Chuyên đề Bê tông polyme chất kết dính xenlulo

CHUYÊN ĐỀ BÊ TÔNG POLYME CHẤT KẾT DÍNH XENLULOSinh viên thực hiện :Cao Đắc Quang(Nhóm trưởng). : Nguyễn Đình Ngọc. : Nguyễn Văn Quảng. :Vương Văn Phong . :Nguyễn Bá Quyền. :Trần Văn Quyết. :Đặng Quốc Sinh . :Phạm Văn Sơn.Giáo viên hướng dẫn: TSKH. BẠCH ĐÌNH THIÊN TỔNG QUAN VỀ CHUYÊN ĐỀ:Phần 1:Tìm hiểu về Xenlulo:Phần 2:Bê tông polyme trên nền xenlulo:1:cốt liệu2:chất hóa dẻo.3:chất độn mịn.4:Quá trình sản xuất bê tông polyme trên nền tảng xenlulo.5.Một số đặc tính của bê tông xenlulo.6:một số sản phẩm. 7. Thiết kế mặt đường bộ (sử dụng bê tông polyme xenlulo). Phần 1:Tìm hiểu về Xenlulo:I- TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TRẠNG THÁI THIÊN NHIÊNXenlulozơ là chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nước, ngay cả khi đun nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như ete, benzen,...là một trong những dạng phổ biến nhất có trong thiên nhiên.Xenlulozơ là thành phần chính cấu tạo nên lớp màng tế bào thực vật, là bộ khung của cây cối. Xenlulozơ có nhiều trong bông (95−98%), đay, gai, tre, nứa (50−80%), gỗ (40−50%)Phụ thuộc khối lượng phân tử người ta chia ra làm 2 loại α-xenlulo và gemixelulo. α-xenlulo được gọi là phần cao phân tưt cuarcuar xenlulo tự nhiên có khối lượng phân tưt 50000-650000 và cao hơn( n= 3000-4000). Từ bông có thể nhận xenlulo có khối lượng phân tử trên 1500000. gemixelulo có khối lượng phân tử trên 16200, tức là n< 100. chúng hòa tan trong dung dịch kiềm 18%.II- CẤU TRÚC PHÂN TỬ :Xenlulozơ, (C6H10O5)n, có phân tử khối rất lớn khoảng 1.000.000−2.400.000).Xenlulozơ là một polime hợp thành từ các mắt xích β−glucozơ nối với nhau bởi các liên kết β−1,4glicozit, phân tử xenlulozơ không phân nhánh, không xoắn. Mỗi mắt xích C6H10O5 có 3 nhóm OH tự do, nên có thể viết công thức cấu tạo của xenlulozơ là [C6H7O2(OH)3]nIII- TÍNH CHẤT HÓA HỌC:Tương tự tinh bột, xenlulozơ không có tính khử; khi thủy phân xenlulozơ đến cùng thì thu được Glucozơ. Mỗi mắt xích C6H10O5 có 3 nhóm OH tự do nên xenlulozơ có tính chất của ancol đa chức.1. Phản ứng của polisaccarit:Thí nghiệm: Cho một nhúm bông vào cốc đựng dung dịch H2SO4    70% đun nóng đồng thời khuấy đều đến khi thu được dung dịch đồng nhất. Trung hòa dung dịch thu được bằng dung dịch NaOH 10%, sau đó đun nóng với dung dịch AgNO3/NH3.Hiện tượng: Bạc kim loại bám vào thành ống nghiệm.Giải thích: Xenlulozơ bị thủy phân trong dung dịch axit nóng tạo ra glucozơ.(C6H10O5)n+nH2O−→−−−−H2SO4,t0nC6H12O6Phản ứng thủy phân cũng xảy ra ở trong dạ dày động vật nhai lại (trâu,bò,...) nhờ enzim xenlulozơ. 2.Phản ứng của ancol đa chức:- Xenlulozơ phản ứng với HNO3 đặc có H2SO4 đặc làm xúc tác.Thí nghiệm: Cho 4 ml axit HNO3 vào cốc thủy tinh, sau đó thêm tiếp 8 ml H2SO4 đặc, lắc đều và làm lạnh hỗn hợp bằng nước. Thêm tiếp vào cốc một nhúm bông. Đặt cốc chứa hỗn hợp phản ứng vào nồi nước nóng (khoảng 60−70%) khuấy nhẹ trong 5 phút, lọc lấy chất rửa sạch bằng nước rồi ép khô bằng giấy lọc sau đó sấy khô (tránh lửa). Hiện tượng: Sản phẩm thu được có màu vàng. Khi đốt, sản phẩm cháy nhanh, không khói, không tàn.Giải thích: Xenlulozơ phản ứng với (HNO3+H2SO4) khi đun nóng cho xenlulozơ trinitrat:[C6H7O2(OH)3]n+3nHNO3−→−−−−H2SO4,t0[C6H7O2(ONO2)3]n+3nH2OXenlulozơ trinitrat là chất dễ cháy và nổ mạnh được dùng làm thuốc súng.- Xenlulozơ tác dụng với anhiđrit axetic (CH3CO)2O sinh ra xenlulozơ triaxeta [C6H7O2(OOCCH3)3]n, là một chất dẻo dễ kéo thành tơ sợi.- Sản phẩm của phản ứng giữa xenlulozơ với CS2 (cacbon đisunfua) và NaOH là một dung dịch rất nhớt gọi là visco. Khi bơm dung dịch nhớt này qua những lỗ rất nhỏ (đường kính 0,1 mm) ngâm trong dung dịch H2SO4 loãng, xenlulozơ được giải phóng qua dưới dạng những sợi dài và mảnh, óng mượt như tơ, gọi là tơ visco.- Xenlulozơ không phản ứng với Cu(OH)2, nhưng tan trong dung dịch [Cu(NH3)4](OH)2.IV.Ứng dụng của xenlulo:-Những nguyên liệu chứa xenlulo(bông,đay gỗ,)thường được dùng trực tiếp (kéo sợi dệt vải,trong xây dựng,làm đồ gỗ,)hoặc chế biến thành giấy.-Xenlulo còn là nguyên liệu sản xuất tơ nhân tạo như tơ sissco,tơ axetat và chế tạo thuốc súng không khói.Vải sợi vissco:-Từ xenlulo tạo xenlulo trraxetat dùng sản xuất tơ axetat,tơ vissco hoặc phim ảnh.Phim ảnh:-Thủy phân xenlulozơ sẽ được glucozơ làm nguyên liệu để sản xuất etanol.-Xenlulo còn có ứng dụng quan trọng trong việc sản xuất bê tông polyme – một hướng đi quan trọng trong xây dựng hiện đại ngày nay.Phần 2:Bê tông polyme trên nền xenlulo: I. Cốt liệu : -Thành phần chính của BP (gần 80% theo thể tích ) là chất độn và cốt liệu , mục đích và vai trò của chúng khi đưa vào nhựa là tạo cho kompodit độ bền , tính biến dạng và tuổi thọ , đáp ứng các điều kiện khai thác vật liệu trong các kết cấu -Cốt liệu là các hạt có kích thước lớn đến 50mm và lớn hơn của các khoáng vật ở dạng cát , đá dăm và sỏi cũng như các hạt được chế tạo chuyên dụng từ gốm có hình dạng đều hoặc không đều với các tỷ trọng khác nhauMột số hình ảnh về cốt liệu sử dụng cho bê tông polime dùng nhựa xenluloSỏi sôngGạch vỡ chịu axitCốt liệu Đá dăm bandanĐá dăm granitII.Chất hóa dẻo: là những chất khi cho vào vật liệu làm tăng độ mềm dẻo của vật liệu. Chất hóa dẻo đựoc sử dụng nhiều khi gia công các vật liệu polyme. Hàm lượng chất hóa dẻo thường từ 35-50%. Chất hóa dẻo thường là este của các hợp chất hữu cơ như DBP - dibutyl Phtalat, DOP - dioctyl phtalat, DIOP - diizooctyl phtalat...Chất hóa dẻo làm giảm nhiệt độ thủy tinh hóa Tg, và nhiệt độ nóng chảy Tm của polyme. Nó làm giảm tính cứng nhưng tăng tính bền, dai của vật liệu. Các thuộc tính của các vật liệu khác cũng được cải thiện khi pha trộn với chất dẻo bao gồm bê tông, đất sét, và các sản phẩm liên quan . Chất hóa dẻo thường được sản xuất từ cửa sổ pop lignosulfonates , một sản phẩm từ giấy công nghiệp. Superplasticizers đã thường được sản xuất từ gỗ hoạt tính naphthalene ngưng hoặc gỗ hoạt tính melamine formaldehyde, mặc dù sản phẩm mới dựa trên ete carboxylic đang có sẵn. Dẻo lignosulfonate dựa trên truyền thống, naphthalene và melamine siêu dẻo sulfonate dựa trên phân tán các hạt xi măng flocculated thông qua cơ chế của lực đẩy tĩnh điện (xem keo ). Trong dẻo bình thường, hoạt chất được hấp thụ trên các hạt xi măng, đem lại cho họ một khoản phí tiêu cực, điều này dẫn đến lực đẩy giữa các hạt. Lignin , naphthalene và melamine sulfonate siêu dẻo là các polyme hữu cơChất hóa dẻo thường dùng cho xenlulozo làdimetil ftalat :C6H4(COOCH3)2 có khối lượng phân tử 194.19 dietifatlat:C6H4(COOC2H5)2 có khối lượng phân tử 222.24dibutilftalat: có khối lượng phân tử 238.35dioktilftalat :C6H4(COOC8H7)2 có khối lượng phân tử 390.57diaktilftalat :C6H4(COOR)2 có khối lượng phân tử 390.57 dikaprilftalat: C6H4(COOC8H7)2 có khối lượng phân tử 265dibutilxebaxinat:C8H16(COOC4H9)2 có khối lượng phân tử 314..47dioktilxebaxinat:C8H16(COOC4H17)2 có khối lượng phân tử 426.68dioctylphthalat(dioktilftalat) 1.Tính chấtD.O.P,D.B.P là một chất lỏng khan,trong suốt, gần như không màu, có mùi khó nhận biết được.Tan trong các loại dung môi hữucơ thông thường. Có thể trộn lẫn và tương hợp với các chất hoá dẻo đơn phân tửthường  được dùng trong PVC Hầu như không tan trong nước. Làm chất hoá dẻo và chất phân táncho các loại sơn phủ cellulose, cellulose acetate butyrate.III.Chất độn mịn:Các chất độn mịn có ảnh hưởng rộng lớn đến các tính chất của polime có chất lèn đầy. Chúng ta biết rằng trong bê tông polime các chất độn khoáng đóng vai trò của phụ gia làm nghèo , làm giảm nhanh giá thành của các cấu kiện polime , hạn chế các biến dạng co và nhiệt , điều chỉnh tỷ trọng , cường độ , độ cứng ,các tính chất cơ lí và các tính chất khác. Các loại chất độn mịn thường được sử dụng trong sản xuất bê tông xenlulo bao gồm :thạch anh dạng bột , andedit, bazan Các chất độn khoáng khác : bột barit ,bột cát thạch anh , bột andehit , agloporit nghiền ,đôlômit nghiền mịn , than cốc nghiền mịn , bột điện cực graphit, corunđum trắng ,cao lanh, tank ,cát thạch anh sôngCác chất độn khoáng khác : bột barit ,bột cát thạch anh , bột andehit , agloporit nghiền ,đôlômit nghiền mịn , than cốc nghiền mịn , bột điện cực graphit, corunđum trắng ,cao lanh, tank ,cát thạch anh sông Thành phần ,tính chất của 1 số chất độn tiêu biểu : Barit (baryt), công thức (BaSO4), là một khoáng vật chứa bari sunfat. Nhóm barit bao gồm barit, celestin, anglesit và anhydrit. Barit nhìn chung có màu trắng hoặc không màu, và là nguồn chủ yếu cung cấp chủ yếu của bari. Barit và celestin tạo thành hỗn hợp rắn (Ba,Sr)SO4.Thạch anh (silic điôxít, SiO2) là một trong số những khoáng vật phổ biến trên Trái Đất. thức chung là SiO2.Thạch anh được cấu tạo bởi một mạng liên tục các tứ diện silic–oxy SiO4, trong đó mỗi ôxy chia sẻ giữa hai tứ diện nên nó có công cát thạch anh Bột đôlômit (Ca(MgCO3)2 Hàm lượng các thành phần chính: MgO             : 22,1 – 21,7% + CaO             : 30 -31%+ MKNL         : 46 – 47%+ Fe2O3           : 0,05 – 0,1%+ SiO2              : 0,5 – 0,6%- Cỡ hạt qua sàng 100meshbột baritTính theo hàm lượng thì than cốc chứa khoảng 96-98% С, phần còn lại là Н, S, N, O. Độ xốp đạt 49-53%, tỷ trọng riêng khoảng 1,80-1,95 g/cm³, tỷ trọng biểu kiến khoảng 1 g/cm³, còn tỷ trọng khi ở dạng rời là khoảng 400–500 kg/m³, độ tro 9-12%, tỷ lệ các chất dễ bay hơi khoảng 1%. Độ ẩm tương đối khoảng 2-4% và không lớn hơn 0,5% khối lượng. Giới hạn sức bền khi bị nén là 15-25 Mpa.Graphite nhân tạo (điện cực Graphite) là một dạng của cacbon, thường được tách ra tại một lò điện bằng cách đốt nóng một hỗn hợp của vỏ cốc tinh luyện (thường là cốc dầu mỏ, song đôi khi có cốc chủng luyện, cốc hắc ín...) và chất kết dính cacbon (như : hắc ín hoặc nhựa đường) tới một nhiệt độ đủ cao (2500 độ C đến 3000 độ C Than cốc nghiền mịn   bột điện cực grafit Tro bay là một loại bụi được thu tại bộ phận khí thải của ngành năng lượng từ quá trình đốt cháy than:Bột samôt là đất sét được nungở nhiệt độ rất cao rồi nghiền nhỏ: IV.Quá trình sản xuất bê tông polyme:1. Chuẩn bị vật liệu đầu vào:Chất kết dính: polyme, dung môi hòa tan.Cốt liệu: + cốt liệu lớn: đá dăm granhit, đá dăm badan, đá vôi, gạch vỡ chịu axit, sỏi sông.+ cốt liệu nhỏ: cát+ chất độn: chất độn khoáng, chất độn mịn (bột barit, bột cát thạch anh, agloporit, coundum trắng)Phụ gia: phụ gia hóa dẻo, phụ gia đóng rắn, chất kích động.2. Tính toán cấp phối và nạp liệu.Nguyên vật liệu sau khi được chuẩn bị được tiến hành định lượng và nạp vào máy trộn.3.Kiểm soát quá trình trộn để đảm bảo chất lượng của bê tông:Đối với bê tông đúc sẵn:Phải kiểm soát quá trình tạo hình:- Vệ sinh khuôn: Công nhân dùng dụng cụ làm sạch bề mặt và các rãnh khuôn sau đó dùng bàn chải sắt chà sạch thành và đáy khuôn.- Lắp khuôn:Khuôn lắp ghép không được cong vênh, các vị trí tiếp giáp giữa các ván phải kín khít, các kích thước hình học của khuôn phải đảm bảo.- Chống dính khuôn: Sử dụng rulô lăn hoặc phun xịt phụ gia chống dính toàn bộ bề mặt tiếp xúc bê tông 10 phút đến 15 phút trước khi bơm vữa vào khuôn.- Rót khuôn: Vữa từ bồn bơm được bơm tới khuôn bằng ống mềm sao cho chiều cao từ miệng ống luôn cách bề mặt vữa trong khuôn từ 30cm-40cm; vữa phải đảm bảo điền đầy khuôn hoặc cao hơn mặt khuôn đến 1cm để làm mặt, 15 phút sau khi rót sẽ gạt mặt. Quá trình tháo khuôn, phân loại sản phẩm, đóng kiện:- Hỗn hợp vữa sau khi đủ thời gian ninh kết được tháo rời ra khỏi khuôn được hệ thống cẩu trục đưa tới khu vực máy cắt để tạo thành những viên Block theo kích thước mà chủ đầu tư và tư vấn thiết kế yêu cầu. Các viên Block được phân loại dựa theo các khuyết tật về kích thước ngoại quan và được chất kiện đưa về khu vực dưỡng hộ. Quá trình dưỡng hộ và nhập kho sản phẩm:- Dưỡng hộ sản phẩm:- Sản phẩm sử dụng chất ninh kết là polyme và ở vùng khí hậu nhiệt đới nên được dưỡng hộ ẩm trong thời gian quy định. Sau thời gian dưỡng hộ theo quy định thành phẩm được đóng kiện và tập kết ra khu sân bãi. Đối với bê tông tươi- Bê tông sau khi trộn được vận chuyển đến công trường: phải đảm bảo thời gian ninh kết, rắn chắc để tiến hành việc thi công đủ thời gian.- Tiến hành bảo dưỡng- Kiểm tra chất lượng4.Máy trộn bê tông polyme:V.Một số đặc tính của bê tông xenlulo:Khối lượng thể tích: 2200-2400 kg/m3Cường độ chịu kéo 15-25 MpaCường độ chịu uốn 5-8 MPaCường độ chịu nén70-90 MpaMoodun đàn hồi khi nén (20-30) 103 MpaĐộ xuyên nước thấp.Khả năng bám dính tốtĐộ bền hóa caoĐộ mài mòn thấp 0,018-0,21 g/cm2Thân thiện với môi trườngVI.một số sản phẩm :1.Ống bê tông xenlulo :+ Được sản xuất từ sợi Xellulo tinh chế, cát thạch anh, xi măng. Đảm bảo độ cách âm cách nhiệt, đặc biệt là khả năng chống cháy khi sảy ra sự cố, có thể chịu nhiệt đến 120 phút. Bên trong đường ống được xử lý nhẵn chống bám bẩn trong quá trình sử dụng, dễ vệ sinh.+ Sản phẩm được ứng dụng thi công các hạng mục công trình:- Đường ống dẫn nước sạch.- Đường ống dẫn rác nhà cao tầng.- Đường ống dẫn nước thải.- Đường ống dẫn khí.2. Tấm bê tông xenlulo :+ Thành phần chất liệu gồm: Xi măng, sợi cellulose, cát tinh khiết siêu mịn và chất liên kết. + Là vật liệu cách âm, cách nhiệt và chịu được cường lực cao+ Ưu điểm :· Sản xuất theo công nghệ xanh thân thiện với môi trường, không có amiăng.· Độ bền cao, khả năng chống chịu thời tiết tốt nên có thể dùng cho nội thất cũng như ngoại thất.· Chịu nhiệt và chống cháy. Sử dụng cùng với vật liệu bảo ôn, có tính cách âm, cách nhiệt tốt (tiết kiệm năng lượng). · Chống ẩm và chống thấm.· Chống mối mọt, côn trùng gây hại· Độ cứng cao, chịu va đập, không cong võng, rạn nứt.· Tính mỹ thuật: linh hoạt, thoả mãn ý tưởng kiến trúc, hoàn toàn có thể sơn lên bề mặt tấm với màu sắc tuỳ ý.· Sản phẩm có thể uốn cong, đáp ứng các nhu cầu thi công khác nhau.·  Trọng lượng nhẹ, dễ dàng vẫn chuyển.·  Lắp đặt dễ dàng và thuận tiện, thích hợp với cả khung gỗ hoặc khung thép.·  Dễ dàng tháo gỡ, chỉnh sữa nếu cần+ Ứng dụng của tấm bê tông xenlulo: ·Làm trần và vách ngăn cho nhà ga, sân bay, khách sạn, cao ốc văn phòng, trường học, bệnh viện...· Làm trần , tường ngăn cho các khu vực ẩm ướt hoặc nơi có yêu cầu chống cháy cao như nhà máy, các khu vực sản xuất thuốc, chế biến thực phẩm, sản xuất đồ uống, nhà máy dệt may, kho vải, nơi phát hành sách báo, "phòng sạch”, tháp truyền hình...· Tấm ốp mặt trước, mái hắt, đầu hồi, mái che, tường bao cho nhà công nghiệp.· Hộp bảo vệ đường ống kỹ thuật, bảo vệ cho hệ thống cơ điện· Sử dụng làm lớp lót ống trong công nghiệp· Làm nền phủ Eboxy chống vi khuẩn· Làm tấm ốp, tấm lót lắp đặt các thiết bị vệ sinh· Tấm lót phẳng gia cố cách âm cho mái tôn hoặc mái ngói.· Làm biển quảng cáo và tấm lớn.· Làm sàn và tấm lót sàn· Làm thành, bậc cầu thang, tấm ngăn cho cầu cống· Làm cốp pha cho xây dựng nhà, cầu đường...VII. Thiết kế mặt đường bộ(sử dụng bê tông polyme xenlulo): Để thiết kế một con đường có thể mang tải trọng nặng và mật độ xe lớn, ngoài việc phải đáp ứng được một nền đường có khả năng nhận tải trọng từ lớp mặt truyền xuống cần phải thiết kế cấp phối bê tông nhựa phù hợp, dùng đúng chủng loại nhựa đường và đạt hàm lượng nhựa tối ưu. Mặc khác phải đáp ứng được các yêu cầu về lún trồi nhựa, độ nhám mặt đường, giảm tiếng ồn, tầm nhìn tốt Mát tít nhựa đá dăm (SMA – Stone Mastic Asphalt) là cấp phối như thế. Cấp phối SMA:Vật liệu khoáng được sử dụng cho SMA phải là đá dăm, cát hạt thô và bột khoáng có cường độ cao, dính bám tốt. Các vật liệu khoáng này có cấp phối gián đoạn theo nguyên lí “đá chèn đá” để tăng khả năng chịu lực nhưng sẽ tạo ra những lỗ hổng lớn. Chất kết dính có thể là các loại nhựa đường thông thường, nhựa pô li me cải tiến với hàm lượng khá cao, tối thiểu là 6,5 – 7,5%. Phụ liệu ổn định nhựa khi được trộn với nhựa đường sẽ làm cho nhựa đường trở nên quánh hơn nhờ tính chất hút thấm nhựa của nó và do đó sẽ ngăn được hiện tượng chảy nhựa để tạo thành mát tít nhựa.Có như vậy, các lỗ hổng của cấp phối gián đoạn mới được lấp đầy bằng mát tít nhựa tạo thành một khối đặc chắc có các tính chất chống mài mòn, chống trượt cao, cường độ nén uốn, kéo uốn cao, độ rỗng dư nhỏ, quá trình lão hóa chậm Phụ liệu ổn định nhựa có thể là các loại vật liệu dạng sợi (Sợi Cellulose, sợi Forta-FI, sợi hóa học), dạng bột (bột cao su, bột chất dẻo).Phụ liệu ổn định nhựa được sử dụng chủ yếu hiện nay là sợi Cellulose và sợi Forta-FI. Mặc dù phụ liệu ổn định nhựa chiếm một tỉ lệ rất nhỏ trong SMA, khoảng 3 đến 15 phần ngàn, nhưng lại là thành phần không thể thiếu. Kết quả nghiên cứu áp dụng SMA ở Việt Nam trong thời gian qua tuy đã có đề cập đến “phụ gia ổn định”, “phụ gia chống chảy”, “sợi phụ gia” nhưng đã không coi chúng là một trong 3 thành phần không thể thiếu của SMA. Còn có quan niệm cho rằng, không cần sử dụng phụ liệu ổn định nhựa để chế tạo SMA mà chỉ cần dùng nhựa Polymer.ƯU DIỂM CỦA SMACó cấu trúc bền vững và có độ bền bề mặt Khả năng chống mỏi cũng như khả năng chống lão hóa caoSức kháng mài mòn và sức kháng trượt caoCó tuổi thọ caoDo vậy, SMA được sử dụng có hiệu quả cao để làm lớp phủ của kết cấu áo đường vừa đóng vai trò lớp chịu lực trực tiếp, nhất là vai trò chống lại hiện tượng lún vệt hằn bánh xe, vừa đóng vai trò lớp tạo nhám.