کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش یازدهم

مواد پلیمری اصلاح‌کننده

در متون علمی پیشنهادهای زیادی مبنی بر استفاده از مقدار کم ترکیبات غیرنفتی برای بهبود مشخصات قیر وجود دارد. مواد افزایش‌دهنده چسبندگی قیر به سطوح جامد مانند سنگدانه ها، توجه بسیاری از محققین و صنعتگران را به خود جلب کرده است. این افزودنی‌ها در جهت بهبود خواص رئولوژیکی و مخصوصاً ارتقاء ویژگی‌های دماپایین قیر نیز کاربرد دارند. در ادامه این مطلب چند ماده برای تنظیم ویژگی‌های کلوئیدی در جهت کاهش ناسازگاری‌های قیر پیشنهادشده است. 

 Lewis و Welborn استفاده از انواع مختلف پودر لاستیک (طبیعی و مصنوعی) را در قیرهای مختلف موردبررسی قراردادند. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که مشخصات ترکیب به نوع و کیفیت لاستیک استفاده‌شده، ماهیت قیر و روش استفاده‌شده برای فرآوری ترکیب بستگی دارد. مشخص‌شده که افزودن لاستیک باعث افزایش ویسکوزیته و کاهش حساسیت دمایی و تمایل به جریان شدگی قیر می‌شود. Gregg و Alcoke تأثیر لاستیک را در جاده‌های ساخته‌شده با این نوع قیر بررسی کردند. آزمون انعطاف پذیری-خستگی برای ارزیابی مزایای هریک از ترکیبات مختلف استفاده‌شده است. تأثیر افزودن لاستیک بر روی شکنندگی و ویسکوزیته مواد قیری توسط Mason و همکاران موردبررسی و مطالعه قرارگرفته است. ترکیبات در دمای 17/8- درجه سانتی‌گراد تحت‌فشار کششی اعمالی قرارگرفته و تنش و کرنش در تمام مراحل آزمون اندازه‌گیری شده است. ویژگی تغییر شکل قیرها، ترکیبات و مخلوط‌ها با ماسه در یک ویسکومتر سیلندری اندازه‌گیری شده است.

توجه به بهبود خصوصیات قیر از طریق ترکیب با مقدار کمی پلیمر و به‌ویژه خرده لاستیک‌ها، به موضوعی جذاب تبدیل‌شده که توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در سال‌های اخیر کارهای بسیار بزرگی در زمینه قیر و پلیمرهای لاستیکی انجام‌گرفته است. هدف اصلی دستیابی به بایندر قیری با سطح عملکرد ارتقاءیافته است. این هدف فراتر از تولید مطابق مراحل فرآوری مرسوم مانند تقطیر در خلأ و دمیدن هوا است. Bahl و همکاران خواص قیرهای اصلاح‌شده با پلیمرهای ارگانیک را موردمطالعه قراردادند. آن‌ها نتیجه گرفتند که افزودن پلیمرهای ارگانیک خاص به قیر در غلظت‌های کم باعث بهبود عملکرد، ارتقاء طول عمر سرویس و افزایش مقاومت آن در برابر شرایط آب و هوایی می‌شود. 

Naugautuck Chemical، بخشی از کمپانی لاستیک ایالات‌متحده است که ترکیبی از لاستیک و قیر را تحت نام Surfa-Sealz تولید کرده است. آن‌ها بر روی خصوصیات رئولوژیکی این ترکیب تحقیقات گسترده‌ای انجام دادند. آن‌ها از ارزیابی‌های میدانی خود نتیجه‌گیری کردند که این مخلوط از لغزش، شیار شدگی و پوسته‌پوسته شدن جلوگیری کرده و باعث افزایش مقاومت در برابر لغزش کشویی (Skidding) می‌شود. حضور پلیمر در قیر هم‌چنین باعث افزایش الاستیسیته آسفالت، کاهش حساسیت دمایی و کاهش نرخ سن سخت شدن آسفالت می‌شود. روغن‌های آروماتیک، رزین‌ها و پیتچ ها به‌عنوان افزودنی برای بهبود خواص فیزیکی و رئولوژیکی قیرها توصیه‌شده است. معمولاً چند درصد از این مواد برای ایجاد یک تغییر مفید در خصوصیات کلوئیدی قیر لازم است. 

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش دوازدهم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش هشتم

عملیات دمیدن هوا (دمیدن غیر کاتالیزوری)

 مواد باقیمانده در بخش تقطیر در خلأ از برخی از منابع نفت خام می‌تواند به‌طور مستقیم برای تولید قیر مورداستفاده قرار گیرد. در برخی از پالایشگاه‌ها استفاده از این مسیر برای تولید قیر به علت خسارات وارده به محصولات اصلی پالایشگاه، قابل‌قبول نیست. برای مثال، بسیاری از این منابع خام دارای واکس و یا مقدار سولفور بالا بوده و بازده مورد انتظار برای تولید فرآورده‌های اصلی را ندارد. منابع دیگری که برای تولید محصولات اصلی پالایشگاه مناسب‌تر هستند، مواد باقیمانده در خلأ ای تولید می‌کنند که برای استفاده مستقیم در تولید قیر مناسب نیستند. به‌طور مثال ویسکوزیته مواد باقیمانده در خلأ این منابع ممکن است به‌اندازه کافی برای تولید قیر پایین نباشد. دمیدن هوا باعث تولید قیر قابل‌قبول از این منابع می‌شود. در برخی موارد ممکن است خوراک دارای ترکیبات مازاد پالایش باشد که دمیدن هوا برای تولید قیر از آن‌یک راه‌حل باارزش برای دفع چنین خوراک‌هایی است. قیرهای گرید صنعتی که نقطه نرمی بالایی دارند را می‌توان با استفاده از روش دمیدن هوا تولید کرد. با انتخاب خوراک مناسب برای دمیدن هوا، امکان تولید انواع گسترده‌ای از قیرهای صنعتی با نفوذپذیری‌های مختلف برای مصارف صنعتی وجود دارد.

کارهای آزمایشگاهی اولیه برای اکسیداسیون (دمیدن هوا) منابع آلیفاتیک به نام Abraham ثبت‌شده است. در نوع تولید پیوسته اغلب از یک یا دو منبع عمودی استفاده می‌شود. مواد باقیمانده مذاب وارد سیستم شده و قیر تولیدشده با همان نرخ جریان سیستم را ترک می‌کند. نرخ جریان، زمان تماس بین هوا و مواد باقیمانده مذاب را تعیین می‌کند. افزایش زمان تماس و نرخ جریان هوا باعث تولید قیر، باثبات بیش‌تری می‌شود. روش پیوسته در به‌کارگیری انعطاف‌پذیرتر و اقتصادی‌تر بوده و زمان کمتری برای تبدیل یک تن مواد باقیمانده به قیر را لازم دارد.

تحریک مکانیکی مخلوط هوای مایع باعث کاهش زمان موردنیاز برای دمیدن هوا به درون قیر می‌شود. مطالعات آزمایشگاهی در مورد اختلاط مکانیکی توسط Rescorla و همکاران گزارش‌شده است. دمیدن هوا به‌طور طبیعی حرارت زا است. مقدار حرارت آزادشده متفاوت بوده و به ماهیت شیمیایی منبع خوراک، محدوده اکسیداسیون و دمایی که در آن اکسیداسیون انجام می‌گیرد بستگی دارد. Grammer پیشنهاد تزریق آب به داخل فضای بخار روی قیر را برای کنترل حرارت ارائه کرده است. اثرات درجه حرارت، نرخ و سرعت دمیدن هوا، فشار و سطح مایع در مبدل، بر روی سرعت واکنش و خواص قیر دمیده در طرح آزمونه مطالعاتی توسط Chelton، Traxler و Romberg تبیین شده است.

نمودار گردشی فرآیند تولید قیرهای مرسوم از طریق دمیدن هوا در شکل شماره 1 ارائه‌شده است. در فرآیند تولید قیر دمیده، ترکیبات آروماتیک موجود در خوراک توسط هوا و تحت شرایط کنترل‌شده برای تولید هیدروکربن‌ها با وزن مولکولی بالا (که در تولوئن محلول و در هپتان نرمال نامحلول هستند و آسفالتن نامیده می‌شوند) اکسید می‌شوند. اثر اصلی این واکنش، افزایش ویسکوزیته محلول دمیده شده می‌باشد. برای افزایش ویسکوزیته مقدار آسفالتن به‌سرعت افزایش می‌یابد که این مورد به نوع خوراکی که تحت تقطیر در خلأ قرارگرفته بستگی دارد؛ بنابراین قیرهای حاصل از دمیدن هوا دارای خواص رئولوژیکی متفاوت هستند. قیر دمیده تولیدی دارای نقطه نرمی بیش‌تری نسبت به قیر نفوذی تولیدشده از همان منبع نفت خام است؛ بنابراین دمیدن هوا باعث جبران سطح پایین آسفالتن در برخی از منابع نفت خام شده و می‌تواند باعث تولید قیر مناسب برای استفاده در جاده‌ها و یا کاربردهای صنعتی شود.

Lockwood و Patwardhan مطالعاتی را در زمینه سینتیک دمیدن هوا منتشر کردند. آن‌ها در مرتبه اول آنالیز سینتیک واکنش دمیدن هوا را در مواردی به‌جز درجه حرارت بالا و نرخ پایین دمیدن هوا، توصیف کردند.

شکل 1    فرآیند تولید قیرهای مرسوم-نمودار گردشی متداول

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش نهم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش پنجم

روش‌های فیزیکی و شیمیایی برای تفکیک قیر

توسعه ایجادشده در دو دهه اخیر در زمینه علم جداسازی و پیشرفت‌ها در روش تحلیلی، شناخت بهتری از جنبه‌های ترکیبی قیر را ارائه کرده است.

1-   تجزیه با استفاده از حلال

قدمت تجزیه قیر به‌وسیله حلال انتخابی به سال 1916 میلادی برمی‌گردد. این روش بر مبنای کار پیشگام Marcusson در رابطه با تفاوت‌های بین قیرهای نفتی و قیرهای طبیعی است. در سال 1944 میلادی Hiobery و Garris، روشی را برای تفکیک قیر به پنج جزء تشکیل‌دهنده ارائه کردند. آن‌ها از هرگزان برای رسوب آسفالتن استفاده کردند. این روش برای انواع مختلف قیر کارایی داشته است. Chelton و Traxler آسفالتن رسوب‌کرده توسط n-pentan را با افزایش مقدار متانول در بنزن جداسازی کردند. Traxler و Schweyer روشی را با سه مؤلفه آنالیزی توسعه دادند که این روش برای طبقه‌بندی قیر بر مبنای خصوصیات کلوئیدی، رئولوژیکی و فیزیکی مفید است.

Hawett و Faid روش ارائه‌شده توسط Traxler و Schweyer را با رسوب ابتدایی آسفالتن توسط n-pentan از قیر عایق‌کاری بام و سپس رسوب ماده محلول پنتان با استون در 23/3- درجه سانتی‌گراد اصلاح کردند. باید در اینجا ذکر شود که در سراسر تاریخچه مطالعات مربوط به ترکیبات نفتی، توجه زیادی به ترکیبات آسفالتیک مانند آسفالتن ها و رزین‌ها شده است. این امر به دلیل تأثیرگذاری این ترکیبات بر بازدهی بالا کک حرارتی و همچنین کوتاه شد عمر کاتالیست ها در عملیات پالایش است.

2-   کروماتوگرافی جذبی

در سال 1932، Poll روشی را برای تفکیک قیر به چندین جزء با استفاده از حذف اولیه آسفالتن با نفتا سبک را ارائه و گسترش دادند. Hubbard و Stanfield از جذب بر روی آلوکینای بدون آب و به دنبال آن شستشو توسط n-pentan و محلول بنزن متانول به ترتیب برای به دست آوردن روغن و رزین استفاده کردند. Garder از کربن تتراکلراید، بنزن و تری کلر واتان به‌عنوان عاملی برای حذف مواد از جاذب‌ها استفاده کردند. O Donnell در مطالعه دقیق خود در مورد آنالیز قیر از جذب بر روی ژل سیلیکا و به دنبال آن شستشو با ایزوپنتان و دیگر حلال‌ها استفاده کرد. آروماتیک‌ها در ایزوپنتان محلول بوده و به هیدروکربن‌های دیکیلیک و مونوکیلیک تبدیل می‌شوند. Serguink و همکاران سه نوع روغن آلیفاتیک را با استفاده از n-pentan رسوب دادند. پنتان محلول به سیلیکا برای حذف رزین نفوذ می‌کند.

Fuchs، Nettescheim و Middleton انواع مختلف قیر را با استفاده از جذب ژل سیلیکا و به دنبال آن شستشو با محلول حاوی بنزن و کتون های آروماتیک، تفکیک کردند. Corbett یک روش ساده را برای تبیین ترکیب‌بندی قیر بر پایه چهار جزء اصلی را ارائه کرده است. بر پایه روش Corbett، Mullin و همکاران معادله ریاضی مربوط به اجزاء اصلی قیر به‌دست‌آمده توسط روش Corbett با خصوصیات ضروری را تهیه و گسترش دادند.    

3-   روش‌های طیفی

استفاده موفقیت‌آمیز از طیف‌سنجی فروسرخ و فرابنفش در مطالعه ترکیبات شیمیایی و مخلوط‌هایی مانند روغن‌های روان کننده باعث شد تا این روش‌ها برای قیر و اجزاء سازنده آن نیز بکار گرفته شوند. Knotnerus از آنالیز فروسرخ در مطالعاتش بر روی قیرهای دمیده استفاده کرد. با این روش او شواهدی به دست آورد که نشان می‌داد ماده قابل تصفیه در قیر عمدتاً از گروه‌های استر تشکیل‌شده و اسید انیدرید و کتون ها به‌طور کامل وجود ندارند. Beitchman طیف‌سنجی فروسرخ تعدادی از قیرها را بر روی فیلم نازکی از آن‌ها باضخامت 1/5 الی 2 میلی‌متر انجام داده است. Stewart طیف‌سنجی فروسرخ را بر روی قیرهای عایق‌کاری هوازده شده و سالم بررسی کرد. اطلاعات به‌دست‌آمده توسط وی تفاوت‌هایی را در ترکیب‌بندی شیمیایی قیر از منابع مختلف و همچنین تغییرات غلظت ناشی از هوازدگی را مشخص کرد.

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش ششم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش دوم

ابعاد کیفیتی قیر

به علت مخارج عظیم صرف شده برای ساخت جاده‌ها و بزرگراه‌های جدید و تعمیر و نگهداری شبکه بزرگراهی موجود، ملاحظات کیفیتی قیر به یک موضوع جالب‌توجه تبدیل‌شده است. قیرها باکیفیت‌های مختلف که به علت تفاوت در منبع نفت خام و فرآیند پالایش دارای کیفیت یکسان نیستند، اغلب عامل اصلی خسارات قابل‌توجه در آسفالت جاده‌ها هستند. اگرچه قیر حاصل از پالایش مشخصات مطلوبی را ارائه می‌کند اما عملکرد مورد انتظار را تحت ترافیک سنگین و شرایط آب و هوایی سخت برآورده نمی‌کند. نقطه ایدئال آن است که قیر دارای ویژگی‌های بارزی باشد که مهندسین را برای انتخاب آن بر پایه عملکرد مورد انتظار تحت شرایط ترافیکی و آب و هوایی شدید مجاب کند. تغییرات روزانه و فصلی درجه حرارت و فشار ترافیکی در کنار تغییرات خواص اصلی قیر براثر پیرشدگی در طول ساخت و مدت‌زمان سرویس آسفالت، وظیفه طراح را برای انتخاب بایندر مناسب سخت‌تر می‌کند.

کیفیت قیر توسط موارد زیر مورد قضاوت و ارزیابی قرار می‌گیرد:

1. خواص جریان آن در درجه حرارت‌های مختلف

2. ترکیب‌بندی شیمیایی

3. مقاومت در برابر تغییر در خواص جریان در طول پیرشدگی و تغییرات آب و هوایی

تغییرات ترکیبی در طول پیرشدگی و اثر متناظر آن بر جریان می‌تواند به توضیح توانایی سرویس‌دهی جاده‌ها با آسفالت قیری کمک کند. ازاین‌رو کیفیت قیر برای دستیابی به سطح عملکرد موردنظر در پروژه‌های موجود در تمامی کشورها که تحت‌فشار ترافیکی و شرایط آب و هوایی شدید قرار دارند را می‌توان توسط مجموعه‌ای از مشخصات مبتنی بر رابطه معتبر بین خواص قیر، خواص مخلوط و عملکرد میدانی کنترل کرد. به علت افزایش شرایط بارهای ترافیکی، تغییر در ماهیت نفت خام و توسعه کیفی سطح دانش و آگاهی مهندسین بزرگراه، روند حال حاضر موجود در این صنعت حرکت از عملکرد ساده به سمت عملکرد مبتنی بر ویژگی‌های مطلوب است. ازاین‌رو این رویکرد اتخاذشده به مهندسین میدانی اجازه انطباق مواد با سطح کارایی دلخواه را داده که به انتخاب نوع مخلوط سنگدانه و قیر برای کاهش تنش‌های جاده کمک می‌کند.

عملکرد مبتنی بر مشخصات می‌تواند به‌صورت محدودیت‌ها و الزامات توسعه پایگاه اطلاعاتی گسترده مربوط به عملکرد مبتنی بر آزمون‌ها با استفاده از مدل پیش‌بینی تائید شده توسط داده‌های عملکرد میدانی، تعریف شود. در چهارمین اجلاس قیر برگزارشده در شهر مادرید اسپانیا، دانشمندان آزمایشگاه آمستردام مفهوم آزمون Qualagon را برای عملکرد مبتنی بر ویژگی‌ها ارائه کردند. این مفهوم از 9 آزمون تشکیل‌شده که شامل 6 آزمون بر روی قیر و 3 آزمون بر روی مخلوط قیری است که سه عنصر مؤثر بر عملکرد را پوشش می‌دهد. این سه عامل کلیدی شامل موارد زیر است:

1. انسجام               شکل‌پذیری در دماپایین

2. چسبندگی          حفظ پایداری مارشال

3. دوام                    آزمون Rolling thin film oven

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال-بخش سوم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

کیفیت قیر و فناوری تولید آن درگذشته و حال

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش سوم

مخلوط سرد با فوم قیر

تهیه مخلوط سرد از طریق ترکیب فوم قیر با سنگدانه های معدنی مرطوب در دمای محیط، فرآیندی است که به‌طور گسترده مورداستفاده قرارگرفته است. هنگامی‌که فوم قیر و سنگدانه ها ترکیب می‌شوند، فروپاشی حباب‌ها به‌سرعت آغازشده، قطرات ریز قیر ترک‌خورده و تااندازه‌ای سنگدانه ها را پوشش می‌دهند. رطوبت در داخل مخلوط شرایطی را فراهم می‌کند که قطرات قیر بتواند در داخل مخلوط پراکنده شوند. رطوبت، مخلوطی باکیفیت منحصربه‌فرد ارائه می‌کند که به‌طور مثال قابلیت به‌کارگیری و فشرده‌سازی در دمای محیط پس از اختلاط را دارد.

انواع موادی که برای تولید مخلوط فوم مورداستفاده قرار می‌گیرد شامل شن و ماسه و خرده‌سنگ است. مخلوط فوم تولیدشده می‌تواند برای لایه‌های بیس و ساب بیس آسفالت و روسازی مورداستفاده قرار گیرد. ضخامت لایه، محل قرارگیری لایه در ساختار آسفالت و سطح ترافیک از عوامل مؤثر در انتخاب مواد مخصوص برای ترکیب با فوم قیر است. برخی از ویژگی‌های مخلوط سرد شامل:

• میزان مصرف انرژی کم به دلیل آن‌که در این مخلوط فقط قیر حرارت داده‌شده و ذرات و سنگدانه ها نیاز به گرم شدن ندارند.

• مقاومت خوب در برابر تغییر شکل دائمی نسبت به مخلوط داغ معادل

• حساسیت پایین‌تر به فرکانس بارگذاری و درجه حرارت نسبت به مخلوط آسفالت داغ (HMA)

• استحکام کششی کم‌تر نسبت به مخلوط آسفالت داغ معادل

• قابلیت ذخیره‌سازی برای چندین ماه

انتخاب مقدار بایندر برای مخلوط فوم همواره کم‌تر از مقدار آن برای مخلوط داغ معادل است. این در درجه اول ناشی از پوشش جزئی ذرات درشت به‌وسیله فوم قیر و ترک‌خوردگی بیش‌تر قطرات قیر برای ساختن ملات مخلوط است. معمولاً قیر با نفوذپذیری نرم‌تر از 80 برای استفاده به‌عنوان فوم استفاده می‌شود.

برخی الزامات عملی در ساخت و به‌کارگیری مخلوط فوم سرد شامل:

• درجه حرارت ذرات و سنگدانه ها نباید به کم‌تر از 10 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد؛ زیرا این امر اثر معکوس بر استحکام کشش مخلوط دارد (مشاهده شکل شماره 6).

• مقدار رطوبت سنگدانه ها قبل از اختلاط باید کم‌تر از مقدار مطلوب (تقریباً 60 الی 80 درصد) باشد.

• استفاده از برخی از عوامل ضد سلب‌کننده در مخلوط فوم توصیه‌شده است.

• سطح تراکم 97 تا 100 درصد چگالی AASHTO اصلاح‌شده می‌تواند به‌راحتی به دست آید، اما مقدار حفرات خالی معادل مخلوط آسفالت داغ (HMA) به علت حضور رطوبت در مخلوط در زمان فشرده‌سازی، قابل‌دستیابی نیست.

• مخلوط سرد با فوم قیر ازلحاظ تغییر شکل و بازشدگی در ابتدای تشکیل و قبل از انجام پخت قابل‌توجه، آسیب‌پذیر است. به‌موجب پخت در طول فرآیند، آب از مخلوط در زمان بعد از فشرده‌سازی خارج‌شده که این امر به آب‌وهوا، عمق لایه، تخلخل، نفوذپذیری و عوامل دیگر بستگی دارد. این فرآیند معمولاً با افزایش استحکام مخلوط سرد همراه است. نرخ پخت مخلوط فوم به‌طور قابل‌توجهی سریع‌تر از مخلوط قیر امولسیونی است.

شکل 6  تأثیر حرارت ذرات بر استحکام کششی و سختی مخلوط شن و فوم

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش چهارم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش اول

بهینه‌سازی فوم قیر

1   انواع فوم قیر

پارامترهای مهم در هنگام در نظر گرفتن پایداری فوم قیر برای استفاده در اتصال ذرات معدنی به یکدیگر شامل موارد زیر است:

• نسبت انبساط که معیاری برای ویسکوزیته فوم بوده و چگونگی پراکنش بایندر را در مخلوط تبیین می‌کند. این معیار به‌صورت نسبت بیش‌ترین حجم فوم به حجم اصلی قیر محاسبه می‌شود.

• نیمه‌عمر که معیاری برای پایداری فوم بوده و نرخ فروپاشی فوم را در طول اختلاط مشخص می‌کند. این معیار به‌صورت زمان فروپاشی (برحسب ثانیه) فوم به مقدار نیمی از بیش‌ترین حجم آن محاسبه می‌شود.

اگرچه کار تجربی با مخلوط فومی به شناسایی مقادیر مطلوب نسبت انبساط و نیمه‌عمر کمک می‌کند، ولی این دو متغیر به یکدیگر وابسته بوده و یافتن مقدار بهینه آن‌ها ساده نیست. این پارامترها متغیرهای وابسته‌ای بوده و به‌طور مثال، هردو آن‌ها تابع نرخ آب فوم می‌باشند (مشاهده شکل شماره 2).

شکل 2   مثالی از خصوصیات نسبی فوم به مقدار آب فوم اضافه‌شده

این شکل یک آنالیز حساسیت معمول است که در حال حاضر برای تعیین مقدار آبی که باید به انواع خاصی از قیر برای تولید فوم مطلوب اضافه شود، مورداستفاده قرار می‌گیرد. انتخاب نرخ مطلوب مصرف آب فوم از شکل شماره 2 امکان‌پذیر نبوده، زیرا این واقعیت که مشخصات فوم بهینه به نوع به‌کارگیری آن‌ها مانند تولید مخلوط سرد و یا مخلوط نیمه گرم بستگی دارد، در نظر گرفته نشده است.

شاخص فوم که معیار ترکیبی از نرخ انبساط (ER) و نیمه‌عمر (t_1/2) است، نشان داده که برای شناسایی مشخصات بهینه مناسب است (Jenkins و همکاران). به‌جای استفاده صرف از این دو معیار که فروریختن فوم را مشخص می‌کنند (ER و t_1/2)، می‌توان از شاخص فوم که از منحنی کل انبساط در برابر زمان محاسبه می‌شود استفاده کرد.

2   شاخص فوم

ناحیه تحت منحنی انفجاری برای فوم قیر به‌عنوان شاخص فوم تعریف می‌شود. این ناحیه به‌منظور بهینه‌سازی نرخ به‌کارگیری آب فوم اندازه‌گیری می‌شود. مقدار 4 برای نرخ انبساط برای حداقل مقدار مناسب ویسکوزیته مخلوط جهت فوم تبیین شده است. به‌منظور محاسبه برای زمان‌های مختلف به تخلیه به‌عنوان‌مثال، اسپری فوم تحت شرایط آزمایشگاهی که ممکن است برای تنظیمات مختلف به مقدار 2 تا 20 ثانیه، متفاوت باشد نیاز داریم. به‌این‌ترتیب، نرخ انبساط واقعی (ER_a) ممکن است از نرخ انبساط اندازه‌گیری شده (ER_m) به دست آید (مشاهده شکل شماره 3 و شکل شماره 4).

Foam Index=A₁+A₂

شکل 3   شاخص فوم محاسبه‌شده برای فروپاشی تقریبی در اولین نرخ به‌کارگیری آب فوم

شکل 4   شاخص فوم برای فروپاشی غیرمعمول فوم در اولین نرخ به‌کارگیری آب فوم

آنالیز حساسیت فوم برای تبیین شرایط مطلوب و بهینه تولید فوم موردنیاز است. نرخ به‌کارگیری آب فوم متنوع بوده و شاخص فوم نیز تعیین‌شده است. از این طریق، رابطه نشان داده‌شده در شکل شماره 5 به‌دست‌آمده است.

تغییر در مقدار شاخص فوم برای قیر دوز بندی شده با آب فومی (و یا Foamant) چشمگیر است. این نتیجه‌ای از افزایش متناسب شاخص فوم (FI) به افزایش نیمه‌عمر است. فرمول محاسبه FI برای فوم با فروپاشی تقریبی به‌صورت زیر است (فرمول شماره 2):

که در آن:

ER_m= بیش‌ترین نرخ انبساط اندازه‌گیری شده (به‌سرعت پس از تخلیه، جایی که انبساط خالص فوم در نظر گرفته‌شده)

ER_a= بیش‌ترین نرخ انبساط واقعی

C= ER_m/ER_a

t_1/2= نیمه‌عمر (ثانیه)

t_s= مدت‌زمان اسپری برای تخلیه تمام فوم (ثانیه)

شکل 5  بهینه‌سازی مشخصات فوم قیری با استفاده از شاخص فوم

طبق فرمول شماره 2 با افزایش در t_1/2، شاخص نفوذ FI نیز به نسبت افزایش می‌یابد. انبساط برای کپسوله سازی مهم است اما پایداری برای مخلوط سرد اهمیت نسبی بیش‌تری دارد. شاخص نفوذ نباید به‌صورت جداگانه در نظر گرفته شود بلکه باید در رابطه با ER_a و t_1/2 باشد. مقادیر محدود این پارامترها برای انواع مختلف فوم در جدول شماره 1 ارائه‌شده است.

جدول 1  مقادیر محدود مشخصات فوم برای مخلوط‌های مختلف، بر پایه فروپاشی تقریبی فوم

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش دوم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش چهارم

همان‌طور که به‌وضوح در شکل شماره 8 نشان داده‌شده است، ویسکوزیته ترکیب مخلوط شماره 10 در مقایسه با وکیوم باتوم پایه و قیر 60/70 دست‌نخورده افزایش چشمگیری داشته است. همان‌طور که توسط یوسفی و همکاران گزارش‌شده است، ترکیبات روان کننده وکیوم باتوم می‌توانند توسط افزودن لاتکس و قیر طبیعی جذب‌شده و درنتیجه باعث افزایش ویسکوزیته شود. شکل شماره 9 نشان می‌دهد که مدول ذخیره‌سازی مخلوط شماره 10 افزایش قابل‌توجهی در مقایسه با دیگر ترکیبات دارد. همچنین شکل شماره 10 نشان‌دهنده افزایش مدول اتلاف مخلوط شماره 10 در دمای 30 درجه سانتی‌گراد است.

شکل 8   ویسکوزیته ترکیب نمونه‌ها در دمای 30 درجه سانتی‌گراد

جمع‌بندی مدول اتلاف و ذخیره‌سازی، مدول ترکیب مخلوط شماره 10 را می‌دهد که اندازه‌گیری مستقیمی از مجموع مقاومت آن در برابر تغییر شکل دائمی در دمای 30 درجه سانتی‌گراد است. طبق اصل Boltzman، افزایش فرکانس عملی مشابه با کاهش درجه حرارت دارد و بالعکس؛ بنابراین تأثیر افزایش فرکانس بر ویسکوزیته ترکیب و مدول ها شبیه به تأثیر کاهش درجه حرارت است که به‌نوبه خود مدول ترکیب را افزایش می‌دهد؛ بنابراین، تغییرات در مدول های مخلوط شماره 10(شکل شماره 9 و 10)، افزایش چشمگیری را در مقاومت مخلوط در برابر تغییر شکل دائمی (شیار شدگی) نشان می‌دهد. این نتایج موفقیت در استفاده از لاتکس بازیافتی و قیر طبیعی را تائید می‌کند.

شکل 9   مدول ذخیره‌سازی نمونه‌ها در دمای 30 درجه سانتی‌گراد

شکل 10   مدول اتلاف نمونه‌ها در دمای 30 درجه سانتی‌گراد

نتیجه‌گیری

قیر دست‌نخورده به‌دست‌آمده در پالایشگاه (به‌صورت مستقیم و یا با دمیدن هوا) قادر به مقاومت در برابر بارها و فشارهای مکانیکی دینامیکی نیست و درنتیجه باید مورد اصلاح قرار گیرد. ضایعات پلیمری پس از مصرف به‌عنوان یک معضل زیست‌محیطی مطرح بوده و بنابراین باید مورداستفاده مجدد قرار گیرند. هم‌چنین، منبع قیر طبیعی در چندین ناحیه از ایران وجود دارد که می‌تواند برای اصلاح قیر مورداستفاده قرار گیرد. پلی‌اتیلن‌های ضایعاتی بازیافت شده، لاتکس ضایعاتی، خرده تایرهای اصلاح‌کننده (CRM)، قیر طبیعی (NB) و وکیوم سلاپس سنگین (HVS) برای به دست آوردن قیر نفوذی از وکیوم باتوم استفاده‌شده است. بر مبنای نتایج حاصله، به این نتیجه رسیده‌اند که قیرهای نفوذی با گرید 40/50، 60/70 و 85/100 با نقطه نرمی و نقطه شکست فراس بهبودیافته، با استفاده از مواد فوق قابل‌تولید است. ترکیبی از 10 درصد قیر طبیعی و 5 درصد لاتکس بازیافتی، با وکیوم باتوم برای به دست آوردن قیر گرید 60/70 اصلاح‌شده با بهبود در رفتار رئولوژیک و به‌تبع آن کاهش احتمال شکست در دمای پایین و شیار شدگی در دمای بالا، مناسب است. مورفولوژی مخلوط‌ها نشان داد که قطعات CRM به‌خوبی و به میزان کافی در ماتریکس قیر پراکنده نشده و به حداقل رساندن مقدار خرده تایرهای لاستیکی در مخلوط‌ها می‌تواند باعث بهبود شکل‌پذیری شود.

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش اول

مقدمه

وکیوم باتوم (VB) سنگین‌ترین بخش نفت خام بوده که در قسمت پایینی ستون تقطیر در خلأ پالایشگاه‌های نفت باقیمانده و ماده اصلی برای تولید قیر است. بسته به منبع نفت خام و فرآیند پالایش، ترکیب‌بندی وکیوم باتوم گسترده متنوعی داشته و این ترکیب‌بندی اثر مهمی بر خصوصیات مکانیکی و ریزساختارهای قیر دارد. شایع‌ترین روش جداسازی، تقسیم‌بندی ترکیب‌بندی قیر به چهار گروه اصلی شامل اشباع‌ها، آروماتیک‌ها، رزین‌ها (که بخش مالتن را تشکیل می‌دهند) و آسفالتن ها است. این چهار گروه را به ترتیب و به‌اختصار SARAs می‌نامند. هریک از اجزاء SARAs یک مخلوط پیچیده بوده که آروماتیسیته، محتوای هتر اتم و وزن مولکولی آن‌ها به ترتیب زیر افزایش می‌یابد:

S<A<R<As

در برخی از پالایشگاه‌ها که نفت خام سنگین مورداستفاده قرارگرفته و فشار و درجه حرارت در ستون تقطیر در خلأ کنترل می‌شود، قیر می‌تواند به‌طور مستقیم و به‌صورت قیر نفوذی مناسب برای آسفالت به دست آید. نفوذپذیری وکیوم باتوم تولیدشده در پالایشگاه‌های ایران در دمای 25 درجه سانتی‌گراد بیش از 300dmm  بوده و η آن بیش از 600Cs  است که آن را برای کاربرد در آسفالت نامناسب می‌سازد (به‌جز پالایشگاه شیراز که به‌طور مستقیم قیر گرید 60/70 را تولید می‌کند). دمیدن هوای گرم به وکیوم باتوم یک فرآیند گسترده برای به دست آوردن قیر نفوذی است.

متأسفانه به علت افزایش بار ترافیک، قیر بکر و دست‌نخورده تولیدشده در پالایشگاه‌ها (به‌صورت مستقیم و یا با دمیدن هوا) توانایی مقاومت در برابر فشار مکانیکی دینامیک ترافیک را ندارد. درنتیجه منجر به ایجاد تغییر شکل دائمی (شیار شدگی) تحت بارگذاری طولانی‌مدت در دماهای بالا، خستگی و ترک‌خوردگی تحت بارگذاری طولانی‌مدت در دماهای حد واسط و پایین ناشی از تنش گرمایی، پیرشدگی و … در آسفالت می‌شود.

به دلیل این ضعف‌های ذاتی قیر، مطالعات زیادی در جهت اصلاح قیر به‌وسیله افزودنی‌های مختلف انجام‌گرفته است. درنتیجه صنعت اصلاح قیر و بهبود خصوصیات آن گسترش‌یافته است. اکثر این پژوهش‌ها بر روی اصلاح پلیمری تمرکز کرده‌اند؛ زیرا افزودن پلیمرها به قیر بهبود در درجه عملکرد (افزایش نقطه نرمی، کاهش نفوذپذیری و نقطه شکست فراس) را نشان می‌داد. آسفالت‌های ساخته‌شده با استفاده از این قیرهای اصلاح‌شده پلیمری مقاومت بیش‌تری در برابر شیار شدگی و شکست حرارتی، کاهش آسیب خستگی و حساسیت دمایی کم‌تر را از خود نشان می‌دهد.

در بسیاری از این مطالعات از پلیمرهای دست‌نخورده و مصرف نشده مانند پلی‌اتیلن (PE)، اتیلن ونیل استات (EVA)، استایرن بوتادین استایرن (SBS) و استایرن بوتادین رابر (SBR) استفاده‌شده است. استفاده از این پلیمرهای بکر منجر به افزایش هزینه‌های تولید می‌شود. در همین حال، پلیمرهای ضایعاتی فراوانی از فرآیندهای صنعت پتروشیمی و کالای ضایعاتی مصرف‌شده مانند تایرهای مستعمل، قطعات پلی‌اتیلن ساخته‌شده، دستکش‌های لاتکس مصرف‌شده و غیره وجود دارد که از عوامل ایجادکننده معضلات زیست‌محیطی است. این‌گونه مواد ارزان، قیمت بوده و برای اصلاح قیر مناسب می‌باشند.

هرساله نزدیک به 200000 تن تایر و 5000 تن دستکش لاتکس در ایران مورداستفاده قرارگرفته و برنامه ملی برای بازیافت و یا استفاده مجدد از آن‌ها وجود ندارد. همچنین استفاده دوباره از این مواد ثانویه به‌جای مواد اولیه و بکر به کاهش دفن زباله‌ها، کاهش نیاز به استخراج، حفظ محیط‌زیست و به حداقل رساندن مصرف منابع اصلی کمک می‌کند. اثرات خرده تایرهای اصلاح‌کننده (CRM) در چندین پژوهش موردبررسی قرارگرفته است. افزودن خرده تایرهای بازیافتی در مخلوط آسفالت با استفاده از روش خشک می‌تواند خصوصیات مهندسی مخلوط آسفالت را بهبود بخشیده و تأثیر چشمگیری در عملکرد مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی در دماهای بالا و شکستگی در درجه حرارت‌های پایین داشته باشد.

قیر طبیعی یک ماده طبیعتاً سیاه‌رنگ است. تبخیر ترکیبات آلی فرار و مقدار زیاد آسفالتن موجود در آن، این ماده را سخت و شکننده کرده و می‌توان از آن به‌عنوان یک سخت‌کننده برای افزایش نقطه نرمی قیر نفتی استفاده کرد. منابع قابل‌دسترس قیر طبیعی در چندین ناحیه از ایران مانند کرمانشاه، بهبهان، مغان و … وجود دارد. از این منابع طبیعی به‌عنوان سوخت در کوره‌ها استفاده‌شده و یا صادر می‌گردد.

از قیر طبیعی می‌توان به‌عنوان یک افزودنی مطلوب برای قیر استفاده کرد. پلیمرهای مختلفی برای بهبود شکل‌پذیری قیر اصلاح‌شده استفاده می‌شود. لاتکس استایرن بوتادین رابر (SBR) به‌صورت یک پلیمر بکر و دست‌نخورده به‌طور موفقیت‌آمیزی برای اصلاح قیر مورداستفاده قرارگرفته است. لاتکس یک لاستیک طبیعی است که در اصل از درختان وحشی در جنگل‌های برزیل به‌دست‌آمده که در مواد الاستیک مختلف مانند دستکش لاتکس و تایر کاربرد دارد.

بنابراین، دستکش‌های لاتکس ممکن است یک ماده بازیافتی مفید به‌منظور افزایش شکل‌پذیری قیر اصلاح‌شده باشد. ازاین‌رو، هدف پژوهش ما بررسی امکان به دست آوردن قیر اصلاح‌شده نفوذی به‌طور مستقیم از وکیوم باتوم با استفاده از افزودن پلیمرهای بازیافتی و قیر طبیعی است. در این مقاله برخی از خصوصیات مکانیکی قیر اصلاح‌شده حاصله نیز ارائه‌شده است. به‌منظور تبیین این مشخصات، نقطه نرمی، نفوذپذیری، شکل‌پذیری و نقطه شکست فراس ترکیبات موردبررسی قرارگرفته است. هم‌چنین، مورفولوژی قیر اصلاح‌شده حاصله که نمادی از حالت پراکندگی اصلاح‌کننده در ماتریکس قیری بوده و یک عامل مؤثر بر کارایی و خواص مهندسی قیر اصلاح‌شده است، موردمطالعه قرارگرفته است.

طبق اطلاعات عمومی ما، در مطالعات انجام‌گرفته پیشین، اغلب از خود قیر برای اصلاح استفاده‌شده است و محققین اندکی بر روی وکیوم باتوم متمرکزشده‌اند. در این پژوهش، برای اولین بار از ضایعات پلیمرهای مصرف‌شده و قیر طبیعی برای به دست آوردن قیر نفوذی اصلاح‌شده به‌طور مستقیم از وکیوم باتوم (VB) استفاده‌شده است.

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی-بخش دوم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

خواص قیر اصلاحی تولیدشده از وکیوم باتوم به‌وسیله افزودن پلیمرهای ضایعاتی بازیافتی و قیر طبیعی

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس-بخش هفتم

نتایج آزمون ردیابی چرخ

 مقاومت در برابر شیار شدگی مخلوط با افزودن تا مقدار 20 درصد سرباره مس بهبود چشمگیری می‌یابد. بااین‌حال، با جایگزینی بیش از 20 درصد ذرات با سرباره مس، مقاومت در برابر شیار شدگی مخلوط کاهش قابل‌ملاحظه‌ای خواهد داشت. دو عامل مؤثر بر شیار شدگی در مخلوط آسفالت، درهم تنیدگی ذرات و ثبات قیر می‌باشد. کاهش مقاومت مخلوط حاوی بیش از 20 درصد سرباره مس در برابر تغییر شکل دائمی به علت کاهش درهم تنیدگی بین ذرات براثر وقوع پدیده تفکیک ذرات درشت است. با جایگزینی ذرات سرباره مس برحسب حجم می‌توان از بروز این پدیده اجتناب کرد. مقدار بیش‌ازحد قیر در مخلوط حاوی سرباره مس می‌تواند عامل تشدیدکننده تفکیک ذرات درشت بوده و باعث کاهش مقاومت در برابر شیار شدگی می‌شود.

نتیجه‌گیری و توصیه ها

این پژوهش خصوصیات مخلوط آسفالت گرم (WMA) حاوی سرباره مس به‌عنوان ذرات ریز را موردبررسی قرار داد. ذرات سنگ‌آهک ریز تا 40 درصد وزنی (از مجموع وزن کل ذرات) توسط سرباره مس جایگزین شد و خصوصیات 5 نوع مخلوط مختلف حاوی درصدهای مختلف سرباره مس (0 درصد، 10 درصد، 20 درصد، 30 درصد و 40 درصد) موردبررسی و ارزیابی قرار گرفت. این مطالعه بر پایه نتایج به‌دست‌آمده از آزمون‌ها، نتیجه‌گیری زیر را ارائه می‌کند:

• بر طبق نتایج آزمون مارشال، جایگزینی سنگدانه های آهکی تا حدود 20 درصد وزنی از مجموع وزن کل ذرات توسط سرباره مس منجر به بهبود پایداری مارشال و سهمیه مارشال می‌شود. جریان مارشال نیز با افزایش مقدار سرباره مس در مخلوط کاهش می‌یابد.

• به دلیل قطعات ریز و زاویه‌دار ذرات سرباره مس، مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی مخلوط حاوی تا حدود 20 درصد سرباره مس، افزایش‌یافته و پس‌ازآن سقوط قابل‌توجهی دارد. ازاین‌رو استفاده تا حدود 20 درصد وزنی سرباره مس در مخلوط آسفالت‌های ساخته‌شده برای مناطق با آب‌وهوای گرم توصیه می‌شود.

• جایگزینی بیش از 20 درصد سرباره مس منجر به کاهش درهم تنیدگی بین ذرات می‌شود. بااین‌حال، با جایگزینی ذرات مس برحسب حجم می‌توان از بروز این مشکل جلوگیری کرد؛ بنابراین به‌شدت توصیه می‌شود که در تحقیقات آتی جایگزینی ذرات سرباره مس برحسب حجم کل ذرات مدنظر قرار گیرد.

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی عملکرد شیارشدگی مخلوط آسفالت گرم حاوی سرباره مس