قیر چیست؟ بررسی و معرفی انواع قیر و کاربرد آن‌

قیر از عهد باستان در ایران مورد استفاده بوده است. مواد قیری وقطرانی دارای این خاصیت اصلی بوده که دانه های سنگی را به یکدیگر چسبانده و به جسم یکپارچه تبدیل میکند.  قیر جسمی است به رنگ سیاه که از شمار زیادی هیدرو کربور ساخته شده که در دمای محیط جامد و یا نیمه جامد است و براثر حرارت روان میگردد.

قیر در روغن های معدنی و حلال هایی نظیر سولفید کربن، تتراکلریدکربن و تری کلریداتیلن حل میشود. قطران که رنگی سیاه ولی متمایل به قهوه ای دارد، از تقطیر گاز های حاصل از حرارت دادن زغال سنگ، چوب وسنگ های شیستی به دست میآید. این ماده قطران خام نامیده شده که از تصفیه آن قطران راهسازی حاصل میگردد. قطران در ایران به میزان بسیار کم تولید واستفاده از آن در کارهای راهسازی رایج نیست.

 

منابع تهیه قیر

قیر های معدنی در راهسازی بسته به نحوه استخراج دسته بندی میشود، در این تقسیم بندی چنانچه از معدن به دست آید، قیر طبیعی یا معدنی وهرگاه از پالایش نفت خام حاصل میشود، قیر نفتی یا پالایشگاهی نام دارد.

قیر های طبیعی

هنگامی که مواد فرار نفت خام موجود در اعماق زمین به مرور زمان و در برابر عوامل جوی تبخیر شود، ماده سیاهی از آن بر جای می‌ماند که قیر طبیعی نام دارد. قیر های طبيعي شامل قیر سنگها و قیر های دریاچه ای به شرح زیر میباشد.

قیر سنگ ها

قیر سنگ ها عمدتا سنگ های آهکی وماسه ای است که نفت خام درآن ها نفوذ کرده و با گذشت زمان مواد فرار آن تبخیر شده و قیر دراین سنگ ها (حدود70 تا 80درصد) باقیمانده است. قیر سنگ ها را پس از خرد و نرم کردن حرارت داده و در سطح راه پخش میکنند. استفاده از قیر سنگ ها در راهسازی به دلیل هزینه های زیاد استخراج و حمل، عدم یکنواختی مواد تشکیل دهنده و متغیر بودن میزان قیر موجود در آهن ها، در مقایسه با فراوانی قیر های نفتی مقرون به صرفه نیست.

قیر های دریاچه ای

نفت خام به طور طبیعی از بین لایه های شکست شده به سطح زمین صعود کردهو مواد فرار آن تبخیر می‌شود که در نهایت قیر های طبیعی به صورت دریاچه ای در روی زمین ظاهر می‌شود.

قیر های نفتی

قیر های نفتی یا پالایشگاهی از پالایش نفت خام در برج های تقطیر به دست آمده که نهایتا آنچه ته برج تقطیر باقی میماند، قیر خالص نفتی است. قیر های با درجه سختی متفاوت برای مصارف مختلف راهسازی را میتوان با تنظیم درجه حرارت و فشار داخل برج های تقطیر و نیز هوادهی تولید کرد.

ساختمان شیمیایی قیر

قیر، ساختمان شیمیایی پیچیده ای داشته که تابع نوع ترکیباتی است که در نف خام یافت میشود. کربن و هیدروژن دو عنصر اصلی بوده که درصد وزنی آنها در مولکول های قیر است. علاوه بر کربن و هیدروژن، عناصر دیگری نظیر ازت، گوگرد، اکسیژن، فسفر وهالوژن و مقادیر بسیار ناچیزی از فلزات مانند نیکل، آهن، کبالت و وانادیم در قیر یافت میشود. هیدرو کربور های تشکیل دهنده قیرها را معمولا به اسفالتین و مالتین که خود به دو جز رزین و روغن تفکیک میشود، تقسیم می‌کنند.

هر یک از این اجزا نقش جداگانه‌ ای در خصوصیات قیر ایفا کرده و عامل تعیین کننده خواص فیزیکی و شیمیایی قیر محسوب می‌شود. به طور کلی، خصوصیات قیر های نفتی تابع نوع و جنس نفت خام، کمیت، کیفیت هیدرو کربور های تشکیل دهنده آن و فرایند پالایش است. در عمل، نفت خام منابع مختلف را می‌توان به یکی از انواع اسفالتینیک و پارافینیک تقسیم کرد. به دلیل تاثیر پارافين براثر کاهش خاصیت انگمی و چسبندگی قیر، هرچه میزان پارافين موجود در قیرکمتر باشد، قیر حاصل مرغوب بوده و باید از مصرف قیر های حادی پارافين زباد خودداری گردد.

قیری که از نفت خام آسفالتینیک به دست می آید، مرغوب ترین قیر در راهسازی بوده که در ایران منابع نفت خام اغلب از نوع آسفالتینیک، پارافینیک است.

انواع قیر مصرفی در روسازی

قیرهای حاصل از پالایش نفت خام با توجه با نوع و شرایط مصرف آن در روسازی به شرح زیر تقسیم بندی می‌شود:

1- قیر های خالص

قیر هایی که مستقیما در برج تقطیر در خلا پالایشگاه به دست می‌آید، ویا مختصری در جریان فرایند هوادهی قرار میگیرد، قید های خالص نامیده میشود. این قید ها باید همگن و فاقد آب بوده و در دمای 176 درجه سانتیگراد کف نکند. قیر های خالص در اثر حرارت به صورت مایع غلیظ و ابگون تغییر شکل داده و در درجه حرارت کم، حالت الاستیک و فنری دارد.

قیر های خالص مصرفی در راهسازی براساس طبقه بندی درجه نفوذ و عملکردی تقسیم می‌شوند. قیر های طبقه بندی شده بر مبنای عملکردی با توجه به میانگین هفت روز متوالی بيشترین دمای روسازی، به 7 گروه تقسیم بندی شده. هریک از آن ها نیز با توجه به پایین ترین درجه حرارت محیط، به گروه های فرعی دیگر تقسیم بندی می‌شوند. در نهایت، هر دو قیر با دو عدد مثبت و منفی مشخص می‌شود که عدد مثبت مربوط به میانگین هفت روز متوالی بيشترین دمای روسازی  و عدد منفی حداقل دمای روسازی برچسب درجه سانتیگراد میباشد.

2- قیرهای دمیده

قیر های خالص را تحت فشار وحرارت 200 تا 300 درجه سانتیگراد قرار میدهند تا تمامی هیدروژن موجود در مولکول های قیر با اکسیژن هوا ترکیب شده وبا ایجاد واکنش های پلیمریزاسیون، هیدروکربن های سنگین تری به دست آید که درجه نفوذ کمتر و نقطه نرمی بیشتری نسبت به قیر خالص اولیه داشته باشند. حرف اختصاری این نوع قیر ها Rبوده، و در ایران دو نوع قیر دمیده ساخته می‌شود. این نوع قیرها در روسازی استفاده نشده و کاربرد عمده آن در پوشش بام، باتری وقیرپاشی زیر اتومبیل، اندود کاری، رنگ های ضد آب، پرکردن ترک های روسازی های بتنی وحفرات وفضا های خالی زیردال های بتنی میباشد.

3- قیرهای محلول  

قیرهای محلول از حل کردن قیر های خالص در حلال های نفتی نظیر بنزین، نفت،نفت گاز،یا نفت کوره و… به دست می آید. نوع وکیفیت قیر های محلول به کیفیت قیر های خالص اصلی، نوع و مقدار حلال آن بستگی داشته و هر اندازه مقدار حلال های نفتی در قیر محلول زیاد تر باشد، روانی آن بیشتر است. قیر های محلول در راهسازی برای اندود های سطحی، نفوذی، آسفالت سطحی، آسفالت سرد کارخانه ای و یا آسفالت مخلوط در محل و غیره مصرف می‌شود. قیرهای محلول برسطح سرعت گیرش ونوع حلال به سه گروه اصلی طبقه بندی می‌شوند:

۱-قیر های محلول زودگیر: اگر از بنزین برای حل کردن قیر خالص استفاده شود ،بدلیل اینکه حلال موجود در قیر، مدت کمی بعداز مصرف قیر محلول، زود تبخیر شده و قیر اصلی برجای می‌ماند قیر محلول را زودگیر می‌نامند.

۲-قیر محلول کند گیر: قیر های کند گیر از حل کردن قیر خالص در نفت سفید تهیه می‌شود که سرعت تبخیر نفت از بنزین کند تر و طولانی تر است.

۳-قیر های محلول دیر گیر: قیر های محلول دیر گیر از حل کردن قیر خالص در حلال های نفتی، مانند گازوئیل یا نفت سیاه ، به دست می‌آید. این قیرها را می‌توان مانند قیرهای خالص، از تقطیر نفت خام به دست آورد که در این صورت آن را روغن راه نیز می‌نامند.

4- قیر امولسیون

از مخلوط کردن قیر و آب با یک ماده امولسیون ساز، قیر امولسیون به دست می آید دراین مخلوط قیر بین 65 تا 55 درصد و آب 35 تا 45 درصد و امولسیون ساز حداکثر حدودا  0.7 درصد وزنی قیر امولسیون را تشکیل می‌دهد.