قیر

قیر ماده مفیدی است که در صنایع مختف مورد استفاده قرار می گیرد. 85 درصد از قیر تولید شده صرف راهسازی، 10 درصد در صنعت ساختمان و 5 درصد در صنعت عایق سازی استفاده می شود. در این مقاله به بررسی قیر و انواع آن پرداخته ایم.

قیر چیست؟

قیر یک ماده چسبناک که در حالت مایع تا نیمه جامد وجود دارد که رنگ آن مشکی یا قهوه ای تیره است. قیر به صورت کلی از آسفالت و ترکیبات نفتی تشکیل شده است. ترکیبات مختلف قیر خاصیت های متفاوتی دارد.

منشا قیر

قیر به صورت طبیعی و یا از استخراج نفت خام پدید آمده است.

1. تولید قیر به صورت طبیعی

میلیون ها سال پیش موجودات زنده مانند جلبک‌های میکروسکپی زیر سنگ های رسوبی، باتلاق ها و زیستگاه های آبزیان مدفون شدند.

پس از مدتی باقیمانده آنها تحت فشار حداکثری لایه های رسوبی و دمای بالای 50 درجه سانتی گراد به قیر طبیعی تبدیل می‌شود.

قیر طبیعی یا گیلسونایت دارای مقدار زیادی ناخالصی نظیر گوگرد و فلزات سنگین است.هزینه استخراج واستفاده از قیر طبیعی بیشتر از قیر به دست آمده از نفت خام است.

معمولا از قیر به منظور مواد افزودنی برای عایق ضدآب، حفاری و راهسازی استفاده می‌شود.

2. تقطیر نفت خام

نفت خام منبع اولیه قیر برای صنعت است. نفت خام از ترکیبات مختلفی تشکیل شده که توسط برج تقطیر از هم جدا شده‌اند. اجزای سبک نفت خام در سطح و اجزای سنگین مانند قیر در پایین برج تقطیر قرار می گیرند و از مواد باقیمانده در برج خلاء برای تولید قیر استفاده می‌شود.

پروسه تولید انواع مختلف قیر، مانند قیر نفوذی یا قیر اکسید شده، در پالایشگاه برج خلا متفاوت است. کاربرد اصلی قیر در راهسازی است.

تفاوت قیر، قیر قطرانی و آسفالت در چیست؟

در آمریکا واژه قیر و آسفالت هم معنی هستنداما به صورت کلی آسفالت ترکیبی از سنگدانه و قیر است که به وسیله بند در صنعت راهسازی از آن استفاده می شود.

قیر یک ماده هیدرکربنی است که به صورت طبیعی یا از طریق فرایند پالایش نفت خام تولید می‌شود.

قیر قطرانی یک ماده هیدروکربنی تیره است. تفاوت بین قیر قطرانی و قیر در منشا تولید آنهاست. قیر قطرانی از طریق فرآیند ویژه تقطیر چوب و زغال به وجود می آید. قیر قطرانی بر پایه زغال سنگ سرشار از بنزین است و سرطان زاست.

اساسا از قیر قطرانی در صنعت راهسازی استفاده می‌شود. همچنین، هزاران سال پیش در اروپای شمالی از قیر قطرانی تولید شده بر پایه چوب برای ساخت قایق های ضد آب استفاده می‌شد. الیاف زغال سنگ و چوب دارای خاصیت درمانی هستند و در درمان بیماری پسوریازیس و میکروب زدایی استفاده می شود.

انواع قیر و کاربرد آنها

از آنجا که انواع مختلف نفت خام گونه های متفاوت قیر با ویژگی‌های کاملا متفاوتی به دست می آید که در طبقه‌بندی قیر حائز اهمیت است.

قیر بر اساس خواص آن طبقه بندی  شده است، پالایشگاه‌ها تعدادی آزمایش برای اندازه گیری سطح گرانروی، درجه نفوذ، کارآیی و انسجام قیر انجام می‌دهند.

  نتیجه‌ی آزمایشها سطح گرانروی و درجه نفوذ قیر را نشان می‌دهد.

در بقیه سطح‌های قیر که شامل قیر کات بک، قیر اکسید شده و قیر امولسیون بر اساس فرآیند تولید رده بندی شده است.

1. گیلسونایت ( قیر طبیعی)

گیلسونایت قیری طبیعی است که ظاهری براق و سیاه رنگ دارد. محتوای انواع گیلسونایت بر اساس خاکستر و موادی که قابلیت حل شدن در مایع محلل را دارند، رده بنده شده است.

به دلیل اینکه گیلسونایت ماده ای سخت و شکننده است اغلب به صورت پودر از آن استفاده می‌کنند. ترکیب گیلسونایت به قیر پالایشگاهی نزدیک است.

از ترکیب گیلسونایت و قیر طبیعی در صنعت راهسازی استفاده می‌شود. با وجود اینکه در برابر نفوذ آب مقاوم است اما درجه نفوذ و تغییر شکل آن کم است.

کاربردهای گیلسونایت:

• صنعت چاپ
• صنعت نقاشی
• حفاری گل و سیمان
• آسفالت و راهسازی
• صنعت ریخته گری
• محصولات شیمیایی
• بهبود کیفیت قیر

2. درجه نفوذ قیر

از قیر نفوذی به صورت گسترده در راهسازی استفاده می شود.

بعد از تولید در پالایشگاه‌ها و آزمایش آن توسط دستگاه نفوذ سنج طبقه بندی می شود. هر چه سوزن عمیق تر به سطح قیر نفوذ کند و قیر نرم تر و روان تر باشد برای هوای سرد مناسب تر است. قیر با درجه نفوذ 60 و 70  تا 80 و 100 در صنعت راهسازی استفاده می شود. علاوه بر این به عنوان یک ماده ضد آب در صنعت ساختمان از درجه نفوذ 60 و 70 استفاده می شود.

هنگام استفاده از قیر حتما باید به دما و میزان تردد در آ ن منطقه توجه نمود.

3. قیر ویسکوزیته

قیر های رده ی ویسکوزیته بر اساس نتایج مربوط به آزمون گرانروی دسته بندی می شوند این دسته از قیر که کاربرد های فراوانی در مناطقی مانند هندوستان دارد به زودی جایگزین قیرهای نفوذی در این مناطق خواهد شد.

این دسته از قیر چهار نوع است و کاربردهای متفاوتی دارند.

• قیر VG-10
• قیر VG-20
• قیر VG-30
• قیر VG-40

دلیل استفاده از قیر ویسکوزیته به جای درجه نفوذ این است که گرانروی قیر در دمای بالا تغییر می کند.

ويسكوزيته قير يكی از عوامل مهم در تعيين قير مورد نياز در راه سازی می باشد. اصولا هرچه ويسكوزيته قير كمترباشد استفاده از آن برای توليد و پخش آسفالت راحت تر خواهد بود، به عبارت ديگر قير و جابجايی آن از مخازن اصلی به مخازن اختلاط و همچنين اختلاط قير با مصالح به سهولت انجام می پذيرد. اما ويسكوزيته با پايداری آسفالت با تغييرات دما رابطه مستقيم دارد، چنانچه ويسكوزيته قير كم باشد، در گرمای تابستان قير حالت خميري به خود مي گيرد و سبب برآمده شدن آسفالت زير بار ترافيك و قيرزدگی آسفالت می شود. از سوی ديگر اگر ويسكوزيته قير بيش از حد مناسب باشد موجب می شود كه در زمستان آسفالت دچار ترك خوردگی شده و از بين برود. همه اين مشكلات سبب می شود تا تعيين ويسكوزيته قيرها اهميتی فراوان پيدا كند.

4. قیر امولسیون

قیر امولسیون ترکیب و مخلوطی است از دو مایع (آب و قیر) که غیر قابل امتزاج هستند که در آن قیر بصورت ذرات بسیار ریزی در آب معلق هستند که در این صورت قیر را به عنوان فاز داخلی و یا فاز غیر پیوسته و مایع دیگر(آب) را فاز خارجی یا فاز پیوسته می‌نامند.

امکان ایجاد این موضوع به کمک ماده ای فراهم میگردد که به آن امولسیفایر یا امولسیون ساز گفته می شود. قطر دانه های قیر بین 001/0 تا 002/0 میلیمتر هستند. هرچه قطر ذرات قیر کمتر باشد امولسیون مرغوب تر است.

قیر امولسون از مواد زیر تشکیل شده است:

• قیر(Bitumen)
• آب(Water)
• امولسیفایر(Emulsifier)
• اسید(Acid)
• کلسیم کلراید(calcium chlorideCacl2)

که جزء ثابت قیر امولسیون هستند اما حسب نوع و ارتقا کیفیت امولسیون میتوان به آن حلال(Solvent)، پایدار کننده(Stabilizer) و پلمیر(polymer) اضافه کرد.

در واقع قیر و آب اصلی ترین و مهمترین مواد تشکیل دهنده قیر امولسیون هستند که به کمک امولسیفایر مخلوط میگردند.

طبقه بندی قیرهای امولسیونی حسب ساختار یونی آنها به سه دسته آنیونیک، کاتیونیک و نانیونیک تقسیم بندی میشود. در حال حاضر استفاده از قیرهای امولسیونی آنیونیک به مرور زمان کاربرد خود را از دست داده و به این منظور قیرهای امولسیون کاتیونیک جایگزین آن شده اند.

 امولسیون قیری کاتیونیک که دارای بار الکتریکی مثبت به مصالح سنگی شامل ترکیبات سیلیسی و کوارتز که بار الکتریکی منفی دارند بهتر می چسبد.

مهمترین شاخص در خصوصیت قیرهای امولسیونی زمان شکست و جدا شدن قیر  و آب آن پس از استفاده و اجرا است که آنها را به سه دسته اصلی تقسیم بندی می کنند:

• تندشکن(ناپایدار)
• کندشکن(نیمه پایدار)
• دیرشکن(پایدار)

5. کات بک قیر

قیر محلول یا Cut Back از حل کردن قیر خالص در یک حلال مناسب نظیر بنزین ، نفت سفید و یا گازوئیل بدست می آید . این قیر در درجه حرارت محیط مایع است و با حرارت کمی باعث می شود مایع گردد . البته نوع و خاصیت قیر محلول بستگی به نوع و نسبت ماده ای که به عنوان حلال استفاده می شود ، دارد . بطوریکه هر اندازه مقدار ماده نفتی در قیر محلول بیشتر باشد روانی آن بیشتر و در نتیجه ویسکوزیته آن کمتر خواهد بود .

قيرهاي محلول از حل كردن قير در حلالها يا روغنهای نفتی به دست مي¬آيد. نوع و كيفيت قيرهای محلول به كيفيت قيرها، نوع حلال و مقدار حلال بستگی دارد. هر اندازه مقدار حلال‌های نفتی در قير محلول زيادتر باشد، روانی آن بيشتر است. عدم دسترسی به وسايل گرم کننده  قير، تجزيه شدن قير در حرارتهای بالا، سرد شدن قير در هنگام كار، عدم امكان نفوذ آن در مواد معدنی متخلخل، لزوم ايمنی كارگران، آتش‌سوزی و صرف وقت باعث می‌شود كه در بعضي موارد از قيرهاي محلول استفاده شود. قيرهاي محلول در راهسازي براي اندودهای سطحي، نفوذي، آسفالت سطحی، آسفالت سرد كارخانه‌ای و يا مخلوط در محل مصرف می‌شود. قيرهای كندگير (MC) از حل كردن قيرهای خالص در نفت سفيد تهيه می‌شود كه عدد پسوند معرف ويسكوزيته قير بر حسب سانتی‌استوكس است .

قیر مخلوط یا مایع (CUT-BACK)

بعضی اوقات در عملیات راهسازی امكان استفاده مستقیم قیر جامد نمی باشد زیرا به علت عدم دسترسی به وسایل گرم نمودن قیر یا سرد شدن قیر گرم شده در هنگام كار یا لزوم ایمنی از نظر كارگران و آتش سوزی و صرف وقت ایجاب می‌نماید كه قیر مایع به كار رود.

قیرهای محلول از حل کردن قیرهای خالص در حلال‌ها یا روغن‌های نفتی به دست می‌آید. نوع و کیفیت قیر‌های محلول به کیفیت قیرهای خالص اصلی، نوع حلال و مقدار حلال بستگی دارد.

هر اندازه مقدار حلال‌های نفتی در قیر محلول زیادتر باشد، روانی آن بیشتر است. معمولا درصد حلال مصرفی در قیرهای محلول ایران از10 تا50 درصد تغییرمی کند. عدم دسترسی به وسایل گرم کننده قیر در حرارت‌های بالا، سرد شدن قیر در هنگام کار، عدم امکان نفوذ آن در مواد معدنی متخلخل، لزوم ایمنی کارگران، آتش سوزی و صرف وقت باعث می‌شود که در بعضی موارد از قیرهای محلول استفاده شود. به منظور چسبندگی قیر به مصالح مرطوب، قیر محلول مورد مصرف باید دارای درجه اسیدی مناسب باشد.قیرهای محلول در راهسازی برای اندودهای سطحی، ستونی، آسفالت سطحی، آسفالت سرد کارخانه‌ای یا مخلوط در محل مصرف می‌شود.

قیر مایع در واقع آمیزه‌ای مركب از قیر جامد یا نرم با حلال مناسب می‌باشد كه در حال حاضر تنها قیر ام. سی 250 (M.C-250) توسط پالایشگاه شیراز تولید می‌گردد كه به مقیاس وسیع، در عملیات راهسازی مصرف می‌شود.

این قیرها به سه دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• قیرهای تندگیر یا RC
• قیرهای دیرگیر یا SC
• قیرهای كندگیر یا MC

قیرهای فوق نیز بر حسب گرانروی به دسته‌های بیشتری قابل تقسیم می‌باشند.

6. قیر اکسید شده

قیر دمیده ( اکسیده) برای اولین باردر سال ۱۸۹۰ از واکنش قیر داغ با اکسیژن به دست آمد و به دنبال آن تحقیقات زیادی در مورد متغیر های فرآیند، طراحی دستگاه و کنترل واکنش های شیمیایی انجام شد.برای آنکه قیر نفتی با درجه نرمی بالا ، در سرما هم خاصیت کشسانی داشته باشد به آن هوا دمیده می شود تا اکسید شود. دمیدن هوای داغ به قیر خالص در مرحله ی آخر عمل تصفیه ، باعث بدست آمدن قیر دمیده ( Rubbery Grade) می شود . در این فرآیند ، هوای داغ با دمای 200 تا 300 درجه سانتی گراد توسط لوله های سوراخ دار به محفظه حاوی قیر دمیده  می شود . در اثر انجام این فرآیند ، اتم های هیدروژن موجود در مولکول های هیدروکربن های قیر ، با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و با تشکیل آب ، عمل بسپارش اتفاق می افتد و قیری دارای خواص قیر معدنی تشکیل می گردد.

7. قیر پلیمری

از آنجائيكه قير به تنهايي هيچگاه از خواص فيزيكي مكانيكي كاملاً رضايت بخشي برخوردار نبوده است. از اينرو محققان همواره در تلاش هستند خواص قير را اصلاح نمايند. اصلاح خواص قير باعث بالا رفتن كيفيت آن و افزايش عمر سرويس‌دهي پوشش شده و در نتيجه هزينه‌هاي نگهداري و مرمت پوشش بنحو چشمگيري كاسته خواهد شد. عمده ضعف قيرها در موارد زير مي باشد. حساسيت بالا، كمي خاصيت كشساني، محدود بودن دامنه سرويس دهي از نظر دما، خواص مقاومت تنشي و بسياري موارد ديگر است. افزودني هاي مختلفي براي بهبود خواص قير بكار رفته است كه كه عمده آنها پليمري مي باشند. مهمترين اصلاح‌كننده‌هاي قير، پليمرها بخصوص لاستيكهاي گرمانرمي چون SBS و SIS و غيره مي‌باشد. از خواص قير پليمري مي‌توان به خاصيت چسبندگي عالي، عملكرد عالي در هر دو محدوده دماي بالا و پايين، خاصيت كشساني بسيار خوب، مقاومت بهتر در برابر روان شدن و تغيير شكل در دماي بالا، كاهش حساسيت دمايي، بهبود استحكام كششي و افزايش مدول سختي در دماهاي بالا اشاره کرد.

حمل قیر پلیمری

همانطور كه توليد ذخيره قير پليمري با توليد قيرهاي معمولي تفاوت دارد ذخيره و حمل آنها نيز با قيرهاي معمولي تفاوت دارد. در مورد نوع خاص قير پليمري خانواده SBS بايد به تفاوت و تجهيزات مربوطه اشاره كرد.

همانطور كه عموم اطلاع دارند در توليد قيرهاي اصلاح شده با SBS از يك مخلوط كن ويژه مجهز به آسياب كلوييدي استفاده مي شود. دليل اين كار پخش كردن ذرات بسيار ريز و متورم شده SBS‌ در زمينه قير مي باشد. ذرات كوپليمر پخش شده در قير در داخل خود قير را جذب كرده و يك محيط تقريبا يكنواخت از نظر ماكروسكوپي و ميكروسكوپي ايجاد مي كنند. اين پديده باعث ايجاد يك مخلوط داراي چگالي يكسان از نظر ميكروسكوپي مي شود. در يك فرايند تجاري استفاده از SBS‌ در اصلاح قير وارونگي فاز نيز در داخل مخلوط انجام شده و قير در داخل محيط پيوسته پليمر پخش مي شود. تمامي اين اتفاقات كمك مي كنند تا پليمر و قير با يكديگر بخوبي ممزوج شده و در زمانهاي نگهداري كوتاه مدت از يكديگر جدا نشوند. ولي به دليل ناسازگاري فيزيكي SBS و قير در مقياس مولكولي و جدايي فاز بخشهاي پلي استايرني از قير، در زمانهاي طولاني انبارداري و ذخيره حتي ذرات بسيار ريز به دليل اختلاف چگالي تمايل به جدايش فازي از قير دارند.

اصلاح قیر با پلیمر اس بی اس

به دلايل ياد شده در بند قبل تجهيزات بخصوصي جهت جهت ذخيره سازي يا حمل قيرهاي اصلاح شده با SBS مورد نياز مي باشند. در مورد ذخيره قيرهاي از اين نوع بايد از مخازني استفاده كرد كه افقي باشند و سطح مقطع آنها گرد نباشد (ترجيحا بيضوي باشد). دليل آن كاهش نيروي شناوري اعمال شده بر روي ذرات پليمر مي باشد. هرچه مخزن مرتفع تر باشد تمايل ذرات پليمر به جدايش و سرعت آنها در هنگام طي مسير در ارتفاع مخزن افزايش مي يابد. در ضمن در ارتفاع هاي زياد مخزن ذرات پليمر جدا شده شانس بيشتري براي برخورد با ذرات پليمر ديگر داشته و بزرگتر مي شوند. ذرات بزرگتر سرعت بيشتري نيز خواهند داشت و ذرات بيشتري را در مسير جذب خود خواهند كرد. مخازن ذخيره بايد دو جداره بوده و عايقكاري مناسب داشته تا حداقل حرارت را از دست بدهند. اين مخازن بايد به سيستم گرمايش روغن داغ مجهز باشند تا قادر باشند از سرد و منجمد شدن قير پليمري جلوگيري كنند. نصب و استفاده از يك پمپ سيركولاسيون هميشه به جلوگيري از جدايش پليمر از قير كمك مي كند.

از آنجا كه كليه مخازن حمل همگي بصورت افقي هستند، در مورد حمل قير پليمري شرايط تا اندازه بسيار زيادي مشابه تجهيزات نشان داده شده در شكلهاي 3-11 تا 3-14 مي باشد. يك اختلاف اساسي بين قيرهاي پليمري پرهيز از منجمد شدن قير در حين حمل مي باشد. در صورتيكه قير حاوي SBS جامد شود ذوب كردن يك توده وسيع از آن بصورت يكنواخت بدون از دست دادن خواص مفيد آن تقريبا غيرممكن است. پس يك سامانه مخزني جهت حمل قير اصلاح شده با SBS بايد مجهز به سامانه گرمايش روغن داغ باشد تا از سرد شدن اين نوع قير در طي مسير از محل توليد تا كارگاه يا كارخانه توليد آسفالت جلوگيري كند. اين موضوع در فصول سرد سال شدت بيشتري مي يابد. از طرفي ديگر، به دليل تمايل جدايش كوپليمر SBS از قير مذاب در طي مسيرهاي طولاني بهتر است يك پمپ سيركولاسيون دنده اي روي مخزن نصب شود تا در صورت لزوم به همگنسازي مخلوط اقدام شود. لازم به تذكر است كه در طي مسيرهاي كوتاه نيازي به هيچيك از تجهيزات ياد شده نمي باشد. در صورت لزوم اين پمپ جهت اندازه گيري مقدار برداشت از مخزن نيز مي تواند استفاده شود. به شرط آنكه قير به مجرد رسيدن به محل كارگاه مصرف شود. در شكل 3-15 شماي يك مخزن جهت حمل قيرهاي پليمري نشان داده شده است.

آزمایش های قیر

• قیر خالص :Asphalt Bitumen
• قیر محلول: Cutback Asphalt
• قیرهای امولسیونی: Emulsified Asphalt

قیرخالص

درجه نفوذ: Penetration test

هدف از این آزمایش تعیین میزان سختی و قوام قیر خالص می باشد این آزمایش بر روی قیر پسماند حاصل از تقطیر قیرهای محلول و قیرهای امولسیونی نیز انجام می شود. در این تست قیر خالص با دمای حدود 110-120را داخل کاپ استاندارد میریزیم بطوری که پس از سرد شدن سطح قیر درون کاپ با سطح کاپ مماس شود. سپس اجازه می دهیم کاپ مدت زمان 1-30/1 ساعت در دمای آزمایشگاه بماند تا سرد شود سپس مدت 1-30/1 ساعت کاپ را داخل حمام آب مقطر 25 درجه سانتیگراد قرار میدهیم پس از طی این مدت زمان کاپ را زیر دستگاه نفوذ قرار داده و آزمایش را انجام می دهیم در این آزمایش از سوزن استاندارد استفاده میکنیم و فاصله فرو رفتن سوزن ها داخل قیر از جداره کاپ باید 1 سانتیمتر باشد این آزمایش را با سه بار فرو رفتن سوزن ها داخل قیر انجام می دهیم و در پایان میانگین سه عدد را به عنوان درجه نفوذ قیر گزارش می کنیم.

آزمایش کشش قیر:  Ductility 

در این آزمایش نیز همانند آزمایش درجه نفوذ هدف تعیین میزان سختی و قوام قیر می باشد این آزمایش بر رو روی قیر پسماند حاصل از تقطیر قیرهای محلول و قیرهای امولسیونی نیز انجام می شود در این تست قیر با دمای حدود 110-120را داخل قالب استاندارد میریزیم بطوری که پس از سرد شدن سطح قیر درون قالب با سطح قالب مماس شود. سپس اجازه می دهیم قالب مدت زمان 1-30/1 ساعت در دمای آزمایشگاه بماند تا سرد شود سپس مدت 1-30/1 ساعت قالب را داخل حمام آب 25 درجه سانتیگراد دستگاه کشش قرار میدهیم پس از طی این مدت زمان قالب را روی گیره دستگاه قرار داده و آزمایش را شروع می کنیم گیره دستگاه شروع به حرکت کرده و نمونه قیر را می کشد جایی که نمونه قیر کش آمده پاره شود را به عنوان میزان کشش قیر بر حسب سانتیمتر گزارش میکنیم.

نقطه نرمی:  Softening point

در این آزمایش میزان سختی قیر و دمای قیر در آن به نرمی حد اکثر می رسد را تعیین می کنیم. این آزمایش باید حداکثر تا 4 ساعت پس از نمونه گیری انجام شود. ابتدا قالب نمونه را با گریس مخصوص چرب میکنیم و نمونه قیر با دمای مناسب را داخل قالب استاندارد میریزیم بطوری که پس از سرد شدن سطح قیر درون قالب با سطح قالب مماس شود و اجازه می دهیم 30 دقیقه در دمای آزمایشگاه سرد شود سپس حمام آب مقطر 5 درجه سانتیگراد را آماده میکنیم یک بشر شیشه ای با حجم 600 میلی لیتر آماده کرده و 500 سی سی آب مقطر درون آن میریزم و گیره قالب و دماسنج مخصوص نقطه نرمی را داخل بشر قرار می دهیم. با افزودن یخ آب مقطر دمای آب را به 5 درجه سانتیگراد می رسانیم سپس قالب های نمونه را روی گیره قرار داده و گیره های ساچمه و ساچمه ها را روی نمونه قرار می دهیم و اجازه می دهیم 15 دقیقه در دمای 5 درجه سانتیگراد بماند سپس بشر را روی هیتر همزن دار گذاشته و اعمال حرارت را شروع میکنیم بطوری که در هر دقیقه 5 درجه سانتیگراد دمای آب بالا رود زمانی که قیر نرم شده و تحت نیروی وزن ساچمه ها به صفحه زیرین قالب برخورد میکند دمای آب را مشاهده کرده و آن دما را به عنوان نقطه نرمی گزارش میکنیم.

نقطه اشتعال:  Flash Point

در این آزمایش نقطه اشتعال قیرهای خالص و قیرهای محلول اندازه گیری می شود برای اعمال حرارت به نمونه قیر از سیالی که نقطه جوش بالایی داشته باشد استفاده می شود. دستگاه اشتعال باز از یک هیتر المنتی و یک کاپ بزرگ مسی که سیال انتقال حرارت درون آن ریخته می شود و کاپ شیشه ای نمونه قیر روی آن قرار میگیرد . ابتدا نمونه قیر را داخل کاپ شیشه ای ریخته و روی کاپ مسی قرار می دهیم دستگاه را روشن میکنیم تا هیتر با انتقال حرارت از طریق سیال به کاپ شیشه ای قیر را گرم کند زمانی که قیر گرم می شود مولکول های اجزای فرار از سطح قیر جدا شده و وارد هوا می شوند با عبور دادن شعله کوچک از سطح قیر و مشاهده جرقه کوچک دمایی که جرقه مشاهده شده را به عنوان نقطه اشتعال گزارش می کنیم.

آزمایش حلالیت:  Soloblity in trycloroethilene

در این آزمایش میزان حلالیت قیر  در حلال تری کلرو اتیلن اندازه میگیریم این آزمایش بر رو روی قیر پسماند حاصل از تقطیر قیر های محلول و قیر های امولسیونی نیز انجام می شود .ابتدا آون را به دمای 110 سانتیگراد رسانده و یک کاغذ صافی داخل کروزه قرار داده و 15 دقیقه داخل آون قرار می دهیم سپس کروزه را مدت 30 دقیقه داخل دسیکاتور قرار می دهیم بعد کروزه را با ترازوی 4 رقم اعشار وزن میکنیم .سپس یک ارلن کوچک 100 سی سیرا وزن کرده و 2 گرم قیر داخل ارلن ریخته و وزن میکنیم بعد مقدار 100 سی سی تری کلرو اتیلن داخل مزور ریخته و زیر هود کم کم به  ارلن کوچک 100 سی سی اضافه می کنیم تا قیر کاملا حل شود وقتی قیر کاملا حل شد درب ارلن را بسته و 15 دقیقه درب بسته می گذاریم .سپس کروزه را روی ارلن بوخنر یک لیتری قرار داده و محلول داخل ارلن کوچک 100 سی سی را داخل کروزه میریزیم تا از کاغذ صافی عبور کند سپس کروزه را 15 دقیقه زیر هود قرار داده و بعد 20 دقیقه داخل آون با دمای 110 سانتیگراد و بعد 30 دقیقه داخل دسیکاتور قرار می دهیم در آخر کروزه را وزن کرده و با انجام محاسبات درصد حلالیت قیر در حلال تری کلرواتیلن اندازه میگیریم.

آزمایش افت وزنی: TFOT

در این آزمایش میزان افت وزنی قیر خالص بر اثر اعمال گرما را اندازه گیری میکنیم. ابتدا 4 عدد ظروف مخصوص آزمایش را با استفاده از ترازوی 4 رقم اعشار وزن میکنیم سپس داخل هر کدام از ظروف مقدار 50 گرم قیر خالص ریخته و وزن می کنیم بعد 4 عدد ظرف را داخل دستگاه افت وزنی با دمای 163 درجه سانتیگراد به مدت 5 ساعت قرار می دهیم در پایان پس از طی مدت زمان 5 ساعت اجازه می دهیم نمونه ها سرد شده و آنها را وزن میکنیم و با استفاده از محاسبات میزان افت وزنی قیر خالص را گزارش می کنیم.

قیر محلول: Cutback Asphalt

ویسکوزیته کینماتیک:  kinemtic Viscosity

هدف ما در این آزمایش تعیین میزان روان بودن قیر میباشد. در این آزمایش ابتدا ویسکامتر مخصوص مربوط به گرید قیر را داخل دستگاه قرار میدهیم تا به دمای آزمایش برسد سپس نمونه قیر را داخل ویسکامتر ریخته و اجازه می دهیم سطح قیر داخل لوله به سه چهارم حباب کوچک برسد سپس درپوش لوله را گذاشته و اجازه می دهیم مدت 40 دقیقه نمونه قیر تحت دمای آزمایش باشد پس از این زمان درپوش را برداشته و وقتی سطح قیر داخل لوله به خط زیر حباب بزرگ رسید دکمه زمان سنج دستگاه را می زنیم تا سطح قیر به خط بالای حباب بزرگ برسد. مدت زمان حرکت قیر از خط پایین تا خط بالای حباب بزرگ را ثبت میکنیم و با ضرب این عدد در ضریب لوله میزان ویسکوزیته قیر برحسب میلی متر مربع بر ثانیه بدست می آید.

تقطیر قیر محلول:  Distilation of Cutback Asphalt

هدف از این آزمایش تعیین میزان درصد حلال در قیر و تعیین میزان درصد قیر پسماند در فرمول است. برای تعیین میزان قیر محلول مورد نیاز برای آزمایش از چگالی قیر با استفاده از روش هیدرومتر استفاده می کنیم. ابتدا بالن تقطیر بازودار را روی ترازو قرار داده و میزان مورد نیاز را وزن می کنیم سپس بالن را روی هیتر قرار داده و ست تقطیر را می بندیم و اعمال حرارت را شروع می کنیم بطوری که طبق استاندارد ASTM اولین قطره حلال 15-5 پس از شروع آزمایش داخل مزور بیافتد و از دمای 260-215 سانتیگراد سرعت افتادن قطره ها 70-50 قطره در دقیقه و از دمای 316-260 سانتیگراد سرعت افتادن قطره ها 70-20 قطره در دقیقه و از 360-316 سانتیگراد آزمایش باید طی مدت 10 دقیقه تمام شود. ما در دماهای 215 و 260 و 316 و 360 مقدار حلال داخل مزور را یاداشت کرده و در پایان با محاسبات میزان درصد حلال موجود در قیر در دماهای مذکور و میزان قیر پسماند را گزارش میکنیم.

 نفوذ:  Penetration Test

تست نفوذ برای قیرهای محلول مشابه قیر خالص انجام می شود، با این تفاوت که نمونه قیر در این آزمایش قیری است که در پایان آزمایش تقطیر قیر محلول داخل بالن باقی میماند. این قیر را ابتدا داخل یک ظرف فلزی میریزیم تا کمی سرد شود؛ بعد داخل کاپونفوذ ریخته و آزمایش را انجام میدهیم.

قیرهای امولسیونی: Emulsified Asphalt

در دو نوع آنیونی و کاتیونی تولید میشود، از نظر فنی قیر امولسیون های کاتیونی از سال 1951 به بعد رواج پیدا کردند و با توجه به خصوصیاتشان به سرعت جایگزین قیر امولسیون های آنیونی شدند. آب و قیر با یکدیگر مخلوط نمیشوند اما تکنولوژی ساخت قیر امولسیون این فرآیند را امکان پذیر ساخته است که درصد متنابهی از قیر در فاز پیوسته آب پراکنده شود.

ترکیبی به نام امولسیفایر، ذرات قیر را به صورت باردار در فاز پیوسته آب معلق و پایدار نگه میدارد و امولسیون های قیری از نظر سرعت شکسته شدن به سه دسته تندشکن(Rapidsetting)، کندشکن(Mediumsetting) و دیرشکن(SlowSetting) و از نظر بار الکتریکی به سه نوع کاتیونیک(C) آنیونیک(A) و یا خنثی طبقه بندی می شود. از آنجاییکه که امولسیفایرها مواد شیمیایی با سطح فعال هستند بار الکتریکی امولسیون را مشخص مینمایند.

مزایای قیر امولسیون: Emulsified Asphalt Benefits

1- امکان حمل به مکان های دور دست به صورت فله یا بشکه.

2- توانایی استفاده از آسفالت و با ضخامت های کم.

3- سرعت پخش بالای آسفالت سطحی یا نازک همین طور افزایش عملیات آسفالت به علت خشک شدن کمتر از 2 ساعت.

4- مناسب جهت هر نوع آسفالت، اساس و روکش (خیابان و آزادراه، باند فرودگاه).

5- عدم نیاز به حرارت دهی حین نگهداری، حمل و پاشش.

6- قابل مصرف در دمای محیط.

7- نفوذپذیری مناسب به علت روانیت بالا.

8- سازگار با محیط زیست.

9- سمی نبودن.

10- عدم قابلیت آتش گیری هنگام نگهداری، حمل و اجرا.

 آزمایشات قیر امولسیون: Test Emulsified Asphalt

 ویسکوزیته سیبولت فیورل: Sybolt Fiorel Viscosity

در این آزمایش قیرهای CSS در دمای 25 درجه و قیرهای CRS در دمای 50 درجه باید آزمایش انجام شود. قیر را درون دستگاه سیبولت فیورل ریخته و کاپ موردنظر را زیر دستگاه قرار میدهیم مدت زمان پرشدن کاپ برحسب ثانیه را به عنوان ویسکوزیته سیبولت فیورل گزارش می کنیم.

تقطیر قیر امولسیون: Distiltion Of Emulsified Asphalt

در این آزمایش ابتدا استوانه به علاوه درپوش مخصوص را وزن کرده و یادداشت میکنیم و سپس مقدار 200 گرم قیر امولسیون را درون استوانه میریزیم. ست تقطیر را میبندیم و شعله حلقوی را 15 سانتیمتر بالاتر از کف سیلندر قرار میدهیم و اعمال حرارت را شروع می کنیم. با اعمال حرارت به سیلندر به تدریج فاز آبی قیر امولسیون به صورت بخار از قیر جدا شده و در مبرد سرد میشود و داخل مزور به صورت مایع کدر جمع میشود. وقتی دمای داخل سیلندر به 215 سانتیگراد رسید شعله را در کف سیلندر قرار میدهیم تا دما به 260 سانتیگراد برسد و اجازه میدهیم این دما 15 دقیقه حفظ شود. در پایان آزمایش ست تقطیر را باز کرده و سیلندر را دوباره وزن کرده و حجم آب و روغن داخل مزور را یاداشت می کنیم و با استفاده از محاسبات درصد قیر باقیمانده از تقطیر را حساب می کنیم.

نفوذ: Penetration Test

قیر بدست آمده از تقطیر امولسیون را درون کاپ مخصوص ریخته و یک ساعت و نیم در دمای محیط نگهداشته و سپس آن را درون حمام آب 25 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت و نیم قرار داده و سپس با دستگاه نفوذ آن را تعیین میکنیم. (نفوذ قیرهای CSS و CRS) باید بین 100 تا 250 درجه باشد و برای قیر CSS1H باید نفوذ 40 تا 90 باشد.

 تست الک: Sive Test

ابتدا الک استاندارد شماره 20(80 میکرون) را بهمراه سینی روی ترازو قرار داده و وزن می کنیم، سپس 1000 گرم قیر امولسیون را داخل یک بشر 2000 سی سی ریخته و وزن می کنیم بعد الک را با محلول صابون مول 9 خیس می کنیم الک را روی یک ظرف دور ریز قرار داده و 1000 گرم قیر امولسیون را به آرامی روی الک میریزیم بطوری تمام سطح الک را پوشش دهد، سپس آب مقطر را به صورت دوش آرام روی الک میریزیم تا قیر امولسیون را شست و شو دهد بعد الک بهمراه سینی را  بمدت 3 ساعت داخل آون با دمای 105 درجه سانتیگراد قرار میدهیم پس از طی این مدت الک وسینی را وزن میکنیم و اختلاف وزن اولیه و ثانویه نباید بیش از 1 درصد شود.

آزمایش پایداری در برابر نشست و انبارش: Settlement Storage Stability Of Emulsified Asphalts

هدف از انجام این آزمایش بررسی پایداری قیر امولسیون در زمان انبار شدن می باشد. ابتدا مقدار 500 سی سی قیر امولسیون را داخل سیلندر مخصوص می ریزیم و اجازه میدهیم مدت 24 ساعت در دمای آزمایشگاه قرار داشته باشد پس از طی این مدت دو عدد بشر 1000 سی سی بهمراه درپوش فویل آلومینیوم و همزن شیشه ای آماده کرده و وزن می کنیم سپس مقدار 50 گرم از قیر امولسیون قسمت بالای سیلندر را وزن می کنیم بعد باقیمانده قیر داخل سیلندر را به روش سیفون کردن خارج میکنیم، سپس درپوش سیلندر را بسته و سیلندر را خوب تکان میدهیم در آخر 50 گرم قیر امولسیون داخل بشر دیگر می ریزیم، بشرها بهمراه درپوش و همزن را داخل آون قرار مدهیم تا به دمای 163 درجه سانتیگراد برسد و اجازه میدهیم مدت 3 ساعت در این دما بمانند .پس از طی این مدت و سرد شدن بشرها آنها را وزن کرده و با انجام محاسبات نتیجه را گزارش میکنیم.