قیر، ماده چسبناكی كه انواع مختلفی دارد
به گزارش با فناوری تا حالا به این فكر افتاده اید كه چرا قیر 8 نوع مختلف دارد؟ در جواب به این سؤال باید اظهار داشت كه هر كدام از آنها زیر مجموعه هایی دارند كه همه برپایه خصوصیت ها و كاربردشان تقسیم شده اند. همینطور باید اظهار داشت كه كیفیت و كارایی این فرآورده نفتی به دو عامل مهم همچون منبع نفت خام و مراحل پالایش آن بستگی دارد.
به گزارش با فناوری به نقل از ایسنا، قیر یك هیدروكربن متراكم، بسیار چسبناك و برگرفته از نفت می باشد كه به دو نوع اصلی طبقه بندی می شود. نخستین نوع، قیر طبیعی است كه در زیر تپه ها و دریاچه های نفتی یافت می شود و نوع دیگر، قیر تصفیه شده حاصل از ته نشینی نفت خام است.
قیر حاوی 2 درصد اكسیژن، 11 درصد هیدروژن و 87 درصد كربن است.
همانطور كه گفته شد، این محصول یك هیدروكربن با وزن مولكولی بالا شامل روغن، رزین و آسفالتین است. وجود 5 تا 30 درصد آسفالتین در قیر سبب سختی قیر می شود.
قیر به دو روش تولید می شود:
1) اجرای مستقیم
2) دمیدن هوا كه برپایه فرایند مقطعی یا ادامه دار انجام می شود
قیر عموما در ساخت و سازها، راه سازی، عایق كاری جاده ها، آسفالت كردن خیابان ها یا عایق بندی پشت بام ها استفاده می شود. این محصول با عنایت به فرآیندهای مختلف تولید به انواع و درجه های مختلف و آزمایش های فیزیكی نظیر تست نفوذ، تست گرانروی(ویسكوزیته)، تست نقطه
اشتعال، تست حلالیت، تست نقطه نرم شدن، تست انعطاف پذیری و موارد دیگر تقسیم می شود.
لازم به ذكر است كه بعضی از این طبقه بندی ها برپایه نتایج آزمایشات انجام شده روی قیر و برخی دیگر برپایه نوع پالایش و مراحل انجام شده بر روی قیر صورت گرفته اند.
همانطور كه گفته شد آزمایشاتی كه بر روی نمونه قیر صورت می گیرند تعیین كننده بخشی از انواع قیر همچون درجه ویسكوزیته یا گرانروی و غیره هستند كه قیر را از ابعاد مختلفی مورد بررسی قرار می دهند و تعیین می كنند كه نمونه آزمایش شده برای چه منطقه ای با چه شرایط آب و هوایی
و با چه هدفی به كار می آید.
بخش دیگری از زیرمجموعه های قیر همچون oxidized، cutback و emulsion هم برپایه مراحل تولید و نوع پالایش نفت خام دسته بندی شداند.
همانطور كه گفته شد قیر انواع مختلفی دارد كه در ادامه به تفصیل به معرفی آنها می پردازیم.
یك نوع از اصلی ترین آنها "تار" یا "پیچ" است. تار(Tar) یا پیچ(Pitch) یك مایع چسبناك قهوه ای یا سیاه چسبناك متشكل از هیدروكربن ها و كربن های آزاد است كه از طیف وسیعی از مواد اولیه از راه عصاره گیری مخرب استخراج می شود.
تار و پیچ به صورت متناوب و پشت سر هم مورد استفاده قرار می گیرند، اما بیشتر از تار جهت استفاده در مواد مایع و از پیچ بیشتر برای مواد جامد یا ویسكوالاستیك استفاده می شود.
تار و پیچ هر دو در انواع آسفالت چسبناك اعمال می شوند.
تار به صورت كلی دارای 3 شكل است: 1- تار ذغال سنگ 20- تار چوب 3- تار معدنی
تار ذغال سنگ محصول جانبی تولید گاز ذغال سنگ است. تار ذغال سنگ برای حفظ چوب، نگه داری سنگ فرش ها و غیره استفاده می شود. در این فرایند در مرحله اول، ذغال سنگ در رگ های آهنی مهر و موم شده گرم می شود. سپس گازهای تبخیر شده منجر از لوله های مخصوص خارج
می شوند. این لوله ها با آب خنك می شوند. مواد حاصل چیزی جز تار ذغال سنگ نیست كه یك مایع متراكم، بودار و سیاه است.
تار چوب با عصاره گیری چوب های رزینی مانند كاج به دست می آید. عصاره گیری چوب رزینی روغن كریوزوتی تولید می كند كه از توانایی نگه دارندگی بالایی برخوردار می باشد.
تار معدنی هم با بهره برداری از كروژن ها تهیه می شود. كروژن ها به صورت كلی از سنگ های قیر ساخته شده اند كه فقط سنگ هستند. محتوای فرار تار معدنی خیلی كم است.
گیلسونیت
گیلسونیت یا آسفالتیت یا آسفالتوم یك هیدروكربن رزین طبیعی است. این ماده در شمال شرقی "یوتا" در آمریكا هم یافت می شود و بعنوان یونیتاهیت(unitahite) هم شناخته می شود. گیلسونیت شبیه آسفالت نفتی دشوار می باشد و در حلال های معطر و چرب و همینطور آسفالت نفتی محلول
است. به علت سازگاری منحصر به فرد گیلسونیت، بیشتر برای استقامت بیشتر فرآورده های نفتی استفاده می شود. گیلسونیت یك ماده براق و سیاه شبیه به ماده معدنی ابسیدین(Obsidian) یا شیشه آتشفشانی است. گیلسونیت ماده ای ضعیف و شكننده است كه می توان آنرا تا حد یك پودر
قهوه ای تیره خرد كرد.
افزودن گیلسونیت به سیمان آسفالت یا آسفالت مخلوط داغ سبب انسجام بیشتر می شود.
آسفالت
آسفالت، پیچ طبیعی، تار معدنی، یا حتی قیر، نوعی ماده چسبنده، سیاه و مایع یا نیمه جامد نفتی هستند. آسفالت می تواند بعنوان یك پیچ هم طبقه بندی شود. آسفالت تلفیقی از آلومینا، آهك، سیلیس و قیر آسفالت است. آسفالت به دو صورت زیر طبقه بندی شده است: 1- آسفالت طبیعی 2-
آسفالت رسوبی
- آسفالت طبیعی
همانطور كه از نام آن پیداست، آسفالت طبیعی عمدتاً از طبیعت و از دریاچه ها و صخره ها به دست می آید.
- آسفالت دریاچه
آسفالت دریاچه حاوی 40 تا 70 درصد قیر خالص است كه در یك مخزن جوشانده و تصفیه می شود. خروجی آسفالت تصفیه شده ای است كه در ساخت و سازهای جاده ای و صنعت استفاده دارد.
- آسفالت سنگ
آسفالت سنگ حاوی 10 تا 15 درصد قیر خالص و ماده آهكی است. سنگ ها خرد و گرم می شوند و سپس با خنك كننده ناگهانی تثبیت می شوند. آسفالت استخراج شده برای كاشی های سنگ فرش و غیره كاربرد دارد.
- آسفالت ته نشین
آسفالت رسوبی با عصاره گیری نفت خام با پایه آسفالت ایجاد می شود.
خاورمیانه برجسته ترین نقطه جهان است كه در آن انواع و اقسام مختلف قیر تولید و صادر می شود.
قیر ایران
به عنوان اثبات محكمی بر این واقعیت، ایران ششمین تولید كننده كارآمد قیر جهان در درجات و انواع مختلف است. شركت های بی شماری در خاورمیانه در تولید قیر وجود دارد. آنها از نفت خام استخراج شده برای تولید قیر استفاده می نمایند.
شركت هایی مانند "جِی اویل"، شركت نفت پاسارگاد(POC)، "بلك گلد"، كسری، پارسیان انرژی، سبكو(Sebco) و غیره در كنار بیشتر از 370 پالایشگاه برای تولید قیرهای مختلف كار می كنند.
خاورمیانه قیرهای تولیدی خویش را در تمام رده ها به صورت عمده و محموله های كانتینری از راه بندر "جبل علی" به سراسر دنیا صادر می كند. میزان صادرات خاورمیانه 5 میلیون تن برآورد شده است.
خوب است بدانید كه در بعضی ایالت های هند، دولت فقط انواع خاصی از قیر ( جی یا پاسارگاد) را از پیمانكاران قبول می كند.
قیر عراق
قیر عراق قیری است كه از چاه های نفتی در كردستان و جنوب عراق استخراج می شود. این نوع قیر دسولفوره (سولفور زدایی) نشده. علاوه بر این، قابلیت حلالیت آن كمتر از 99.8 و قابلیت نفوذپذیری آن بیشتر از 1 متر حتی تا 1.5 متر است. باآنكه درجه نفوذ قیر عراقی 60/70
است، اما تهیه این محصول با درجه 80/100 هم امكان پذیر است، اما مقرون به صرفه نخواهد بود.
قیر امارات متحده عربی
بیش از 50 هزار تن قیر در منطقه جبل علی، یكی از مناطق آزاد امارات متحده عربی وجود دارد كه كشتی های مادر با تانكرهای بزرگ با ظرفیت بیشتر از 7000 تن بارگیری می شوند و به صورت عمده به مناطق دیگر دنیا حمل می شوند.
امارات متحده عربی یكی از قطب های مهم حمل و نقل در جهان است. به عبارت دیگر امارات یكی از 5 بندر بزرگ جهان است. ازاین رو جبل علی بعنوان یكی از قطب های عمده صادر كننده قیر در جهان شناخته می شود.
نمودارها نشان داده است تولید و صادرات قیر در جهان در حال رشد است.
آزمایش های كیفیت قیر
آزمایش های تعیین كیفیت قیر شامل آزمایش های انعطاف پذیری، Spot، تست حلالیت، تست ویسكوزیته، تست نقطه نرمی، آزمون نقطه اشتعال، تست نفوذپذیری، تست سنگسنس مخصوص و تعیین ضایعات قیر در گرمایش است.
- تست Spot قیر
در این آزمایش مقدار مشخصی قیر كاملاً در یك حلال مناسب حل می شود. اگر قیر به درستی حل نشده باشد، این روند از ابتدا تكرار می شود. در مرحله بعد محلول به مدت 30 دقیقه در محلی با دمای 30 درجه نگه داشته می شود. بعد از آن تكنسین ها مقداری از محلول را روی یك كاغذ فیلتر
ریخته و منتظر می مانند. وقتی لكه خشك می شود، تكنسین ها لكه را مشاهده می كنند. اگر لكه از نظر رنگ و فرم یكنواخت باشد، نتیجه آزمایش منفی خواهد بود. اگر اینطور نباشد، نتیجه آزمایش مثبت خواهد بود.
- اهمیت مثبت بودن و منفی بودن آزمایش
نتیجه منفی آزمایش بدان مفهوم است كه هیچ افزودنی در قیر تست شده وجود ندارد و خالص به حساب می آید. در مقابل، نتیجه مثبت نشان داده است كه قیر آزمایش شده حاوی برخی مواد افزودنی است.
به عنوان مثال نتیجه آزمایش Spot روی قیر عراق مثبت است، چونكه مقادیر زیادی گوگرد در آن وجود دارد.
- تست انعطاف قیر
انعطاف قیر به معنای توانایی قیر برای تغییر شكل زیر بارهای سنگین، بدون ترك خوردگی است.
آزمون انعطاف قیر در مسافتی انجام می شود كه یك قالب استاندارد قیر با سطح مقطع 1 در 1 سانتی متر را زیر فشار قرار می دهند.
برای آزمایش انعطاف پذیری، نمونه قیر را باید گرم كرده و در چارچوب ریخت. سپس قیر اضافی را باید با یك چاقوی داغ برش داد. بعد از خنك شدن، قالب حداقل در مدت 90 دقیقه در یك مخزن آب با دمای 27 درجه قرار می گیرد. پس از جدا كردن طرفین قالب، گیره ها به آن قلاب می شوند و
دستگاه كشش با استفاده از یك موتور با سرعت استاندارد 5 سانتی متر بر دقیقه آنرا می كشد.
- تست حلالیت قیر
حلالیت قیر در كربن دی سولفید، نفتا 88 و كربن تتراكلرید در ساخت و سازها از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.
عدم حلالیت نشانه ای از وجود ماده معدنی در قیر است. ازاین رو میزان قیر با استفاده از حلالیت آن در كربن دی سولفید اندازه گیری می شود. برای آزمایش، یك نمونه كوچك از قیر در 100 میلی لیتر كربن دی سولفید حل می شود و محلول از یك فیلتر رد می شود. بعد از خشك شدن مواد باقی
مانده، وزن می شود و برای محاسبه محتوای قیر استفاده می شود.
- آزمون ویسكوزیته قیر
هدف از آزمایش ویسكوزیته تعیین میزان ویسكوزیته یا گرانروی قیر مورد نظر است. ابتدا متخصصان نمونه را تا دمای 60 درجه برای تارها و گودالها و تا دمای 90 درجه سانتی گراد برای قیرها گرم می كنند. آنها نمونه را تا حدی گرم می كنند كه مایع شود. سپس حدود 20 میلی لیتر از آنرا در
یك شیشه كوچك ریخته و آنرا در دمای 135 درجه سانتی گراد نگه می دارند.
در این مرحله متخصصان ویسكومتر را پر كرده و آنرا به مدت ده دقیقه در دمای 135 درجه سانتی گراد قرار می دهند. سپس ویسكومتر پر شده به صورت عمودی در مخزن آب قرار می گیرد.
سپس متخصصان یك فضای خلاء ایجاد می كنند و آنرا با یك شیر به ویسكومتر متصل می كنند. پس از اینكه ویسكومتر به مدت 30 دقیقه در مخزن آب باقی ماند، شیر را باز می كنند و اجازه می دهند تا آسفالت به داخل ویسكومتر جریان یابد.
مرحله بعدی حذف ویسكومتر از مخزن آب و قرار دادن آن در فر با دمای 135 درجه سانتی گراد است تا زمانی كه كاملاً از ویسكومتر بیرون برود.
در نهایت قیری كه بیش از اندازه چسبناك باشد منجر به پوشش ناكافی و متناقض می شود. به همین ترتیب ویسكوزیته خیلی كم منجر به پوشش نامناسب می شود چونكه قیر تمایل به جریان یافتن دارد.
بنابراین ویسكوزیته در دمای 135 درجه در كیفیت پیوند قیر با مصالح بسیار تعیین كننده است.
یكی از شناخته شده ترین روش برای مشخص كردن گرانروی قیر، نتیجه این آزمایش است. نتیجه این آزمایش به صورت اعداد 10 تا 40 به دست می آید. خوب است بدانید كه هر چه عدد به دست آمده در این آزمایش كمتر باشد نمونه گرانروی كمتر و هرچه عدد بالاتر باشد گرانروی نمونه
آزمایشی بیشتر خواهد بود. برای مثال قیرهایی با گرانروی 10 یا 20 بیشتر برای تعمیرات، پیاده رو و راه سازی مناسب هستند.
قیرهای AC یكی دیگر از زیرمجموعه هایی هستند كه برپایه آزمایش گرانروی نام گذاری و تقسیم شده اند. قیرهای AC بیشتر در آمریكا مورد استفاده قرار می گیرند. قیر AC 30 مانند قیر VG 30 است با این تفاوت كه قیر VG 30 در هند بازار قوی تری دارد.
- آزمون نقطه نرمی قیر
نقطه نرمی قیر دمایی است كه قیر در آن نرم می شود. آزمون نقطه نرمی قیر بعنوان آزمون حلقه و توپ هم شناخته می شود. هدف این آزمون تعیین دمائی است كه در آن یك توپ استاندارد از یك حلقه قیر موجود در حلقه برنجی عبور می كند. حلقه برنجی كه حاوی نمونه قیر است در دمای
دلخواه در آب یا گلیسیرین معلق می شود. سپس یك توپ فولادی روی دیسك قیر قرار می گیرد. در ضمن ماده با سرعت 5 درجه در دقیقه گرم می شود.
دمایی كه قیر نرم شده كف صفحه فلزی را كه با فاصله كوتاهی در زیر حلقه قرار دارد، لمس می كند، بعنوان نقطه نرمی قیر ذكر می شود.
- آزمون نقطه اشتعال
آزمایش نقطه اشتعال قیر دمایی را نشان داده است كه قیر در اثر قرار گرفتن در معرض آتش به مدت چند ثانیه بخارهایی آزاد می كند. این آزمایش یك آزمون حیاتی و بسیار مهم در تعیین درجه كیفی قیر است، چون كه اگر از قیر نامناسب برای یك منطقه استفاده شود، آزاد شدن بخارهای سمی
عواقب خطرناكی را به دنبال خواهد داشت.
به عنوان مثال اگر مقداری قیر با نقطه فلش پایین در یك منطقه گرم و گرمسیری استفاده شود، قیر احیانا مشتعل خواهد شد و گازهای خطرناكی هم آزاد می كند.
برای انجام این آزمایش، متخصصان شعله كوچكی را نزدیك به قیر ذوب شده قرار می دهند و دمایی را كه در آن قیر بخار آزاد می كند را یادداشت می كنند. سپس گرم كردن را برای پیدا كردن "نقطه اشتعال" ادامه می دهند.
بدین ترتیب دمایی كه در آن سطح قیر حداقل 5 ثانیه آتش گرفته و می سوزد بعنوان نقطه اشتعال تعیین می شود.
- تست نفوذ قیر
آزمایش نفوذپذیری قیر میزان سختی قیر را اندازه گیری می كند. با برآورد عمق نفوذ عمودی سوزن آزمایشگاهی در نمونه قیر، سختی یا نرمی آن مشخص می شود. سوزن به مدت پنج ثانیه در قیر نفوذ می كند. دمای مطلوب برای این آزمایش 25 درجه سانتیگراد است.
دستگاه سنجش فشار در این آزمون از یك سوزن به وزن 100 گرم و یك پیچ برای رهاسازی و قفل كردن سوزن در هر موقعیتی ساخته شده است.
- تست سنگینی مخصوص قیر
این آزمایش در دمای 27 درجه سانتیگراد و با استفاده از پیكنومتر(pyknometer) استاندارد(یك ظرف مخصوص آزمایشگاهی) انجام می شود. آزمایشگر قیر را گرم می كند و به پیكنومتر انتقال می دهد. پس از اینكه قیر گرمای خویش را از دست داد، آزمایشگر آنرا وزن می كند. او فضای خالی
پیكنومتر را با آب پر می كند و باردیگر آنرا وزن می كند. سپس پیكنومتر تمیز و خالی را وزن می كند. ازاین رو وزن پیكانومتر خالی هم محاسبه می شود.
برای تعیین سنگینی مخصوص قیر اگر W1 را بعنوان وزن پیكنومتر، W2 بعنوان وزن پیكنومتر با قیر، W3 را بعنوان وزن پیكنومتر با قیر و آب و W4 را بعنوان وزن پیكنومتر و آب در نظر بگیریم، پس سنگینی مخصوص به شرح زیر بدست می آید:
GB= [(w2 – w1)/ (w2 – w1) – (w3 – w4)]
سنگینی مخصوص قیر مورد نیاز برای ساخت و سازها از 1.02 تا 1.04 متغیر است.
تعیین ضایعات قیر در اثر گرمایش
گرم كردن قیر سبب از بین رفتن مواد تشكیل دهنده فرار آن می شود و این منجر به سختی قیر می شود. آزمون تعیین ضایعات قیر به منظور ارزیابی حساسیت قیر نسبت به گرما انجام می شود.
برای انجام این آزمایش متخصصان نمونه ای از قیر را در یك تابه فولادی قرار می دهند و تابه و قیر را با هم وزن می كنند. سپس متخصصان تابه را به مدت 5 ساعت در دمای 163 درجه سانتیگراد در یك قفسه دوار نصب شده در فر با تهویه قرار می دهند. در انتها آزمون، متخصصان باردیگر تابه
را وزن می كنند و كاهش وزن با دقت اندازه گیری خواهد شد. سپس قیر باقیمانده برای آزمایش های دیگر مثل نفوذ مورد استفاده قرار می گیرد.
یكی دیگر از عواملی كه برپایه آن می توان قیر را دسته بندی كرد، میزان كارآیی یا performance آن است.
قیرهای performance grade برپایه آزمایش كارایی شناسایی می شوند. نكته مهم آن است كه میزان كارآیی و عملكرد قیر در دماهای متفاوت تعیین كننده است.
قیرهای این گروه مناسب ترین مصالح برای مهندسین راه سازی هستند چون كه استفاده درست از نوع مناسبِ قیر از كنده شدن، فرسودگی و یا مشكلات مشابه در جاده ها و راه سازی جلوگیری می كند.
قیرهای نفوذی(penetration grades) همان گونه كه از اسم شان پیداست، برپایه آزمایش penetration گروه بندی شده اند. در این گروه هر چه عدد به دست آمده بالاتر باشد به این معناست كه میزان نفوذ سوزن آزمایشگاه در آن بیشتر بوده و به عبارتی قیر نرم تر است. عدد پایین تر هم نشان
دهنده سفت بودن نمونه است. به صورت كلی قیرهای نفوذی نرم برای مناطق سردسیر و قیرهای نفوذی سخت برای مناطق گرمسیری مناسب تر هستند. این نوع قیر برای جاده سازی و راه سازی كاربرد بیشتری دارد.
قیرهای Cutback
انواع دیگری از قیرها، قیرهای cutback هستند كه نیازی به گرم شدن پیش از استفاده ندارند. این نوع قیر برپایه مراحل پالایش نفت خام نام گذاری شده است.
قیرهای cutback از تركیب قیر و حلال در پالایشگاه تولید می شوند. حلال خاصیت گرانروی قیر را می كاهد. مناطق سردسیری مناسب ترین محل جهت استفاده از قیرهای cutback هستند.
قیر امولسیون (Emulsion) دوست محیط زیست و انسان ها
امولسیون ها برخلاف قیرهای cutback صدمه زا نیستند و مواد سمی ندارند.
قیر امولسیون از تركیب 60 درصد قیر با 40 درصد آب به دست می آید و هنگام استفاده آب موجود تبخیر می شود. برتری دیگری كه این قیر نسبت به باقی قیرها دارد آن است كه احتیاج به گرم شدن ندارد. ضد آب بودن قیرهای امولسیون امتیازی است كه در راه سازی و پوشش جاده ها، حمل و نقل
راحت و راندمان اقتصادی و ایمنی نقش مهمی ایفا می كند.
قیرهای oxidized اصلاح شده و صنعتی و كاربرد آنها
نام گذاری قیرهای دمیده برپایه نوع پالایش آنها در پالایشگاه صورت گرفته است. با دمیدن هوا به قیر، خاصیت لاستیكی قیر زیاد می شود. از مشخصات قیرهای oxidized می توان به انعطاف، دوام و مقاومت در مقابل آب اشاره نمود. وقتی فرایند اكسیداسیون اتفاق می افتد، خاصیت فراریت و
حساسیت به دمای قیر كاسته می شود. قیرهای oxidized برای مصارف صنعتی همچون عایق بندی سقف، كفپوش، پوشش لوله و رنگ به كار می آید.
قابل ذكر است كه خوب یا بد در قیرها وجود ندارد و تنها مبحث مهم به كاربردن مناسب ترین نوع با عنایت به هدف پروژه و نوع شرایط آب و هوایی است.
قیمت قیر
قیر عمدتاً از ته نشین شدن نفت خام در پالایشگاه های نفت به دست می آید. تولیدكنندگان قیر آنرا سنگین ترین بخش نفت خام می نامند كه ماده اصلی تولید قیر است.
موارد زیر مواردی هستند كه مستقیماً بر قیمت قیر نفت خام معروف به "قیر VB" تأثیر می گذارد:
قیمت سوخت
قیمت نفت خام
شرایط سیاسی
نرخ ارز
نرخ تقاضا و عرضه قیر در بازار
نرخ تقاضا در فصل گرم سال كه ساخت و سازها افزایش می یابد
در نهایت می توان گفت هیچ چیز مطلقا خوب یا بدی در درجه های مختلف قیر وجود ندارد، بلكه این انتخاب بهترین نمونه از قیر بر مبنای كاربرد آن در دماهای مختلف است كه مهم می باشد.
مهندسان به علت اطمینان بالای تست ویسكوزیته، تحت تأثیر درجه ویسكوزیته قیر قرار می گیرند. درجه ویسكوزیته در ایالات متحده و استرالیا ارجح است.
از سوی دیگر بازار هند بیشتر مورد توجه درجه های تایید شده در آزمون نفوذپذیری است.
منبع: با فناوری
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب