قیر یک مایع چسبناک قهوه ای تیره یا سیاه از هیدروکربن ها و کربن آزاد است که از طیف وسیعی از مواد آلی از طریق تقطیر مخرب بدست می آید. قیر را می توان از ذغال سنگ ، چوب ، نفت یا ذغال سنگ نارس تولید کرد.
محصولات معدنی شبیه قیر را می توان از هیدروکربن های فسیلی مانند نفت تولید کرد. قطران ذغال سنگ از ذغال سنگ به عنوان محصول جانبی تولید کک تولید می شود.
آسفالت که به طور طبیعی وجود دارد را می توان “قیر معدنی” یا “گام معدنی” نیز نامید. تمایل به استفاده از “قیر” برای مواد مایع بیشتر و “pitch” برای مواد جامد تر (ویسکوالاستیک) وجود دارد. هر دو “قیر” و “زیر و بم” روی اشکال چسبناک آسفالت مانند آسفالت موجود در چاله های تار طبیعی (به عنوان مثال ، گودال های تار La Brea در لس آنجلس) اعمال می شوند. “تار رنگون” ، همچنین به عنوان “روغن برمه ای” یا “نفتای برمه ای” شناخته می شود ، همچنین نوعی نفت است. در واقع از آسفالت تشکیل شده است که قیر نیز نامیده می شود.
قیر ماده‌ای 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 و اغلب در پالایشگاه نفت تولید می‌شود.
قیر یک هیدروکربن متراکم، بسیار چسبناک و برگرفته از نفت است که به دو نوع اصلی طبقه‌بندی می‌شود. اولین نوع، قیر طبیعی است که در زیر تپه‌ها و دریاچه‌های نفتی یافت می‌شود و نوع دیگر، قیر تصفیه شده حاصل از ته‌نشینی نفت خام است.
قیر حاوی ۲ درصد اکسیژن، ۱۱ درصد هیدروژن و ۸۷ درصد کربن است.
همان‌طور که گفته شد، این محصول یک هیدروکربن با وزن مولکولی بالا شامل روغن، رزین و آسفالتین است. وجود ۵ تا ۳۰ درصد آسفالتین در قیر باعث سختی قیر می‌شود.
قیر به دو روش تولید می‌شود
اجرای مستقیم
دمیدن هوا که براساس فرایند مقطعی یا ادامه‌دار انجام می‌شود
قیر عمدتاً در ساخت و سازها، راهسازی، عایق کاری جاده‌ها، آسفالت کردن خیابان‌ها یا عایق بندی پشت بام‌ها استفاده می‌شود. این محصول با توجه به فرآیندهای مختلف تولید به انواع و درجه‌های مختلف و آزمایش‌های فیزیکی نظیر تست نفوذ، تست گرانروی (ویسکوزیته)، تست نقطه
اشتعال، تست حلالیت، تست نقطه نرم شدن، تست انعطاف‌پذیری و موارد دیگر تقسیم می‌شود.
لازم است ذکر شود که برخی از این طبقه‌بندی‌ها براساس نتایج آزمایشات انجام شده روی قیر و برخی دیگر براساس نوع پالایش و مراحل انجام شده بر روی قیر صورت گرفته‌اند.
قیر ماده‌ای هیدروکربنی است به رنگ سیاه تا قهوه‌ای تیره که در سولفید کربن و تتراکلرید کربن کاملاً حل می‌شود. قیر در دمای محیط ، جامد است. اما با افزایش دما، به حالت خمیری درمی‌آید و پس از آن مایع می‌شود. کاربردهای اصلی قیر به علت وجود دو خاصیت مهم این ماده است:
- نفوذناپذیری در برابر آب
- چسبندگی
انواع قیر
قیر استخراج شده از نفت یا سنگ‌های معدنی مخصوص، قیر خالص نام دارد که با توجه به منشأ تشکیل، طبقه‌بندی می‌شود. قیرهای خالص همچنین برای اینکه خواص مورد نظر برای کاربردهای مختلف را پیدا کنند، تحت فرایندهای دیگر قرار می‌گیرند و انواع مختلف قیر را (ازجمله قیر دمیده، قیر محلول، قیر امولسیون، قیر پلیمری و…) را تشکیل می‌دهند.
آزمایش‌هایی که بر روی نمونهٔ قیر صورت می‌گیرند تعیین کنندهٔ بخشی از انواع قیر از جمله penetration grade, viscosity grade و performance grade هستند. آزمایش‌های قیر شامل viscosity, penetration , spot test و … هستند که قیر را از ابعاد مختلفی مورد بررسی قرار می‌دهند و تعیین می‌کنند که نمونهٔ آزمایش شده برای چه منطقه ای و با چه هدفی کاربرد دارد
کاربرد های قیر
قیر معمولاً در دو حوزه راهسازی و عایق‌کاری به کار می‌رود. حدوداً ۹۰ درصد از قیر تولیدی، در حوزه راهسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد و مصارف عایق‌کاری، تنها ۱۰ درصد از مصرف قیر را به خود اختصاص می‌دهد.
عایق کاری
از قیر معمولاً برای عایق بندی بام‌ها و کف حمام‌ها استفاده می‌شود. معمولاً به منظور تثبیت قیر، آن را همراه با گونی مورد استفاده قرار می‌دهند که به آن قیرگونی گفته می‌شود. الیاف گونی نقش مسلح‌کننده قیر را دارند و قیر را در محل خود تثبیت می‌کنند. هم چنین محصولاتی مانند مقوای قیری یا نمد قیری که با نام‌های تجاری نظیر ایزوگام و… ارائه می‌شوند نیز کاربردی مشابه قیرگونی دارند. به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت زمین به کف ساختمان، از بلوکاژ یا ماکادم استفاده می‌شود.
قیر نفتی و قیر طبیعی
قیر معمولاً از تقطیر نفت خام به دست می‌آید. چنین قیری قیر نفتی یا قیر تقطیری نامیده می‌شود. 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 می‌شوند. این فرایند در فشاری نزدیک به یک اتمسفر (واحد) انجام می‌شود. در مرحله دوم نیز ترکیبات سنگین مانند گازوئیل و نفت سفید خارج می‌شوند. این فرایند در فشاری نزدیک به خلاء صورت می‌پذیرد. در نهایت مخلوطی از ذرات جامد بسیار ریز به نام آسفالتن باقی می‌ماند که در ماده سیال گریس‌مانندی به نام مالتن غوطه‌ور است.
اما برخی از انواع قیر در طبیعت و در اثر تبدیل تدریجی نفت خام و تبخیر مواد فرار آن در اثر گذشت سال‌های بسیار زیاد به دست می‌آید. چنین قیری، قیر طبیعی نامیده می‌شود و دوام آن بیشتر از قیرهای نفتی است. چنین قیری ممکن است به‌صورت خالص در طبیعت وجود داشته باشد (قیر دریاچه‌ای) مانند دریاچه قیر بهبهان ایران و دریاچه قیر تیرینیداد آمریکا ، یا از معادن استخراج شود (قیر معدنی). قیر طبیعی با نام یواینتایت (Uintaite) نیز شناخته می‌شود.
مشخصات قیر
درجه نفوذ
آزمایش درجه نفوذ برای تعیین سختی قیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این آزمایش از یک سوزن استاندارد تحت اثر بار ۱۰۰ گرمی در مدت ۵ ثانیه به داخل قیر در دمای ۲۵ درجه نفوذ می‌کند. مقدار نفوذ برحسب دهم میلیمتر درجه نفوذ نامیده می‌شود. هر چه درجه نفوذ کم تر باشد قیر سخت تر است.
گرانروی
هر چه کند روانی قیر بیش تر باشد خواص جامد بیش تری از خود نشان می‌دهد. واضح است در دماهای بالاتر کند روانی کم تر است. این مشخصه قیر با دستگاه سی بولت فیورل و یا به روش کینماتیکی اندازه‌گیری می‌شود.
درجه اشتعال
درجه اشتعال دمایی است که اگر قیر به آن دما برسد، گازهای متصاعد از آن با نزدیک شدن شعله، مشتعل می‌شوند و در سطح آن شعله به وجود می‌آید. حداکثر دمایی که می‌توان قیر را در کارگاه گرم کرد به درجه اشتعال محدود می‌باشد.
افت وزنی
افت وزنی قیر در دمای بالا، در اثر تبخیر قسمتی از روغن‌ها و ترکیبات نفتی آن می‌باشد. 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) اندازه‌گیری می‌شود.
شکل پذیری یا انگمی
اگر نمونه‌ای از قیر با سطح مقطع ۱ سانتی‌متر مربع را با سرعت ۵ سانتی‌متر/دقیقه بکشیم، مقدار افزایش طول نمونه را قبل از پاره شدن خاصیت انکمی قیر گویند.
درجه خلوص
می‌دانیم حلال قیر تترا کلرور کربن و سولفور کربن است. بنابراین اگر نمونه‌ای از قیر را در هر یک از این مواد حل کنیم، ناخالصی‌های آن باقی می‌ماند و از آن جا درجه خلوص قیر را می‌توانیم تعیین کنیم. درجه خلوص عبارت است از: (وزن نمونه قیر) ÷ [(وزن ناخالصی) – (وزن قیر)]
درجه نرمی
درجه نرمی دمایی است که با رسیدن قیر به آن دما، قیر از حالت جامد به حالت روان در می‌آید. هرچه درجه نرمی قیر بیش تر باشد، حساسیت کم تری نسبت به تغییرات دما دارد. درجه نرمی قیرهای معمولی حدود ۶۰ تا ۷۰ می‌باشد.
قیرامولسیون چیست ؟
از مخلوط کردن قیر پایه با درجه نفوذ ۵۰-۴۰، ۷۰-۶۰ و یا ۱۰۰-۸۵ با آب، امولسیفایر، نفت و اسید، قیر امولسیون شکل می گیرد. پایه این محصول، آب است مخلوط قیر در آب.
امولسیفایر باعث جدانشدن و ممزوج ماندن قیر و آب می گردد. اشکال زیر، مربوط به قیر امولسیون کاتیونیک با بارمثبت است. در ۹۰% کاربردها، از قیر امولسیون کاتیونیک و نه آنیونیک استفاده می شود.
روش تولید قیر امولسیون و فرآیند تولید آن
قیر امولسیون با توجه به کاربردهای مختلف، درصد قیر پایه و آب گوناگونی خواهد داشت. مدت زمان فرآیند شکست قیر با توجه به نوعامولسیفایر به کار رفته در فرآیند تولید قیر امولسیون، تعیین می گردد که در این رابطه به سه نوع تقسیم می شود ز مخلوط کردن قیر پایه با درجه نفوذ ۵۰-۴۰، ۷۰-۶۰ و یا ۱۰۰-۸۵ با آب، امولسیفایر، نفت و اسید، قیر امولسیون شکل می گیرد. پایه این محصول ، آب است مخلوط قیر در آب.
CRS : قیر امولسیون کاتیونی تند شکن که بسته به نوع کاربرد، با قیر پایه با درجه نفوذ ۶۰-۷۰ یا ۸۵-۱۰۰ یا ۴۰-۵۰ تولید می شود. برای آب و هوای بسیار گرم، از ۴۰-۵۰، برای آب و هوای معمولی از ۶۰-۷۰ و برای آب و هوای بسیار سرد از ۸۵-۱۰۰ استفاده می گردد.
CMS : قیر امولسیون کاتیونی کند شکن که بسته به نوع کاربرد ،با قیر پایه با درجه نفوذ ۶۰-۷۰ یا ۸۵-۱۰۰ یا ۴۰-۵۰ تولید می شود برای آب و هوای بسیار گرم، از ۴۰-۵۰، برای آب و هوای معمولی از ۶۰-۷۰ و برای آب و هوای بسیار سرد از ۸۵-۱۰۰ استفاده می گردد.
CSS : قیر امولسیون کاتیونی دیر شکن که بسته به نوع کاربرد ،با قیر پایه با درجه نفوذ ۶۰-۷۰ یا ۸۵-۱۰۰ یا ۴۰-۵۰ تولید می شود. برای آب و هوای بسیار گرم، از ۴۰-۵۰، برای آب و هوای معمولی از ۶۰-۷۰ و برای آب و هوای بسیار سرد از ۸۵-۱۰۰ استفاده می گردد.
ویژگی های قیرامولسیون
امکان حمل به مکان های دور دست به صورت فله با رله تانک یا بشکه ترجیحاً بشکه روغن.
توانایی استفاده از آسفالت با ضخامت های کم.
سرعت پخش بالای آسفالت.
مناسب جهت هرنوع آسفالت و روکش خیابان- اتوبان- باند فرودگاه.
عدم نیاز به حرارت دهی حین نگه داری، حمل و پاشش.
در دمای محیط قابل مصرف می باشد.
نفوذپذیری مناسب به علت سیالیت بالا.
بر روی روسازی های مرطوب نیز، می توان آن را به کار برد.
پیچیده نبودن ماشین آلات مورد نیاز و سهولت استفاده.
سازگاری کامل با محیط زیست چه در فرآیند ساخت و تولید و چه در فرآیند حمل، پاشش و شکست.
شکست سریع قیر امولسیون در تقابل با مصالح سنگی و هوا تنها ۲ تا ۱۵ ساعت.
سمی نبودن و عاری از هرگونه بو.
عدم آتشگیری هنگام نگهداری، حمل و اجرا.
تغییر رنگ از قهوه ای به سیاه پس از فرآیند شکست قیر امولسیون و آماده شدن برای تردد یا اجرای لایه بعدی آسفالت.
به منظور تأثیر مناسب قیر امولسیون حین پاشش، تعبه درست نازل ها ضروری است حدّ اقل دو نازل باید ناحیه پاششرا پوشش دهند.
برای آن که قیر سرد نشود ، باید در دمای ۲۰ تا ۵۰ سانتیگراد نگهداری شود و در حدود ۴ ماه ماندگاری دارد. در صورت وجود میکسر یا همزن استیل یا تفلون، جهت هم زدن قیر امولسیون، محصول تا مدت بیش از ۴ ماه همگن و مخلوط باقی می ماند.
جهت نگه داری در مخزن ، قیر امولسیون باید از پایین منبع پمپ شود نه از بالا تا سالم بماند و لخته و جدا دوفاز نشود.
قیر امولسیون را کافی است با اسپری یا سم پاش، بدون حرارت دهی، به سطح مورد نظر دیوار، سقف، بام،کف و دیوار استخر، کف سرویس بهداشتی و … پاشید و با جارو یا تی در سطح پخش نمود که بسیار سریع خشک شده و علاوه بر اینکه به خوبی سطح را آب بند می کند ، نسبت به قیر محلول MC بسیار مقرون بهصرفه است.
تفاوت های قیر امولسیون و قیر محلول
۱- فرآیند تولید قیر امولسیون به هیچ وجه دودزا نیست در حالی که فرآیند تولید قیر محلول شدیداً دودزا و آلوده کننده هوا است.
۲- قیر امولسیون تنها یکبار در فرآیند تولید به دمای ۱۶۰ درجه سلسیوس می رسد و سایر مراحل شامل ذخیره، حمل و یا پاشش، تقریباً به حرارتنیاز نداشته یا دمایش بین ۲۰ تا ۶۰ سانتی گراد باید باشد؛ در حالی که قیر محلول، هم در فرآیند تولید، هم در حین حمل و هم هنگام پاشش، جهت رقیق شدن، باید به دمای ۱۲۰ تا ۱۶۰ درجه سلسیوس برسد. از این رو، ماده حاصل از شکست قیر امولسیون، همان قیر پایه مصرفی خواهد بود،درحالی که ماده به جا مانده از شکست قیر محلول بسیار با قیر پایه اولیه متفاوت است.
۳- در هر تن قیر امولسیون، تنها حدود ۲۰ لیتر نفت مصرف می شود و آب، اسید و امولسیفایر به کار رفته نیز، در فرآیند شکست، از قیر جدامی شوند. در نتیجه کاملاً با محیط زیست سازگار و فاقد مواد سمی و بو است در حالی که قیر محلول، حدود ۳۵۰ لیتر نفت در هر تن خود دارد که حین شکست، این مقدار نفت وارد زمین یا هوا شده و در نتیجه، هم محیط زیست را آلوده می نماید و هم علاوه بر سمی بودن، سرمایه ملی ما وآیندگانمان به سادگی ازبین می رود.
۴- قیر امولسـیون به علت سیالیت بالا به خوبی در سطح نفوذ می کند؛ در حالی که کندروانی قیر محلول از قیر امولسیون بیش تر است. به منظورکاهش گران روی قیر محلول، به ناچار باید نفت و بنزین به آن اضافه کرد که بر شدت آسیب به محیط زیست می افزاید.
۵- قیر امولسیون به راحتی در دمای محیط قابل اجرا و مصرف است در حالی که قیر محلول باید حدود ۱۶۰ درجه سلسیوس حرارت ببیند که موجبمی شود انرژی بسیاری به هدر رود.
۶- از قیر امولسیون بر روی روسازی های مرطوب نیز می توان استفاده کرد در حالی که برای استفاده از قیر محلول، سطح باید کاملاً خشک باشد.
۷- سرعت شکست قیر امولسیون در تقابل با مصالح سنگی و هوا بین ۲ تا ۱۵ ساعت است در حالی که سرعت شکست قیر محلول بین ۴۸ تا ۷۲ ساعت است.
۸- قیر امولسیون به علت داشتن ترکیبات یونی، به سطح یا مصالح سنگی می چسبد در حالی که قیر محلول خنثی است و فقط نقش یک پوشش را ایفا می کند.
۹- برای پرایم کت، در هر مترمربع از سطح، ۱/۱ کیلوگرم قیر امولسیون باید پاشش شود درحالی که این مقدار در خصوص قیر محلول )MC( بین ۲/۱ تا ۸/۱کیلوگرم در هر متر مربع از سطح می باشد. همچنین، این عدد برای تک کت، ۵۰۰ تا ۸۰۰ گرم از قیر امولسیون و ۵۰۰ تا ۸۰۰ گرم برای قیر محلولMC است.
۱۰- در ترکیب قیر امولسیون با مصالح سنگی، مصالح باید شکسته و کاملاً شسته باشند و به هیچ عنوان خاک نداشته باشند؛ همچنین، دانه بندی ۰ تا ۳ میلیمتر درآن ها وجود نداشته باشد تا از لخته شدن ترکیب قیر و سنگ جلوگیری شود در حالی که قیر محلول این ویژگی را ندارد.
۱۱- قیر امولسیون به علت عدم نیاز به حرارت بالای ۶۰ سانتی گراد، به هیچ عنوان حین نگهداری، حمل و اجرا آتشگیر نیست در حالی که قیر محلول به علتمواجهه با دمای ۱۶۰ درجه به بالا، قابل اشتعال است.
۱۲- از قیر امولسیون به راحتی می توان به عنوان آسفالت سرد استفاده کرد در حالی که از قیر محلول، به این علت که باید حرارت ببیند تا سفت و خشک نشود،نمی توان به عنوان آسفالت سرد استفاده کرد.
۱۳- در مجموع، با توجه به صرف کم تر انرژی در حین نگهداری، حمل و پاشش، هدر رفت بسیار کم تر نفت به عنوان سرمایه ملی، پوشش سطح بیشتر درصورتاستفاده از قیر امولسیون نسبت به قیر محلول، صرفه جویی بسیار خوب در زمان و در آخر، ارزان تر بودن قیر امولسیون، در برآیند نکات فوق، استفاده از قیر محلولبیش از ۲ برابر استفاده از قیر امولسیون هزینه خواهد داشت.