به گزارش نفت آنلاین ؛ 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 ته نشینی نفت خام است.
قیر حاوی 2 درصد اکسیژن، 11 درصد هیدروژن و 87 درصد کربن است.
همانطور که گفته شد، این محصول یک هیدروکربن با وزن مولکولی بالا شامل روغن، رزین و آسفالتین است. وجود 5 تا 30 درصد آسفالتین در قیر باعث سختی قیر می‌شود.
قیر به دو روش تولید می‌شود:
1) اجرای مستقیم
2) دمیدن هوا که براساس فرآیند مقطعی یا ادامه‌دار انجام می‌شود
قیر عمدتا 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 به ذکر است 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.
بخش دیگری از زیرمجموعه‌های قیر از جمله oxidized , cutback و emulsion نیز براساس مراحل تولید و نوع پالایش نفت خام دسته بندی شداند.
همانطور که گفته شد قیر انواع مختلفی دارد که در ادامه به تفصیل به معرفی آنها می‌پردازیم.
یک نوع از اصلی‌ترین آنها "تار" یا "پیچ" است. تار(Tar) یا پیچ(Pitch) یک مایع چسبناک قهوه‌ای یا سیاه چسبناک متشکل از هیدروکربن‌ها و کربن‌های آزاد است که از طیف وسیعی از مواد اولیه از طریق عصاره گیری مخرب استخراج می‌شود.
تار و پیچ به طور متناوب و پشت سر هم مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما بیشتر از تار برای استفاده در مواد مایع و از پیچ بیشتر برای مواد جامد یا ویسکوالاستیک استفاده می‌شود.
تار و پیچ هر دو در انواعآسفالت چسبناک اعمال می‌شوند.
تار به طور کلی دارای 3 شکل است: 1- تار ذغال سنگ 20- تار چوب 3- تار معدنی
تار ذغال سنگ محصول جانبی تولید گاز ذغال سنگ است. تار ذغال سنگ برای حفظ چوب، نگه‌داری سنگ فرش‌ها و غیره استفاده می‌شود. در این فرآیند در مرحله اول، ذغال سنگ در رگ‌های آهنی مهر و موم شده گرم می‌شود. سپس گازهای تبخیر شده منجر از لوله‌های مخصوص خارج می‌شوند. این لوله‌ها با آب خنک می‌شوند. مواد حاصل چیزی جز تار ذغال سنگ نیست که یک مایع متراکم، بودار و سیاه است.
تار چوب با عصاره گیری چوب‌های رزینی مانند کاج به دست می‌آید. عصاره گیری چوب رزینی روغن کریوزوتی تولید می‌کند که از توانایی نگه‌دارندگی بالایی برخوردار است.
تار معدنی نیز با بهره‌برداری از کروژن‌ها تهیه می‌شود. کروژن‌ها به طور کلی از سنگ‌های قیر ساخته شده‌اند که فقط سنگ هستند. محتوای فرار تار معدنی بسیار کم است.
گیلسونیت یا آسفالتیت یا آسفالتوم یک هیدروکربن رزین طبیعی است. این ماده در شمال شرقی "یوتا" در آمریکا هم یافت می‌شود و به عنوان یونیتاهیت(unitahite) نیز شناخته می‌شود. گیلسونیت شبیه آسفالت نفتی سخت است و در حلال‌های معطر و چرب و همچنین آسفالت نفتی محلول است. به دلیل سازگاری منحصر به فرد گیلسونیت، بیشتر برای استحکام بیشتر فرآورده‌های نفتی استفاده می‌شود.
گیلسونیت یک ماده براق و سیاه شبیه به ماده معدنی ابسیدین(Obsidian) یا شیشه آتشفشانی است. گیلسونیت ماده‌ای ضعیف و شکننده است که می‌توان آن را تا حد یک پودر قهوه‌ای تیره خرد کرد.
افزودن گیلسونیت به سیمان آسفالت یا آسفالت مخلوط داغ باعث انسجام بیشتر می‌شود.
آسفالت
آسفالت، پیچ طبیعی، تار معدنی، یا حتی قیر، نوعی ماده چسبنده، سیاه و مایع یا نیمه جامد نفتی هستند. آسفالت می‌تواند به عنوان یک پیچ هم طبقه‌بندی شود. آسفالت ترکیبی از آلومینا، آهک، سیلیس و قیر آسفالت است. آسفالت به دو صورت زیر طبقه‌بندی شده است: 1- آسفالت طبیعی 2-آسفالت رسوبی
- آسفالت طبیعی
همانطور که از نام آن پیداست، آسفالت طبیعی عمدتاً از طبیعت و از دریاچه‌ها و صخره‌ها به دست می‌آید.
- آسفالت دریاچه
آسفالت دریاچه حاوی 40 تا 70 درصد قیر خالص است که در یک مخزن جوشانده و تصفیه می‌شود. خروجی آسفالت تصفیه شده‌ای است که در ساخت و سازهای جاده‌ای و صنعت استفاده دارد.
- آسفالت سنگ
آسفالت سنگ حاوی 10 تا 15 درصد قیر خالص و ماده آهکی است. سنگ‌ها خرد و گرم می‌شوند و سپس با خنک کننده ناگهانی تثبیت می‌شوند. آسفالت استخراج شده برای کاشی‌های سنگ فرش و غیره کاربرد دارد.
- آسفالت ته نشین
آسفالت رسوبی با عصاره‌گیری نفت خام با پایه آسفالت ساخته می‌شود.
خاورمیانه برجسته‌ترین نقطه جهان است که در آن انواع و اقسام مختلف قیر تولید و صادر می‌شود.
قیر ایران
به عنوان اثبات محکمی بر این واقعیت، ایران ششمین تولید کننده کارآمد قیر جهان در درجات و انواع مختلف است. شرکت‌های بی‌شماری در خاورمیانه در تولید قیر وجود دارد. آنها از نفت خام استخراج شده برای تولید قیر استفاده می‌کنند.
شرکت‌هایی مانند "جِی اویل"، شرکت نفت پاسارگاد(POC)، "بلک گلد"، کسری، پارسیان انرژی، سبکو(Sebco) و غیره در کنار بیش از 370 پالایشگاه برای تولید قیرهای مختلف کار می‌کنند.
خاورمیانه قیرهای تولیدی خود را در تمام رده‌ها به صورت عمده و محموله‌های کانتینری از طریق بندر "جبل علی" به سراسر دنیا صادر می‌کند. میزان صادرات خاورمیانه 5 میلیون تن برآورد شده است.
خوب است بدانید که در برخی ایالت‌های هند، دولت فقط انواع خاصی از قیر ( جی یا پاسارگاد) را از پیمانکاران قبول می‌کند.
قیر عراق
قیر عراق قیری است که از چاه‌های نفتی در کردستان و جنوب عراق استخراج می‌شود. این نوع قیر دسولفوره (سولفور زدایی) نشده. علاوه بر این، قابلیت حلالیت آن کمتر از 99.8 و قابلیت نفوذپذیری آن بیش از 1 متر حتی تا 1.5 متر است. اگرچه درجه نفوذ قیر عراقی 60/70است، اما تهیه این محصول با درجه 80/100 نیز امکان‌پذیر است، اما مقرون به صرفه نخواهد بود.
قیر امارات متحده عربی
بیش از 50 هزار تن قیر در منطقه جبل علی، یکی از مناطق آزاد امارات متحده عربی وجود دارد که کشتی‌های مادر با تانکرهای بزرگ با ظرفیت بیش از 7000 تن بارگیری می‌شوند و به صورت عمده به مناطق دیگر دنیا حمل می‌شوند.
امارات متحده عربی یکی از قطب‌های مهم حمل و نقل در جهان است. به عبارت دیگر امارات یکی از 5 بندر بزرگ جهان است. بنابراین جبل علی به عنوان یکی از قطب‌های عمده صادر کننده قیر در جهان شناخته می‌شود.
نمودارها نشان می‌دهد تولید و صادرات قیر در جهان در حال رشد است.
آزمایش‌های کیفیت قیر
آزمایش‌های تعیین کیفیت قیر شامل آزمایش‌های انعطاف پذیری، Spot، تست حلالیت، تست ویسکوزیته، تست نقطه نرمی، آزمون نقطه اشتعال، تست نفوذپذیری، تست سنگسنس مخصوص و تعیین ضایعات قیر در گرمایش است.
- تست Spot قیر
در این آزمایش مقدار مشخصی قیر کاملاً در یک حلال مناسب حل می‌شود. اگر قیر به درستی حل نشده باشد، این روند از ابتدا تکرار می‌شود. در مرحله بعد محلول به مدت 30 دقیقه در محلی با دمای 30 درجه نگه داشته می‌شود. پس از آن تکنسین‌ها مقداری از محلول را روی یک کاغذ فیلترریخته و منتظر می‌مانند. وقتی لکه خشک می‌شود، تکنسین‌ها لکه را مشاهده می‌کنند. اگر لکه از نظر رنگ و فرم یکنواخت باشد ، نتیجه آزمایش منفی خواهد بود. اگر اینطور نباشد، نتیجه آزمایش مثبت خواهد بود.
- اهمیت مثبت بودن و منفی بودن آزمایش
نتیجه منفی آزمایش بدان معنی است که هیچ افزودنی در قیر تست شده وجود ندارد و خالص محسوب می‌شود. در مقابل، نتیجه مثبت نشان می‌دهد که قیر آزمایش شده حاوی برخی مواد افزودنی است.
به عنوان مثال نتیجه آزمایش Spot روی قیر عراق مثبت است، زیرا مقادیر زیادی گوگرد در آن وجود دارد.
- تست انعطاف قیر
انعطاف قیر به معنای توانایی قیر برای تغییر شکل زیر بارهای سنگین، بدون ترک خوردگی است.
آزمون انعطاف قیر در مسافتی انجام می‌شود که یک قالب استاندارد قیر با سطح مقطع 1 در 1 سانتی‌متر را زیر فشار قرار می‌دهند.
برای آزمایش انعطاف‌پذیری، نمونه قیر را باید گرم کرده و در قالب ریخت. سپس قیر اضافی را باید با یک چاقوی داغ برش داد. پس از خنک شدن، قالب حداقل در مدت 90 دقیقه در یک مخزن آب با دمای 27 درجه قرار می‌گیرد. بعد از جدا کردن طرفین قالب، گیره‌ها به آن قلاب می‌شوند و
دستگاه کشش با استفاده از یک موتور با سرعت استاندارد 5 سانتی‌متر بر دقیقه آن را می‌کشد.
- تست حلالیت قیر
حلالیت قیر در کربن دی‌سولفید، نفتا 88 و کربن تتراکلرید در ساخت و سازها از اهمیت بالایی برخوردار است.
عدم حلالیت نشانه‌ای از وجود ماده معدنی در قیر است. بنابراین میزان قیر با استفاده از حلالیت آن در کربن دی‌سولفید اندازه‌گیری می‌شود. برای آزمایش، یک نمونه کوچک از قیر در 100 میلی‌لیتر کربن دی‌سولفید حل می‌شود و محلول از یک فیلتر رد می‌شود. پس از خشک شدن مواد باقی
مانده، وزن می‌شود و برای محاسبه محتوای قیر استفاده می‌شود.
- آزمون ویسکوزیته قیر
هدف از آزمایش ویسکوزیته تعیین میزان ویسکوزیته یا گرانروی قیر مورد نظر است. ابتدا متخصصان نمونه را تا دمای 60 درجه برای تارها و گودالها و تا دمای 90 درجه سانتیگراد برای قیرها گرم می‌کنند. آنها نمونه را تا حدی گرم می‌کنند که مایع شود. سپس حدود 20 میلی‌لیتر از آن را در
یک شیشه کوچک ریخته و آن را در دمای 135 درجه سانتیگراد نگه می‌دارند.
در این مرحله متخصصان ویسکومتر را پر کرده و آن را به مدت ده دقیقه در دمای 135 درجه سانتیگراد قرار می‌دهند. سپس ویسکومتر پر شده به صورت عمودی در مخزن آب قرار می‌گیرد.
سپس متخصصان یک فضای خلاء ایجاد می‌کنند و آن را با یک شیر به ویسکومتر متصل می‌کنند. بعد از اینکه ویسکومتر به مدت 30 دقیقه در مخزن آب باقی ماند، شیر را باز می‌کنند و اجازه می‌دهند تا آسفالت به داخل ویسکومتر جریان یابد.
مرحله بعدی حذف ویسکومتر از مخزن آب و قرار دادن آن در فر با دمای 135 درجه سانتیگراد است تا زمانی که کاملاً از ویسکومتر خارج شود.
در نهایت قیری که بیش از حد چسبناک باشد منجر به پوشش ناکافی و متناقض می‌شود. به همین ترتیب ویسکوزیته بسیار کم منجر به پوشش نامناسب می‌شود زیرا قیر تمایل به جریان یافتن دارد.
بنابراین ویسکوزیته در دمای 135 درجه در کیفیت پیوند قیر با مصالح بسیار تعیین کننده است.
یکی از شناخته شده‌ترین روش برای مشخص کردن گرانروی قیر، نتیجه این آزمایش است. نتیجه این آزمایش به صورت اعداد 10 تا 40 به دست می‌آید. خوب است بدانید که هر چه عدد به دست آمده در این آزمایش کمتر باشد نمونه گرانروی کمتر و هرچه عدد بالاتر باشد گرانروی نمونه
آزمایشی بیشتر خواهد بود . برای مثال قیرهایی با گرانروی 10 یا 20 بیشتر برای تعمیرات، پیاده‌رو و راه سازی مناسب هستند.
قیرهای AC یکی دیگر از زیرمجموعه‌هایی هستند که براساس آزمایش گرانروی نام گذاری و تقسیم شده‌اند. قیرهای AC بیشتر در آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرند. قیر AC 30 مانند قیر VG 30 است با این تفاوت که قیر VG 30 در هند بازار قوی‌تری دارد.
- آزمون نقطه نرمی قیر
نقطه نرمی قیر دمایی است که قیر در آن نرم می‌شود. آزمون نقطه نرمی قیر به عنوان آزمون حلقه و توپ نیز شناخته می‌شود. هدف این آزمون تعیین دمائی است که در آن یک توپ استاندارد از یک حلقه قیر موجود در حلقه برنجی عبور می‌کند. حلقه برنجی که حاوی نمونه قیر است در دمایدلخواه در آب یا گلیسیرین معلق می‌شود. سپس یک توپ فولادی روی دیسک قیر قرار می‌گیرد. در ضمن ماده با سرعت 5 درجه در دقیقه گرم می‌شود.
دمایی که قیر نرم شده کف صفحه فلزی را که با فاصله کوتاهی در زیر حلقه قرار دارد، لمس می‌کند، به عنوان نقطه نرمی قیر ذکر می‌شود.
- آزمون نقطه اشتعال
آزمایش نقطه اشتعال قیر دمایی را نشان می‌دهد که قیر در اثر قرار گرفتن در معرض آتش به مدت چند ثانیه بخارهایی آزاد می‌کند. این آزمایش یک آزمون حیاتی و بسیار مهم در تعیین درجه کیفی قیر است، چرا که اگر از قیر نامناسب برای یک منطقه استفاده شود، آزاد شدن بخارهای سمیعواقب خطرناکی را در پی خواهد داشت.
به عنوان مثال اگر مقداری قیر با نقطه فلش پایین در یک منطقه گرم و گرمسیری استفاده شود، قیر احتمالا مشتعل خواهد شد و گازهای خطرناکی هم آزاد می‌کند.
برای انجام این آزمایش، متخصصان شعله کوچکی را نزدیک به قیر ذوب شده قرار می‌دهند و دمایی را که در آن قیر بخار آزاد می‌کند را یادداشت می‌کنند. سپس گرم کردن را برای پیدا کردن "نقطه اشتعال" ادامه می‌دهند.
بدین ترتیب دمایی که در آن سطح قیر حداقل 5 ثانیه آتش گرفته و می‌سوزد به عنوان نقطه اشتعال تعیین می‌شود.
- تست نفوذ قیر
آزمایش نفوذپذیری قیر میزان سختی قیر را اندازه‌گیری می‌کند. با برآورد عمق نفوذ عمودی سوزن آزمایشگاهی در نمونه قیر، سختی یا نرمی آن مشخص می‌شود. سوزن به مدت پنج ثانیه در قیر نفوذ می‌کند. دمای مطلوب برای این آزمایش 25 درجه سانتیگراد است.
دستگاه سنجش فشار در این آزمون از یک سوزن به وزن 100 گرم و یک پیچ برای رهاسازی و قفل کردن سوزن در هر موقعیتی ساخته شده است.
- تست سنگینی مخصوص قیر
این آزمایش در دمای 27 درجه سانتیگراد و با استفاده از پیکنومتر(pyknometer) استاندارد(یک ظرف مخصوص آزمایشگاهی) انجام می‌شود. آزمایشگر قیر را گرم می‌کند و به پیکنومتر انتقال می‌دهد. بعد از اینکه قیر گرمای خود را از دست داد، آزمایشگر آن را وزن می‌کند. او فضای خالی پیکنومتر را با آب پر می‌کند و دوباره آن را وزن می‌کند. سپس پیکنومتر تمیز و خالی را وزن می‌کند. بنابراین وزن پیکانومتر خالی نیز محاسبه می‌شود.
برای تعیین سنگینی مخصوص قیر اگر W1 را به عنوان وزن پیکنومتر، W2 به عنوان وزن پیکنومتر با قیر، W3 را به عنوان وزن پیکنومتر با قیر و آب و W4 را به عنوان وزن پیکنومتر و آب در نظر بگیریم، پس سنگینی مخصوص به شرح زیر بدست می آید:
GB= [(w2 – w1)/ (w2 – w1) – (w3 – w4)]
سنگینی مخصوص قیر مورد نیاز برای ساخت و سازها از 1.02 تا 1.04 متغیر است.
تعیین ضایعات قیر در اثر گرمایش
گرم کردن قیر باعث از بین رفتن مواد تشکیل دهنده فرار آن می‌شود و این منجر به سختی قیر می‌شود. آزمون تعیین ضایعات قیر به منظور ارزیابی حساسیت قیر نسبت به گرما انجام می‌شود.
برای انجام این آزمایش متخصصان نمونه‌ای از قیر را در یک تابه فولادی قرار می‌دهند و تابه و قیر را با هم وزن می‌کنند. سپس متخصصان تابه را به مدت 5 ساعت در دمای 163 درجه سانتیگراد در یک قفسه دوار نصب شده در فر با تهویه قرار می‌دهند. در پایان آزمون، متخصصان دوباره تابه
را وزن می‌کنند و کاهش وزن با دقت اندازه‌گیری خواهد شد. سپس قیر باقیمانده برای آزمایش‌های دیگر مثل نفوذ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
یکی دیگر از عواملی که براساس آن می‌توان قیر را دسته بندی کرد، میزان کارآیی یا performance آن است.
قیرهای performance grade براساس آزمایش کارایی شناسایی می‌شوند. نکته مهم آن است که میزان کارآیی و عملکرد قیر در دماهای متفاوت تعیین کننده است.
قیرهای این گروه مناسب‌ترین مصالح برای مهندسین راه‌سازی هستند چرا که استفاده درست از نوع مناسبِ قیر از کنده شدن، فرسودگی و یا مشکلات مشابه در جاده‌ها و راه‌سازی جلوگیری می‌کند.
قیرهای نفوذی(penetration grades) همان طور که از اسم‌شان پیداست، براساس آزمایش penetration گروه‌بندی شده‌اند. در این گروه هر چه عدد به دست آمده بالاتر باشد به این معناست که میزان نفوذ سوزن آزمایشگاه در آن بیشتر بوده و به عبارتی قیر نرم‌تر است. عدد پایین‌تر نیز نشان دهنده سفت بودن نمونه است. به طور کلی قیرهای نفوذی نرم برای مناطق سردسیر و قیرهای نفوذی سخت برای مناطق گرمسیری مناسب‌تر هستند. این نوع قیر برای جاده سازی و راه‌سازی کاربرد بیشتری دارد.
قیرهای Cutback
انواع دیگری از قیرها، قیرهای cutback هستند که نیازی به گرم شدن قبل از استفاده ندارند. این نوع قیر براساس مراحل پالایش نفت خام نام‌گذاری شده است.
قیرهای cutback از ترکیب قیر و حلال در پالایشگاه تولید می‌شوند. حلال خاصیت گرانروی قیر را کاهش می‌دهد. مناطق سردسیری مناسب‌ترین محل برای استفاده از قیرهای cutback هستند.
قیر امولسیون (Emulsion) دوست محیط زیست و انسان‌ها
امولسیون‌ها برخلاف قیرهای cutback آسیب‌زا نیستند و مواد سمی ندارند.
قیر امولسیون از ترکیب 60 درصد قیر با 40 درصد آب به دست می‌آید و هنگام استفاده آب موجود تبخیر می‌شود. برتری دیگری که این قیر نسبت به باقی قیرها دارد آن است که نیاز به گرم شدن ندارد. ضد آب بودن قیرهای امولسیون امتیازی است که در راه‌سازی و پوشش جاده‌ها، حمل و نقلراحت و راندمان اقتصادی و ایمنی نقش مهمی ایفا می‌کند.
قیرهای oxidized اصلاح شده و صنعتی و کاربرد آنها
نام گذاری قیرهای دمیده براساس نوع پالایش آنها در پالایشگاه صورت گرفته است. با دمیدن هوا به قیر، خاصیت لاستیکی قیر زیاد می‌شود. از مشخصات قیرهای oxidized می‌توان به انعطاف، دوام و مقاومت در برابر آب اشاره کرد. وقتی فرآیند اکسیداسیون اتفاق می‌افتد، خاصیت فراریت و
حساسیت به دمای قیر کاهش پیدا می‌کند. قیرهای oxidized برای مصارف صنعتی از جمله عایق بندی سقف، کفپوش، پوشش لوله و رنگ کاربرد دارد.
قابل ذکر است که خوب یا بد در قیرها وجود ندارد و تنها موضوع مهم به کاربردن مناسب‌ترین نوع با توجه به هدف پروژه و نوع شرایط آب و هوایی است.
قیمت قیر
قیر عمدتاً از ته نشین شدن نفت خام در پالایشگاه‌های نفت به دست می‌آید. تولیدکنندگان قیر آن را سنگین‌ترین بخش نفت خام می‌نامند که ماده اصلی تولید قیر است.
موارد زیر مواردی هستند که مستقیماً بر قیمت قیر نفت خام موسوم به "قیر VB" تأثیر می‌گذارد:
قیمت سوخت
قیمت نفت خام
شرایط سیاسی
نرخ ارز
نرخ تقاضا و عرضه قیر در بازار
نرخ تقاضا در فصل گرم سال که ساخت و سازها افزایش می‌یابد
در نهایت می‌توان گفت هیچ چیز مطلقا خوب یا بدی در درجه‌های مختلف قیر وجود ندارد، بلکه این انتخاب بهترین نمونه از قیر بر اساس کاربرد آن در دماهای مختلف است که مهم است.
مهندسان به دلیل اطمینان بالای تست ویسکوزیته، تحت تأثیر درجه ویسکوزیته قیر قرار می‌گیرند. درجه ویسکوزیته در ایالات متحده و استرالیا ارجح است.
از سوی دیگر بازار هند بیشتر مورد توجه درجه‌های تایید شده در آزمون نفوذپذیری است.
