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:
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
