تعریف اصلی قیر و انواع آن

قیر طبیعی چیست؟
قیر جسمی هیدروکربنی به رنگ سیاه تا قهوه ای تیره است که در آن تتراکلریدکربن کاملا حل می شود. قیر در دمای محیط، جامد است. اما با افزایش دما، به حالت خمیری درمی آید و پس از آن مایع می شود. قیر انواع متفاوتی دارد از طبیعی و معدنی و خالص گرفته تا محلول و امولسیون و نفتی.
به گزارش خبرگزاری برنا؛ قیر جسم سیاهی است که از شمار زیادی هیدروکربون، که به سیستم کولوئیدی در هم شده اند، درست شده و دارای هیدروکربورنهای گوگرد دار و اکسیژن دار هم هست. با گرما دادن به قیر، از شخی به سفتی خمیری به شلی و آبکی می رود و در روغن های معدنی حل می شود.

قیر چسبنده است و دانه های سنگ را به همدیگر می چسابند، این است که در ساختن رویه های سیاه آسفالتی مصرف می شود. آب در قیر نشئت نمی کند، از این رو با آن ساختمان ها را آب بندی می کنند.

در ایران، قیر را از زمان باستان می شناختند. گمان می رود واژه قیر بابلی یا الامی باشد، زیرا آنها قیر معدنی را برای آب بندی کردن ساختمان ها و به جای ملات مصرف می کردند. امروزه قیر را دو جور به دست می آورند، آن را از معدن در می آورند (قیر معدنی)و بیشتر قیر مصرفی در راه سازی و آب بندی کردن ساختمان ها، از پالون نفت خام تهیه می شود. (قیر نفتی)

قیرهای معدنی
از پریدن روغن های نفت خام در زمان بس دراز پیدا شده است. گویند که قدیمی ترین معدن های قیر که از آنها بهره برداری می شده، در دره رود اردن پیرامون دریای مرده (بحر المیت) و موصل بوده است، بیشتر قیر معدنی ای که در امریکا و اروپای باختری مصرف می شود، از معدن های ترینیداد Trinidad و بر مواد Bermuda به دست می آید.

در ایران، قیر معدنی زیاد است. چند جا در استان کرمانشاه (پاطاق، گشان و جاهای دیگر)، پیشکوه و پشت کوه لرستان (قطعه قیران) و نزدیک ایستگاه راه آهن کشور. نزدیکی بیله سوار مغان (قیره دره) و جاهای دیگر معدن قیر پیداشده است. یکی از معدن هایی که قیر زیاد دارد و نویسنده ان را بررسی کرده، قیر معدنی بهبهان می باشد.

چون درجه آب شدن قیر معدنی بهبهان نزدیک به درجه آلو گرفتن آن است، از این رو نمی شود درجه آب شدن آن را اندازه گرفت.

قیرهای نفتی

قیرهای نفتی را از پالودن نفت خام می گیرند. نفت خام جسم کند روانی است به رنگ سیاه قهوه ای، به آن گرما می دهند تا بنزین، نفت و روغن های دیگرش بپرند و قیر آن پس بماند. از پالودن نفت خام، فرآورده های نوشته شده در زیر به دست می آیند:

در گرمای تا 100 درجه، بنزین سبک Light Gasolin

در گرمای 100 تا 160 درجه، حل کننده نفتی Naphta

در گرمای 160 تا 250 درجه، نفت چراغ Kerosence

در گرمای 250 تا 360 درجه، نفت گاز Gas Oil

در گرمای بیش از 360 درجه، پس مانده سوختی Residual Fuel

از گرما دادن بیش از 380 درجه به پس مانده سوختی، Solid Bitumen

روغن های قیر معدنی با گذشتن زمان خیلی دراز در گرمای کم، به کندی پریده اند که اکسیژن و گوگرد هم در آن کارگر بوده و قیر با آب و هوای پیرامون معدن اخت گرفته است. از این رو پایداری قیرهای معدنی در رویه های سیاه راه و اندودهای آب بندی، از قیرهای نفتی بیشتر می باشد.

قیر نفتی از پالودن نفت خام در گرمای زیاد وزمان خیلی کوتاه ساخته می شود. قیر نفتی خالص یا بیتوم، در گرمای زیاد و زمان خیلی کوتاه ساخته می شود.

قیر نفتی خالص یا بیتوم، در گرمای زیاد آبکی است، با کم شدن گرما، کند روان، خمیری سفت و شخ می شود. به قیر نباید زیاد گرما داد که روغنهای معدنی آن کم و بیش بپرند و خشک گردد و چسبندگی آن را گم کند.

تفاوت قیر معدنی و قیر نفتی

قیر معدنی و قیر نفتی همجنسند. تفاوتشان در زیر نوشته شده است:

الف قیر نفتی کمتر از 1% گوگرد دارد، قیر معدنی گوگردش بیشتر است. قیر معدنی ترینیداد 8/3%، قیر معدنی کالیفرنیا 9/3% و قیر معدنی مکزیک 2/3% گوگرد دارند.

ب قیر نفتی خالص است، قیر معدنی دارای جسم های معدنی می باشد و تا 1% هم خاکستر دارد.

ج روغن قیر نفتی بیشتراز قیر معدنی است، روغن قیرهای نفتی آبکی، تا 70% وزنشان می رسد خرید قیر

د شمار اسید و صابونی شدن قیر نفتی کمتر از قیر معدنی می باشد

)شمار اسید، روشن می سازد که برای خنثی کردن اسید آزاد در یک گرم قیر، به چند هزارم گرم هیدراکسید کالیم نیاز است و شمار اترسل، روشن می سازد که برای تجزیه اترسل در یک گرم قیر به چند هزارم گرم هیدراکسید کالیم نیاز است.صابونی شدن برابر است با شمار اترسل +شمار اسید (

شمار اسید در قیر نفتی کمتر از 1 و صابونی شدن آن تا 10 می رسد. این شمارها در قیر معدنی بیشتر است. (در قیر ترینیداد، شمار اسید 4/15 و صابونی شدن 34 می باشد). شمار اسید و صابونی شدن قیر نشانه جنس قیر و خالص بودن ان است.

قیر موم دار (موم نفت یا پارافین روغنی است معدنی که کم و بیش در قیر نفتی هست) برای ساختن رویه سیاه خوب نیست. موم (پارافین) خاصیت آنگمی قیر را کم می کند، هر چه مومقیر بیشتر باشد، خاصیت آنگمی آن کمتر است. با کم شدن خاصیت آنگمی قیر، کم کم رویه سیاه حالت فنری خود را گم می کند و شکننده می شود. رویه سیاه در سرما جمع شده، در آن تنش کششی پیدا می شود، همین که این تنش از تاب کششی رویه آسفالتی یخ زده زیاد ترشود، رویه می ترکد، هر چه موم (پارافین) قیر نفتی کمتر باشد، به قیر معدنی نزدیک تر و برای ساختن رویه سیاه بهتر است. نمی شود همه پارافین قیر نفتی را از ان گرفت زیرا، بخشی از پارافین که بلوری است، جدا می شود. اما آنچه غیر بلوری است جدا نمی شود و درقیر به حال محلول کولوئیدن می ماند.

به جز پارافین، مایه قیر (آسفالتین)، اکسیژن و روغن های معدنی هم در جنس قیر اثر دارند. خاکستر، جنس قیر بازاری را نامرغوب می کند، اما در قیر راه سازی مانند گرد سنگ است، زیرا جنس خاکستر بیشتر سیلیس و اکسید آهن است که در قیر جانسین جسم های آلی شده اند.

قیر خلاء

اگر پالایش نفت خام در خلاء (جای بی فشار)انجام گیرد، روغنهای معدنی سنگین نفت خام بیشتر گرفته می شوند، از این رو قیری که پس می ماند شخ می گردد. قیر خلاء در راه سازی مصرف نمی شود و آن را برای مصرف های ویژه می سازند و در سرما پایدار نیست زیرا روغن کم دارد و خاصیت آنگمی آن کم است.

قیر هوا دمیده یا قیر اکسید شده

برای آنکه قیر نفتی با درجه نرمی بالا، در سرما هم آنگمی بماند، به ان هوا می دهمند تا اکسید شود. قیر خالص را در روغن های معدنی سنگین حل می کنند و به ان گرما می دهند تا آب گردد. در قیر آبکی هوا می دمند تا اکسید شود و دارای خاصیت های قیر معدنی گردد.

با دمیدن هوا به قیر آبکی گرم و روغن های آن تنمی پرند. و در سرما هم آنگمی می ماند. اگر درجه نفوذ یک قیر اکسید شده و یک قیر اکسید نشده یکی باشد، درجه چکیدن و درجه نرمی قیر می رسد، از این رو در گرما از قیر اکسید نشده پایدار تر است.

چسبندگی قیر اکسید شده در گرمای زیاد بیشتر از قیر اکسید نشده است. خاصیت انگمی قیر اکسید شده در سرما، از قیر اکسید نشده بیشتر می باشد.

قیر اکسید شده Rubbery graed هم می نامند و ان را برای اندود کردن لوله ها، ساختن مقوا و گونی قیری، اندود در آب بندی و مانند اینها مصرف می کنند.

در پالایشگاه آبادان، برای اندود آببندی، دو جور قیر اکسید شده ساخته می شد:

قیر 25/80 و قیر 15/90 R که 15 و 25 درجه نفوذ و 80 و 90 درجه نرمی انها هستند.

چسبنده های سیاهی (قیر و قیطران) که برای ساختن رویه های سیاه راه مصرف می شوند باید دارای خاصیت های نوشته شده در زیر باشند: روی دانه های سنگ را با یک لعاب نازک بپوشانند و انها را به همدیگر بچسبانند. رویه سیاه در برابر اثرهای جوی به ویژه نشت کردن آب و کم و زیاد شدن گرما پایداری کند. آب در آن نشت نکند، در گرمای تابستان عرق نکرده، نرم نشود و موج برندارد و در سرمای زمستان جمع نشود و ترک نخورد.

رویه سیاه زیر چرخ غلتان بارکش های سنگین (چرخ سطح راه را می کوبد، می مکد و می خراشد و می راند) پایداری کند و بار چرخ را به لایه زیری خود برساند.

خاصیت های نوشته شده در بالا، پس از گذشتن زمان کوتاهی که از ساختن رویه سیاه گذشت، پیدا شوند و زمان درازی دوام کنند.

در راه سازی سه جور قیر نفتی مصرف می گردد: قیر خالص، قیر محلول و امولسیون قیر.

قیرهای خالص

پس مانده پالودن نفت خام است. در سرما شخ می باشد با زیاد شدن درجه گرما، سفت، خمیری، شل و آبکی می شود. قیر خالص برای ساختن رویه های سیاه داغ و گرم به مصرف می رسد. از این رو باید رویه سیاه داغ در هوای گرم و خشک ساخته شود. در هوای سرد و سنگ سرد، قیر خالص داغ آبکی، دانه های سنگ را خوب اندود نمی کندو به انها می ماسد و چسبندگی سنگ ها به همدیگر کم می شود. برای اندود کردن سنگ با قیر خالص، باید قیر و سنگ را 130 تا 170 درجه داغ کرد.

قیرهای محلول

برای ساختن رویه سیاه در جای خشک و هوای سرد، اندود آب بندی، اندود سطحی و نفوذی و اندود کردن سنگ سرد مصرف می شوند. برای آنکه بشود قیر را در گرمای کم آبکی کرد، آن را در روغن های معدنی حل می کنند. روغن حل کننده قیر محلول باید دست کم 10% وزن قیر محلول باشد. قیرهای محلول را دو جور می سازند:

روغن راه که در پالایشگاه نفت ساخته می شود، یا از حل کردن قیر خالص در روغن های معدنی سنگین مانند نفت گاز یا نفت کوره به دست می آید. روغن راه در گرمای عادی خمیری شل تا کند روان است. روغن راه سیاه رنگ می باشد و سنگ را خوب اندود می کند اما چسبندگی آن کم است.

دیگری قیرهای محلول (پس بریدCut Backs) آن را از حل قیر خالص در روغن های معدنی ای که زدو می پرند می سازند. در قیرهای محلول، قیر به شکل تک مولکول است. جنس قیر محلول بستگی به جنس قیر خالص و روغن معدنی حل کننده آن دارد. هر چه روغن حل کننده زیاد تر مصرف گردد، قیر محلول شل تر می شود. کند روانی قیرهای محلول باید به اندازه ای باشد که، برای آب کردنشان نیاز به گرمای زیاد نباشد. درجه گرمای آب کردن قیرهای محلول باید از درجه الو گرفتن روغن حل کننده آنها پایین تر باشد. قیرهای محلول آبکی را می شود به حال سرد هم مصرف کرد

قیر امولسیون

امولسیون، مخلوطی از دو مایع غیر قابل امتزاج است که یکی از این مایعات به صورت ذرات ریزی، در مایع دیگر معلق می باشد. مایع معلق شده را فاز داخلی یا فاز غیرپیوسته و مایع دیگر را فاز خارجی یا فاز پیوسته می نامند.

امولسیون ها به لحاظ نوع فاز معلق به دو دسته آب در روغن و روغن در آب تقسیم می شوند. در امولسیون ها به روشهای مختلف می توان مشخص نمود که کدام فاز پیوسته و کدام فاز غیرپیوسته است. جهت تعادل دو فاز داخلی و خارجی در امولسیون و یا به عبارت دیگر برای ساخت امولسیون و حفظ ثبات این دو فاز به صورت معلق، موادی به مخلوط دو مایع افزوده می شود که امولسیون ساز یا امولسیفایر نامیده می شود. در بعضی موارد لازم است که پایداری امولسیون را افزایش داد به این منظور ماده دیگری به نام پایدار کننده به امولسیون اضافه می گردد.

قیرامولسیون یک نوع امولسیون روغن در آب است. ذرات قیر در این مخلوط به صورت گلبول های معلق باردار در محلولی از آب و سایر سازنده ها شناور است.

قطر دانه های قیر معمولاً در دامنه 0٫001 تا 0٫002 میلی متر می باشد.

اجزای تشکیل دهنده امولسیون های قیری:

قیر Bitumen

حلال Solvent

آب Water

امولسیفایر Emulsifier

اسید Acid

پایدارکننده Stabiliser

پلیمر Polymer

قیر، آب و امولسیون ساز اجزای اصلی تشکیل دهنده امولسیون های قیری می باشند. در بعضی موارد ممکن است فاز آبی امولسیون قیری حاوی پایدار کننده نیز باشد. تحقیق در مورد سه جزء اصلی تشکیل دهنده امولسیون قیری یعنی قیر، آب و امولسیون ساز جهت درک عملکرد امولسیون قیری ضروری است.

تقسیم بندی برای امولسیونهای قیری بر اساس ضابطه های زیر می باشد:

1- ساختار یونی (علامت بار الکتریکی ذره)

2- پایداری در تماس با مصالح سنگی تند شکن (ناپایدار)، متوسط شکن(نیمه پایدار)، دیرشکن (پایدار و بسیار پایدار)

چرا امولسیون ؟

قیر در دمای محیط به حالت جامد یا نیمه جامد می باشد که کارایی لازم را ندارد ولی می توان به سه روش زیر آن را قابل استفاده نمود که عبارتند از:

روش اول معمولاً برای کارهای با حجم بالا مورد استفاده قرار می گیرد. روش دوم امروزه گران تمام می شود زیرا باعث هدر رفتن حلالهای نفتی، آلودگی محیط زیست و انتشار هیدروکربنها به ویژه در مناطق شهری شده و خطرات ناشی از آتش سوزی را به همراه خواهد داشت. ضمناً اجرای کار در این حالت باید در فصل مساعد و با مصالح سنگی خشک و غیر مرطوب انجام شود.

امولسیونهای قیری بر حسب مورد مصرف باید خصوصیات ویژه ای داشته باشد مثلاً مشخصات امولسیون قیری که برای ایجاد لایه چسبنده بین دو لایه آسفالتی استفاده می شود با امولسیون قیری که برای تهیه مخلوط آسفالتی سرد به کار می رود متفاوت می باشد.

در ضمن با توجه به سیاستهای دولت جمهوری اسلامی در قالب برنامه های توسعه سوم و چهارم در زمینه شاخص های زیست محیطی، استفاده از امولسیون قیر در ایران آغاز و به تدریج جایگزین قیر محلول با حلالهای نفتی(نظیر MC250) که دارای اثرات زیانبار زیست محیطی بوده و بار مالی فراوانی را به واسطه واردات نفت سفید بر کشور تحمیل می کند، خواهد شد.

شایان ذکر است این طرح از اولویت های وزارت راه وترابری بوده و دستور العمل استفاده از محصول، توسط سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور و موسسه قیر و آسفالت تدوین و ابلاغ شده است.

هزینه بالای راه اندازی و نگهداری کارخانجات آسفالت گرم و مضرات زیست محیطی از یک سو و محدودیت توزیع و حمل آسفالت گرم از مهم ترین عواملی است که در آینده بسیار نزدیک تهیه و استفاده از آسفالت گرم را در دنیا ممنوع خواهد کرد.

در حال حاضر استفاده از قیر امولسیون ( قیر با حلال غیر نفتی) و آسفالت سرد جهت جایگزینی مد نظر قرار دارد.

امروزه چند فاکتور مهم در مورد کیفیت آسفالت مورد بررسی قرار می گیرد.

• قدرت وتوانائی حمل به مسافتهای طولانی.

• توانائی استفاده ازآسفالت با ضخامتهای کم.

• سرعت پخش آسفالت مخصوصاً در شهرهای بزرگ و مجتمع های مسکونی که در اجرای پروژه ها با موانع زیادی روبه رو ست.

• قیمت تمام شده مناسب و ارزان.

• عدم تضاد با شاخص های زیست محیطی و سلامتی انسانی.

• سرعت راه اندازی کارخانه مادر وامکان پشتیبانی از کارگاهها یا جرائی.

• پیچیده نبودن ماشین آلات موردنیازوسهولت استفاده.

•مناسب جهت هرنوع آسفالت وروکش ( خیابان - اتوبان - باندفرودگاه)

امروزه روند تغییر سیستم راهسازی گرم با استفاده از روشهای امولسیونی در صدر فعالیت بسیاری از کشورها قرار گرفته و میرود تا در این دهه کاملاً جای خود را با آسفالت گرم تعویض نماید.

سابقه استفاده از امولسیونهای قیری برای ساخت و نگهداری راهها به 1920 برمی گردد و از سال های 1953 امولسیونهای قیری کاربرد گستردهای یافت و در ساخت آزادراهها، بزرگراهها، راههای اصلی، فرعی و روستایی به روش آسفالت سرد، انواع آسفالتهای حفاظتی، اندود سطحی، مصرف در لکه گیری و نگهداری و بهسازی راهها و… از آن استفاده می شود. امولسیونهای قیری دارای مزایای فراوانی هستند از قبیل:

•ایمنی بیشتر

•صرفه جویی درهزینه

•تنوع کاربرد

•صرفه جویی درمصرف انرژی

•وکاهش آلودگی زیست محیطی

•امکان استفاده آنهاروی سطح مرطوب

قیرها محلول زودگیر Rapid Curing = RC
از حل کردن قیر خالص در بنزین Gasoline ساخته می شوند که بسته به اندازه ی حل کننده آنها نامگذاری شده اند.

RC5 RC4 RC3 RC2 RC1 RC0

قیرهای محلول کندگیر Medium Curing = MC
از حل کردن قیر خالص در نفت چراغ Kerosene ساخته می شوند که بسته به اندازه ی حل کننده آن ها نامگذاری شده اند:

MC5 MC4 MC3 MC2 MC1 MC0

قیرهای محلول دیر گیر Slow Curing = RC
از حل کردن قیر خالص در روغن های معدنی که دیر می پرندمانند نفت گاز Gasoil یا نفت کوره Fuel Oil ساخته می شوند که بسته به اندازه ی حل کننده آن ها نامگذاری شده اند:

SC6 SC5 SC4 SC3 SC2 SC1 SC0