مواد ومصالح ساختمانی قیر bitumen))
قیر
قیر ماده ای است سیاه رنگ و خمیری شکل که در عایقکاری رطوبت و ساخت آسفالت کاربرد دارد. قیر انواع گوناگونی دارد که هر یک از انواع آن، دارای کاربرد خاصی است. قیر از مشتقات نفت است.
قیر ماده ای هیدروکربنی است به رنگ سیاه تا قهوه ای تیره که در سولفید کربن و تتراکلرید کربن کاملاً 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. کاربرد مهم قیر به علت وجود دو خاصیت مهم این ماده است؛
* نفوذناپذیری در برابر آب
* چسبندگی
قیر معمولاً از تقطیر نفت خام به دست می آید. چنین
قیری قیر نفتی یا قیر تقطیری نامیده می شود. قیر نفتی
محصول دو مرحله تقطیر نفت خام در برج تقطیر است. در
مرحله نخست تقطیر، مواد سبک مانند بنزین و پروپان از
نفت خام جدا می شوند. این فرایند در فشاری نزدیک به
یک اتمسفر (واحد) انجام می شود. در مرحله دوم نیز ترکیبات
سنگین مانند گازوئیل و نفت سفید خارج می شوند. این
فرایند در فشاری نزدیک به خلاء صورت می پذیرد. در نهایت
4 مخلوطی از ذرات جامد بسیار ریز به نام آسفالتن باقی
می ماند که در ماده سیال گریس مانندی به نام مالتن غوطه ور
است .
اما برخی از انواع قیر در طبیعت و در اثر تبدیل تدریجی نفت خام و تبخیر مواد فرار آن در اثر گذشت سال های بسیار زیاد به دست می آید. چنین قیری، قیر طبیعی نامیده می شود و دوام آن بیشتر از قیرهای نفتی است. چنین قیری ممکن است به صورت خالص در طبیعت وجود داشته باشد (قیر دریاچه ای) مانند دریاچه قیر بهبهان ایران و دریاچه قیر تیرینیداد آمریکا، یا از معادن استخراج شود.
قیرهای نفتی
قیرهای نفتی، قیرهای جامد و نیمه جامدی هستند که به طور مستقیم از تقطیر نفت خام و یا با عملیات اضافی دیگر نظیر دمیدن هوا به دست می آیند. قیر نفتی بازمانده یا ته مانده سنگین تقطیر نفت خام است . میزان قیر نفت خام از صفر تا بیش از نیمی از آن متغیر است . به علاوه قیرهای بدست آمده از منابع مختلف می توانند تفاوت های زیادی داشته باشند. بنابراین پالایشگاه های تولیدکننده قیر باید نفت خام خود را به دقت انتخاب کنند تا به کیفیت قیر اطمینان داشته باشند.
استحصال مستقیم قیر از نفت خام
تقطیر یک فرآیند اساسی در تصفیه نفت خام است. مرحله اول تقطیر تحت فشار اتمسفر انجام شده و به طورمعمول شامل حرارت دادن نفت خام تا دمای حدود ۶۵۰ تا ۸۰۰ درجه فارنهایت و سپس تزریق آن به داخل یک ستون جداسازی است. بدین طریق برش های سبک تر به صورت محصول بالای برج و ته مانده قیری را تحت عنوان ته مانده اتمسفریک می نامند. این اولین مرحله در کل فرآیند تصفیه است. بسیاری از نفت های خام حاوی درصدهای بالایی از برش های با نقطه جوش بالا هستند که نمی توان آن ها را در یک واحد تقطیر اتمسفریک تقطیر نمود. برای جداسازی این برش ها و تهیه قیر با مشخصه های موردنظر از یک برج تفکیک ثانوی که در شرایط خلا کار می کند استفاده می گردد .
باقی مانده این فرآیند را تحت عنوان قیر استحصال مستقیم می نامند. فرآیند تولید آسفالت به وسیله روش تقطیر در خلا به جز نفوذپذیری تاثیر بسیار اندکی روی سایر خواص قیر به جا می گذارد. منشا نفت خام به کاررفته نیز تاثیر قابل توجهی روی خواص فیزیکی قیر استحصالی دارد.
استحصال مستقیم قیر از نفت خام
مشخصات قیر
1-درجه نفوذ: آزمایش درجه نفوذ برای تعیین سختی قیر مورد استفاده قرار می گیرد. در این آزمایش از یک سوزن استاندارد تحت اثر بار ۱۰۰ گرمی در مدت ۵ ثانیه به داخل قیر در دمای ۲۵ درجه نفوذ می کند. مقدار نفوذ برحسب دهم میلی متر درجه نفوذ نامیده می شود. هر چه درجه نفوذ کم تر باشد قیر سخت تر است.
۲ -گرانروی: هر چه کند روانی قیر بیش تر باشد خواص جامد بیش تری از خود نشان می دهد. واضح است در دماهای بالاتر کند روانی کم تر است. این مشخصه قیر با دستگاه سی بولت فیورل و یا به روش کینماتیکی اندازه گیری می شود.
۳ -درجه اشتعال: درجه اشتعال دمایی است که اگر قیر به آن دما برسد، گازهای متصاعد از آن با نزدیک شدن شعله، مشتعل می شوند و در سطح آن شعله به وجود می آید. حداکثر دمایی که می توان قیر را در کارگاه گرم کرد به درجه اشتعال محدود می باشد.
۴ -افت وزنی: افت وزنی قیر در دمای بالا، در اثر تبخیر قسمتی از روغن ها و ترکیبات نفتی آن می باشد. این مشخصه نیز از خواص مهم قیر است. افت وزنی قیر در اُوِن در دمای ۱۶۳ درجه سانتی گراد و در مدت ۵ ساعت (شرایط تقریبی پخت آسفالت) اندازه گیری می شود.
۵ -شکل پذیری یا انگمی: اگر نمونه ای از قیر با سطح مقطع ۱ سانتی متر مربع را با سرعت ۵ سانتی متر/دقیقه بکشیم، مقدار افزایش طول نمونه را قبل از پاره شدن خاصیت انکمی قیر گویند
۶ -درجه خلوص: می دانیم حلال قیر تترا کلرور کربن و سولفور کربن است. بنابراین اگر نمونه ای از قیر را در هر یک از این مواد حل کنیم، ناخالصی های آن باقی می ماند و از آن جا درجه خلوص قیر را می توانیم تعیین کنیم. درجه خلوص عبارت است از: (وزن نمونه قیر) ÷ [(وزن ناخالصی) – (وزن قیر)]
۷ -درجه نرمی: درجه نرمی دمایی است که با رسیدن قیر به آن دما، قیر از حالت جامد به حالت روان در می آید. هرچه درجه نرمی قیر بیش تر باشد، حساسیت کم تری نسبت به تغییرات دما دارد. درجه نرمی قیرهای معمولی حدود ۶۰ تا ۷۰ می باشد
معدن قیر طبیعی گراوه
این شرکت در استان کرمانشاه دارای 3 معدن قیر طبیعی و یک کارخانه فرآوری قیر،تولید پرایم، ماستیک و انامل می باشد.
معدن قیر طبیعی گراوه: این معدن در 20 کیلومتری شرق شهرستان قصر شیرین قرار دارد و ذخیره این معدن در حدود 170 هزار تن می باشد. ذخیره در عمق 10 تا 30 متری از سطح و با شیب رو به جنوب و ضخامت 3 تا 7 متر قرار دارد. این معدن هم اکنون به صورت روباز در حال استخراج است.و طی 8 سال گذشته بعنوان بهترین معدن قیر طبیعی کشور به لحاظ روش فنی و مهندسی و کیفیت معدنکاری انتخاب شده است
جدول مشخصات قیر با درجه نفوذ160/220
روش انجام آزمایش نقطه نرمی قیر
نقطه نرمی را بر اساس روش ساچمه و حلقه بدست می آورند. نقطه نرمی درجه حرارتی است که در آن قیر موجود در حلقه نرم شده و ساچمه از درون حلقه عبور می نماید.
روش انجام آزمایش تعیین نقطه نرمی قیر بر اساس روش ASTM-D36:
حلقه برنجی دستگاه را با قیر مذاب پرکرده و صبر کنید تا قیر سرد شود.
اضافه قیر اطراف حلقه را تمیز کنید.
حلقه را بر روی پایه سوار نمایید.
دستگاه را درون ظرف آب مقطر قرار دهید به طوری که 5 سانتی متر آب بالای حلقه باشد.
ساچمه دستگاه را در مرکز حلقه و مماس بر قیر قرار دهید.
ترمومتر را در ظرف قرار داده و عدد درجه حرارت را یاد داشت نمایید.
دقت نمایید که درجه حرارت آب 5 درجه سانتیگراد باشد.
مجموعه را بر روی هیتر قرار داده و عمل گرمادهی را طوری انجام دهید که سرعت بالارفتن دما 5 درجه در دقیقه باشد.
عملیات گرمادهی را تا جایی ادامه دهید که ساچمه از حلقه عبور کند.
به محض رسیدن ساچمه به پایه درجه حرارت را دقیقا یاد داشت نمایید.
حرارت خوانده شده نشان دهنده نقطه نرمی بر حسب درجه سانتیگراد می باشد
نکته: در صورتی که قیر از نوع دمیده و سخت باشد
به جای آب از مایع گلیسیرین استفاده می شود.
در استاندارد ASTM برای آزمایش نقطه نرمی در حمام همزن وجود ندارد در حالیکه در استانداردهای IP و BS حمام از یک همزن برخوردار می باشد.
در نتیجه نقطه نرمی تعیین شده دارای اختلاف می باشد که معمولا
نتایج ASTM به مقدار 1/5 درجه سانتی گراد بالاتر از روشهای IP
و BS می باشد.
خطای رایج در آزمایش تعیین نقطه نرمی عبارت است از:
سرعت گرمادهی و دقت در دمای اندازه گیری شده.
برای مثال تغییر سرعت گرمادهی از 4/5 به 5/5سبب اختلاف 1/6 درجه سانتی گراد در نقطه نرمی اندازه گیری شده بر اساس استاندارد IP58 می شود.
قابلیت نفوذ قیر چگونه اندازه گیری می شود؟
قابلیت نفوذ قیر یا همان آزمایش درجه نفوذ مرسوم ترین آزمایش برای اندازه گیری قوام قیر است. قابلیت نفوذ قیر را بر اساس مقدار نفوذ یک سوزن استاندارد در دمای 25 درجه سانتیگراد در داخل قیر تعریف می کنند. این سوزن تحت اثر نیرویی معادل 100 گرم است. مقدار نفوذ این سوزن استاندارد را بعد از پنج ثانیه اندازه می گیرند و آن را به عنوان قابلیت نفوذ تعریف می کنند. قیرهای نرم تر قابلیت نفوذ بیشتر دارند.
روش انجام آزمایش بر اساس استاندارد ASTM-D5
قیر مورد آزمایش در ظرف مخصوص آزمایش نفوذ گرم و کاملاً مخلوط می شود.
ظرف آزمایش به مدت یک الی یک و نیم ساعت در حمام آب 25 درجه سانتی گراد قرار داده می شود تا قیر به دمای 25 درجه سانتی گراد برسد.
ظرف آزمایش در زیر سوزن طوری قرار میگیرد که نوک سوزن روی سطح براق قیر باشد.
درجه دستگاه روی صفر تنظیم می شود و سوزن با آزاد نمودن پیچ دستگاه رها می شود.
پس از زمان پنج ثانیه درجه دستگاه قرائت می شود.
این آزمایش سه مرتبه تکرار شده و اگر نتایج اختلاف معناداری نداشته باشد، میانگین نتایج به عنوان قابلیت نفوذ قیر گزارش می گردد.
نکته: تعیین درجه نفوذ کمتر از 2 و بیشتر از 500 به وسیله این روش از دقت خوبی برخوردار نیست. دقت در این آزمایش بسیار ضروری بوده و یک تغییر جزئی می تواند اختلاف قابل توجهی در نتایج ایجاد کند.
مرسوم ترین خطاها در آزمایش اندازه گیری قابلیت نفوذ قیر عبارت اند از:
تهیه نمونه و نمونه گیری نامناسب
نگهداری نامناسب از تجهیزات و سوزن ها
خطا در دما و زمان آزمایش
خاصیت کشش قیر، روش انجام آزمایش کشش ASTM-D113
خاصیت کشش قیر(Ductility) به مقدار طول یک نمونه از قیر (بر حسب سانتی متر) گفته می شود که به شکل استاندارد کشیده و طویل شده تا به نقطه انقطاع برسد. قیری که خاصیت کشش آن مناسب باشد در مقابل تغییرات دما منبسط و منقبض نخواهد شد. خاصیت کشش به درجه سختی قیر بستگی دارد و قیری که خاصیت کشش آن کم باشد سخت و شکننده خواهد بود. در صورتیکه قیر خاصیت کشش مناسبی داشته باشد و در آسفالت مصرف گردد در فصل سرد زمستان بندرت بر روی آن ترک ایجاد خواهد شد
روش انجام آزمایش خاصیت کشش قیر:
قالب دستگاه را آماده نمایید.
قیر را ذوب کرده و درون قالب بریزید.
اجازه دهید تا قیر به دمای محیط برسد.
توسط کاردک مناسب قیرهای اضافی را از اطراف قالب بردارید.
به مدت 1/5 ساعت قالب را در دمای حمام آب گرم دستگاه قرار دهید.
نمونه را به دستگاه وصل نموده سپس پیچ های قالب دستگاه را آزاد کنید.
دستگاه را روشن نموده و سرعت آن را طوری تنظیم کنید که با سرعت یک سانتیمتر در دقیقه از طرفین کشیده شود تا ضمن طویل شدن پاره شود.
بلافاصله بعد از پاره شدن قیر طول را اندازه گرفته و این
مقدار اندازه گیری شده همان مقدار کشش می باشد.
نکته: در تمام طول آزمایش درجه حرارت 25 درجه
سانتیگراد است مگر اینکه نیاز باشد آزمایش در حرارت 15
درجه سانتیگراد انجام شود.
روش انجام آزمایش تعیین حلالیت قیر
توسط آزمایش تعیین حلالیت قیر می توان درصد قیر خالص را به کمک سولفور کربن یا تتراکلرید کربن بدست آورد و چون تتراکلرید کربن آتشگیر نمی باشد بهتر است از آن استفاده شود.
روش انجام آزمایش:
نمونه مورد آزمایش را در یک بوته گوچ که در آن از آزبستوس به عنوان صافی استفاده شده است بریزید.
به کمک سولفور کربن یا تتراکلرید کربن تمامی قیر موجود را آنقدر بشویید تا مایعی که از بوته گوچ خارج می شود کاملا بی رنگ بشود.
بوته را در آون با درجه حرارت 110 درجه سانتیگراد قرار می دهیم تا کاملا خشک شود.
با توزین بوته و مقایسه آن با وزن اولیه بوته قبل از آزمایش وزن مواد نامحلول بدست خواهد آمد که با استفاده از آن درصد حلالیت قیر محاسبه خواهد شد که مقدار بدست آمده نتیجه آزمایش خواهد بود.
وزن مخصوص قیر را چطور اندازه گیری می کنند؟
دستور کار آزمایش اندازه گیری وزن مخصوص قیر بر اساس استاندارد ASTM_D70
تعریف: وزن مخصوص قیر به صورت نسبت وزن حجم معینی از قیر به وزن آب هم حجم آن در درجه حرارت مشخص تعریف می شود.
وسایل موردنیاز: پیکنومتر و ترازو
ابتدا پیکنومتر را تمیز کرده و سپس وزن می کنیم. قیر را به صورت مذاب به داخل پیکنومتر ریخته و صبر می نماییم تا حباب های هوای آن خارج شود. سپس پیکنومتر محتوی قیر را وزن می کنیم؛ و از اختلاف وزن پیکنومتر خالی و پر، مقدار وزن قیر را تعیین می نماییم. برای آب نیز همین مراحل را انجام می دهیم و وزن آب را به دست می آوریم.
وزن مخصوص قیر توسط رابطه زیر به دست می آید:
وزن مخصوص قیر=X/Y
X وزن پیکنومتر پر از قیر و بدون حباب های هوا منهای وزن پیکنومتر خالی است
Y وزن پیکنومتر با آب منهای وزن پیکنومتر خالی
دستگاه تعیین وزن مخصوص قیر