مقدمه
قیر و فواید آن – قیر ماده ای است چسبنده، به رنگ سیاه مایل به قهوه ای که از شمار زیادی هیدروکربن هام آلی با ترکیبات پیچیده شیمیایی ساخته شده است.
قیر در دمای محیط تقریبا جامد – نیمه جامد است و بر اثر حرارت، روان می شود. قیر در روغن های معدنی و حلال هایی مانند سولفید کربن و تتراکلرید کربن حل می شود.
قیرها، کاربردهای مختلفی دارند، از جمله برای ساختن آسفالت سطح راه و فرودگاه و کف کانال های آبی و کف استخرهای منابع آب و ساختن جدول های آسفالتی و همچنین برای ضد آب و غیرقابل نفوذ کردن کف پشت بام و اندود کردن گونی که به آن عمل قیرگونی کردن میگویند، استفاده می شوند.

منابع تهیه قیر

قیر از دو منبع مختلف به دست می آید:

۱- قیرهای حاصل از تقطیر ذغال سنگ

۲ – قیرهای حاصل از تقطیر نفت خام

یکی از روش های به دست آوردن قیر، تقطیر ذغال سنگ است. از فرآورده های حاصل از قیر، قطران است که در ایران کمتر از آن استفاده می شود و بیشتر برای جنبه های دارویی از اینگونه قیرها استفاده شده است. در حالی که در اروپا از آن به طور وسیعی استفاده میشود.

روش دوم قیرهای حاصل از تقطیر نفت خام است که ممکن است این نفت خام به طور طبیعی در زمان های قدیم به سطح زمین جریان یافته و به صورت دریاچه درآمده باشد و سپس در اثر تابش آفتاب و وزش باد، مواد فرار از آن خارج و بازمانده آن که همان قیر است، به طور طبیعی به جا مانده باشد که به آن قیر طبیعی می گویند. اینگونه قیرها معمولا با ناخالصی هایی همراه است. از جمله این معادن قیر طبیعی در دنیا، دریاچه قیر طبیعی برمودا و دریاچه قیر طبیعی ترینیداد است

ویژگی های عمومی قیرها

– غیرقابل نفوذ بودن در مقابل آب و رطوبت – مقاومت در برابر اسیدها، بازها و نمکها – قابلیت کشسانی – چسبندگی – محلول بودن در بعضی از حلال ها، بدون از دست دادن خواص – تشکیل دادن قشر نازک پایدار بر روی اجسام مختلف – داشتن رنگ ثابت در مقابل جریانات الکتریکی

معایب قیرها

قیر در وضعیت های زیر برخی از خواص خود را از دست می دهد، به طوری که نمی توان از آن به خوبی استفاده کرد

– تجزیه شدن در دمای زیاد و تبدیل آن به ذغال، توأم با اشتعال – نداشتن خاصیت چسبندگی در محیط مرطوب و آلوده به خاک نرم – تغییر شکل در مقابل فشار و حلال ها

انواع قیر

الف) قیر طبیعی

قیری است که در طبیعت به صورت معدن وجود دارد و پس از گذشت سالیان دراز ایجاد شده است. در کشورهایی که منابع نفتی کمی دارند یا اصلا منابع نفتی ندارند در صورت وجود معادن قیر طبیعی، از قیر طبیعی برای مصارف ساختمانی، راهسازی و … استفاده می شود.

در پاره ای از کشورها به دلیل عدم وجود قیر طبیعی و هزینه بالای تهیه قیرهای نفتی قطران ذغال سنگ به جای قیر استفاده می شود.

ب) قیر نفتی

قیری است که از پالایش نفت خام به دست می آید. امروزه بیشترین قیر مصرفی در دنیا قي نفتی می باشد

نفت خام از لحاظ شیمیایی به ۳ دسته نفت خام اسفالتیک، نفت خام پارافینیکوف آسفالتیک – پارافینیک تقسیم بندی می شود

بهترین قیر برای مصرف در عملیات راهسازی، قیری است که از پالایش نفت خام آسفالتی به دست می آید.

به طور کلی قیری که حاوی مواد پارافینی کمتری باشد، از مرغوبیت بیشتری برای راهسازی برخوردار خواهد بود.

انواع قیر نفتی

1- قير خالص

قیری است که مستقیما پس از پالایش نفت خام در ستون تقطیر ایجاد می شود. دقت شود که می بایست این نوع قیر همگن بوده و عاری از آب باشد و در دمای ۱۷۴ درجه سانتی گراد کف نکند. در ساخت باند فرودگاه ها و محل توقفگاهها وسایل نقلیه از این نوع قیر استفاده می شود.

۲- قیر دمیده

اگر در آخرین مرحله تصفیه قیر، به قیر خالص هوای داغ دمیده شود، قیر دمیده ایجاد می گردد.
حساسیت قیرهای دمیده نسبت به تغییرات درجه حرارت کمتر می باشد. این قیر در دمای بالا حالت سختی خود را حفظ می کند.
موارد استفاده قیرهای دمیده در راهسازی بسیار کم است.

 3 – قیر محلول (قیر پس برگشته)

برای تهیه قیرهای محلول، قیر خالص را در نفت کوره، بنزین با نفت گاز حل می کنند درصد روانی قیرهای محلول به مقدار مواد نفتی مصرفی (حلال های نفتی بستگی دارد. درصد روغن های نفتی در قیرهای محلول بین ۱۰ تا ۵۰ درصد است.

انواع قیرهای محلول عبارت است از:

 الف) قیر تندگیر «RC»: در اینگونه محلولها از بنزین به عنوان حلال استفاده میشود.

 ب) قیر کندگیر «MC» : در اینگونه محلول ها از نفت به عنوان حلال استفاده میشود.

پ) قیر دیرگیر «SC» : در اینگونه محلولها از نفت گاز یا نفت کوره به عنوان حلال استفاده می شود.

قیرهای محلول دیرگیری که محصول پالایش نفت خام هستند را «روغن راه» می نامند. این قیرها در ساخت مخلوط های قیری یا اندودهای قیری (در جاهای سرد که گرم کردن مصالح سنگی مشکل و پرهزینه است ) به کار می روند. ۴- امولسیون های قیری (قیر آبه ها)

در صورتی که قیر و آب به همراه یک ماده امولسیون ساز با هم مخلوط شوند «قير آبه» به دست می آید. اسیدهای آلی یا نمک آمونیوم یا نمک آمین از انواع امولسیون سازها می باشند. به قير آبه هایی که امولسیون ساز آنها املاح قلیایی اسیدهای آلی می باشد، قير آبه های آنیونی گفته می شود.

به قير آبه هایی که امولسیون ساز آنها نمک آمونیوم یا نمک آمین می باشد، قير آبه های کاتیونی گفته می شود. اقير آبه های آنیونی را با مصالح سنگی آهکی و دولومیتی مخلوط می کنند.

قير آبه های کاتیونی را با مصالح سنگی سیلیسی و کوارتزی مخلوط می کنند.

در پاره ای موارد برای جلوگیری از لخته شدن قیر آبه و برای پایدار کردن آن، به قير آبه مواد پایدار کننده ای نظیر: صابون های پتاسیم و کازئین اضافه می کنند. از قير آبه های رقیق برای عملیات آب بندی و درزگیری استفاده می شود.

انواع امولسیون های قیری

۱- امولسیون های قیری تندشکن (RS)

 ۲- امولسیون های قیری نیمه پایدار یا کندشکن (MS)

 ٣ – امولسیون های قیری پایدار یا دیرشکن (SS)

امولسیون های قیری برای تهیه مخلوط های قیری، برای تثبیت خاکها و برای ایجاد اندودهای قیری مناسب می باشند.

مزایای امولسیون های قیری

– مقرون به صرفه هستند، چون برای استفاده نیاز به گرم کردن ندارند. – از لحاظ ایمنی هنگام اجرای کار از انواع دیگر قیرها برتر هستند.

– قير آبه ها را می توان تا چندین ماه در انبار نگهداری کرد. معایب امولسیون های قیری

– آب ناشی از شکستن قیر آبه، عملیات تراکم مخلوط قیری را مشکل می کند

– هنگام حمل قیر به مقدار زیادی آب حمل می شود که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست

– یخ زدگی قیرآبه در هوای سرد

– لخته شدن قیر آبه

قير آبه ها نباید در درجه حرارت پایین تر از ۲ درجه سانتی گراد انبار شوند، چون در غیر این صورت در اثر سرما، قیرابه دچار یخ زدگی می شود.

هر چند وقت یک بار لازم است بشکه های قیرآبه را در انبار بغلتانند و سر و ته کنند تا از ته نشینی و لخته شدن قیر آبه جلوگیری شود. حداکثر زمان نگهداری بشکه های قیر آبه در انبار ۲ ماه می باشد. دقت شود که از مصرف قير آبه های یخ زده یا ته نشین شده جلوگیری به عمل آید.

انتخاب کردن نوع قیر در عملیات راهسازی

برای انتخاب نوع قیر بهتر است به موارد زیر توجه شود:

– قیر با کند روانی بیشتر برای روسازی آسفالتی مناطقی که درجه حرارت متوسط سالیانه آنها زیاد است، مناسب می باشد.

– در صورتی که وسایل نقلیه سنگین از روی راه عبور می کنند باید برای روسازی راه از قیر با کندروانی بیشتر استفاده شود.

– در مناطق سرد و خشک استفاده کردن از قیرهای محلول مناسب است.

– در مناطق مرطوب یا زمانی که مصالح مرطوب می باشند، استفاده از امولسیون های قیری مناسب می باشد.

انتخاب کردن نوع قیر مناسب برای عملیات راهسازی تابع عوامل زیر است: – خصوصیات آب و هوایی منطقه – نوع وسایل نقلیه عبوری

– نوع راه و روسازی راه – دانه بندی مصالح سنگی و جنس مصالح – متوسط درجه حرارت سالانه منطقه انجام پروژه – تخلخل سطح راه (با توجه به مصالح مصرفی)

آزمایشات قیر

برای مشخص نمودن ویژگی های قیر روی آن آزمایشاتی به شرح زیر صورت می گیرد

الف) آزمایش وزن مخصوص قیر

توسط این آزمایش وزن مخصوص انواع قیرها مشخص می گردد.

ب) آزمایش نفوذپذیری قیر

این آزمایش سختی نسبی قیرهای دمیده و خالص را مشخص می کند. در واقع توسط این آزمایش، نشانه روانی، شلی، خمیری، سفتی و سختی قیر اندازه گیری می شود (با افزایش مقدار نرمی قیر، نفوذپذیری آن هم بیشتر می شود).

هرچه درجه نفوذ یک نمونه قیر بیشتر باشد، آن قیر نرم تر و هرچه درجه نفوذ یک نمونه قیر کمتر باشد، آن قیر سخت تر است. باید در مناطق گرمسیر و در راه های با رفت و آمد بیشتر، قیر با درجه نفوذ کمتر به کار برده شود.

پ) آزمایش نقطه نرمی قیر

این آزمایش، حساسیت انواع قیرها را نسبت به تغییرات درجه حرارت تعیین می کند و در واقع درجه حرارتی را که در آن قیر جامد به قیر مایع و روان تغییر شکل میدهد «درجه نرمی» می گویند. هر قدر که درجه نرمی یک نمونه قیر بیشتر باشد، قیر در برابر تغییرات درجه حرارت حساسیت بیشتری از خود نشان داده و کند روانی و درجه نفوذ آن کمتر دستخوش تغییرات می شود.

ت) آزمایش خاصیت شکل پذیری یا انگمی

توسط این آزمایش، میزان چسبندگی و کشسانی (شکل پذیری) یک نمونه قیر مشخص می گردد. هر چقدر یک نمونه قیر چسبندگی بیشتری داشته باشد، خاصیت شکل پذیری آن نیز بیشتر می باشد و مقاوم تر بوده و مصالح سنگی را بهتر تثبیت می کند.

ث) آزمایش تعیین درجه اشتعال (درجه الو گرفتن)

درجه حرارتی را که در آن سطح قیر با نزدیک کردن شعله آتش، آتش می گیرد «درجه اشتعال قیر» گویند. با این آزمایش حداکثر درجه حرارت مناسب را برای گرم کردن قیر بدون آتش گرفتن آن تعیین می کنند. نتیجه این آزمایش در تهیه مخلوطهای آسفالتی گرم مهم است.

ج) آزمایش کندروانی قیر

توسط این آزمایش میزان روانی انواع قیرها در درجه حرارت های بالا تعیین میگردد که این آزمایش به ۲ روش انجام می گیرد

۱- روش كنیماتیکی

۲- روش سی بولت – فیورول

اگر برای ساخت روسازی راه در مناطق گرمسیر از قیرهای با درجه کندروانی کم استفاده شود، در اثر دمای بالای محیط، آسفالت به شکل خمیر در آمده و در زیر فشار ناشی از چرخهای وسایل نقلیه حرکت می کند و برعکس اگر برای ساخت لایه روسازی راه در مناطق سردسیر از قیر یا مخلوط های قیری با درجه کندروانی بیشتر استفاده شود در اثر دمای پایین و سرمای محيط (و احیانا یخ زدگی) آسفالت سخت و شکننده شده و در اثر بارهای وارده ناشی از چرخهای وسایل نقلیه در حال تردد دچار شکستگی و ترک خوردگی می شود. چ) آزمایش تعیین درجه خلوص قیر

این آزمایش برای مشخص کردن درصد ناخالصی های موجود در قیر به کار برده می شود. ناخالصی های موجود در قیر معمولا، نمک و مواد معدنی و کربن می باشد. برای انجام دادن این آزمایش، قیر را در سولفور کربن یا تتراکلرید کربن حل می کنند. با این کار پس از حل شدن قیر در حلال، ناخالصی های موجود در کف ظرف ته نشین شده یا در محلول به صورت تعليق در می آیند.

قیرهای سفت و قیرهای دمشی را در اکثر موارد در کاغذهای چند لایه بسته بندی می کنند. لایه بیرونی ضدآب است. کیسه های کاغذی را توسط دستگاه با قیر مذاب پر می کنند و پس از سرد و منجمد شدن به انبار انتقال داده می شوند. قیرهای جاده سازی در بشکه های فولادی با حجم ۳۶ گالن عرضه می گردند.

قیروگونی

رایج ترین نوع عایق های رطوبتی در ایران قیروگونی است. ویژگی های مصالح مورد استفاده باید مطابق با آیین نامه استاندارد ۲۹۵۲ ایران به شرح زیر باشد

 ١- ویژگی های گونی

– گونی باید دارای بافت و الياف یکنواخت و کاملا تمیز و عاری از آلودگی و چروک باشد.

-گونی باید تاب کافی داشته، نم آن کم بوده و هر متر مربع آن حداقل ۳۱۰ گرم وزن داشته باشد.

۲ – ویژگیهای قیر

قیر باید کاملا همجنس و بدون آب باشد و در شرایط متفاوت و با جدول زیر، منطبق باشد. قیرهای مصرفی که با هم مخلوط و حرارت داده می شوند، باید در حین گرم کردن کاملا به هم زده و یکنواخت گردند. غلظت قیر در حین آغشته کردن الیاف بافته شده و سطح بتنی باید تا حدالامکان کم باشد تا بتواند الياف گونی را خیس و به یک نسبت در تمام سطح نفوذ کند.

درجه نرمی قیرهای مورد نظر باید حداقل ۱۰ درجه سانتی گراد از حداکثر دمای محل بیشتر باشد.

 قبل از عایق کاری باید وضع بام از لحاظ سطح، تعداد لوله های بخاری، کفشوی، هواکش و محل آنها که در نقشه ساختمان مشخص گردیده است، در نظر گرفته شود و بر مبنای آن، زیرسازی، شیب و جهت و تعداد لایه ها و نوع پوشش طرح ریزی شود.

قطران

قطران از تقطیر مواد آلی مثل چوب، ذغال سنگ و تورب به دست می آید. نحوه عمل بدین صورت است که این مواد را در ظروف سربسته بدون تأثیر هوا، حرارت داده که در اثر این حرارت، گازهایی از آن متصاعد می شود. این گازها را سرد می کنند و ماده تیره رنگ و چسبناک قطران خام را به دست می آورند. پس ماند (زفت) قطران بر اثر پالایش و تقطیر قطران خام در حرارت ۳۰۰ درجه به وجود می آید که با خروج مواد فرار قطران خام، این جسم جامد یا نیمه جامد بر جای می ماند.

قطران ذغال سنگ و زفت آن به عنوان معمول ترین قطرانی است که در ساختمان و راهسازی به کار می رود. قطران ذغال سنگ را می توان در دمای ۶۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد در کارخانه های کک سازی و گازسازی تهیه نمود.