تعریف قیر و انواع آن
قیر ماده‌ای ویسکوز، غیر کریستالی، سیاه یا قهوه‌ای تیره است که در محلول‌های آلی قابل حل است، مانند تولوئن و دی سولفید کربن، و دارای خاصیت چسبندگی و ضد آب می‌باشد. این ماده به‌طور کلی از هیدروکربن‌ها تشکیل شده که معمولاً شامل 80٪ کربن و 15٪ هیدروژن است. باقیمانده‌های دیگر در این ماده ویسکوز شامل اکسیژن، گوگرد، نیتروژن و فلزات مختلف هستند.
منابع قیر
bitumen را می‌توان از منابع مختلف به دست آورد و به‌طور طبیعی ایجاد می‌شود. مقدار آن در نفت خام می‌تواند متفاوت باشد محدوده معمول چنین ماده‌ای بین 15% و 80 % است اما محدوده طبیعی‌تر 25 % تا 40 % است.
سه طبقه بندی وسیع برای نفت های خام عبارتند از:
- پایه قیر
- پایه پارافین
- پایه قیر و پارافین
بسته به نوع نفت خام، bitumen یا به صورت پراکندگی کلوئیدی یا در یک حالت واقعی وجود دارد. در طی فرآیند پالایش، از آنجا که روغن‌های نفتی با تقطیر از بین می‌روند، نسبت نفت به ذرات آن تغییر می‌کند. به جای اینکه این ذرات پراکنده شوند و تعدادشان نسبتاً کم باشد، به یکدیگر نزدیک می‌شوند و اندازه آنها افزایش می‌یابد.
در نقطه ای که روند تقطیر معمولاً متوقف می شود، قیر نفتی یک پراکندگی کلوئیدی جامدات سیاه (هیدروکربن‌ها) است. این‌ها به عنوان آسفالتین شناخته می‌شوند، که در یک مایع نفتی قهوه ای – زرد قهوه‌ای پراکنده شده‌اند که به فرکشن ذوب شده معروف است. همچنین برای حضور در آسفالتین‌ها به عنوان یک عامل تثبیت کننده، گروه دیگری از هیدروکربن‌ها به‌عنوان رزین شناخته می‌شوند.
این ماده در طبیعت به اشکال مختلفی یافت می‌شود، از قیر سخت، به راحتی خرد شده در آسفالت سنگ گرفته تا نرمتر، ماده چسبناک‌تر که در ماسه‌های روغنی و به اصطلاح دریاچه‌های آسفالت یافت می‌شود. این ماده معمولاً با نسبت‌های مختلف ناخالصی‌های معدنی یا گیاهی که قبل از استفاده از آن باید استخراج شوند مخلوط می‌شود و به‌عنوان یک ماده مهندسی به طور موثر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
همچنین ممکن است به عنوان آسفالتیت، bitumen طبیعی یافت شود بدون ناخالصی‌ها در میزان محلول در دی سولفید کربن متفاوت است. قیر طبیعی، مانند نفت، در نتیجه تجزیه ویژه زباله‌های دریایی رخ می‌دهد. این امر طی هزاران سال از طریق صخره‌های متخلخل مانند سنگ آهک یا ماسه سنگ، که اغلب با عمل آتشفشانی منتقل شده است، اتفاق می‌افتد. در بعضی از مناطق قابل توجه برای منابع نفتی خود، به عنوان مثال خاورمیانه، bitumen نیمه سیال را می‌توان در حال بیرون آمدن از شکاف در نزدیکی چشمه‌های آب گرم و یا خارج از زمین است.
تفکیک قیر و ذغال سنگ تار مهم است. اگرچه تار زغال سنگ مانند این ماده سیاه و چسبناک است، اما از کربن زغال سنگ به دست می‌آید و بنابراین دارای خواص شیمیایی بسیار متفاوتی است.
پروژه‌های مهندسی در هر نقطه از جهان، از ساخت بزرگراه‌های بین قاره‌ای تا ضد آب بودن سطوح سقف مسطح، به ویژگی‌های خاص bitumen متکی هستند. نفت خام فرآوری شده توسط صنعت نفت، درصد کمی از این ماده حیاتی را تامین می‌کند.
مطلب مکمل: استانداردهای قیر
ویژگی های قیر
- یک ماده چسب مانند قوی و بادوام است که طیف بسیار گسترده‌ای از مواد دیگر را بدون همخوانی در خواص آنها، به هم می‌چسباند. دوام آن برای پروژه‌های بزرگ مهندسی مانند جاده‌ها و آبراه‌ها که باید تا 20 سال یا بیشتر از آن انجام شود، ضروری است
- در آب نامحلول است و می‌تواند به عنوان یک عایق ضد آب موثر عمل کند. همچنین در برابر اکثر اسیدها ، قلیاها و نمک‌ها مقاومت می‌کند و آب را آلوده نمی‌کند، بنابراین می‌توان از آن برای خطوط جریان آب استفاده کرد
- ماده ترموپلاستیک است. با استفاده از حرارت نرم شده و مایع می‌شود و با سرد شدن آن سخت می‌شود. این ماده در مناطقی که مورد نیاز است می‌تواند به راحتی پخش شود، زیرا به راحتی با یکی از سه روش مایع می‌شود: استفاده از گرما – حل کردن آن در حلال‌های نفتی – پراکندگی آن در آب (امولسیون)
- این ماده انعطاف‌پذیری قابل کنترلی را به مخلوط سنگدانه‌های معدنی می‌دهد، به همین دلیل است که بیشتر تولید کل سالانه در ساخت‌وساز جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. تقریباً در سراسر جهان با هزینه اقتصادی در دسترس است.
انواع قیر
انواع قیر
قیر را می‌توان به انواع زیر طبقه‌بندی کرد:
قیر سنگ فرش آسفالت
Paving grade Bitumen یا سیمان آسفالت در ایالات متحده پرمصرف‌ترین bitumen است و برای استفاده در مهندسی راه و دارا بودن ویژگی‌های صنعتی در شرایط آب‌وهوایی مختلف، تصفیه و مخلوط می‌شوند. سنگ فرش آسفالت ممکن است به عنوان قیر اصلی که از آن اشکال دیگر تولید می‌شود، در نظر گرفته شود.
قیرهای محلول
از bitumen تشکیل شده‌اند که در حلال (برش یا شار) رقیق شده‌اند تا بیشتر برای کاربرد آن روان شوند. سیالیت قیرهای محلول (یا همانطور که مشخص می شود)، بستگی به میزان سختی bitumen و نسبت رقیق‌کننده دارد. برش‌ها طبق زمان لازم برای فرآوری آنها طبقه‌بندی می‌شوند، یا به دلیل تبخیر ماده رقیق‌کننده، جامد می‌شوند. طبقه‌بندی‌ها شامل پخت سریع (RC)، پخت متوسط (MC) یا پخت آهسته (SC) است.
امولسیون های قیر
این نوع یک سیستم دوفاز با دو مایع غیرقابل‌امتزاج را تشکیل می‌دهد. به‌طوری‌که یکی از آنها به‌صورت گلبول‌های ریز درون مایع دیگر پراکنده می‌شود. هنگامی که گلبول‌های مجزای آن در یک‌شکل پیوسته از آب پراکنده می‌شوند، امولسیون قیر تشکیل می‌شود.
Bitumen emulsions، پراکندگی قیر در آب است. قیر داغ، آب و امولسیفایر در آسیاب کلوئیدی ریز پردازش می‌شوند که قیر موجود در آب را به شکل قطرات کوچک متفرق می کند. این قطرات یا ذرات این ماده معمولاً در محدوده اندازه 5-10 میکرومتر هستند اما ممکن است حتی کوچک‌تر نیز باشند. امولسیفایر در شکل‌گیری و حفظ پراکندگی قطرات ریز bitumen کمک می‌کند.
امولسیون‌های قیر معمولاً بین 30 تا 80 درصد آن را تشکیل می‌دهند. اگر bitumen شروع به جداسازی از محلول آب در انبار کند، معمولاً امولسیون با استفاده از همزن ملایم به راحتی ترمیم می‌شود تا قطرات را مجدداً تقسیم کنید. امولسیون‌های قیر نسبت به bitumen 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 تاخیر دوباره بتواند در خدمت باشد.
قیر گرید نفوذی
قیر گرید نفوذی، همان قیر پالایشگاهی است که در ویسکوزیته‌های مختلف تولید می‌شود. آزمایش نفوذ برای مشخص‌کردن مشخصات bitumen براساس سختی انجام می‌شود. به همین دلیل به آن قیر نفوذی گفته می‌شود. گریدهای نفوذ قیر از 15 تا 450 برای قیر جاده‌ای متغیر است. اما بیشترین استفاده از قیر با محدوده نفوذ 25 تا 200 است.
قیر گرید اکسید شده
قیر پالایشگاه با فراوری بیشتر، تصفیه می‌شود. این فرایند قیر اکسید شده را ایجاد می‌کند. طی این فرایند با حفظ دمای کنترل شده، هوا تحت‌فشار وارد قیر نرم می‌شود. از واکنش اکسیژن و bitumen، ترکیبات با وزن مولکولی بالاتر تشکیل می‌شوند؛ بنابراین، محتوای آسفالتین و مالتن افزایش می‌یابد و در نتیجه مخلوط سخت‌تری ایجاد می‌شود. این مخلوط سخت‌تر دارای انعطاف‌پذیری و حساسیت دمایی کمتری است.
قیر محلول یا کات بک
قیر کات بک یا محلول نوعی از bitumen است که ویسکوزیته آن با واردکردن یک روغن فرار موقتاً کاهش‌یافته است. در نهایت، مواد فرار تبخیر شده و قیر ویسکوزیته اولیه خود را به دست می‌آورد.
قیر اصلاح شده با پلیمر
قیر اصلاح شده پلیمری نوعی bitumen است که با اصلاح استحکام و خواص رئولوژیکی آن برای این منظور ممکن است 2 تا 8 درصد پلیمر به قیر اضافه می‌شود. پلیمر مورداستفاده می‌تواند پلاستیکی یا لاستیکی باشد. این پلیمرها استحکام و خواص ویسکوالاستیک قیر را تغییر می‌دهند.
قیر امولوسیون
انواع امولسیون های قیر
عملکرد مکانیکی امولسیون‌های قیر را می‌توان 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 امولسیون‌های قیر زمینه‌ای است که هنوز پیشرفت‌های تکنولوژیکی برای برآورده کردن خواسته‌های مهندسی فعلی و در حال ظهور انجام می‌شود. اولین امولسیون‌ها انواع آنیونی بودند. آنها در حال حاضر نسبت به انواع کاتیونی مورد علاقه کمتری هستند، زیرا گلوبول‌های مثبت bitumen در امولسیون‌های کاتیونی اکثریت انواع سنگدانه را بهتر پوشش می‌دهند و منجر به چسبندگی بیشتر می‌شوند. بنابراین استفاده از امولسیون‌های کاتیونی در اکثر برنامه‌ها ترجیح داده می‌شود.
قیرهای اصلاح شده
modified Bitumen با افزودنی‌هایی برای بهبود عملکرد ویژگی‌های خود با تغییر خاصیت‌هایی مانند دوام، مقاومت در برابر فرسودگی، خاصیت ارتجاعی و یا انعطاف پذیری، فرموله می‌شوند. مهمترین اصلاح کننده‌ها پلیمرها هستند.
قیر صنعتی
قیرهای صنعتی
این نوع ماده با دمیدن هوا از طریق قیرهای سنگفرش گرم ساخته می‌شوند. فرآیند به اصطلاح دمیدن منجر به bitumen سخت‌تر می‌شود که در دمای بالاتر از آن نرم می‌شود که در آن قیر سنگفرش نرم می‌شود. قیرهای صنعتی همچنین دارای خواص لاستیک بیشتری هستند و ویسکوزیته آنها از تغییرات دما نسبت به نمونه‌های قیر سنگفرش شده بسیار کمتر است.
اتصال دهنده های اصلاح شده پلیمر
Polymer Modified Binder پیشرفت عمده‌ای در فن‌آوری اتصال bitumen است، زیرا این مواد نیازهای افزایش حجم و بار ترافیکی در شبکه‌های جاده ما را برآورده می‌کنند. همچنین لاستیک‌های طبیعی، از پلیمرهایی مانند استایرن بوتادین استایرن (SBS)، پلی بوتادین (PBD) و اتیلن وینیل استات (EVA) معمولاً برای اصلاح bitumen استفاده می‌شود.
قیر اصلاح شده شیمیایی
این نوع دارای خواص یک bitumen درجه سنگ فرش سخت در دمای سرویس بالا همراه با خواص یک bitumen درجه سنگ فرش نرم در دماهای پایین است (یعنی دارای خواصی است که دارای چندین درجه است). ماده‌های چندگانه مقاومت بهتری در برابر تغییر شکل ایجاد می‌کنند و اثرات مخرب دمای بالا را کاهش می‌دهند، در حالیکه باعث کاهش سفتی در دماهای پایین نسبت به سطح قیر معمولی سنگفرش مشابه می‌شوند.
کارکرد قیر
چهار عامل اصلی درگیر در کار با این ماده:
- درجه حرارت بالا و نیاز به مخازن و تجهیزات ذخیره‌سازی و حمل و نقل پیش تعیین شده
- خصوصیت قابل اشتعال در درجه‌های خاص برش‌ها
- نیاز به حفظ سلامت و ایمنی پرسنل
- آموزش پرسنل
به دلیل گرانروی بالا، تقریباً تمام محصولات bitumen باید گرم شوند تا به اندازه کافی مایعات برای توزیع و کاربرد انبوه شوند. تماس با این ماده یا تجهیزات درگیر در حمل و نقل، ذخیره‌سازی و استفاده از آن می‌تواند باعث سوختگی شدید پوست در دمای توصیه شده برای استفاده شود.
به‌عنوان مثال، حتی یک لمس زودگذر در دمای 80 درجه سانتی‌گراد نیز می‌تواند پوست نامحافظت شده را سوزاند. ضروری است هر کسی که با bitumen کار می‌کند، خود را با ملاحظات لازم در زمینه بهداشت، ایمنی و محیط زیست آشنا سازد. به کاربران توصیه می‌شود برای توضیحات کامل درباره خطرات مرتبط با استفاده از محصولات قیر، همیشه به برگه داده‌های ایمنی مواد (MSDS) محصول مراجعه کنند.
کاربردهای قیر را نیز برای اطلاعات بیشتر مطالعه کنید.
برای خرید و فروش مواد شیمیایی در صنایع متعدد می‌توانید با شماره موجود در وبسایت با کارشناسان بخش فروش دکتر کمیکال در ارتباط باشید.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.