استاندارد قیر

استاندارد قیر

1- تعریف قیر :

قیر ماده ا است به رنگ سیاه مرکب از هیدروکربورهای آلی با ترکیبات پیچیده که از تقطیر نفت خام بدست می آید و یا در طبیعت بصورت معادنی مخلوط با مواد معدنی وجود دارد. قیر بدو صورت جامد و مایع تهیه میگردد.

 2- اصطلاحات :

2-1- قیرهای جامد(Asphalt Cement)  : قیرهائی است که از تقطیر نفت خام بدست می آید و علامت اختصاری آن AC می باشد .

2-2- قیرهای اکسیدهRubbery or oxidized Grade) ): قیرهائی است که از دمیدن هوا در مخلوطی از قیرهای نرم و مواد روغنی بدست می آید و علامت اختصاری آن R است .

2-3- قیرهای مایع(Cut Backs ) : قیرهائی است که با حلالهای نفتی رقیق شده و بصورت قیر مایع در آمده باشد و در حقیقت بخش سبکی از محصولات نفتی که بوسیله تقطیر بدست آمده مجددا به باقیمانده آن (قیر) برگردانده شده است و علامت اختصاری آن CB می باشد .

2-4- قیر مایع زودگیر ( : (Rapid Curing  قیرهای مایعی است که با حلال سبک تهیه شده و پس از مصرف حلال بسرعت تبخیر میگردد و قیر خالص بصورت اولیه (قبل از مخلوط شدن با حلال) برجای می ماند و علامت اختصاری آن R.C می باشد .

2-5- قیرهای مایع کندگیر(Medium Curing ) : معرف قیرهای مایعی است که حلال آنها بزودی تبخیر نشده  و به کندی لخته و سفت میشود و علامت اختصاری آن M.C می باشد .

2-6- قیرهای مایع دیرگیر(Slow Curing ) : قیر مایعی را نشان میدهد که خیلی به آرامی لخته شده و در واقع عمل تجزیه بر روی مواد متشکله قیر مایع صورت میگیرد و علامت اختصاری آن SC    می باشد .

3- مواد متشکله قیر :

ترکیبات مختلف قیر تا کنون بخوبی شناخته نشده اند ولی عمده این ترکیبات که بوسیله حلالهای مختلف از قیر جدا گردیده، عبارتند از مواد اسفالتین - رزین و روغنهای سنگین که گاهی با مقدار کمی مواد معدنی همراه بوده و در محیط کلوئیدی روغنی مجاور یکدیگر قرار گرفته اند. خاصیت قابلیت انعطاف و چسبندگی قیر به رزین مربوط میباشد از طرفی هر چه اسفالتین زیادتر باشد قیر سخت تر است ولی با ازدیاد روغن قیر نرم تر میگردد . با حرارت دادن قیر مواد روغنی تبدیل به رزین و همچنین رزینها تبدیل به مواد اسفالتین شده و در حرارت بیش از حد قیر تبدیل به ذغال و بخار آب میگردد.

4- انواع قیرابه :

اگر ماده قیرابه ساز از نوع کاتیونی باشد ( قیرابه کاتیونی ) ذرات ریز قیر ، دارای بار مثبت می شود.در حالی که با استفاده از قیرابه ساز آنیونی ( قیرابه آنیونی ) بار الکتریکی ذرات منفی خواهد بود .

قیرابه های بدون یون نیز وجود دارد که گاهی در مواردی که قیرابه های فوق العاده پایدار مورد نیاز است و در درجه اول برای مخلوطهای سردی که دارای مقادیر زیادی دانه های ریز می باشد ، از آن استفاده می کنند .

مشخصات عمومی و طبقه بندی و انتخاب نوع قیر

قیر ماده ای است که در سالیان دراز تغییر شکل پیدا نکرده و پایدار میماند. این پایداری مربوط به خواصی است که قیر خالص دارا میباشد باین معنی که هرچه پایه نفتی آن مناسبتر باشد پایدارتر خواهد بود.

مشخصات عمومی مهم قیرها عبارتند از:

الف - غیرقابل نفوذ بودن  در مقابل آب و رطوبت .

ب - مقاومت در مقابل اسیدها - بازها – نمکها .

پ - قابلیت ارتجاع .

ت – چسبندگی .

ث - محلول بودن در برخی از حلالها (بدون از دست دادن خواص خود) .

ج - عایق بودن در مقابل جریانهای الکتریکی .

چ - تشکیل دادن فیلم پایدار بروی اجسام مختلف .

ح - داشتن رنگ ثابت .

در بعضی از موارد قیر خاصیت اصلی خود را از دست میدهد بطوریکه نمی توان از آن بخوبی استفاده نمود که به موارد ذیل می توان اشاره نمود .

الف - تجزیه شدن در حرارت زیاد و تبدیل آن به ذغال توام با اشتعال .

ب - نداشتن خاصیت چسبندگی در محیط مرطوب و آلوده بخاک نرم .

پ - تغییر شکل پذیرفتن در مقابل فشار و حلالها .

طبقه بندی قیرها :

الف - قیرهای جامد (Penetration Grade Asphalt Cement)

این محصولات مستقیما از تقطیر نفت خام بدست آمده و بر حسب درجه نفوذ نامگذاری شده اند. قیرهای نرمتر که دارای درجه نفوذ بیشتری هستند (درجه نفوذ  60تا 300) از تقطیر نفت خام و قیرهائی که دارای درجه نفوذ کمتری هستند (درجه نفوذ  10تا 60) از هوا دادن به قیرهای فوق بدست می آیند.محصولاتی که مستقیما از تقطیر نفت خام در ایران تولید میشوند عبارتند از:

 85/100 130/150 180/200 220/250 280/320و  60/70و قیرهائی که با هوا دادن به یکی از قیرهای نرم فوق تهیه میگردند عبارتند از:(در بعضی موارد 60/70) 10/20 20/30 30/40 40/50اعداد مذکور مشخص کننده درجه نفوذ قیر میباشند.

ب - قیرهای جامد اکسید شده (Rubbery Grade Oxidized Grade)

این محصولات از اکسیده شدن مخلوطی از قیرهای نرم با مواد روغنی Waxy Distillate) سنگین بدست آمده و بر حسب نقطه نرمی و درجه نفوذ نامگذاری شده اند. این مواد چون دارای خاصیت انعطاف  Rubbery میباشد با علامت  R مشخص شده و شامل انواع زیر میباشند. R 85/25و R 90/15 اعداد  85و  90نقطه نرمی قیر و اعداد  15و  25درجات نفوذ آنها را نشان میدهد.

پ - قیرهای مایع  Cut Back این قیرها از حل کردن یکی از قیرهای جامد در حلالهای مختلف بدست میآید و این عمل بمنظور پائین آوردنViscosity)  )قیر انجام میگردد قیرهای مایع پس از مصرف و تبخیر حلال سفت شده و بصورت اولیه در میآیند. این فرآورده ها نیز بر حسب Viscosity) )تقسیم بندی گردیده اند. حلالهائی که در تهیه این محصولات بکار برده میشوند ممکن است از مواد نفتی سبک متوسط و یا سنگین بترتیب مانند نفتا، نفت چراغ و گازوئیل باشند.

قیرهای مایع به سه دسته تقسیم می شوند که هر یک دارای  6نوع محصول میباشند:

1) قیرهای مایع زودگیر - این دسته از قیرها از رقیق نمودن قیر  85/100درصد مواد نفتی سبک مانند نفتا بدست می آیند و چون حلال آنها در شرایط معمولی بزودی تبخیر می گردد باین جهت قیر زودگیر نامیده شده اند. انواع قیرهای این دسته عبارتند از:RC0   RC1   Rc2   RC3   RC4   RC5

2) قیرهای مایع کندگیر - این دسته از قیرهای مایع از حل کردن قیر  85/100در حلالی مانند نفت چراغ بدست می آیند و چون حلال آنها دیرتر از نوع قبلی تبخیر میگردد بنام قیرهای مایع کندگیر موسوم شده اند. انواع این قیرها                     عبارتند از:MC0   MC1   MC2   MC3   MC4   MC5

3) قیرهای مایع دیرگیر - این قیرها که از حل کردن قیر  85/100در حلالهای سنگین مانند گازوئیلGas oil  یا نفت سیاه  Fuel oil  بدست آمده اند حلالشان در شرائط معمولی پس از مصرف تبخیر نمیشود، بلکه پس از تجزیه بتدریج سخت میگردد. انواع این دسته از قیرها عبارتند از: SC0   SC1   SC2   SC3   SC4   SC5

علاوه بر قیرهای نامبرده در فوق قیرهای مایع دیگری کهViscosity) ) آنها در حدود ویسکوزیته قیرهای مایع مذکور است تهیه میگردد. حلال این قیرها همان حلالهای نامبرده در فوق میباشد.انواع این قیرها عبارتند از  S125 که با حلال سبک (نفتا) تهیه گردیده و همچنین قیرهای:

CB 500/700 CB 400/500 CB  300/400 CB 200/300 CB 150/200  CB 50/100

که حلال متوسط دارند (نفت چراغ )و قیر  CB 100/150 که از قیر  40/50تهیه گردیده است.

انتخاب نوع قیر :

انتخاب نوع قیری که در راه سازی بکار می رود با توجه به چند عامل مهم انجام می شود که عبارتند از :

شرایط جوی محل ، نوع آمد و شد ، وسایل نقلیه ، نوع روسازی ، جنس و دانه بندی مصالح سنگی و نحوه اجرای روسازی .

برای ساختن مخلوط بتن آسفالتی گرم از قیر خالص و برای ساختن مخلوط بتن آسفالتی سرد از قیرهای محلول یا قیرابه استفاده می شود . میزان تخلخل و خلل و فرجی سطحی که باید با قیر اندود شود در انتخاب نوع قیر موثر است .

هر اندازه میزان تخلخل سطح بیشتر باشد باید از قیر محلول کند روان تری برای اندود کاری استفاده شود .در مناطق با آب و هوای سرد و خشک بهتر است از قیرهای محلول و در مناطق با آب و هوای مرطوب یا با مصالح سنگی مرطوب بهتر است که از قیرابه ها استفاده شود .

امولسیون های قیر یا قیرابه و انواع آن

این نوع قیر از مخلوط کردن قیر و آب به کمک یک ماده قیرابه ساز به دست می آید . قیر در این نوع مخلوط در آب حل نمی شود بلکه به صورت گلبول یا کره هایی به قطر 01/0 تا 001/0 میلی متر در آب شناور می شود .

گاهی اوقات برای افزایش پایداری قیرابه ها در برابر لخته شدن و به هم پیوستن دانه های قیر ، به آنها مواد پایدار کننده نظیر صابونهای پتاسیم اضافه می کنند . افزودن مواد پایدار کننده سبب می شود که قیرابه پس از مصرف ، بهتر دانه های مصالح سنگی را اندود کرده و همچنین پایداری قیرابه انبار شده نیز بیشتر می شود .

قیرابه ها معمولاً دارای 3/0 تا 5/0 درصد ماده قیرابه ساز و 30 تا 50% آب هستند .

قیرابه ها پس از مصرف و تماس با مصالح سنگی شکسته شده و قیر آن بصورت لایه نازکی سطح دانه ها را اندود کرده و آب آن تبخیر شده و یا جریان می یابد .نشانه شکستن قیرابه ، تغییر رنگ آن از قهوه ای به سیاه می باشد  .

از آنجا که قیرابه ها بصورت سرد مصرف می شوند و لزومی به حرارت دادن آنها نیست ، از نقطه نظر اقتصادی و همچنین ایمنی بر انواع دیگر قیرها برتری دارد . اشکالی که در استفاده از قیرابه ها وجود دارد آب ناشی از شکسته شدن آنهاست که باید دفع شود تا بتوان مصالح را به خوبی کوبیده و متراکم کرد .

از قیرابه ها برای تثبیت ماسه بادی ، قیر پاشی سطح راههای خاکی به منظور جلوگیری از گردخاک و تهیه مخلوطهای قیری برای لکه گیری روساز ها استفاده می شود . قیرابه ها در راهسازی مصارف بسیار دارد . در روکش های سطحی ، مخلوط های معلق ، ماکارام های نفوذی ،  تحکیم خاک ها ، مخلوط های سرد ماشینی ، اندود سطحی ، اندود تقویتی ، غبار نشانی و تعمیرات جزئی راه کاربرد دارد .

آزمایشات قیرهای خالص

آزمایشات انجام شده برروی قیرهای خالص به شرح ذیل می باشد :

1- نقطه نرمی قیر (  ASTM D2398- AASHTO36T53) : در این آزمایش قیرها با افزایش دما به تدریج نرم شده و کندروانی آنها کمتر می شود .

2- درجه نفوذ قیر (ASTM D 5- AASHTOT49) : این آزمایش به منظور برای اندازه گیری قوام مواد قیری بکار    می رود .

3- وزن مخصوص قیر (ASTM D 70-AASHTO T228 ) : در این آزمایش مقادیر وزن مخصوص و دانسیته برای تبدیل حجم ها به واحد جرم هایی که در دیگر استانداردهای ASTM و در مرحله انجام کار لازم است ، استفاده میشود .

4- درجه اشتعال قیر ( ASTM D 92-AASHTO T48) : این آزمایش به منظور شامل تعیین نقطه اشتعال و نقطه شعله ور شدن همه فرآورده های قیری بجز روغن های نفتی و آنهایی که نقطه اشتعال زیر 79 درجه سانتی گراد دارند ، میباشد .

5- کشش میزان انگمی قیر (ASTM D 113 -   AASHTO T51) :ا این آزمایش ندازه ای از خواص کششی مواد قیری را فراهم کرد و ممکن است برای اندازه گیری میزان انگمی برای مشخصات مورد لزوم استفاده شود .

6- افت حرارتی TFOT (ASTM D 1754 -  AASHTO T172 ) : در این آزمایش روش تغییرات تقریبی خواص قیر در مدت عمل آوردن مخلوط آسفالتی گرم در حرارت 150 درجه سانتیگراد که بوسیله اندازه گیری ویسکوزیته درجه نفوذ یا کشش انجام می شود ، شرح داده شده است . خصوصیات مانده قیر افت حرارتی بطور تقریب مشابه قیر مصرفی در جاده می باشد .

7- کند روانی کینماتیک (ویسکوزیته) قیر (ASTM D 2170- AASHTO T 201) : در این آزمایش کندروانی کینماتیک ، چگونگی رفتار جریان مایع (قیر) را توصیف می نماید . از این روش برای تعیین قوام به عنوان یک عنصر در شناخت یکنواختی محموله های آن و منابع تولید استفاده می شود . دماهای لازم برای دستیابی به اینگونه مشخصات معمولاً 60 و 135 درجه سانتی گراد می باشد .

8- حلالیت مواد قیری در تری کلرواتیلن ( ASTM D 2042 - AASHTO T44) : در این آزمایش اندازه گیری حلالیت قیر در تری کلرواتیلن انجام می شود . بخشی که در تری کلرواتیلن حل می شود نشانگر وضعیت اجزاء سیمانی آن است.

در ادامه به 8 مورد از عنوانهای روشهای استاندارد آزمایشات مربوط به قیرها بیان می گردد .

1-روش استاندارد آزمایش درجه نفوذ مواد قیری :

Standard Test Method For Penetration Of Bituminous Materials

2- روش استاندارد آزمایش نقطه نرمی قیر (با ابزار ساچمه و حلقه ) :

Standard Test Method For Softening Point Of Bitumen (Ring-And-Ball Apparatus)

3- روش استاندار و آزمایش وزن مخصوص دانسیته مواد قیری نیمه جامد :

Standard Test Method For Specific Gravity And Density Of Semi-Solid Bituminous Materials )

4- روش استاندارد آزمایش نقطه اشتعال و نقطه شعله ور شدن با ظرف روباز کلوند :

Standard Test Method For Flash And Fire Points By Cleveland Open Cup

5- روش استاندارد آزمایش تعیین میزان انگمی مواد قیری :

Standard Test Method For Ductility Of Bituminous Materials

6- روش استاندارد آزمایش حلالیت مواد قیری در تری کلرواتیلن :

Standard Test Method For Solubility Of Asphalt Materials In Trichloroothy Lene

7- روش استاندارد آزمایش تعیین کندروانی کینماتیک قیرها :

Standard Test Method For Kinematic Viscosity Of Asphalts(Bitumens)

8- روش استاندارد آزمایش اثر حرارت و هوا بر مواد قیری ( TFOT) :

Standard Test Method For Effect Of Hoot And Air On Asphaltic Materials (Thin Film Oven Test)

روش استاندارد آزمایش درجه نفوذ مواد قیری

Standard Test Method For Penetration Of Bituminous Matrrials

ASTM D5-AASHTO T44

هدف : این روش آزمایش شامل تعیین درجه نفوذ مواد قیری نیمه جامد و جامد می شود ، موادی که دارای درجه نفوذ کمتر از 350 هستند می توانند با وسایل استاندارد روش تشریح شده آزمایش شوند .

اهمیت : آزمایش درجه نفوذ برای اندازه گیری قوام بکار می رود . مقادیر بالاتر درجه نفوذ نرمتر بودن را نشان می دهند . قوام مواد قیری به عنوان طولی که یک سوزن استاندارد برحسب یک دهم میلیمتر به طور قائم در نمونه قیر تحت شرایط مشخص بار –زمان و دما نفوذ می کند ، بیان می شود.

روش انجام آزمایش : نمونه گرم شده را در ظرف مخصوص ریخته و سپس پس از اینکه در دمای محیط خنک شد پس از نیم ساعت در حمام آب 25 درجه سانتیگراد نگهداری می کنیم . نمونه قیر را همراه با ظرف حمام آب 25 درجه سانتیگراد در محل نفوذسنج قرار می دهیم و وزنه 50 گرمی را بالای سوزن قرار داد که کل بار وارده 1/0  100 گرم می باشد .

 در چنین حالتی سوزن را به آرامی پایین آورده تا نوک آن با سطح نمونه تماس پیدا کند . این امر با آوردن نوک واقعی سوزن به صورت مماس با تصویر منعکس شده توسط سطح نمونه زیر منبع نوری که در جای مناسبی قرار گرفته است انجام میشود . نگهدارنده سوزن را سریعاً برای مدت زمان معین شده (5 ثانیه) آزاد کرده و وسیله اندازه گیری را برای اندازه گیری فاصله نفوذ برحسب یک دهم میلیمتر تنظیم کنید .

روش استاندارد وزن مخصوص دانسیته مواد قیری نیمه جامد

ASTM D 70-AASHTO-T228

هدف : این آزمایشات شامل تعیین وزن مخصوص و دانسیته مواد قیری نیمه جامد – قیر خالص و قطران نرم با استفاده از پیکنومتر می باشد .

اهمیت : مقادیر وزن مخصوص و دانسیته برای تبدیل احجام به واحد جرم هایی که در دیگر استانداردهای ASTM و در مرحله انجام کار لازم است ، استفاده می شوند .

روش انجام آزمایش : نمونه قیر گرم شده را در پیکنومتر مخصوص ریخته بطوریکه هیچ گونه حبابی نداشته باشد . پس از اینکه به مدت 30 دقیقه در هوای محیط خنک شد ، آن را وزن نموده و سپس آب مقطر سرد شده را به آن اضافه و درب پیکنومتر را می بندیم . را گذاشته و سپس در حمام آب 25 درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت قرار می دهیم . آنگاه پیکنومتر را از حمام درآورده کاملاً خشک نموده و وزن کنیم .

وزن مخصوص دانسیته مواد قیری نیمه جامد از رابطه زیر قابل محاسبه است .

= وزن مخصوص

WT*وزن مخصوص = دانسیته

A= وزن پیکنومتر با درب.

B= وزن پیکنومتر با آب.

C= وزن پیکنومتر با قیر.

D= وزن پیکنومتر +قیر+آب.

WT= دانسیته آب دردمای آزمایش.

روش استاندارد نقطه نرمی قیر ( با روش حلقه و گلوله )

ASTM D2398        AASHTO T53

هدف : این روش آزمایش برای تعیین نقطه نرمی قیر در محدوده دمایی از 30 تا 157 درجه سانتیگراد با استفاده از ابزار ساچمه و حلقه غوطه ور شده در آب مقطر بکار می رود .

اهمیت : قیرها موادی ویسکو الاستیک بدون نقطه ذوب معین می باشند که با افزایش دما به تدریج نرم تر شده و کند روانی آنها کمتر می شوند . به دلیل نقاط نرمی باید به وسیله یک روش قراردادی و بدقت تعریف شده معین شوند تا نتایج قابل تعمیم باشند .

روش انجام آزمایش : نمونه قیر گرم شده را در حلقه های برنجی ریخته و سطح آن را صاف کنید سپس اجازه دهید تا در جریان هوا خنک شود . حلقه های نمونه و هادیهای ساچمه را در نگهدارنده قرار داد و در حمام آب 5 درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت قرار دهید . سپس حمام را از زیر حرارت دهید بطوریکه آهنگ افزایش دما در یک دقیقه 5 درجه سانتیگراد باشد . هنگامی ساچمه همراه قیر بر سطح پائینی نگهدارنده افتاد درجه حرارت یادداشت می شود .