từ 3 cách:
+ Do quá trình oxy hoá
+ Do quá trình hấp phụ
+ Do sự tiếp xúc
Khi các chất nhũ hoá hấp phụ lên bề mặt các giọt nhũ thì các nhóm có khả năng hoà tan
trong nước bị ion hoá tạo thành lớp điện tích kép bao bọc quanh giọt nhũ.
Đối với nhũ tương được ổn định bằng các hợp chất không ion thì lớp điện tích tại
bề mặt giọt nhũ sẽ không phải do sự hấp phụ các ion từ môi trường phân tán mà do ma sát
khi tiếp xúc với nhau hay tiếp xúc với môi trường phân tán mà do ma sát khi các giọt tiếp
xúc với nhau hay tiếp xúc với môi trường phân tán. Điều này đã được nhiều tác giả
nghiên cứu và chứng minh bằng thực nghiệm. Một chất có hằng số điện môi cao sẽ tích
điện khi tiếp xúc với một chất cố hằng số điện môi thấp hơn. Như vậy, do nước cố hằng
số điện môi cao nên phần lớn nhũ tương dầu nước cố điện tích âm còn nhũ tương nước
dầu lại cố điện tích dương.
Lớp điện tích trên bề mặt giọt rất phức tạp. Khi các ion mang điện bao quanh các
giọt nhũ, các ion trái dấu sẽ nằm song song, tiếp xúc với lớp ion trên tạo thành lớp điện
kép.
21


Hình 2.2: Lớp điện tích kép ở bề mặt phân chia dầu - nước
(Nguồn: Internet)
Lớp điện tích kép gồm 2 phần: một phần cố định nằm sát bề mặt, phần khác phân
tán tạo thành lớp phân tán. Mật độ điện của các điện tích ở lớp phân tán giảm mạnh theo
quy luật hàm số mũ,
Khi không có mặt chất nhũ hoá, sự phân bố thế của lớp thế của lớp điện tích kép
được trình bày như hình a, hệ nhũ tương có xu hướng keo tụ mạnh Khi có mặt chất nhũ
hoá, có sự thay đổi thế của lớp điện tích kép (hình b), thế Zeta đủ lớp để ổn định nhũ
tương. Giới hạn để ổn định nhũ tương là thế Zeta=10

Hình 2.3: Lớp điện tích kép ở trên 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 và có mặt chất điện ly trong pha nước.
Khi thêm chất điện ly vào pha nước, có sự thay đổi rõ ràng trong đường cong thế.
Bán kính lớp phân tán sẽ giảm do sự tăng nồng độ ion ngược dấu và sự nén điện tích kép.
Lớp điện tích kép bao quanh giọt nhũ ý nghĩa rất lớn đối với sự ổn định của hạt nhũ
tương, do nó ngăn cản các giọt nhũ tiến lại gàn nhau, kết tụ và phá vỡ nhũ tương.
22


3.

Ổn định nhũ tương
Để ổn định nhũ tương một cách hiệu quả thì yêu cầu nhũ tương được tạo ra phải có

một độ bền tương đối cao, do vậy sau khi nhũ tương được chế tạo thì cần phải có thêm
một công đoạn quan trọng nữa là làm bền nó. Độ ổn định của nhũ tương phụ thuộc vào
bản chất của chất nhũ hoá, chất làm bền, nhiệt độ, tốc độ khuâý trộn, thời gian khuấy
trộn...
4.

Hiện tượng tách nhũ tương
Để nhũ tương có độ ổn định cao, kích thước hạt nhũ phải nhỏ, sự phân bố kích

thước giọt hẹp.
Ban đầu do có sự khác nhau về tỉ trọng giữa pha phân tán và môi trường phân tán,
nhũ tương bị phân tán làm 2 phần có nồng độ chất phân tán khác nhau. Tốc độ lắng của
nhũ được 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 của chất phân và môi trường phân tán
n2 :Độ nhớt môi trường phân tán
g: gia tốc trọng trường
Từ phương trình Stoke có thể thấy rằng để làm giảm quá trình lắng các giọt nhũ,
nhũ tương phải có phân bố kích thước giọt hẹp, kích thước của các giọt nhỏ, hoặc tỷ trọng
giữa các pha tạo nên nhũ tương phải xấp xi nhau, điều này rất khó thực hiện được trong
một số trường hợp cụ thể. quá trình lắng đọng có thể trở lại dạng nhũ tương ban đầu nhờ
tác dụng khuấy trộn mạnh.
Quá trình phá nhũ hoàn toàn xảy ra khi các giọt Bitum kết hợp lại với nhau thành
các giọt Bitum lớn hơn làm giảm số lượng giọt trong nhũ tương. Quátrình kết hợp này xảy
ra liên tục, đến một lúc nào đó nhũ tương bị phân tách thành hai quá trình riêng biệt.
23


Quá trình kết tụ xảy ra theo hai bước: Ban đầu các giọt nhũ có xu hướng tập hợp
lại, tạo thành một tập hợp giọt. Trong mỗi tập hợp giọt các giọt nhũ tiếp xúc trực tiếp với
nhau khi phân tử chất nhũ hoá trên bề mặt giọt nhũ tương bị khử hấp phụ. Do đó mà
chứng kết hợp lại tạo thành các giọt có kích thước lớn hơn. Lúc này nhũ tương bị lắng
động và phân tách nhanh chóng. Như vậy lực hấp thụ của chất nhũ hoá đối với pha phân
tán có vai trò rất quan trọng trong quá trình ổn định nhũ tương, ngăn cản quá trình kết tụ
của các giọt nhũ lại với nhau.
5.

Hiện tượng bị đảo tướng
Sự đảo tướng trong nhũ tương là hiện tượng là một hiện tượng phổ biến vốn tồn tại

lâu nay trong tất cả các hệ nhũ. Khi ta đưa chất nhũ hoá vào nhũ tương, vừa đưa, vừa
khuấy mạnh một lượng thừa chất hoạt động bề mặt sẽ cho nhũ tương ngược lại với nhũ
tương ban đầu. Nghĩa là pha phân tán (Bitum) lúc này đã trở thành môi trường phân tán
và ngược lại môi trường phân tán (nước) đã trở thành pha phân tán.
Ngoài ra, hiện tượng đảo tướng còn xảy ra do tác dụng cơ học lâu dài trong một số
điều kiện nhất định. Khi quan sát bằng kính hiển vi người ta thấy rằng trong quá trình đảo
tướng sẽ bắt đầu bằng việc các giọt của pha phân tán bị kéo dài ra, chuyển thành màng,
rồi sau đó các màng mới được tạo thành này bao bọc lấy môi trường phân tán của nhũ
tương ban đầu, dần dần đã biến môi trường phân tán trỏ thành pha phân tán. Một điều lý
thú là do sự phân tán không đồng đều chất nhũ hoá trong các khu vực nhỏ khác nhau của
hệ mà trong sự đảo tướng có thể suất hiện cái gọi là đa nhũ tương, tức là các gịot dầu của
nhũ tương dầu / nước lại có thể chứa những giọt nước vô cùng nhỏ trong nó.
IV.

Sản xuất nhũ tương Bitum
Phần lớn nhũ lương được sản xuất bẳng thiết bị trộn. Thiết bị này gồm có một rotor

cao tổc quay với tốc độ từ 1000 - 6000 vòng/phút trong một stator và khoảng trống giữa
rotor và stator thường là 0,25 mm - 0,5 mm; khoảng trống đó có thể điều chỉnh được.
Bitum nóng và dung dịch chất tạo nhũ được nạp riêng rẽ nhưng đồng thời vào thiết bị
trọn. Nhiệt độ của hai thành phần này có thể biến động phụ thuộc vào phẩm cấp, tỷ lệ
Bitum trong nhũ tương và loại chất nhũ hóa... Độ quánh (nhớt) của Bitum khi được đưa
vào máy trộn không được vượt quá 0,2 Pa.s (2 poise). Để đạt được độ nhớt này, Bitum
24


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×