Buzz
Nhựa đường (UK: /ˈbɪtjʊmɪn/, US: /bɪˈtjuːmən,
Nhựa đường đôi khi bị nhầm lẫn với hắc ín vì cả hai đều chứa bitum. Tuy nhiên, hắc ín là một vật liệu nhân tạo được sản xuất qua chưng cất phá hủy các chất hữu cơ, trong khi nhựa đường có hàm lượng bitum cao hơn. Hắc ín và nhựa đường có những tính chất cơ lý khác biệt rõ rệt.
Nhựa đường có thể được tách ra từ các thành phần khác của dầu thô (như naphtha, xăng và dầu điêzen) thông qua quy trình chưng cất phân đoạn, thường được thực hiện dưới điều kiện chân không. Để đạt được sự phân tách tốt hơn, các phần nặng nhất của dầu có thể được xử lý tiếp bằng cách sử dụng prôpan hoặc butan trong pha siêu tới hạn để hòa tan các phân tử nhẹ hơn, sau đó tách ra. Sản phẩm có thể được xử lý thêm bằng phương pháp 'thổi' với oxy để làm cho nó cứng và nhớt hơn.
Nhựa đường có mặt trong các trầm tích tự nhiên như hồ nhựa đường (chủ yếu là hồ Trinidad ở Trinidad và hồ Bermudez ở Venezuela), gilsonit, biển Chết ở Israel và các loại cát hắc ín.
Nhựa đường có thể đủ cứng để vận chuyển dưới dạng đống rời (nó chỉ mềm đi khi bị nóng). Đôi khi, nhựa đường được trộn với dầu điêzen hoặc dầu lửa để dễ dàng vận chuyển. Khi đến nơi, các chất nhẹ hơn sẽ được tách ra khỏi hỗn hợp. Hỗn hợp này thường được gọi là bitum nguyên liệu (BFS).
Nhựa đường chủ yếu được sử dụng để sản xuất bê tông atphan cho việc rải đường, chiếm khoảng 80% lượng nhựa đường thương phẩm tiêu thụ tại Hoa Kỳ. Phần còn lại chủ yếu dùng để gắn kết các ván ốp. Các ứng dụng khác bao gồm làm thuốc xịt cho động vật, xử lý cột hàng rào và chống thấm nước cho các công trình xây dựng.
Trong thời kỳ cổ đại ở Trung Đông, các trầm tích tự nhiên chứa nhựa đường đã được sử dụng để làm vữa gắn kết gạch và đá, cũng như để xảm tàu và chống thấm nước. Từ tiếng Ba Tư chỉ nhựa đường là mumiya, có thể là nguồn gốc của từ 'mummy' (xác ướp) trong tiếng Anh.
Nguồn gốc
Phần lớn nhựa đường có nguồn gốc từ dầu mỏ. Tuy nhiên, cũng có một lượng lớn nhựa đường tồn tại trong tự nhiên. Các mỏ nhựa đường tự nhiên hình thành từ tàn tích của các loài tảo siêu nhỏ cổ đại (tảo silic) và các sinh vật đã từng tồn tại. Quá trình hình thành xảy ra trong Kỷ Than đá, khi các cánh rừng đầm lầy rộng lớn bao phủ nhiều khu vực trên Trái đất. Các sinh vật chết đi và bị chôn vùi dưới lớp bùn ở đáy đại dương hoặc hồ nước. Dưới tác động của nhiệt độ (trên 50 °C) và áp suất khi bị chôn vùi sâu trong lòng đất, phần còn lại của sinh vật chuyển hóa thành nhựa đường, kerogen hoặc dầu mỏ.
Các mỏ nhựa đường tự nhiên có thể được tìm thấy dưới dạng hồ nhựa đường như Pitch Lake ở Trinidad và Tobago, hồ Bermudez ở Venezuela. Ngoài ra, còn có các mạch nhựa đường tự nhiên xuất hiện tại La Brea Tar Pits và McKittrick Tar Pits ở California và Biển Chết.
Nhựa đường cũng xuất hiện trong các loại đá sa thạch không kết dính được gọi là 'cát dầu' ở Alberta, Canada, và 'cát hắc ín' tương tự ở Utah, Hoa Kỳ. Tỉnh Alberta của Canada sở hữu phần lớn trữ lượng dầu mỏ thế giới, tập trung trong ba mỏ khổng lồ với diện tích lên đến 142.000 km vuông (55.000 dặm vuông Anh), rộng lớn hơn cả nước Anh hay tiểu bang New York.
Miền Bắc Alberta, Canada là nơi có mỏ nhựa đường tự nhiên lớn nhất thế giới. Nằm trong Hệ tầng McMurray, mỏ Athabasca hình thành từ đầu kỷ Phấn trắng, với cấu trúc độc đáo bao gồm nhiều lớp cát chứa dầu, hàm lượng lên tới 20%. Các nghiên cứu đồng vị cho thấy mỏ dầu này có tuổi thọ khoảng 110 triệu năm.
Utah, Hoa Kỳ cũng có các mỏ dầu nặng hoặc nhựa đường, tuy quy mô nhỏ hơn, điển hình là mỏ Tar Sand Triangle, nơi nhựa đường chiếm khoảng 6% trữ lượng.
Nhựa đường có thể xuất hiện trong các mạch nhiệt dịch. Lưu vực Uinta ở Utah, Hoa Kỳ là ví dụ điển hình với hệ thống các mạch trải rộng cả theo chiều ngang và dọc. Nổi bật trong các mạch này là Gilsonite - một loại hydrocarbon rắn.
Lịch sử
Thời kỳ đồ đá cũ
Nhựa đường đã được con người sử dụng từ rất sớm, khoảng 40.000 năm trước vào thời kỳ đồ đá cũ. Trong thời kỳ này, nhựa đường được dùng để gắn kết các công cụ đá sơ khai với phần cán cầm.
Khi kiểm tra các hiện vật khai quật từ năm 1908 tại di chỉ Le Moustier (Pháp), các công cụ đá thuộc thời kỳ Mousterian được gắn vào tay cầm bằng hỗn hợp đất son và nhựa đường. Hỗn hợp này bao gồm 55% bột goethit và 45% nhựa đường dạng lỏng nấu chín, tạo thành chất dẻo để đúc cán cầm và cứng lại sau đó. Mặc dù các cuộc khai quật trước đây tại Le Moustier chưa xác định chính xác văn hóa khảo cổ và niên đại, nhưng phong cách đồ đá Mousterian cho thấy các công cụ này có liên quan đến người Neanderthals vào cuối thời kỳ Đồ đá cũ Giữa, khoảng từ 60.000 đến 35.000 năm trước. Đây là bằng chứng sớm nhất về việc sử dụng chất kết dính hỗn hợp ở châu Âu.
Thời kỳ cổ đại
Nhựa đường tự nhiên đã được sử dụng để chống thấm và làm chất kết dính từ ít nhất thiên niên kỷ thứ 5 trước Công nguyên. Tại Mehrgarh, thuộc nền văn minh Thung lũng Indus, người ta phát hiện một chiếc giỏ lưu trữ lương thực được lót bằng nhựa đường. Đến thiên niên kỷ thứ 3 trước Công nguyên, nhựa đường tinh chế đã trở nên phổ biến trong khu vực.
Người Sumer ở vùng Cận Đông cổ đại đã dùng nhựa đường tự nhiên cho nhiều mục đích khác nhau. Nhà sử học Hy Lạp Herodotus từng ghi nhận việc sử dụng nhựa đường nóng để làm vữa xây dựng tường thành Babylon.
Theo tài liệu ghi chép, đường hầm Euphrates dài 1 kilômét (0,62 dặm) nằm dưới sông Euphrates tại Babylon, được xây dựng vào thời kỳ của Nữ hoàng Semiramis (khoảng năm 800 TCN), sử dụng gạch nung và nhựa đường để chống thấm.
Tại Bắc Mỹ, các cuộc khai quật khảo cổ đã phát hiện việc sử dụng nhựa đường để gắn mũi tên đá vào trục gỗ. Nhựa đường từ bờ sông Athabasca và các con sông khác đã được người thổ dân Canada dùng để chống thấm cho ca nô bằng vỏ cây bạch dương. Họ cũng đun nóng nhựa đường trong những chiếc chậu để xua đuổi muỗi vào mùa hè. Trước thời thuộc địa, các dân tộc bản địa ở miền nam California cũng đã sử dụng nhựa đường để chống thấm cho xuồng gỗ ván.
Kinh tế
Mặc dù nhựa đường chỉ chiếm khoảng 4 đến 5% trọng lượng trong hỗn hợp lát đường, nhưng nó lại là thành phần đắt đỏ nhất trong tổng chi phí vật liệu xây dựng đường.
Khi mới bắt đầu ứng dụng nhựa đường vào việc lát đường hiện đại, các nhà máy lọc dầu thường cung cấp miễn phí loại vật liệu này. Tuy nhiên, hiện nay, nhựa đường đã trở thành mặt hàng giao dịch phổ biến với giá thành tăng đáng kể vào đầu thế kỷ 21. Theo báo cáo của chính phủ Mỹ:
- 'Vào năm 2002, giá nhựa đường chỉ khoảng 160 USD/tấn. Đến cuối năm 2006, giá đã tăng gấp đôi, đạt khoảng 320 USD/tấn. Tiếp theo, vào năm 2012, giá gần như lại tăng gấp đôi lần nữa, lên khoảng 610 USD/tấn.'
Theo báo cáo, một đoạn đường cao tốc 'trung bình' dài 1 dặm (1,6 km) với bốn làn xe sẽ cần khoảng 300 tấn nhựa đường. Vào năm 2002, chi phí cho lượng nhựa đường này ước tính là 48.000 USD. Đến năm 2006, chi phí tăng lên 96.000 USD và đến năm 2012 đã lên tới 183.000 USD. Như vậy, chỉ trong 10 năm, chi phí cho nhựa đường tăng khoảng 135.000 USD cho mỗi dặm đường cao tốc.
Tái chế
Nhựa đường là vật liệu được sử dụng rộng rãi trong xây dựng và thường xuyên được tái chế để tiết kiệm tài nguyên và bảo vệ môi trường. Hai loại vật liệu tái chế phổ biến chứa nhựa đường là mặt đường nhựa tái chế (RAP) và tấm lợp nhựa đường tái chế (RAS). Mặt đường nhựa tái chế (RAP) được tái sử dụng với tỷ lệ cao nhất ở Hoa Kỳ nhờ vào tính linh hoạt và hiệu quả. Loại vật liệu này thường chứa khoảng 5-6% chất kết dính nhựa đường, đảm bảo độ bền và khả năng kết dính cho mặt đường.
Nhựa đường theo thời gian sẽ tự nhiên trở nên cứng hơn do các yếu tố như oxy hóa, bay hơi, rỉ nhựa và thay đổi cấu trúc. Để phục hồi các đặc tính vật lý và hóa học của nhựa đường tái chế, người ta thường kết hợp nó với nhựa đường nguyên chất, các chất làm mềm và/hoặc phụ gia trẻ hóa.
Đảm bảo an toàn lao động
Nhựa đường có thể xâm nhập vào cơ thể con người trong môi trường làm việc qua hít thở hơi nhựa đường hoặc tiếp xúc trực tiếp với da. Viện An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Quốc gia Hoa Kỳ (NIOSH) khuyến cáo mức giới hạn phơi nhiễm nhựa đường là 5 mg/m3 trong 15 phút.
Nhựa đường vốn là vật liệu trơ. Để sử dụng cho sản xuất vật liệu lát đường, lợp mái và nhiều ứng dụng khác, nhựa đường cần được làm nóng hoặc pha loãng để đạt độ mềm dẻo nhất định. Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) đã đánh giá các nguy cơ sức khỏe liên quan đến nhựa đường, chỉ ra rằng các thông số ứng dụng, chủ yếu là nhiệt độ, ảnh hưởng đến mức độ phơi nhiễm và nguy cơ ung thư từ nhựa đường. Nhiệt độ cao hơn làm tăng nguy cơ phơi nhiễm với nhựa đường. IARC phân loại khói nhựa đường lát đường là chất gây ung thư loại 2B, tức là vẫn chưa đủ bằng chứng để khẳng định nó gây ung thư ở người, nhưng không thể loại trừ khả năng này.
Năm 2020, các nhà khoa học đã công bố báo cáo về ô nhiễm không khí, chỉ ra rằng nhựa đường hiện là một nguồn ô nhiễm đáng kể và thường bị bỏ qua tại các khu vực đô thị, đặc biệt trong các đợt thời tiết nóng bức.
Shilajit là một chất tương tự nhựa đường tìm thấy ở dãy Himalaya, đôi khi được sử dụng trong Y học Cổ truyền Ấn Độ (Ayurveda). Tuy nhiên, Shilajit không phải là hắc ín, nhựa cây hay nhựa đường.
- Bitum
- Hắc ín
Chú giải
Liên kết bên ngoài
- Vật liệu màu đen Lưu trữ 2005-12-10 tại Wayback Machine
- Pavement Interactive - Nhựa đường
- Tạp chí Asphalt
- CSU Sacramento, Bảo tàng Nhựa đường nổi tiếng thế giới! Lưu trữ 2007-05-29 tại Wayback Machine
- Viện Quốc gia về An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp - Khói nhựa đường
| Tiêu đề chuẩn |
|
|---|
