قیر را از نظر منشا تولید، میتوان به سه دستة قیرهای طبیعی، قطرانی و نفتی تقسیم بندی کرد:
الف) قیرهای طبیعی (Native Asphalts or Natural Bitumen's )
ب) قیرهای قطرانی (Coal Tar Pitches)
ج) قیرهای نفتی (Petroleum Asphalts)
قیر هایی هستند که از تقطیر مستقیم نفت خام با دمیدن هوا در بازمانده های تقطیر به دست می آیند.
مثلا قیر 25/85 نشانه قیری است که نقطه نرمی آن 85 و درجه نفوذ آن در 25 درجه سانتیگراد 25 است.
انواع گوناگونی از این نوع قیر با حدود نقطه نرمی80 تا 150 درجه سانتیگراد تهیه 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 فرآیند در فشاری نزدیک به فشار اتمسفر انجام میشود. در مرحله دوم نیز ترکیبات سنگین مانند گازوئیل و نفت سفید خارج میشوند. این فرآیند 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.
قیر دمیده از دمیدن هوای داغ به به قیر خالص در مرحله آخر عمل تصفیه به دست میآید. در این فرآیند، هوای داغ با دمای ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد توسط لولههای سوراخدار به محفظه حاوی قیر دمیده میشود. در اثر انجام این فرآیند، اتمهای هیدروژن موجود در مولکولهای هیدروکربورهای قیر، با اکسیژن هوا ترکیب میشود و با تشکیل آب، عمل پلیمریزاسیون اتفاق میافتد. قیر دمیده نسبت به قیر خالص دارای درجه نفوذ کمتری است، درجه نرمی بیشتری دارد و حساسیت کم تری نسبت به تغییرات دما دارد. این نوع قیر بیشتر در ساختن ورقهای پوشش بام، باتری اتومبیل و اندودکاری مورد استفاده قرار میگیرد. علامت اختصاری قیر دمیده R میباشد. مثلا قیر۸۰/۲۵ R به معنای قیر دمیده با درجه نرمی ۸۰ و درجه نفوذ ۲۵ میباشد.
قیر مخلوط به مخلوطی از قیر و یک حلال مناسب (مثلاً نفت سفید یا بنزین) گفته میشود. این قیر در درجهحرارت محیط مایع است و یا با حرارت کمی به مایع تبدیل میشود. قیر مخلوط در انواع آسفالتهای پوششی و ماکادامی مورد استفاده قرار میگیرد. سرعت گیرش یا سفت شدن این نوع قیر بستگی به نوع محلول دارد. بهطور مثال به دلیل سرعت بالای تبخیر بنزین، قیر حل شده در بنزین سریعتر سفت میشود. این قیر، اصطلاحا قیر تندگیر (RC) نامیده میشود. همچنین قیرهایی که در نفت حل شدهاند، قیر کندگیر (MC) نامیده میشوند و به قیرهایی که در نفت گاز یا نفت کوره حل شوند، قیر دیرگیر (SC) گفته میشود. قیرهای محلول بر اساس درجه گرانرویشان درجه بندی میشوند.
قیر امولسیون با مخلوط کردن قیر و آب و یک ماده امولسیونساز بهدست میآید. مقدار ماده امولسیون ساز بسیار کم و در حدود 3/0 تا 5/0 درصد وزن قیر میباشد. مقدار آب مصرفی این نوع قیر در حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد وزن قیر میباشد. ماده امولسیونساز معمولاً یک نمک قلیایی اسیدهای آلی یا نمک آمونیم است که باعث باردار شدن ذرات قیر میشود. به این ترتیب ذرات قیر در اثر بار القایی یکدیگر را دفع میکنند و بهصورت کرههایی با قطر پنج هزارم تا یکهزارم میلیمتر در آب شناور میشوند. استفاده از این نوع قیر، باعث کاهش آلایندگی محیط زیست میشود و چون از نفت یا حلالهای قابل اشتعال استفاده نمیشود، خطر اشتعال در حین حمل و نقل قیر کاهش مییابد. از قیر امولسیونی برای آسفالت سرد در محیطهای مرطوب یا برای عایق کاری استفاده میشود که در این صورت باید دوباره به آن آب اضافه کرد و محتوای آن را به حدود ۶۵ درصد رساند.
2-نقطه 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 تغیرات دما دارد. درجه نرمی قیرهای معمولی حدود ۶۰ تا ۷۰ میباشد.
3-گرانروی : هر چه لزجت قیر بیش تر باشد خواص جامد بیش تری از خود نشان میدهد. واضح است در دماهای بالاتر لزجت کم تر است. این مشخصه قیر با دستگاه سی بولت فیورل و یا به روش کینماتیکی اندازه گیری میشود.
4-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.
5-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 سانتیگراد و در مدت ۵ ساعت (شرایط تغریبی پخت آسفالت) اندازه گیری میشود.
6-شکل پذیری یا انگمی : اگر نمونهای 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.
7-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)]
روشهای تهیه قیر
تقطیر نفت خام در دو یا سه مرحله انجام میشود. در مرحله نخست مواد سبکتر حد اکثر تا دمای 300 درجه سانتیگراد در فشار اتمسفر جدا شده مایعی حاوی مقداری از مواد سبک و نیز مواد نفتی سنگین باز میماند. هیدروکربور های سنگین نفت نقطه جوشی بالا دارندو جدا کردنشان از راه تقطیر در فشار اتمسفر میسر نیست، بنا بر این برای جدا کردن آنها و جلو گیری از شکستن ملکولهایشان در حرارت های بالا، تقطیر در مرحله دیگر در فشار کمتر از اتمسفر صورت میگیرد، به این ترتیب که بازمانده های تقطیر نفت خام در فشار اتمسفر( بالای 200 تا 400 درجه سانتیگراد ) در برج خلاء ( با فشاری برابر 1 تا 15 میلیمتر جیوه ) تقطیر میگردد. با کم کردن فشار سیستم و پایین آمدنن درجه حرارت ، یا به سخن دیگر پایین آوردن نقطه ( از 550 به 410 درجه سانتیگراد ) مواد سنگین آنها بی آن که به حرارت اضافی نیاز باشد ، بخار میشوند. چگونگی قیری که از این راه به دست می آید به نوع نفت خام ، حرارت کوره ، فشار سیستم و سر انجام مقدار محصولات به دست آمده از برج خلا بستگی دارد .
برای این کار از بخار آب یا گاهی آب سرد استفاده میشود. حرارت آزاد شده به ساختمان شیمیایی هیدروکربور ها بستگی داشته و با پیشرفت اکسیداسییون قیر به دست آمده سخت تر و واکنش کند تر میشود. در نتیجه مقدار حرارت تولیدی کمتر خواهد بود.
تهیه قیر با استفاده از کاتالیست
موادی که در این روش تاکنون مورد استفاده قرار گرفته اند عبارت اند از :
افزایش مواد بالا از 2/0 تا 3 درصد بر مبنای نوع خوراک دستگاه مناسب است.
افزایش مواد افزودنی برای بالا بردن ویژگی چسبندگی قیر نیز معمول است.
روش تهیه امولسیون های آسفالتی :
امولسیون آنیونیک قیر قلیایی است و PH آن از 9 تا 12 تغییر میکند.
امولسیون رسی قیر این برتری ها را داراست :
قیر از دیرباز شناخته شده و برای عایقکاری در برابر رطوبت به کار گرفته شده است.
فرایند های ویژه - بخش 1 - تهیه قیر و امولسیون های آن
Bituminous materials, Asphalt, Tar and Pitches by Hoiberg.
تبریک میگم وبلاگ بسیار جالبی درست کردی. اطلاعات خیلی مفید جامع و کامل هستن. موفق باشی