قیر یکی از مشتقات نفتی و ماده ای سیاه و خمیری شکل است که به عنوان عایق رطوبتی بر روی بام ها و یا برای ساخت آسفالت استفاده می شود. قیر انواع مختلفی دارد که هر کدام کاربرد مخصوص به خودشان را دارند.
این محصول متریالی هیدروکربنی است که به رنگ سیاه تا قهوه ای تیره وجود دارد و در سولفید کربن و تتراکلرید کربن به طور کامل حل می شود. این متریال در دمای محیط به صورت جامد است، اما اگر دمای آن را افزایش دهید، به حالت خمیری در می آید و پس از آن مایع می شود.
قیرها دو خاصیت بسیار مهم دارند؛ نفوذ ناپذیری در برابر آب و چسبندگی. با این مقدمه، در ادامه این نوشته از ساختمانچی با ما همراه باشید تا با ویژگی ها و خصوصیات قیرها آشنا شوید.
قیر چگونه ساخته می شود؟
قیر از تقطیر نفت خام بوجود می آید که به آن قیر تقطیری یا نفتی می گویند. قیرنفتی حاصل تقطیر دو مرحله ای نفت خام در برج تقطیر می باشد.
در مرحله اول تولید، مواد سبک مانند بنزین و پروپان را از نفت خام جدا می کنند. این فرایند در فشار نزدیک به یک اتمسفر انجام می شود.
در مرحله بعدی ترکیبات سنگین تر مثل گازوئیل و نفت سفید خارج می شوند. این فرایند در فشار نزدیک به خلاء انجام می گیرد.
در نهایت مخلوطی از ذرات جامد بسیار کوچک که آسفالتن نام دارند، باقی می ماند که در ماده سیال گریسی مالتن غوطه ور می باشد.
برخی از قیرها در طبیعت بوجود می آیند و در اثر تبدیل تدریجی نفت خام و تبخیر مواد فرار، در طول سالیان سال تشکیل می شوند. این محصول را قیر طبیعی می نامند که از دوام بیشتری نسبت به قیرهای نفتی دارد.
قیرهای طبیعی به صورت خالص در طبیعت وجود دارند. از نمونه های قیرطبیعی می توان قیردریاچه ای که در بهبهان ایران و یا تیرینیداد آمریکا وجود دارد را نام برد. برخی قیرهای طبیعی نیز از معادن استخراج می شوند.
انواع قیر
قیرها با توجه به منشا تولیدشان به سه دسته قیرهای طبیعی، قیرهای نفتی و قیرهای قطرانی تقسیم بندی می شوند. در ادامه به توضیح هر یک از انواع قیر می پردازیم:
قیر طبیعی
قیرطبیعی نوعی رزین هیدروکربن طبیعی می باشد که امروزه نیز در رود بونیتا که در شمال شرق یوتا واقع شده، یافت شده است. این نوع مصالح شبیه یک آسفالت نفت خام سخت شده می باشد.
قیرطبیعی نام های دیگری از جمله آسفالت، یوتانیت و آسفالتوم نیز دارد و مانند آسفالت طبیعی در حلال های آلیفاتیک و آروماتیک حل می شود. قیرطبیعی سازگاری بالایی دارد، به همین دلیل معمولا برای سخت کردن مشتقات نفتی رقیق بکار می رود.
قیرکلوخه ای، نوعی ماده براق، مشکی و شبیه به ابسدین و بسیار ترد و شکننده می باشد. این ماده در حالت پودر میکرونیزه دارای از رنگ قهوه ای تیره ای برخوردار است.
این محصول در لایه های عمودی زیر سطح زمین پیدا می شود. امروزه این قیرهای طبیعی با استفاده از بیل مکانیکی، لودر، چکش و دیگر وسایل مکانیکی بروز و جدید استخراج می شود.
این نوع قیر شامل طبقه ای از بیتومین های جامد است که به عنوان آسفالتیت شناخته می شود. از دیگر خصوصیات آسفالتیت ها می توان قابلیت انحلال بالا در محلول های آبی، خلوص بالا و خواص ثابت، وزن مولوکولی بالا و محتوای نیتروژن بالا را نام برد.
قیرطبیعی شامل طبقه ای از بیتومین های جامد است و به عنوان آسفالتیت ها شناخته می شود. از جمله ویژگی ها و خصوصیات آسفالیت ها می توان قابلیت انحلال بالا در محلول های آبی، خلوص بالا و خواص ثابت، وزن مولوکولی بالا و همچنین محتوای نیتروژنی بالا را نام برد.
همچنین از آن در مصارف عمرانی و به منظور ایزوله سازی حرارتی مورد استفاده قرار می گیرد و به عنوان متریال اولیه و افزودنی جایگزین و اصلاح کننده در مصارف مختلفی چون طرح های عمرانی و به خصوص راه سازی استفاده می شود.
قیر نفتی
قیرهای نفتی مستقیما از تقطیر نفت خام بوجد می آیند و یا با فرایندهای اضافی مانند دمیدن هوا تولید می شوند. این قیرها در حالت های جامد و نیمه جامد وجود دارند و از بازمانده و ته مانده سنگین تقطیر نفت خام می باشند.
میزان قیر در نفت خام معمولا از صفر تا بیش از نیمی از آن متغیر است. به علاوه، قیرهایی که از منابع مختلفی تولید می شوند با یکدیگر تفاوت دارند.
به همین دلیل پالایشگاه ها باید در انتخاب نفت خام باکیفیت دقت زیادی داشته باشند تا در نهایت قیر باکیفیت و مناسبی تولید گردد.
تقطیر فرایندی مهم و اساسی در تصفیه نفت خام محسوب می شود. در مرحله اول، تقطیر تحت فشار اتمسفر صورت می پذیرد. پس از آن نفت خام را در دمای 650 تا 800 درجه فارنهایت حرارت می دهند و سپس آن را به داخل یک ستون جداسازی تزریق می کنند.
در این حالت، برش های سبک در بالای برج قرار می گیرند که همان محصول هستند و ته مانده قیری که در انتهای برج قرار دارند را ته مانده اتمسفریک می نامند.
این فرایند اولین بخش از کل عملیات تصفیه می باشد. بسیاری از نفت های خام دارای درصدهای بالایی از برش هایی با نقطه جوش بالا می باشند که نمی توان آن ها را در یک واحد تقطیر اتمسفریک، تقطیر کرد.
به منظور جدا کردن این برش ها و تولیدقیر با شاخصه های مطلوب، از یک برج تفکیک ثانویه که در شرایط خلاء کار می کند، استفاده می شود. آن چه از این فرایند باقی می ماند را قیر استحصال مستقیم می نامند.
قیر قطرانی
همانطور که گفتیم قیرها از لحاظ شیمیایی به سه دسته تقسیم بندی می شوند که دو دسته مذکور در بالا مرسوم تر هستند. قیرقطرانی تشابه زیادی به قیرنفتی دارد و گاهی اوقات با یک اسم شناخته می شوند.
منبع تولید این دو قیر متفاوت است، پس بالطبع ویژگی ها و خواص آن ها نیز با یکدیگر تفاوت دارد. از قیر قطرانی می توان در راه سازی، خاکه ذغال قالبی، الکترودهای زغالی، لعاب و روکش لوله ها و… استفاده نمود.
از قیرهایی که از قطران بوجود می آیند تنها می توان به صورت محدود برای پوشش های سطحی استفاده کرد. قیرهای ذغال سنگی موجود در این مخلوط در دمای پایین محلول تر و عملکرد بهتری دارند.
به طور کلی چون خاصیت اسیدی Tar بالا است، چسبندگی مناسبی با مصالح ایجاد می کند. امروزه به دلیل وجود مشکلاتی چون توسعه عامل های چسبنده شیمیایی و مشکلات زیست محیطی، استفاده از قطران کاهش یافته است.
هر چند هنوز هم از قطران در پارکینگ های وسایل نقلیه و موارد مشابه به آن استفاده می شود (که دلیل آن نیز این است که قطران نسبت به نشت روغن و گازوئیل در این مکان ها کمتر تحت تاثیر قرار می گیرد). اما با این وجود، نقص اصلی قطران را می توان حساسیت حرارتی بیشتری که نسبت به قیر نفتی دارد، دانست.
خصوصیات و ویژگی های قیر
درجه نفوذ
از آزمایش درجه نفوذ به منظور تعیین سختی قیر استفاده می شود. در این آزمایش یک سوزن استاندارد تحت اثر بار 100 گرمی در مدت زمان 5 ثانیه به درون قیر در دمای 25 درجه نفوذ می کند. میزان نفوذ برحسب دهم میلی متر درجه نفوذ تعیین می شود. هر چه میزان نفوذ کمتر باشد، قیر دارای سختی بیشتری است.
گرانروی
هر چه کند روانی قیر بیشتر باشد، خواص جامد بیشتری را از خود نشان می دهد. در دماهای بالا، کند روانی قیر کم تر می باشد. این ویژگی قیر با استفاده از دستگاه سی بولت فیورل و یا به روش کینماتیکی تعیین می شود.
درجه اشتعال
درجه اشتعال به دمایی اطلاق می شود که اگر قیر به آن دما برسد، گازهای متصاعد از آن با نزدیک شدن شعله، اشتعال پیدا می کند و در سطح آن، شعله بوجود می آید. بیشترین دمایی که می توان با استفاده از آن قیر را در کارگاه گرم کرد، درجه اشتعال محدود می باشد.
افت وزنی
بر اثر تبخیر بخشی از روغن ها و ترکیبات نفتی، وزن قیر در دمای بالا افت می کند. افت وزنی از خاصیت های مهم قیر می باشد. این مشخصه در اُوِن در دمای 163 درجه سانتی گراد و در مدت تقریبی 5 ساعت تعیین می شود.
شکل پذیری
اگر قیری با سطح مقطع یک سانتی متر مربع با سرعتی در حدود 5 سانتی متر در دقیقه کشیده شود، به میزان افزایش طول قیر قبل از پاره شدن، خاصیت شکل پذیری قیر می گویند.
درجه خلوص
همانطور که می دانید، حلال قیر، تتراکلرور کربن و سولفور کربن می باشد. به همین دلیل اگر نمونه ای از قیر را در هر کدام از این مواد حل کنید، ناخالصی های آن باقی می ماند. پس از آن با فرمول زیر می توان درجه خلوص قیر را تعیین نمود:
[وزن قیر-وزن ناخالصی]÷وزن نمونه قیر=درجه خلوص قیر
درجه نرمی
درجه نرمی به دمایی اطلاق می شود که با رسیدن قیر به آن دما، قیر از حالت جامد به روان در می آید. هر چه درجه نرمی قیر بیشتر باشد، حساسیت آن نسبت به تغییرات دما کمتر است. درجه نرمی قیرهای معمولی در حدود 60 تا 70 می باشد.
کلام پایانی
ما در این نوشته از ساختمانچی به معرفی قیر، انواع و کاربردهای آن و خصوصیات بارز این محصول پرداختیم. امیدواریم از مطالعه این مطلب لذت ببرید و به اطلاعات ارزنده ای در این زمینه دست یابید. در صورت تمایل می توانید نظرات، پیشنهادات و انتقادات خود را در این خصوص با ما اهالی ساختمانچی در میان بگذارید.
سوالات متداول
قیریکی از مشتقات نفتی و ماده ای سیاه و خمیری شکل است که به عنوان عایق رطوبتی بر روی بام ها و یا برای ساخت آسفالت استفاده می شود.
قیرها یا از نفت خام تولید می شوند که به آن ها قیرهای نفتی یا تقطیری گفته می شود و یا در طبیعت در طی سالیان طولانی بوجود می آید که به آن نفت طبیعی می گویند.
قیرها از لحاظ منبع تشکیل به سه دسته قیرهای نفتی، قیرهای طبیعی و قیرهای قطرانی تقسیم بندی می شوند.
درجه نفوذ، گرانروی، درجه اشتعال، افت وزنی، شکل پذیری، درجه خلوص و درجه نرمی از جمله فاکتورهایی هستند که ویژگی های قیر را تعیین می کنند.
