قیر و انواع قیر

قیر ماده ای ویسکوز، غیر کریستالی، سیاه یا قهوه ای تیره است که در محلول های آلی قابل حل است، مانند تولوئن و دی سولفید کربن، و دارای خاصیت چسبندگی و ضد آب می باشد. قیر به طور کلی از هیدروکربن ها تشکیل شده که معمولا شامل ۸۰٪ کربن و ۱۵٪ هیدروژن است. باقی مانده های دیگر در قیر شامل اکسیژن ، گوگرد ، نیتروژن و فلزات مختلف هستند.

منابع قیر

قیر را می توان از منابع مختلف به دست آورد. قیر به طور طبیعی ایجاد می شود. مقدار قیر درنفت خام می تواند متفاوت باشد محدوده معمول قیر بین ۱۵% و ۸۰ % است اما محدوده طبیعی تر ۲۵ % تا ۴۰ % است.
سه طبقه بندی وسیع برای نفت های خام عبارتند از:
• پایه قیر
• پایه پارافین
• پایه قیر و پارافین
بسته به نوع نفت خام، قیر یا به صورت پراکندگی کلوئیدی یا در یک حالت واقعی وجود دارد. در طی فرآیند پالایش، از آنجا که روغن های نفتی با تقطیر از بین می روند، نسبت نفت به ذرات قیر تغییر می کند. به جای اینکه این ذرات پراکنده شوند و تعدادشان نسبتاً کم باشد، به یکدیگر نزدیک می شوند و اندازه آنها افزایش می یابد. در نقطه ای که روند تقطیر معمولاً متوقف می شود، قیر نفتی یک پراکندگی کلوئیدی جامدات سیاه (هیدروکربن ها) است. اینها به عنوان آسفالتین شناخته می شوند، که در یک مایع نفتی قهوه ای- زرد قهوه ای پراکنده شده اند که به فرکشن ذوب شده معروف است. همچنین برای حضور در آسفالتین ها به عنوان یک عامل تثبیت کننده، گروه دیگری از هیدروکربن ها بعنوان رزین شناخته می شوند.
قیر در طبیعت به اشکال مختلفی یافت می شود، از قیر سخت، به راحتی خرد شده در آسفالت سنگ گرفته تا نرمتر، ماده چسبناک تر که در ماسه های روغنی و به اصطلاح دریاچه های آسفالت یافت می شود. این ماده معمولاً با نسبت های مختلف ناخالصی های معدنی یا گیاهی که قبل از استفاده از آن باید استخراج شوند مخلوط می شود و بعنوان یک ماده مهندسی به طور موثر مورد استفاده قرار می گیرد.
قیر نیز ممکن است به عنوان آسفالتیت، قیر طبیعی یافت شود بدون ناخالصی ها در میزان محلول در دی سولفید کربن متفاوت است. قیر طبیعی، مانند نفت، در نتیجه تجزیه ویژه زباله های دریایی رخ می دهد. این امر طی هزاران سال از طریق صخره های متخلخل مانند سنگ آهک یا ماسه سنگ، که اغلب با عمل آتشفشانی منتقل شده است، اتفاق می افتد. در بعضی از مناطق قابل توجه برای منابع نفتی خود، به عنوان مثال خاورمیانه ، قیر نیمه سیال را می توان در حال بیرون آمدن از شکاف در نزدیکی چشمه های آب گرم و یا خارج از زمین است.
آسفالت صخره ای با محتوای متغیر و نسبتاً کم قیر خود، تمایل دارد که دور از مکانهایی که قیر مورد نیاز است، پیدا شود. جابجایی و پردازش در این مورد مقرون به صرفه نیست.

تفکیک قیر و ذغال سنگ تار مهم است. اگرچه تار زغال سنگ مانند قیر سیاه و چسبناک است، اما از کربن زغال سنگ به دست می آید و بنابراین دارای خواص شیمیایی بسیار متفاوتی است.
پروژه های مهندسی در هر نقطه از جهان، از ساخت بزرگراه های بین قاره ای تا ضد آب بودن سطوح سقف مسطح، به ویژگی های خاص قیر متکی هستند. نفت خام فرآوری شده توسط صنعت نفت، درصد کمی از این ماده حیاتی را تأمین می کند.

ویژگی های قیر

قیر یک ماده چسب مانند قوی و بادوام است که طیف بسیار گسترده ای از مواد دیگر را بدون همخوانی در خواص آنها، به هم می چسباند. دوام آن برای پروژه های بزرگ مهندسی مانند جاده ها و آبراه ها که باید تا ۲۰ سال یا بیشتر از آن انجام شود ، ضروری است.
قیر در آب نامحلول است و می تواند به عنوان یک عایق ضد آب موثر عمل کند. همچنین در برابر اکثر اسیدها ، قلیاها و نمکها مقاومت می کند و آب را آلوده نمی کند، بنابراین می توان از آن برای خطوط جریان آب استفاده کرد.
قیر ماده ترموپلاستیک است: با استفاده از حرارت نرم شده و مایع می شود و با سرد شدن آن سخت می شود. این ماده در مناطقی که مورد نیاز است می تواند به راحتی پخش شود زیرا به راحتی با یکی از سه روش زیر مایع می شود:
• استفاده از گرما
• حل کردن آن در حلال های نفتی
• پراکندگی آن در آب (امولسیون).
قیر انعطاف پذیری قابل کنترلی را به مخلوط سنگدانه های معدنی می دهد، به همین دلیل است که بیشتر تولید کل سالانه در ساخت و ساز جاده ها مورد استفاده قرار می گیرد. تقریباً در سراسر جهان با هزینه اقتصادی در دسترس است.

انواع قیر

شش طبقه بندی عمده قیر نفتی وجود دارد که توسط فرآیند پالایش و تولید، تولید می شود:

قیر سنگ فرش آسفالت

قیر سنگ فرش آسفالت (Paving grade Bitumen) (یا سیمان آسفالت در ایالات متحده) پرمصرف ترین قیر است و برای استفاده در مهندسی راه و دارا بودن ویژگی های صنعتی در شرایط آب و هوایی مختلف، تصفیه و مخلوط می شوند. سنگ فرش آسفالت ممکن است به عنوان قیر اصلی که از آن اشکال دیگر تولید می شود، در نظر گرفته شود.

قیرهای محلول

قیرهای محلول (Cutback) از قیر تشکیل شده اند که در حلال (برش یا شار) رقیق شده اند تا بیشتر برای کاربرد آن روان شوند. سیالیت قیرهای محلول (یا همانطور که مشخص می شود)، بستگی به میزان سختی قیر و نسبت رقیق کننده دارد. برش ها طبق زمان لازم برای فرآوری آنها طبقه بندی می شوند ، یا به دلیل تبخیر ماده رقیق کننده، جامد می شوند. طبقه بندی ها شامل پخت سریع (RC)، پخت متوسط (MC) یا پخت آهسته (SC) است.

امولسیون های قیر

امولسیون های قیر (Bitumen emulsions)، پراکندگی قیر در آب است. قیر داغ ، آب و امولسیفایر در آسیاب کلوئیدی ریز پردازش می شوند که قیر موجود در آب را به شکل قطرات کوچک متفرق می کند. این قطرات یا ذرات قیر معمولاً در محدوده اندازه ۵-۱۰ میکرومتر هستند اما ممکن است حتی کوچکتر نیز باشند. امولسیفایر در شکل گیری و حفظ پراکندگی قطرات ریز قیر کمک می کند. امولسیونهای قیر معمولاً بین ۳۰ تا ۸۰ درصد قیر را تشکیل می دهند. اگر قیر شروع به جداسازی از محلول آب در انبار کند، معمولاً امولسیون با استفاده از همزن ملایم به راحتی ترمیم می شود تا قطرات را مجدداً تقسیم کنید. امولسیون های قیر نسبت به قیر حاصل از تولید، ویسکوزیته کمی دارند و در دمای محیط قابل کار هستند. کاربرد آنها به شکستن و تنظیم کنترل شده نیاز دارد. امولسیون قبل از ریختن روی سطح جاده نباید شکسته شود، اما یک بار در محل باید به سرعت بشکند تا جاده بدون تأخیر دوباره بتواند در خدمت باشد.
عملکرد مکانیکی امولسیو ن های قیر را می توان مانند سایر مصالح ساختمانی تنظیم کرد.
امولسیون های قیر به سه دسته تقسیم می شوند:
• آنیونی با قطرات بار منفی
• کاتیونی با قطرات دارای بار مثبت
• غیر یونی با قطرات خنثی.
توسعه امولسیون های قیر زمینه ای است که هنوز پیشرفت های تکنولوژیکی برای برآورده کردن خواسته های مهندسی فعلی و در حال ظهور انجام می شود. اولین امولسیون ها انواع آنیونی بودند. آنها در حال حاضر نسبت به انواع کاتیونی مورد علاقه کمتری هستند زیرا گلوبول های مثبت قیر در امولسیون های کاتیونی اکثریت انواع سنگدانه را بهتر پوشش می دهند و منجر به چسبندگی بیشتر می شوند. بنابراین استفاده از امولسیون های کاتیونی در اکثر برنامه ها ترجیح داده می شود.

قیرهای اصلاح شده

قیرهای اصلاح شده (modified Bitumen) با افزودنی هایی برای بهبود عملکرد ویژگی های خود با تغییر خاصیت هایی مانند دوام، مقاومت در برابر فرسودگی، خاصیت ارتجاعی و / یا انعطاف پذیری ، فرموله می شوند. مهمترین اصلاح کننده ها پلیمرها هستند.

اتصال دهنده های اصلاح شده پلیمر

اتصال دهنده های اصلاح شده پلیمر (Polymer Modified Binder) پیشرفت عمده ای در فن آوری اتصال قیر است زیرا این مواد نیازهای افزایش حجم و بار ترافیکی در شبکه های جاده ما را برآورده می کنند. و همچنین لاستیک های طبیعی، از پلیمرهایی مانند استایرن بوتادین استایرن (SBS) ، پلی بوتادین (PBD) و اتیلن وینیل استات (EVA) معمولاً برای اصلاح قیر استفاده می شود.

قیر

قیر Multigrade قیر اصلاح شده شیمیایی است که دارای خواص یک قیر درجه سنگ فرش سخت در دمای سرویس بالا همراه با خواص یک قیر درجه سنگ فرش نرم در دماهای پایین است (یعنی دارای خواصی است که دارای چندین درجه است). قیرهای چندگانه مقاومت بهتری در برابر تغییر شکل ایجاد می کنند و اثرات مخرب دمای بالا را کاهش می دهند، در حالیکه باعث کاهش سفتی در دماهای پایین نسبت به سطح قیر معمولی سنگفرش مشابه می شوند.

قیرهای صنعتی

نسبت به سطح قیر معمولی سنگفرش مشابه می شوند.
قیرهای صنعتی (Industrial Bitumens) (یا قیرهای اکسیده شده) با دمیدن هوا از طریق قیرهای سنگ فرش گرم ساخته می شوند. فرآیند به اصطلاح دمیدن منجر به قیر سخت تر می شود که در دمای بالاتر از آن نرم می شود که در آن قیر سنگ فرش نرم می شود. قیرهای صنعتی همچنین دارای خواص لاستیک بیشتری هستند و ویسکوزیته آنها از تغییرات دما نسبت به نمونه های قیر سنگفرش شده بسیار کمتر است.

کارکرد قیر

چهار عامل اصلی درگیر در کار با قیر عبارتند از:
• درجه حرارت بالا و نیاز به مخازن و تجهیزات ذخیره سازی و حمل و نقل پیش تعیین شده
• خصوصیت قابل اشتعال در درجه های خاص برش ها
• نیاز به حفظ سلامت و ایمنی پرسنل
• آموزش پرسنل.
به دلیل گرانروی بالا، تقریباً تمام محصولات قیر و قیر باید گرم شوند تا به اندازه کافی مایعات برای توزیع و کاربرد انبوه شوند. تماس با قیر یا تجهیزات درگیر در حمل و نقل، ذخیره سازی و استفاده از آن می تواند باعث سوختگی شدید پوست در دمای توصیه شده برای استفاده شود. بعنوان مثال، حتی یک لمس زودگذر در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد نیز می تواند پوست نا محافظت شده را سوزاند. ضروری است هر کسی که با محصولات قیر یا قیر کار می کند، خود را با ملاحظات لازم در زمینه بهداشت، ایمنی و محیط زیست آشنا سازد. به کاربران توصیه می شود برای توضیحات کامل درباره خطرات مرتبط با استفاده از محصولات قیر، همیشه به برگه داده های ایمنی مواد (MSDS) محصول مراجعه کنند.