راهنمای جامع قیر، بخش پنجاه و دوم-پیش‌بینی مدول سختی

اگر اندازه‌گیری مستقیم مدول سختی امکان‌پذیر نباشد، می‌توان با استفاده از مدول Vanderpoel آن را پیش‌بینی کرد (Heukelom 1973، Vanderpoel 1954). Vanderpoel نشان داد که دو قیر با PI مشابه و زمان بارگذاری یکسان دارای مدول سختی یکسان در دمایی هستند که در آن دما نقطه نرمی متناظر، متفاوت است. بیش از 40 نوع قیر با شاخص نفوذپذیری متفاوت از 6/3+ تا 2/3- در دماها و فرکانس‌های مختلف، تحت آزمون‌های خزش و دینامیک قرار گرفتند.

Vanderpoel از نتایج حاصله از این آزمون‌ها منو گرافی تهیه کرد که در آن با استفاده از نفوذپذیری و نقطه نرمی، پیش‌بینی مدول سختی قیر در محدوده وسیع از شرایط دمایی و زمان بارگذاری، امکان‌پذیر است. همچنین منو گراف امکان پیش‌بینی مدول سختی با استفاده از یک فاکتور را به‌صورت تقریبی داشته که با توجه به گستردگی محدوده مدول سختی، از ارزش علمی بالایی برخوردار است.

شکل شماره 6-17 یک مونوگراف Vanderpoel با مدول سختی تعیین‌شده برای قیر با نفوذپذیری 40/60 را در زمان بارگذاری 0/02 ثانیه و دمای 5 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد.

کشیدگی در نقطه شکست

در توصیف قیر و آسفالت به‌عنوان یک ماده کاربردی در ساخت‌وساز، فاکتورهای اساسی شامل مقاومت در برابر تغییر شکل مجاز (شکست) می باد. از مدول سختی که با تنش و فشار در ارتباط است برای توصیف خصوصیات شکست قیر استفاده می‌شود (Heukelom 1966). دو آزمون مورداستفاده در این زمینه شامل آزمون نقطه شکست فراس برای تبیین دمایی که در آن قیر به درجه خاصی از شکنندگی می‌رسد و آزمون شکل‌پذیری برای تعیین کشیدگی در نقطه شکست در دمای ثابت می‌باشد.

بااین‌حال نتایج به‌دست‌آمده از این آزمون‌ها را نمی‌توان به‌صورت مستقیم باهم مقایسه کرد زیرا آن‌ها پارامترهای مختلفی را اندازه‌گیری می‌کنند. شکست قیر پس از تغییر شکل اصلی رخ‌داده و میزان آن به درجه حرارت، مدت‌زمان بارگذاری و سرعت تغییر شکل بستگی دارد. فرض بر این است که یک رابطه بین شکست و رفتار رئولوژیکی در لحظه شکست وجود دارد. رفتار رئولوژیکی را می‌توان در قالب میزان کرنش الاستیک، کرنش الاستیک تأخیری و کرنش ویسکوز بیان کرد.

تجزیه‌وتحلیل نتایج آزمون شکل‌پذیری، آزمون کشش و آزمون خمیدگی نشان داد که مدول سختی یک پارامتر اصلی بوده و نفوذپذیری فقط در مدول سختی پایین هنگامی‌که تغییر شکل ویسکوز زیاد باشد، قابل‌توجه است. در مدول سختی بالا S=E و ازآنجاکه مدول سختی در آزمون شکل‌پذیری اندازه‌گیری نمی‌شود، مدول سختی را از مونوگراف Vanderpoel به دست می‌آورند.

شکل شماره 6-18 نشان‌دهنده کشیدگی در نقطه شکست به‌عنوان تابعی از مدول سختی و نفوذپذیری است (Heukelom و Wijga 1973). هنگامی‌که نتایج در مونوگراف Vanderpoel قرار گرفت، مونوگراف جدیدی به دست آمد که می‌توان با استفاده از آن کشیدگی در نقطه شکست را تخمین زد. این مونوگراف در شکل شماره 6-19 نشان داده‌شده است. کشیدگی در نقطه شکست رابطه نزدیکی با تنش در نقطه شکست دارد و در سطح پایین، کشیدگی و تنش باهم برابرند.

شکل 6-17    مونوگراف تعیین‌کننده مدول سختی قیر

شکل 6-18    کشیدگی در نقطه شکست

شکل 6-19    مونوگراف تعیین کشیدگی در نقطه شکست

برای مشاهده ادامه نطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

نمودار داده های آزمون قیر

در اواخر دهه 1960 میلادی، Heukelom سیستمی را ارائه کرد که در آن اطلاعات نفوذپذیری، نقطه نرمی، نقطه شکست فراس و ویسکوزیته را می‌توان به‌صورت تابعی از دما بر روی نمودار به دست آورد. این سیستم اکنون بنام نمودار داده‌های آزمون (BTDC) شناخته می‌شود.

نمودار از یک محور افقی درجه حرارت و دو محور عمودی نفوذپذیری / ویسکوزیته تشکیل‌شده است. مقیاس دما به‌صورت خطی و مقیاس نفوذپذیری به‌صورت لگاریتمی می‌باشد. مقیاس ویسکوزیته به‌گونه‌ای تعبیه‌شده که قیرهای گرید نفوذی با حساسیت دمایی نرمال با شاخص‌های نفوذپذیری رابطه مستقیم داشته باشند. یک نمودار داده‌های آزمون در شکل شماره 6-10 نشان داده‌شده است.

نمودار داده های آزمون قیرBTDC نشان می‌دهد که چگونه ویسکوزیته قیر به درجه حرارت بستگی دارد. در BTDC زمان بارگذاری در نظر گرفته نمی‌شود. ازآنجاکه نتایج آزمون در این نمودار رابطه خطی دارند، پیش‌بینی مشخصات دما / ویسکوزیته قیر نفوذی در یک محدوده گسترده دمایی تنها با استفاده از نقطه نرمی و نفوذپذیری امکان‌پذیر است.

شناخت ویسکوزیته قیر در طول فرآیند متراکم سازی آسفالت اهمیت زیادی دارد. این موضوع در شکل شماره 6-11 برای یک آسفالت متراکم تولیدشده از قیر با نفوذپذیری 200 نشان داده‌شده است. اگر ویسکوزیته قیر در طول عملیات تولید بسیار بالا باشد، ممکن است سنگدانه ها به‌خوبی توسط قیر پوش داده نشوند. درحالی‌که اگر ویسکوزیته خیلی پایین باشد سنگدانه ها به‌خوبی پوشش داده‌شده ولی به‌احتمال فراوان قیر اطراف این سنگدانه ها در طول فرآیند ذخیره‌سازی و یا انتقال چکه کرده و قیر موجود در آسفالت تخلیه می‌شود. برای پوشش مرغوب و رضایت‌بخش، مقدار ویسکوزیته باید در حدود Pa.s 0/2 باشد.

شکل 6-10    مقیاس BTDC تولیدشده از یک منبع قیرهای گرید نفوذی

در طول ذخیره‌سازی اگر ویسکوزیته خیلی پایین باشد، مخلوط بیش‌ازحد سیال بوده و درنتیجه باعث انتشار مواد در زیر غلتک می‌شود. ویسکوزیته بالا باعث کاهش چشمگیر کارایی مخلوط شده و تراکم مناسب به دست نمی‌آید. مشخص‌شده که ویسکوزیته مطلوب برای متراکم سازی بین Pa.s 2 تا Pa.s 20 است.

بنابراین، BTDC یک ابزار مفید برای تشخیص دمای مناسب به‌منظور دستیابی به ویسکوزیته مطلوب برای هر نوع قیر است. ویسکوزیته موردنیاز در طول فرآیند تولید آسفالت و لایه‌برداری در شکل شماره 6-11 ارائه‌شده است.

شکل 6-11    BTDC ویسکوزیته قیر

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

راهنمای جامع قیر

راهنمای جامع قیر، بخش چهل و سوم- آزمون نفوذپذیری

درجه نفوذپذیری و یا مقدار اکسیداسیون قیر توسط تست نفوذپذیری (به‌طور مثال منطبق با استاندارد ASTM D5 و یا استاندارد EN 1426) اندازه‌گیری می‌شود. در این آزمون، سوزنی با ابعاد و استاندارد مشخص تحت یک مقدار بار و زمان معین و درجه حرارتی خاص به درون قیر نفوذ می‌کند. دستگاه آزمون نفوذپذیری در شکل شماره 6-1 نشان داده‌شده است.

شکل 6-1    دستگاه تست نفوذپذیری

مقدار نفوذپذیری به‌صورت میزان نفوذ عمقی سوزن استاندارد درون نمونه قیر تحت شرایط دمایی، مقدار بارگذاری و دوره زمانی استاندارد برحسب دسی میلی‌متر بیان می‌شود. معمولاً مقدار بار قرارگرفته بر روی سوزن 100 گرم، دوره نفوذ 5 ثانیه و دمای آزمون 25 درجه سانتی‌گراد است. برای هر نمونه، پس از اطمینان از ثابت بودن درجه حرارت، تعداد سه مرتبه آزمون را انجام می‌دهیم. میانگین به‌دست‌آمده از نتایج این سه آزمون به‌صورت نزدیک‌ترین عدد صحیح ثبت و به‌عنوان مقدار نفوذپذیری نمونه اعلام می‌شود. این مقدار نفوذپذیری در صورتی تائید می‌شود که اختلاف بین این سه اندازه‌گیری از حد مشخصی فراتر نرود.

مقدار کم‌تر نفوذپذیری بیانگر سخت‌تر بودن قیر است. متقابلاً مقدار بالای نفوذپذیری نشان‌دهنده نرم‌تر بودن نمونه قیر است. این تست مبنایی برای طبقه‌بندی قیرها بر اساس مقدار نفوذپذیری استاندار می‌باشد.

ضروری است که روش انجام آزمون به‌دقت تحت نظر داشته باشیم؛ زیرا حتی یک خطای جزئی می‌تواند منجر به تفاوت‌های چشمگیر در نتایج آزمون شود. خطاهای معمول شامل:

• نمونه‌برداری اشتباه و یا ضعیف
• نگهداری نامناسب دستگاه و سوزن مربوطه
• دمای نامناسب و عدم رعایت زمان استاندارد

دقت در کنترل درجه حرارت باید بین مثبت و منفی 1/0 سانتی‌گراد باشد. سوزن دستگاه باید به‌طور مرتب از جهت صاف بودن، تمیز بودن و عدم انحنا موردبررسی قرار گیرد. استفاده از دستگاه اتوماتیک تعیین مدت‌زمان نفوذ سوزن برای افزایش دقت توصیه‌شده و باید به‌طور مرتب موردبررسی قرارگرفته تا از صحت عملکرد آن اطمینان داشته باشیم. مقادیر نفوذ کم‌تر از 2 دسی میلی‌متر و بیش‌تر از 500 دسی میلی‌متر را نمی‌توان با این تجهیزات به‌دقت تعیین کرد. برای تعیین میزان نفوذپذیری قیرهای نرم‌تر به سوزن‌های بلندتر و کاپ نمونه عمیق‌تر احتیاج داریم.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

راهنمای جامع قیر، بخش سی و هفتم، آزمایشات مربوط به مخلوط

سخت شدگی ناشی از اکسیداسیون و تبخیر قشر نازک قیر در تماس با سنگدانه ها توسط دو آزمون مخلوط ارزیابی می‌شوند:

آزمون ذخیره‌سازی مخلوط داغ (Van Gooswilligen و همکاران، 1999) و آزمون تغییر نقطه نرمی قیر در طول فرآیند تولید آسفالت. آزمون ذخیره‌سازی مخلوط داغ شرایط پیرشدگی را در طول اختلاط و ذخیره‌سازی شبیه‌سازی می‌کند. مخلوط موردنظر در آزمایشگاه تولیدشده و مقدار مشخصی از آن را به مدت 16 ساعت در دمای 160 درجه سانتی‌گراد در یک قالب بسته‌شده ذخیره‌سازی می‌کنند. به‌این‌ترتیب حجم هوای موجود در نمونه مشخص‌شده که این‌یک مقدار ثابت است. قیر از مواد مخلوط شده و ذخیره‌شده بازیابی شده و نفوذپذیری و نقطه نرمی آن تعیین می‌شود. پیرشدگی قیر در طول اختلاط و ذخیره‌سازی به‌صورت تفاوت بین نقطه نرمی نمونه بعد از ذخیره‌سازی و نقطه نرمی اولیه آن محاسبه می‌شود.

در مقیاس آزمایشگاهی، این تغییرات بسیار شدید بوده و تفاوت نقطه نرمی در آن بسیار بیش‌تر از آن است که در حجم بالای ذخیره‌سازی مشاهده می‌شود. با این اوصاف، این آزمایش با تمایل سخت شدن مخلوط در دمای بالا و تماس طولانی‌مدت با هوا ارتباط مستقیم دارد.

پیرشدگی ساختاری

فرضیه‌ای وجود دارد که ساختار قیر ممکن است پس از گذشت زمان طولانی از عمر سرویس خود به‌طور آهسته دچار تغییراتی شده و منجر به تغییر حالت آن از نوع Gel به نوع Sol شود. این تأثیر گاهی نیز به نام سخت شدگی فیزیکی معرفی می‌شود؛ و دانشمندان معتقدند که نتیجه فرآیند آهسته تعادل ترمودینامیکی است. آسفالتن ها به‌طور پی‌درپی تشکیل می‌شوند. بااین‌حال نتایج اثبات نکرد که سخت شدگی فیزیکی تنها دلیل این فرآیند باشد و در این مورد پیرشدگی اکسیداتیو یکی از عوامل مشکوک می‌باشد.

پیرشدگی تراوشی

اگر غلظت قیر متوازن نباشد، ممکن است هنگام تماس با سنگدانه های متخلخل، تراوش روغنی رخ‌داده و اجزاء با ویسکوزیته کم‌تر به سطح سنگدانه ها می‌رسند. برای مثال چنین حالتی می‌تواند هنگام اختلاط قیرهای اکسیداسیونی درجه بالا با اجزاء سبک مانند روغن‌های شار به‌منظور تولید قیر با ویسکوزیته موردنظر رخ دهد. این فرآیند تراوشی باعث سخت شدن قشری از قیر که بر روی سنگدانه ها باقی‌مانده می‌شود. تراوش در درجه اول تابع مقدار اجزاء دارای وزن مولکولی کم نسبت به مقدار و نوع آسفالتن است.

محققان شرکت شل آزمون تراوش قطره را برای اندازه‌گیری مقدار تمایل تراوش یک قیر ابداع و توسعه داده‌اند. در این آزمون، قطرات قیر بر روی فرورفتگی‌های صفحات مرمری سفید قرار داده می‌شوند. سپس این صفحات در دمای 60 درجه سانتی‌گراد به مدت چهار روز تحت هاله‌ای از نیتروژن قرار می‌گیرند. در طول این مدت، حلقه‌های روغن اطراف قطرات قیر تشکیل‌شده که می‌توان آن‌ها را با استفاده از میکروسکوپ و نور ماوراءبنفش اندازه‌گیری کرد. عرض این حلقه‌ها می‌تواند از یک میلی‌متر برای قیر متوازن تا چندید میلی‌متر برای قیرهای نامتوازن متفاوت باشد.

سخت شدگی ناشی از اکسیداسیون در زمان سرویس می‌تواند قابل‌توجه بوده که نه‌تنها به میزان تمایل به تراوش قیر بلکه به میزان تخلخل سنگدانه ها نیز بستگی دارد. اگر سنگدانه ها دارای تخلخل کمی باشند (صرف‌نظر از تمایل به تراوش قیر)، مقدار تراوش جذب‌شده ناچیز است. هم‌چنین اگر تمایل به تراوش یک قیر پایین باشد، مقدار تراوش جذب‌شده (صرف‌نظر از مقدار تخلخل سنگدانه ها) ناچیز است. قیر با تمایل به تراوش بالا و یا سنگدانه های بسیار متخلخل منجر به افزایش تراوش و به‌تبع آن تسریع در سخت شدگی  و تشکیل ترک بر روی آسفالت می‌شود.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

راهنمای جامع قیر، بخش سی و چهارم-انسجام

انسجام

قدرت انسجام یک قیر توسط نیروی انعطاف‌پذیر در دمای پایین (BSI, 2008) و یا با استفاده از آزمون کشش (BSI, 2010b) تعیین می‌شود. در آزمون شکل‌پذیری (شکل شماره 5-3)، نمونه‌های دمبل شکل قیر در حمام آب غوطه‌ور شده و با سرعت مناسب 50 میلی‌متر در دقیقه تا زمان وقوع گسستگی کشیده می‌شوند. فاصله‌ای که نمونه قبل از شکست کشیده می‌شود را به‌عنوان مقدار شکل‌پذیری گزارش می‌کنند. دمای آزمون بر اساس نفوذپذیری قیر تحت آزمایش تنظیم می‌شود (به‌طور مثال مقدار 10 درجه سانتی‌گراد برای قیر 80/100، 13 درجه سانتی‌گراد برای قیر 60/70 و 17 درجه سانتی‌گراد برای قیر 40/50).

با ثبت مقادیر فشار در شکستگی و انرژی لازم برای کشش نمونه در طول کل آزمون، تمایز بسیار بهتری از کشش و به‌تبع آن رفتار انسجامی انواع قیر را می‌توان به دست آورد.

برای مثال، انرژی ثبت‌شده برای قیر اصلاح‌شده به‌طورکلی فقط یک فشار حداکثری را در تنش پایین نشان داده که مشخصه سفتی قیر است. بعدازآن، نیروی لازم برای کشش نمونه بیشتر به سمت مقادیر نزدیک به صفر افت می‌کند. به‌عبارتی‌دیگر، قیر اصلاح‌شده پلیمری در این آزمون توسط دو بیشینه که اولی مقدار سختی ترکیب قیر و دومی که در تنش‌های بالا رخ‌داده (معمولاً 400-200 میلی‌متر) و به تأثیر شبکه پلیمر در ترکیب اشاره می‌کند، مشخص می‌شود. شکل شماره 5-4 مثال‌هایی از منحنی‌های به‌دست‌آمده در این آزمون را نشان می‌دهد.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

قیرهای گرید نفوذپذیری، گرید نفوذی سخت و گرید ویسکوزیته

قیرهای گریـد نفـوذی از طـریق آزمـون‌های نفوذپذیـری (BSI, 2007a)، نقـطه نـرمی (BSI, 2007b) تقسیم‌بندی می‌شوند. نام‌گذاری آن‌ها بر اساس درجه نفوذشان است. برای مثال قیر نفوذی 40/60 دارای محدوده نفوذپذیری از 40 تا 60 می‌باشد. واحد نفوذپذیری دسی میلی‌متر است (0/1 میلی‌متر). این واحدی است که در تست نفوذ اندازه‌گیری می‌شود. قابلیت نفوذ قیر یا همان آزمایش درجه نفوذ مرسوم‌ترین آزمایش برای اندازه‌گیری قوام قیر است. قابلیت نفوذ قیر را بر اساس مقدار نفوذ یک سوزن استاندارد در دمای 25 درجه ­سانتی­گراد در داخل قیر تعریف می‌کنند. این سوزن تحت اثر نیرویی معادل 100 گرم است. مقدار نفوذ این سوزن استاندارد را بعد از پنج ثانیه اندازه می‌گیرند و آن را به‌عنوان قابلیت نفوذ تعریف می‌کنند. قیرهای نرم‌تر قابلیت نفوذ بیشتر دارند.

در مورد آزمون نقطه نرمی در فصل 6 به‌طور مفصل بحث خواهد شد. جداول A1، B1، A2 و B2 آزمون استاندارد EN 12591 جزئیاتی از پارامترهای عملکردی کلیدی را ارائه می‌کنند. این جزئیات به‌طور خلاصه در جداول شماره 5-1 و 5-2 منتشرشده است.

علاوه بر قیرهای سخت با گرید نفوذی، قیرهای نرم‌تر هم توسط روش آزمون EN 12591 پوشش داده می‌شوند. ازآنجاکه آزمون‌های نفوذپذیری و نقطه نرمی برای قیرهای نرم کاربری ندارند، اندازه‌گیری ویسکوزیته در دمای 135 درجه سانتی‌گراد به‌عنوان ویژگی اصلی نمایش‌دهنده خصوصیات مورداستفاده قرار می‌گیرد. این گریدها نیز اغلب قیر گرید ویسکوزیته نامیده شده و خصوصیات آن‌ها طبق روش آزمون اسـتاندارد EN 12591 در جـدول شـماره 5-3 خلاصه‌شده است.

قیرهای سخت نفوذی دارای ویسکوزیته بسیار پایین بوده و نمایانگر انتهای دیگر مقیاس ویسکوزیته هستند. این‌ها به‌طورکلی تنها توسط محدوده نفوذپذیری‌شان مشخص و طبقه‌بندی می‌شوند. در سال‌های اخیر، تمایل به استفاده از قیرهای سخت در آسفالت بیش‌تر شده است.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

راهنمای جامع قیر، بخش بیست و هفتم- رابطه بین ماهیت، ساختار و رئولوژی قیر

تأثیر اجزاء تشکیل‌دهنده قیر بر خواص آن

تأثیر اجزاء تشکیل‌دهنده قیر (ترکیبات SARA) بر روی خصوصیات قیر درگذشته موردمطالعه قرارگرفته است (Griffin و Miles 1961، Griffin و همکاران 1959، McKay و همکاران 1978 و Reerink 1973). با ثابت نگه‌داشتن غلظت آسفالتن در یک نمونه و تغییر اجزاء دیگر موارد زیر مشاهده‌شده است:

• افزایش مقدار آروماتیک با نسبت ثابت اشباع به رزین به‌غیراز کاهش اندک حساسیت برشی، تأثیر کمی بر رئولوژی دارد.
• ثابت نگه‌داشتن نسبت رزین به آروماتیک و افزایش مقدار اشباع‌ها موجب نرم‌تر شدن قیر می‌شود.
• افزایش رزین باعث سخت‌تر شدن قیر شده، شاخص نفوذپذیری و حساسیت برشی را کاهش داده ولی ویسکوزیته را افزایش می‌دهد.

هم‌چنین دیده‌شده که خصوصیات رئولوژیکی قیر وابستگی شدیدی به مقدار آسفالتن دارد (Lin و همکاران 1996). در یک دمای ثابت با افزایش غلظت آسفالتن مخلوط شده در مالتن، ویسکوزیته قیر نیز افزوده می‌شود. بااین‌حال، افزایش ویسکوزیته درصورتی‌که آسفالتن های کروی به‌خوبی حل‌نشده باشند، به‌طور قابل‌توجهی بیش‌تر از حد انتظار خواهد بود. این نشان می‌دهد که آسفالتن ها می‌توانند با یکدیگر و یا با محیط حل‌کننده واکنش داشته باشند. حتی در محلول رقیق تولوئن، ویسکوزیته با افزایش غلظت آسفالتن، افزایش می‌یابد.

آسفالتن ها به‌صورت پشته‌های بشقاب مانند بوده و از ساختارهای حلقه‌ای آروماتیک/نفتنیک تشکیل‌شده‌اند. ویسکوزیته محلول، مخصوصاً یک محلول رقیق، به شکل ذرات آسفالتن وابسته است. اندازه ذرات فقط هنگامی‌که با افزایش سایز یک تغییر شکل به وجود آید اهمیت دارد. در دماهای بالا، پیوند نگه‌دارنده ذرات آسفالتن شکسته شده و موجب تغییر شکل و اندازه ذرات و یا خوشه‌ها می‌شود. متعاقباً با افزایش دما، ویسکوزیته کاهش می‌یابد. با سرد شدن قیر مذاب پیوند بین ریز تجمعات آسفالتن برای تشکیل خوشه برقرار می‌شود.

افزایش چشمگیر رفتار غیر نیوتنی قیر سرد ناشی از جاذبه‌های درون‌مولکولی و بین‌مولکولی مابین آسفالتن ها و دیگر اجزاء می‌باشد. تحت برش، این جاذبه‌ها به شکلی تغییر شکل داده و یا حتی از هم جدا می‌شوند. در دماهای محیطی، رئولوژی قیر به درجه پیوند ذرات آسفالتن و مقدار نسبی اجزاء موجود در سیستم که بر این پیوندها اثرگذار هستند، بستگی دارد.

پرسش‌ها در مورد واکنش بین رزین‌ها و آسفالتن ها در پژوهشی توسط Mullins در سال 2010 موردبررسی قرارگرفته است. شواهدی وجود دارد که نشان‌دهنده تعامل و واکنش محدود بین ریز تجمعات آسفالتن و اجزاء رزین است (2010،Mullins).

استدلال مطرح‌شده برای حمایت از تئوری وجود برهم‌کنش بین رزین‌ها و آسفالتن ها برای تثبیت آسفالتن ها این است که ریز تجمعات آسفالتن و یا پراکندگی آن‌ها در تولوئن در صورت عدم حضور رزین پایدار می‌باشد (2010،Mullins). آزمایش جدایش آسفالتن ها از نفت خام نشان داد که مقدار رزین کم‌تر از حد انتظار بوده و این شاهدی است از تأثیر محدودکننده رزین‌ها بر روی ریز تجمعات آسفالتن.

مطالعات دیگری با به‌کارگیری اندازه‌گیری میکرو سنجی (به‌طور مثال اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک با افزایش دما) نشان داد که یک تعاملی بین فاز رزین و آسفالتن وجود دارد. این اندازه‌گیری با آنچه توسط شبیه‌سازی‌ها پیش‌بینی‌شده بود قابل‌مقایسه است. مطالعات دیگر شامل اندازه‌گیری پراکندگی نوترون با زاویه کوچک نشان داد که اندازه ریز تجمعات آسفالتن در حضور رزین‌ها کوچک‌تر بوده و این بیان‌کننده وجود یک واکنش بین این دو جزء تشکیل‌دهنده قیر است. البته در مدل Dickie و Yen-Mullins به پرسش‌ها در مورد واکنش بین رزین و آسفالتن و میزان آن جوابی داده نشده است.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

روش‌های دیگر طبقه‌بندی قیر

مواد تشکیل‌دهنده قیر را می‌توان بر اساس قطبیت آن‌ها به چند گروه طبقه‌بندی کرد. این روش با استفاده از تکنیک کروماتوگرافی تبادل یونی (IEC) صورت می‌گیرد (Branthaver و همکاران، 1993). کروماتوگرافی تبادل یونی روشی مؤثر برای جداسازی و اندازه‌گیری یون‌هاست. سازوکار آن بارداری نمونه بر مبنای برهم‌کنش یونی است. در این روش، بین فاز متحرک که معمولاً به‌صورت محلول بوده و حاوی نمونه‌هایی است که دارای اجزاء قابل یونیزه می‌باشد و فاز ساکن که باردار است، تبادل یونی به‌صورت تعادلی و برگشت‌پذیر انجام می‌شود.

با استفاده از این روش می‌توان قیر را به پنج جزء تشکیل‌دهنده اسید قوی، اسید ضعیف، باز قوی، باز ضعیف و جزء خنثی تقسیم‌بندی کرد. آنالیز ساختاری این اجزاء تشکیل‌دهنده با استفاده از آنالیز عنصری و طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز انجام‌شده درحالی‌که وزن مولکولی این اجزاء با استفاده از اسمومتری فشار بخار تعیین می‌شود.

طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز بر اساس جذب تابش و بررسی جهش‌های ارتعاشی و مولکول‌ها و یون‌های چنداتمی صورت می‌گیرد. این‌یک روش مؤثر برای تعیین ساختار و اندازه‌گیری گونه‌های شیمیایی است. طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز عمدتاً برای شناسایی ترکیبات آلی به کار می‌رود. در این پژوهش مشخصات و نحوه توزیع گروه‌های تشکیل‌دهنده و اجزاء آن به همراه رئولوژی خاص هر بخش تشکیل‌دهنده نمونه قیر موردبررسی قرار گرفت.

مشخص‌شده که کروماتوگرافی تبادل یونی (IEC) به متغیرهای آزمایشگاهی حساس بوده و بازیابی نمونه در آن هرگز کامل نیست (به‌طور مثال برخی از مواد برای همیشه در ستون‌ها جذب‌شده و باقی می‌مانند). هنگام آنالیز نمونه قیر پیر شده، مقدار نمونه جذب‌شده بر روی رزین‌ها بیش‌تر از مقدار مشاهده‌شده برای قیر تازه است.

تفکیک اجزاء تشکیل‌دهنده قیر بر مبنای حجم هیدرودینامیکی با استفاده از کروماتوگرافی اندازه (SEC) انجام‌گرفته است (Branthver و همکاران، 1993). کروماتوگرافی اندازه نوعی کروماتوگرافی مایعی است که در آن جداسازی‌ها صرفاً بر اساس اندازه مواد صورت می‌گیرد. تفکیک قیر به اجزاء سازنده با استفاده از این روش بر مبنای اندازه مولکولی و یا اندازه مولکول‌های مرتبط باهم است.

بازیابی نمونه درروش کروماتوگرافی اندازه (SEC) نسبت به روش کروماتوگرافی تبادل یونی (IEC) بیش‌تر است. ویسکوزیته و رئولوژی اجزاء تفکیک‌شده موردمطالعه قرارگرفته است. جالب است بدانید بخش‌هایی حاوی سولفوکسیدها و کتون ها بوده که محصولات اکسیداسیون هستند و در اجزاء با وزن مولکولی پایین حضور دارند.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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

راهنمای جامع قیر، بخش بیست و یکم-آنالیز عنصری قیر

به‌طورکلی قیر از مولکول‌های هیدروکربن، برخی انواع هتروسیکلیک ها و گروه‌های عاملی شامل اتم‌های سولفور، نیتروژن و اکسیژن تشکیل‌شده است (Romberg و همکاران 1959، Traxler و Coombs، 1936). قیر هم‌چنین حاوی مقدار کمی از فلزات مانند نیکل، وانادیوم، آهن، کلسیم و منیزیم بوده که به شکل نمک‌های فلزی، اکسیدها و یا ساختارهای پورفیرین می‌باشد.

پورفیرین ها ترکیبات آلی پیچیده‌ای هستند که به‌طور طبیعی تشکیل می‌شوند. واژه پورفیرین از کلمه یونانی به معنی بنفش گرفته‌شده است. به‌طور مثال هموگلوبین موجود در خون و کلروفیل یافت شده در گیاهان سبز نمونه‌هایی از پورفیرین های پیوند خورده با اتم‌های فلزی هستند. پورفیرین ها حاوی چهار اتم نیتروژن بوده که هرکدام از آن‌ها توانایی پیوند با یک اتم فلز برای تشکیل یک متالوپورفیرین را دارند.

آنالیز عنصری قیر تولیدشده از انواع نفت خام نشان داد که اغلب قیرها حاوی عناصر زیر است:

• ·       82-88 درصد کربن
• ·       8-11 درصد هیدروژن
• ·       0-1/5 درصد اکسیژن
• ·       0-6 درصد سولفور
• ·       0-1 درصد نیتروژن

از سال 1930 میلادی مشخص‌شده است که قیر حاوی متالوپورفیرین (بر اساس کارهای تحلیلی صورت گرفته و شناسایی آهن و وانادیوم در آن) بوده و درنتیجه به ارتباط بین گیاهان دریایی کلروفیل دار و پیدایش نفت پی برده شد. خاکستر نفت سیاه آنالیز شده توسط دستگاه طیف‌سنجی حضور عناصر فلزی زیر را نشان می‌دهد (1981، Crump):

• آلومینیوم          سرب          سدیم
• باریوم              منیزیم        استرانسیوم
• کلسیم             منگنز         تانتال
• کروم              مولیبدن        قلع
• مس               نیکل            اورانیوم
• گالیوم            پتاسیم         وانادیوم
• آهن               سیلیکون       روی
• لانتانیم          نقره             زیرکونیوم

این عناصر به‌طور عمده در اجزاء سنگین‌تر و یا غیرقابل فرار نفت، احتمالاً به شکل کلوئیدی، به‌صورت نمک (مانند کربوکسیلیک اسید)، ترکیبات فلزات واسطه و ترکیبات پورفیرین یافت می‌شوند. آنالیز قیر تولیدشده از منابع مختلف در جدول شماره 4-1 ارائه‌شده است.

فلزات غالبی که در اکثر منابع نفت خام یافت می‌شوند شامل سدیم (بیشتر به‌صورت سدیم کلراید)، وانادیوم، آهن، نیکل و کروم است. وانادیوم و نیکل تا حد زیادی به‌صورت ساختارهای پورفیرین می‌باشند. قیر و نفت سیاه محصولات مرتبط باهم بوده و Goodrich حدس می‌زد که عناصری مشابه با نفت سیاه در قیر وجود خواهد داشت (Goodrich و همکاران 1986).

قیر بسته به منشأ نفت خامی که از آن تولیدشده و اصلاح شیمیایی انجام‌گرفته بر روی آن در طول فرآیند تولید، دارای ترکیبات مختلف بوده و عملکرد متفاوت نیز خواهد داشت. ترکیب‌بندی شیمایی قیر بسیار پیچیده است؛ بنابراین، آنالیز کامل از قیر (در صورت امکان‌پذیر بودن) بسیار سخت خواهد بود و تعداد زیادی داده تولید کرده که ارتباط آن‌ها با خصوصیات رئولوژیکی غیرممکن خواهد بود. علاوه براین مجموع داده‌های به‌دست‌آمده برای یک نوع خاص قیر بوده و برای تمامی قیرها یکسان نخواهد بود.

عموماً قیر به دو گروه شیمیایی گسترده شامل آسفالتن ها و مالتن ها تقسیم‌بندی می‌شود. مالتن ها را می‌توان به سه زیرگروه اشباع‌ها، آروماتیک‌ها و رزین‌ها تقسیم‌بندی کرد. این طبقه‌بندی ارتباط بین رئولوژی قیر و ترکیب‌بندی شیمیایی آن را ممکن خواهد کرد.

روش استخراج حلال به علت سریع بودن یک روش جذاب می‌باشد (1953، Traxler و Schweger)؛ اما جدایش به‌دست‌آمده معمولاً نسبت به داده‌های به‌دست‌آمده از کروماتوگرافی ضعیف‌تر است. به همین ترتیب، روش جذب ساده (1916، Marcusson) به‌اندازه کروماتوگرافی ستونی مؤثر نیست.

در سال 1987 کنگره ایالات‌متحده آمریکا اجازه داد که برنامه تحقیقاتی بزرگراه‌های استراتژیک (SHRP)، که یک طرح پژوهشی 5 ساله بوده، برای توسعه و ارزیابی روش‌ها و فناوری‌ها برای مقابله با تخریب بزرگراه‌ها به‌منظور ارتقاء عملکرد، دوام، ایمنی و بهره‌وری آن‌ها اجرا شود. یکی از بخش‌های این پروژه تحقیقاتی مطالعه شیمی قیر و روش‌های نوین تفکیک مواد تشکیل‌دهنده بر اساس ماهیت گروه‌های عاملی و وزن مولکولی آن‌ها بود.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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