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 دهم-دمای پمپاژ و ذخیره‌سازی قیر

قیر باید همیشه در پایین‌ترین دمای ممکن پمپاژ و ذخیره‌سازی شود. دستورالعمل‌های دمای کار ایمن با قیر توسط انستیتو انرژی ارائه‌شده است (انستیتو انرژی، 2005). این درجه حرارت‌ها بر مبنای اندازه‌گیری ویسکوزیته محاسبه‌شده و بر اساس تجارب عملی ارائه‌شده‌اند. برای کاربری‌های متداول (به‌طور مثال اختلاط و انتقال قیر مایع)، دمای 50-10 درجه سانتی‌گراد بالاتر از حداقل دمای موردنیاز برای پمپاژ، توصیه می‌شود اما بیشینه دمای انتقال ایمن نباید از 230 درجه سانتی‌گراد فراتر رود.

به‌منظور جلوگیری از سخت شدن قیر، باید مدت‌زمانی که قیر در مخازن ذخیره‌سازی و همچنین در سیستم چرخشی با درجه حرارت بالا قرار می‌گیرد را تا حد ممکن کاهش داد. اگر مجبور به ذخیره‌سازی قیر برای یک دوره طولانی (مثلاً بیش از یک هفته) بدون افزودن قیر تازه باشیم، درجه حرارت مخزن باید به 20 تا 25 درجه بالاتر از نقطه نرمی قیر کاهش‌یافته و در صورت امکان سیستم چرخشی متوقف شود.

هنگام گرم کردن متناوب و طولانی‌مدت قیر در مخزن باید مراقب گرم شدن بیش‌ازحد قیر در محل لوله‌های گرمایشی و کویل ها بود. این موضوع معمولاً زمانی که از شعله مستقیم در لوله‌ها استفاده می‌کنیم اهمیت داشته زیرا ممکن است دمای سطحی آن‌ها به بیش از 300 درجه سانتی‌گراد برسد. در چنین تأسیساتی، می‌بایست مقدار حرارت بکار رفته شده محدودشده و درجه حرارت فقط به میزان لازم برای بالا بردن دمای قیر تا اندکی بیش از نقطه نرمی آن باشد.

این درجه حرارت باعث نرم‌تر شدن قیر شده و پس‌ازآن در مواقع لزوم برحسب کاربری قیر می‌توان از گرمایش بیش‌تر برای بالا بردن درجه حرارت آن استفاده کرد. این روش مفیدی است زیرا قیر یک سیال ویسکوز بوده و در آن جریان‌های همرفتی باعث از دست رفتن گرما در سرتاسر آن شده و گرم کردن بیش‌ازحد موضعی مشکل کم‌تری ایجاد می‌کند. گردش قیر درون مخزن باید هنگامی‌که قیر به سیالیت مناسب رسید آغاز شود و درنتیجه احتمال گرم شدن بیش‌ازحد موضعی کاهش می‌یابد. اگر سیستم‌های روغن داغ، بخار داغ و یا هیترهای برقی به روش اصولی طراحی‌شده باشند، گرمایش مجدد قیر با استفاده از آن‌ها مشکلات فوق را به وجود نخواهد آورد.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

راهنمای جامع قیر، بخش یازدهم- بررسی رویکرد ایمنی، بهداشتی و زیست‌محیطی

برای مشاهده اولین مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

راهنمای جامع قیر

1-1  تاریخچه قیر

قیر در فرهنگ لغت انگلیسی آکسفورد به‌صورت مخلوط تار مانندی از هیدروکربن‌های به‌دست‌آمده از نفت خام به‌صورت طبیعی و یا طی فرایند تقطیر تعریف‌شده که در روسازی جاده‌ها و پشت‌بام‌ها کاربرد دارد.

باور عمومی تاریخچه قیر این است که قیر از زبان باستانی و مقدس هندوها در هند (سانسکریت) منشأ گرفته که در آن Jatu به معنای Pitch (قیر) و Jatu-krit به معنای تولید Pitch است. ازنظر برخی معادل لاتین آن در اصل Gwitu-men (وابسته به Pitch) و ازنظر برخی دیگر Pixtu-men نامیده شده که به‌مرورزمان به واژه Bitumen تبدیل و از زبان فرانسوی وارد زبان انگلیسی شده است.

اشارات متعددی به قیر در کتاب مقدس وجود دارد. در کتاب پیدایش (نخستین بخش از کتاب انجیل)، به این موضوع اشاره‌شده که کشتی نوح با استفاده از نی و Pitch ساخته‌شده و موسی نیز درون سبدی که با حصیر ساخته و توسط Pitch عایق شده بود گذاشته و در رودخانه نیل رهاشده است.

خواندن توصیف ساخت برج‌های بابل نیز جذاب و متفاوت است. نسخه مجاز کتاب مقدس می‌گوید که این برج‌ها دارای خشت‌های سنگی بوده و سازندگان آن‌ها از گل برای ملات استفاده می‌کردند. نسخه جدید بین‌المللی بیان می‌کند که در ساخت این برج‌ها به‌جای سنگ از آجر و به‌جای گل از قیر (Tar) استفاده‌شده است. ترجمه موفات در سال 1935 می‌گوید که آن‌ها در ساخت برج‌های بابل از آجر و آسفالت (قیر) استفاده کرده‌اند.

کاربردهای باستانی قیر طبیعی و یا Pitch در مکان‌های مسکونی قدیمی که در اطراف آن‌ها این ماده طبیعی به سهولت در دسترس بوده کشف‌شده است. به نظر می‌رسد که درجاهای دیگر استفاده کم‌تری از این ماده شده است. در بسیاری از کشورها، هیچ‌کدام از کاربردهای کنونی قیر وجود ندارد.

بااین‌حال به نظر می‌رسد که شناخت گسترده‌ای از منابع بزرگ قیر طبیعی مانند دریاچه آسفالت (Lake asphalt) در ترینیداد وجود دارد. در اواسط قرن نوزدهم، تلاش‌هایی در جهت استفاده از آسفالت سنگی از منابع اروپایی برای روسازی جاده‌ها انجام گرفت و ازاینجا بود که رشد آهسته استفاده از محصولات طبیعی برای رسیدن به این هدف آغاز و به دنبال آن شاهد ظهور تار زغال‌سنگ (Coal Tar) و سپس قیر تصفیه‌شده تولیدی از نفت خام هستیم.

برای مشاهده ادامه مطلب برروی لینک زیر کلیک کنید:

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