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