قیر ماده ای سیاه رنگ، چسبنده و خمیری شکل است که در عایق کاری رطوبت و ساخت آسفالت در راه سازی استفاده می شود. قیر در دمای محیط جریان ندارد و با واسطه گرما روان می شود. اگر قصد جابجایی از طریق لوله را دارید باید آن را گرم کنید. یک روش دیگر برای روان سازی نفت وجود دارد که آن از طریق روغن های سبک تر است؛ چرا که چگالی و ویسکوزیته به دلیل وجود ترکیب های شیمیایی است.

در ترکیبات آن شامل مولکول های هیدرکربنی مانند آسفالتین و رزین ها می شوند. علاوه بر مولکول های نامبرده در قیر می توان گفت که عناصری مثل نیکل و وانادیم و عناصر غیر آلی و غیر فلزی مانند نیتروژن، اکسیژن و گوگرد موجود هستند. این ترکیب ها و عناصر به علت خاصیت آلایندگی با توجه به کاربرد نهایی قیر، باید جدا شوند.

Bitumen از مشتقات نفت است که بیشتر در پالایشگاه نفت تولید شده و به طور معمول در ماسه های نفتی و دریاچه های زمین دیده می شود. در نوع استاندارد، باید در ترکیبات شیمیایی مثل سولفید کربن و تتراکلرید کربن به بهترین حالت حل شود. قیر به عنوان پسماند از تقطیر نفت خام حاصل می شود که در حقیقت همان قیر تصفیه شده است. قیر tar نیز نوعی قیر است که از زغال سنگ تولید شده و یا به نوعی از تقطیر قطران زغال سنگ ایجاد می شود. به طور کل قیر توسط سازمان زمین شناسی ایالت متحده آمریکا به عنوان یک نفت فوق العاده سنگین معرفی شده که با چگالی API کمتر از 10در آب فرو می رود.

قیر یکی از اجزای مهم است که در صنایع بسیاری به کاربرده می شود. استفاده از بیتومن در ساخت راه ها علاوه بر کاهش هزینه های جاری، احتیاجی به تعمیر و نگهداری ویژه ندارد. با توجه به عیار، خاصیت و ویژگی های متفاوت قیر، به کاربرد های مختلفی نیز تقسیم می شود. در حقیقت می توان گفت قیر در عملیات عمرانی و ساخت و ساز جزء عناصر اصلی به حساب می آید.

روش تولید قیر

میزان زیادی از قیر موجود در جهان از روش تقطیر نفت خام حاصل می شود. برای تولید قیر، نفت خام را در دمای 200 الی 300 درجه می گذارند تا اجزای سبک آن مثل بنزین و نفت سفید به طور کامل جدا شود. برای جدا کردن اجزای سنگین، از حرارت های بالای400 درجه سانتی گراد استفاده شده که این دما سبب جلوگیری از شکسته شدن مولکول ها و تخریب حرارتی می شود؛ به همین علت برای جلوگیری از این کار باید فشار داخل برج را به بهترین نحو ممکن کاهش داد.

باقیمانده برج تقطیر اتمفسری از 400 تا 350 درجه سانتیگراد در کوره گرم می شود و بعد وارد برج تقطیر خلاء می شود. در نهایت بعد از عبور بخار آب، مواد سبک تفکیک شده و در ستون های مختل تصفیه می شوند. در نتیجه مواد غیر فرار که مهمترین آن قیر است از انتهای ستون خارج می شوند. بعد از این که مواد روغنی و سوختنی در شرایط خلاء در فرآیند تولید قیر جدا شدند، اضافات ته مانده برج اول وارد واحد روغن سازی و بعد وارد واحد visbraker شده تا نفت، مازوت و … را تولید می نماید. در انتها این مواد وارد واحد قیر سازی می شوند.

به طور کلی تولید قیر به دو روش انجام می شود که در ادامه آن را مورد بررسی قرار می دهیم:

روش منقطع یا ناپیوسته

در فرآیند ناپیوسته، اول باید برج تقطیر را به اندازه دلخواه از قیر پر کرد. در مرحله بعد با چرخش قیر بین کوره و برج، پیش گرم کردن به دست می آید.

روش پیوسته

در روش پیوسته، می توان گفت روند مشابه فرآیند ناپیوسته است با این تفاوت که هر زمان مشخصات قیر دمیده به میزان مورد نظر رسید، مواد به صورت پیوسته با کنترل جریان وارد شده و در محصول دمیده می شود.

عوامل تاثیر گذار در تولید قیر

به طور کل هر یک از شیوه های تولید بیتومن می تواند مزایا و معایب مختلفی داشته باشد؛ با این وجود، امروزه فرآیند پیوسته در مقایسه با فرآیند ناپیوسته به واسطه مزیت هایی که ارائه می دهد، بیش از پیش مورد توجه قرار می گیرد. از مهمترین عوامل هایی که می تواند در روند تولید قیر تاثیر گذار باشد، می توان به موارد های زیر خلاصه کرد:

• کنترل واکنش حرارتی، توسط cold Recycle
• تزریق Snuffing Steam به برج برای جلوگیری از آتش سوزی
• تاثیر مستقیم زمان توقف قیر در داخل برج نسبت به میزان نرمی آن
• کاهش یا افزایش سرعت واکنش متاثر از میزان هوای تزریقی و درجه حرارت آن
• شروع عملیات در دمای 420 درجه فارنهایت و زیاد شدن آن با افزایش دما تا 550 درجه
• بهتر انجام شدن واکنش اکسیداسیون و احیا در شرایط بالابودن اختلاف درجه حرارت(point 1) و درجه حرارت(base)
• افزایش نسبت هوادهی در موقعیتی که درجه حرارت ثابت باشد، سبب افزایش دما و کاهش آن سبب کاهش دما می شود.
• عدم کاهش مدت زمان توقف در صورت کم بودن سطح مایع

انواع قیر

قیر یک ماده آلی با ترکیبات شیمیایی پیچیده می باشد که هیچ فرمول خاصی ندارد و دسته بندی آن به شیوه های مختلف انجام می شود. یکی از روش های طبقه بندی مطابق با منشاء قیر است، که به شرح زیر می باشد:

قیر طبیعی(Glisonite)

ترکیب های این روش مشابه قیر پالایشگاهی است و به صورت توده ای از معدن استخراج می شود. در اینصورت روش استفاده از آن به صورت پودر مکانیزه می باشد. قیر طبیعی دارای ناخالصی هایی همانند خاکستر است و به همین علت گیلوسنیت را طبق درصد خاکستر، ابعاد و اندازه ذرات آن تقسیم بندی می کنند. قیر دریاچه ای، قیر بین سنگ ها، گیلسونیت ها از انواع قیر های طبیعی می باشند.

قیر پالایشگاهی(Refinery Bitumen)

برای طبقه بندی قیر در گذشته، روش دقیقی وجود نداشته و مهندسان برای تست سختی و نرمی یک قیر، آزمایش جویدن را انجام دادند. با این ترتیب اگر قیر مورد آزمایش، به اندازه غلیظ بود، مورد تایید قرار می گرفت. در شرایطی که ترکیب های گوناگون را به قیر خالص تولید شده در پالایشگاه بی افزایند قیر های اصلاح شده برای استفاده در مصارف گوناگون، حاصل می شود. به طور کلی به قیر های اصلاحی حلال ها، پلیمرها، امولسیفایرها و دیگر ترکیبات را در پالایشگاه، به قیر خالص می افزایند. خاصیت محصولات نهایی جدا از قیر خالص، با توجه به میزان ماده افزودنی و نوع آن، متفاوت می باشد.

در نهایت قیر های اصلاح شده به سه دسته قیر کات-بک(Cutback Bitumen)، قیر اصلاح شده با پلیمر(Polymer Modified B.) و قیر امولسیونی(Emulsion B.) تقسیم می شود که به شرح هر کدام می پردازیم.

قیر کات-بک(Cutback Bitumen)  یا محلول

قیر کات-بک نوعی از قیر خالص پالایشگاهی است که ویسکوزیته کمی را دارا می باشد. برای تولید این قیر، قیر پالایشگاهی را با میزان مشخصی از حلال های آلی ترکیب کرده که این حلال ها شامل گازوئیل، نفتا، روغن دیزل و نفت کوره می شود. این حلال ها به گونه ای نقطه جوش پایینی دارند که در زمان قرار گرفتن قیر Cutback روی سطح، حلال موجود درآن بخار شده و قیر باقی می ماند. لازم است بدانید این نوع قیر در سه مدل پخت آهسته، متوسط و سریع حاصل می شود. کاربرد این قیر به شرح زیر است:

• صنایع محتاج به قیر با ویسکوزیته کم
• در زمان ساخت آسفالت بدون گرم کردن قیر

قیر امولسیونی

از فرآیند حجم مشخصی از آب در قیر خالص، قیر امولسیونی ایجاد می شود. برای این که قیر را در آب حل شود از امولسیفار به کاربرده می شود. بیتومن امولسیون، یک نوع قیر با ویسکوزیته کم و به صورت مایع است که فقط برای نگهداری جاده از آن استفاده می شود. اگر این قیر را با استفاده از تکنیک های سرد استفاده کنند، می توان آن را دوستدار محیط زیست به شمار آورد. این ماده ضد آب و پاشش است که بر طبق دو عامل مهم زیر دسته بندی می شود:

بار الکترواستاتیکی ذرات امولسیفایر

• کاتیونی
• آنیونی

زمان شکستن، به معنای مدت زمان لازم برای تبخیرآب

• تنظیم آهسته(Slow Setting type=SS)
• تنظیم متوسط(Medium Setting=MS)
• تنظیم سریع(Rapid setting type=RS)

                                   مقاله کامل قیر املوسیونی چیست

قیر اصلاح شده با پلیمر

قیر اصلاح شده با پلیمر(PMB) برای بهتر شدن عملکرد قیر در عملیات روسازی آسفالت به کاربرده می شود که از قرن بیستم، مصرف آن رواج یافته است. مواد پلیمری با نسبت وزن 1 تا 5 به قیر افزوده می شود و بیشترین میزان مصرف پلیمر، شامل 3 درصد وزنی است. در بعضی از موارد خاص، اندازه پلیمر های افزودنی به میزان 7 درصد وزنی، می رسد. انواع پلیمر های مصرفی اصلاح شده شامل موارد زیر می شوند:

• پلیمر های طبیعی
• لینگین
• ترموپلاستیک ها/ پلاستومرها
• پلی پروپلین
• پلی اتیلن
• اتیلن وینیل استات
• الاستومر ها
• لاستیک طبیعی
• لاستیک مصنوعی
• پلی بوتادین
• لاستیک بوتیل
• الاستومرهای ترموپلاستیک
• کوپلیمرهای بلوک استایرنیک
• پلی الفین مخلوط
• پلی اورتان ترموپلاستیک
• لاستیک زمینی
• لاستیک های ضایعاتی احیا شده

در بین پلیمر های ذکر شده، الاستومرهای ترموپلاستیک کاربرد بسیاری را دارا می باشند. به طور کل علاوه بر این دسته بندی ها دو دسته دیگر قیر نیز داریم که جزء این دسته ها به حساب نمی آید که به شرح زیر است:

• قیر اکسید شده یا دمیده
• قیر کریستال

قیر اکسید شده

این قیر که به آن قیر دمیده نیز می گویند، از دمیدن هوای رگم در کف خلاء یا همان کف وکیوم حاصل می شود. با به کار گیری این روش، قیر سختی حاصل می شود که به عنوان عایق رطوبتی برای ساختمان سازی استفاده می شود. در فرآیند اکسیداسیون، گاهی قیر خالص را به برج های دیگر انتقال می دهند. قیر دمیده در مقایسه با قیر خالص، درجه نفوذپذیری و نقطه نرمی بیشتری را دارا می باشد. طبق درجه نفوذ پذیری و نقطه نرمی قیر اکسید شده به شرح زیر دسته بندی می شود:

قير اكسيد شده با درجه کم

• R75/30
• R85/25
• R85/40
• R90/40
• R95/25

قیر اکسید شده با درجه متوسط

• R90/10
• R90/15

قیر اکسید شده با درجه سخت

• R105/35
• R115/15

قیرکریستال

بعد از این که فرآیند های مختلف در تقطیر و پالایش نفت خام به پایان رسید، در برج تقطیر مقداری از یک ماده آلی سخت و شکننده باقی می ماند که این مواد را قیر کریستال می گویند. میزان نفوذ و شکل پذیری قیر کریستالی به ترتیب 10 و 30 سانتی متر می باشد. این قیر قابل انعطاف نیست و به نوعی مشابه کریستال است. این قیر از جهت اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.

کاربرد قیر

قیر تا حد زیادی، در حدود 85 درصد، در صنعت راه سازی به کاربرده می شود. از موارد دیگری که قیر استفاده می شود را می توان به عایق رطوبتی اشاره کرد. به طور کلی امکان استفاده از قیر در بیش از 7 زمینه گوناگون و بیشتر از 130 نوع به کاربرده می شود.

کاربرد قیر در عملیات عمرانی به شرح زیر است:

• ساخت جاده، باند یا فرودگاه و سکوها
• به عنوان عایق و ضد آب برای جلوگیری از نشت رطوبتی
• کف پوش کارخانه ها
• پوشش کانال های آب، برای جلوگیری از فرسایش

قیر به علت چسبندگی و خاصیت آب بندی، به طور گسترده در همه جنبه های عمرانی و ساخت و ساز به کاربرده می شود.

قیر نفوذی و امولسیون برای ساخت خطوط راه آهن استفاده می شود و قیر اصلاح شده پلیمری برای کاهش صدا و ارتعاش، در صنعت ریلی به کار می رود.

روکش باند های فرودگاه و هوایی به علت ساختار مقاوم  PMBاز پلیمر اصلاح شده استفاده شده است.

برای صنعت ساخت و ساز دریایی مثل پوشش کانال، تونل های زیر زمینی، حفاظت از ساحل رودخانه، ساخت سد و اسکله در دریا از قیر در ابعاد گسترده و مهم به کاربرده می شود. لازم به ذکر است بدانید از قیر در سقف ها، جوهر چاپ، کاغذ بسته بندی، جعبه اتصال و عایق کابل برق نیز استفاده می شود.

قیمت قیر صادراتی را از اینجا ببینید

ویژگی و مشخصات فنی انواع قیر

برای تشخیص دادن نوع مرغوب قیر، باید از ویژگی های فنی و مشخصات آن اطلاع کافی داشت تا بتوان یک قیر با طول عمر مناسب را خود انتخاب کرد. مشخصات فنی انواع قیر در موارد زیر هستند که با به کارگیری از آن، بیتومن بهتری می توان انتخاب نمود

درجه نفوذ

به هر میزانی که نفوذ قیر طبق دهم میلی متر، کمتر باشد؛ مقاومت قیر بالاتر و از کیفیت و کاربرد بیشتری برخوردار می شود. برای اندازه گیری درجه نفوذ از یک سوزن استاندارد تحت بار 100 گرم، به مدت 5 ثانیه در دمای 25 درجه سانتی گراد، بهره می برند. به طور کل میزان نفوذ بر حسب دهم میلی متر تعیین می شود. انواع قیر از جهت میزان نفوذ پذیری به شرح زیر است:

• 20/10
• 50/40
• 70/60
• 100/85
• 130/90
• 220/160

ویسکوزیته

اندازه گرانروی را به وسیله دستگاه  Saybolt Furol  یا به شیوه سینماتیک اندازه می گیرند و هر چه اندازه ویسکوزیته بیشتر باشد، به معنای خاصیت جامد بالای قیر می باشد.

نقطه اشتعال

دمایی که اگر قیر به آن نقطه رسد، گازهای درون آن با نزدیکی شعله، اشتعال می یابند. بیشتری دمای گرم کردن قیر در کارگاه، محدوده به نقطه اشتعال قیر می باشد.

کاهش وزن در زمان حرارت دادن

کاهش وزن قیر در زمان حرارت، به علت بخار بخشی از روغن و ترکیبات نفتی آن می باشد. کاهش وزن قیر، یکی از ویژگی های قابل توجه بوده که در دمای 163 درجه سانتیگراد، در زمان 5 ساعت اندازه گیری می شود. این دما و زمان شرایط تقریبی برای پخت قیر در زمان آسفالت می باشد.

شکل پذیری

اگر یک نمونه از قیر را در سطح مقطع یک سانتی متری با سرعت 5 سانتی متر بر دقیقه در حالت کشش قرار دهیم. خاصیت شکل پذیری قیر قبل از پارگی ، با زیاد شدن طول نمونه تعیین می شود.

نقطه نرم شدن

دمایی که در آن قیر حالت سیال می گیرد را نقطه نرم می گویند. هر چه نقطه نرمی قیر بالاتر باشد، حساسیت آن به تغییر های دمایی کمتر می شود. نقطه نرمی قیر معمولی در حدود 60 تا 70 می باشد.

حلالیت در CS2

همانطور که می دانید تتراکلرید و کربن گوگرد، حلال های قیر می باشند؛ با حل شدن قیر در هر یک از آن ها ناخالصی های قیر باقیمی ماند. با این وجود می توان درصد خلوص قیر را پیدا کند. درجه خلوص قیر از فرمول زیر می توان یافت:

(وزن قیر نمونه)÷ (وزن ناخالصی – وزن قیر)

جمع بندی نهایی

قیر یکی از فرآورده های نفتی چسبناک است که در صنایع بسیاری به کاربرده می شود. فرآیند تولید قیر به دو بخش پیوسته و ناپیوسته تقسیم شده و هر کدام از آن ها دارای مزایای خاص خود هستند. عوامل مختلفی مثل دما، زمان هوادهی، ترکیب خوراک، شدت هوادهی، ارتفاع قیر می تواند در فرآیند تولید قیر و کیفیت محصول نهایی تاثیر گذار باشد.

سوالات متداول

قیر به چه صورت تغییر شکل می دهد؟

قیر در دمای محیط جامد است و با افزایش دما، به حالت خمیری در آمده و بعد از آن مایع می شود.

قیر به چند روش تولید می شود؟

قیر به روش پیوسته و ناپیوسته تولید شده که هر کدام دارای مزایا خاص خود هستند.

قیر به طور کلی چند نوع تقسیم می شود؟

قیر به دو نوع طبیعی و تصفیه شده تقسیم می شود.