قیر – جسم سیاهی است که از شمار زیادی هیدروکربور ، که به سیستم کولوئیدی در هم شده اند ، درست شده و دارای هیدروکربورهای گوگرد دار و اکسیژن دار هم هست . قیر چسبنده است و دانه های سنگ را به همدیگر می چسباند ، این است که در ساختمان رویه های سیاه آسفالتی مصرف می شود . آب در قیر نشت نمی کند ، از این رو با آن ساختمانها را آب بندی می کنند .
خواص قیر: قیر علاوه بر چسبندگی و غیر قابل نفوذ بودن دارای خواص دیگری نیز می باشد که مصرف آن در ساختمان و راه سازی ممکن می سازد.
خواص قیر
1- قیر جسمی است که در اثر حرارت از سختی به سفتی و خمیری و شلی و آبکی تغییر شکل می دهد و در اثر پایین آوردن حرارت دوباره مراحل فوق را طی کرده و به حالت اول بر می گردد .
2- قیر مانند فیلم نازکی دور دانه ها را گرفته و بدون پارگی یا ترک خوردگی آنها را بهم می چسباند .
3- در مقابل نیروهای وارده بخوبی مقاومت می کند و در ساختمان نیرو های فشاری و کششی را تحمل می کند و پاره نمی شود و در راه سازی نیروهایی مثل کوبیدن – مکیدن و خراشیدن را تحمل می کند این نیروها کلا" از طرف چرخهای اتومبیلها در هنگام حرکت و تغییر سرعت و ترمز کردن به سطح آسفالت وارد می شود.
4- قیر در مقابل عوامل جوی مانند سرما – گرما و یخ زدن مقاومت می کند.
5- قیر در مقابل درجه حرارتهای معمولی تغییر حالت نمی دهد.
6- در راه سازی آسفالت جاده ها در صورت احتیاج به تعمیر وصله پذیر بوده و اسفالت کهنه و نوبخوبی بهم چسبیده و یکپارچه عمل می کند .
امروز قیر را دو جور به دست می آورند ، آن را از معدن در می آورند( قیر معدنی ) و بیشتر قیر مصرفی در راه سازی و آب بندی کردن ساختمانها ، از پالودن نفت خام تهیه می شود .( قیر نفتی )
قیر های معدنی : از پریدن روغنهای نفت خام در زمان بس دراز پیدا شده است . گویند که قدیمی ترین معدنهای قیر که از آنها بهره برداری می شده ، در دره رود اردن و پیرامون دریای مرده (بحرالمیت ) و موصل بوده است ، بیشتر قیر معدنی ای که در آمریکا و اروپای باختری مصرف می شود ، از معدنهای ترینیداد و برمودا به دست می آید.
قیر ترینیداد: در ترینیداد ، قیر را از دهانه ی یک آتشفشان خاموش در می آورند . رویه ی بسته قیر را می شکنند و از زیر آن قبر برمیدارند ، که باز هم قیر روان می شود و جای آنچه را برداشته پر می کند این قیر ترینیداد خالص نیست و دارای جسمهای معدنی است آن را در گرمای 160 درجه آب کرده صاف می کنند که
Trinidad epure نامیده می شود.
- دارای 5/38 درصد جسم های معدنی و 5 درصد جسم های آلی ای که در cs2 حل نمی گردید . و5/56 درصد قیر است که در سولفورین کربن حل می شود .
جسمهای معدنی ای که آن را خاکستر آتشفشانی و خاک رس کولوئیدی می پندارند ، به شکل دانه های خیلی ریز در آن پخشند ، این جسم های معدنی ریزدانه ، درجه ی نرمی و درجه ی چکیدنش را بالا برده اند . قیر ترینیداد پالوده را در روغنهای معدنی حل می کنند و یا آن را با قیرهای نفتی درهم کرده به مصرف می رسانند .
قیر ترینیداد پالوده ، دارای چگالی 4/1 ، درجه نفوذ4/1 تا 4 ( در گرمای 25 درجه ) درجه ی نرمی 78 تا 84 و درجه ی شکستن 14 تا 13 است .
قیر برمودا – در کنار خلیج پاریا در ونزوئلا از یک جای مرداب مانند به پهنه ی 360 هکتار و گودی 6/0 تا 7/2 متر ، که پر از قیر است برداشته می شود . هنگام بیرون آمدن از چشمه قیر خمیری ست از آن گاز هم بر می خیزد و کم کم در برابر هوا سفت می گردد .
چگالی قیربرمودا 005/1 ، درجه نرمی آن 5/51 ، درجه شکستن آن 4 تا 1 است و 90 تا 98 درصد آن در سولفورکربن حل می شود . قیر برمودا 62/0 تا 45/6 درصد وزنش جسمهایی که در سولفورکربن حل نمی شود و جسمهای معدنی دارد . جسمهای معدنی قیر بر مواد 5/0 تا 65/3 درصد وزن آن است .
قیر معدنی کوبا دارای 70 تا 80 درصد قیر است .
:Boetenقیر
در یک جزیره کوچک در شمال سوماترا ، معدن قیری هست که قیر آن دارای 30/40 درصد قیر و 40/57 % جسم های معدنی و 25/2% جسم های آلی است .
قیرهای معدنی ایران – در ایران ، قیر معدنی زیاد است . چند جا در استان کرمانشاه پیشکوه و پشت کوه لرستان ( قلعه قیران ) و نزدیک ایستگاه راه آهن کشور ، نزدیکی بیله سوار مغان ( قیره دره ) و جاهای دیگر معدن قیر پیدا شده است . یکی از معدنهایی که قیر زیاد دارد قیر معدنی بهبهان می باشد .
درجه آب شدن قیر معدنی بهبهان نزدیک به درجه آلو گرفتن آن است ، از این رو نمی شود درجه ی آب شدن آن را اندازه گرفت .
سنگ های قیری : در زمانهای خیلی پیش ، نفت خام در سنگهای آهکی یا ماسه سنگ ها نشت کرده ، با گذشتن زمان روغنهای معدنی آن به کندی پریده ، قیر در سنگ بجا مانده و سنگ قیری درست شده است . قیر در سنگهای قیری به یک اندازه نیست ، برای هر مصرفی آن را کم و زیاد می کنند .
سنگ آهکی قیری را آسیاب کرده ، گرد آن را در ساختن رویه آسفالت کوبیده و بتن آسفالتی مصرف می کنند . اگر گرد سنگ ، کم قیر داشته باشد ، به ان قیر می زنند و هر گاه زیاد قیر داشته باشد ، به آن گرد سنگ می افزایند.
ماسه سنگ قیری ای را که نزدیک به ده درصد قیر داشته باشد ، آسیاب می کنند تا به شکل شکر سوخته در آید و آن را برای ساختن رویه ی ماسه آسفالتی مصرف می نمایند . اگر قیر ماسه زیاد باشد ، در انبار دانه های آن به همدیگر می چسبند . در روسازی ، چنانچه قیر ماسه کم باشد ، به آن قیر می زنند و هر گاه قیرش زیاد باشد ، به آن ماسه می افزایند . همین که قیر ماسه سنگ آسیاب شده ، اندازه شد ( نزدیک به ده درصد وزن ماسه ) آن را روی پهن می کنند و با غلتک های چرخ فولادی داغ ( منقل دار ) آن را غلتک می زنند تا توپر و یک تکه گردد .
ماسه سنگ پر قیر را آسیاب می کنند و آن را در آب جوش می ریزند ، گرمای آب جوش پوسته ی قیر روی دانه های ماسه را آب می نماید ، ماسه ته می نشیند و قیر در آب شناور می ماند ، آب قیردار را بخار می کنند تا قیر آن بجا بماند .
قیرهای نفتی : قیرهای نفتی را از پالودن نفت خام می گیرند . نفت خام جسم کند روانی است به رنگ سیاه قهوه ای ، به آن گرما می دهند تا بنزین ، نفت وروغنهای دیگرش بپرند و قیر آن پس بماند . از پالودن نفت خام ، فرآورده های زیر بدست می آیند:
در گرمای تا 100 درجه ، بنزین سبک Light Gasoline
در گرمای 100 تا 160 درجه ، حل کننده نفتی naphta
در گرمای 160 تا 250 درجه ، نفت گاز Kerosene
در گرمای 250 تا 360 درجه ، نفت گاز Gas Oil در گرمای بیش از 360 درجه ،پس مانده ی سوختی Residual Fuel
از گرما دادن بیش از 380 درجه به پس مانده سوختی قیر نفتیSolid Bitumen
روغنهای قیر معدنی با گذشتن زمان خیلی دراز در گرمای کم ، بکندی پریده اند که اکسیژن و گوگرد هم در آن موثر بوده و قیر با آب و هوای پیرامون معدن سازگار می باشد . از این رو پایداری قیرهای معدنی در رویه های سیاه راه و اندود های آب بندی ، از قیرهای نفتی بیشتر می باشد .
قیر نفتی از پالودن نفت خام در گرمای زیاد و زمان خیلی کوتاه ساخته می شود . قیر نفتی خالص یا بیتوم ، در گرمای زیاد آبکی است ، با کم شدن گرما ، کند روان ، خمیری ، سفت و شخ می شود . به قیر نباید زیاد گرما دا که روغنهای معدنی آن کم و بیش بپرند و خشک گردد و چسبندگی آن را گم کند . قیر معدنی و قیر نفتی همجنسند . تفاوتشان در زیر نوشته شده است :
الف- قیر نفتی کمتر از 1% گوگرد دارد ، قیر معدنی گوگردش بیشتر است . قیر معدنی ترینیداد 8/3 % ، قیر معدنی کالیفرنیا 9/3% و قیر معدنی مکزیک 2/3% گوگرد دارند .
ب- قیر نفتی خالص است ، قیر معدنی دارای جسم های معدنی می باشد . و تا 1% هم خاکستر دارد .
ج- روغن قیر نفتی بیشتر از قیر معدنی است ، روغن قیرهای نفتی آبکی ، تا 70% وزنشان می رسد.
د- شمار اسد و صابونی شدن قیر نفتی کمتر از قیر معدنی می باشد ( شمار اسید ، روشن می شازد که برای خنثی کردن اسید آزاد در یک گرم قیر ، به چند هزارم گرم هیدراکسید کالیم نیاز است و شمار اترسل ، روشن می سازد که برای تجزیه اترسل در یک گرم قیر ، به چند هزارم گرم هیدراکسید کالیم نیاز می باشد . صابونی شدن برابر است با شمار اترسل + شمار اسید ) .
شمار اسید در قیر نفتی کمتر از 1 و صابونی شدن آن تا 10 می رسد . این شمارها در قیر معدنی بیشتر است ( در قیر ترینیداد ، شمار اسید 4/15 و صابونی شدن 34 می باشد ) . شمار اسید و صابونی شدن قیر نشانه ی جنس قیر و خالص بودن آن است.
قیرموم دار ( موم نفت یا پارافین ، روغنی است معدنی که کم و بیش در قیر نفتی هست ) برای ساختن رویه ی سیاه خوب نیست . موم ( پارافین ) خاصیت انگمی قیر را کم می کند ، هر چه موم قیر بیشتر باشد ، خاصیت انگمی آن کمتر است . با کم شدن خاصیت انگمی قیر ، کم کم رویه ی سیاه حالت فنری خود را از دست می دهد و شکننده می شود.
رویه ی سیاه در سرما جمع شده ، در آن تنشی کششی پیدا می شود ، همین که این تنش از تاب کششی رویه ی آسفالتی یخ زده زیادتر شود ، زویه می ترکد ، هر چه موم ( پارافین ) قیر نفتی کمتر باشد ، به قیر معدنی نزدیک تر و برای ساختن رویه ی سیاه بهتر است . نمی شود همه ی پارافین قیر نفتی را از آن گرفت زیرا ، بخشی از پارافین که بلوری است ، جدا می شود . اما آنچه غیر بلوری است جدا نمی شود و در قیر به حال محلول کولوئیدن می ماند.
بجز پارافین ، مایه ی قیر ( آسفالتین ) ، اکسیژن و روغنهای معدنی هم در جنس قیر اثر دارند . خاکستر ، جنس قیر بازاری را نامرغوب می کند ، اما در قیر راه سازی مانند گردسنگ است ، زیرا جنس خاکستر بیش سیلس و اکسید آهن است که در قیر جانشین جسم های آلی شده اند.
قیر خلا- اگر پالایش نفت خام در خلا ( جای بی فشار ) انجام گیرد ، روغن های معدنی سنگین نفت خام بیشتر گرفته می شوند ، از یان رو قیری که پس می ماند شخ می گردد . قیر خلا در راه سازی مصرف نمی شود و آن را برای مصرفهای ویژه می سازند و در سرما پایدار نیست زیرا روغن کم دارد و خاصیت انگمی آن کم است .
قیر هوا دمیده یا قیر اکسید شده – برای آنکه قیر نفتی با درجه ی نرمی بالا ، در سرما هم انگمی بماند ، به آن هوا می دمند تا اکسید شود . قیر خالص را در روغنهای معدنی سنگین حل می کنند و به آن گرما می دهند تا آب می گردد . در قیر آبکی هوا می دمند تا اکسید شود و دارای خاصیت های قیر معدنی گردد .
با دمیدن هوا به آبکی گرم ، روغنهای آن نمی پرند . و در سرما هم انگی می ماند . اگر درجه نفوذ یک قیر اکسید شده و یک قیر اکسید نشده یکی باشد ، درجه ی چکیدن و درجه ی نرمی قیر اکسید شده بالاتر است . در قیر اکسید شده ، فاصله ی میان درجه چکیدن و درجه شکستن تا 100 می رسد ، از این رو در گرما از قیر اکسید نشده پایدارتر است .
چسبندگی قیر اکسید شده در گرمای زیاد بیشتر از قیر اکسید نشده است . خاصیت انگمی قیر اکسید شده در سرما ، از قیر اکسید نشده بیشتر می بشاد .
قیر اکسید شده را Rubbery graed هم می نامند . و آن را برای اندود کردن لوله ها ، ساختن مقوا و گونی قیری ، اندود در آیندی و مانند اینها مصرف می کنند.
چسبنده های سیاهی ( قیر و قطران ) که برای ساختن رویه های سیاه را ه مصرف می شوند باید دارای خاصیت های زیر باشند :
روی دانه های سنگ را با یک لعاب نازک بپوشانند و آنها را به همدیگر بچسبانند . رویه ی سیاه در برابر اثرهای جوی بویژه نشت کردن آب و کم و زیاد شدن گرما پایداری کند . آب در آن نشت نکند ، در گرمای تابستان عرق نکرده ، نرم نشود و موج برندارد و در سرمای زمستان جمع نشود و ترک نخورد .
رویه ی سیاه زیر چرخ غلتان بارکشهای سنگین پایداری کند و بار چرخ را به لایه ی زیری خود برساند .
این خاصیت ها ، پس از گذشتن زمان کوتاهی که از ساختن رویه ی سیاه گذشت ، پیدا شوند و زمان درازی دوام کنند .
در راه سازی سه جور قیر نفتی مصرف می گردد : قیر خالص ، محلول و امولسیون قیر .
قیرهای خالص : پس مانده ی پالودن نفت خام است . در سرما شخ می باشد . با زیاد شدن درجه گرما ، سفت ، خمیری ، شل و آبکی می شود . قیر خالص برای ساختن رویه های سیاه داغ و گرم به مصرف می رسد . از این رو باید رویه ی سیاه داغ در هوای گرم و خشک ساخته شود . در هوای سرد و سنگ سرد ، قیر خالص داغ آبکی ، دانه های سنگ را خوب اندود نمی کند و به آنها می ماسد و چسبندگی سنگها به همدیگر کم می شود . برای اندود کردن سنگ با قیر خالص ، باید قیر و سنگ را 130 تا 170 درجه داغ کرد .
قیرهای محلول – برای ساختن رویه ی سیاه در جای خشک و هوای سرد اندود آب بندی ، اندود سطحی و نفوذی و اندود کردن سنگ سرد مصرف می شوند . برای آنکه بشود قیر را در گرمای کم آبکی کرد ، آن را در روغنهای معدنی حل می کنند . روغن حل کننده ی قیر محلول باید دست کم 10% وزن قیر محلول را دوجور می سازند :