قیر ماده‌ای است سیاه رنگ و خمیری شکل که در عایقکاری رطوبت و ساخت آسفالت کاربرد دارد.

قیر معمولاً از تقطیر  نفت خام  به دست می‌آید. چنین قیری قیر نفتی  یا قیر تقطیری  نامیده می‌شود. قیر نفتی محصول دو مرحله تقطیر نفت خام در برج تقطیر  است. در مرحله نخست تقطیر، مواد سبک مانند بنزین  و پروپان  از نفت خام جدا می‌شوند. این فرایند در فشاری نزدیک به یک اتمسفر (واحد)  انجام می‌شود. در مرحله دوم نیز ترکیبات سنگین مانند گازوئیل و نفت سفید خارج می‌شوند. این فرایند در فشاری نزدیک به خلاء صورت می‌پذیرد. در نهایت مخلوطی از ذرات جامد بسیار ریز به نام آسفالتن  باقی می‌ماند که در ماده سیال گریس‌مانندی به نام مالتن  غوطه‌ور است.

اما برخی از انواع قیر در طبیعت و در اثر تبدیل تدریجی نفت خام و تبخیر مواد فرار آن در اثر گذشت سال‌های بسیار زیاد به دست می‌آید. چنین قیری، قیر طبیعی نامیده می‌شود و دوام آن بیشتر از قیرهای نفتی است. چنین قیری ممکن است به‌صورت خالص در طبیعت وجود داشته باشد (قیر دریاچه‌ای) مانند دریاچه قیر بهبهان  ایران و دریاچه قیر تیرینیداد  آمریکا،  یا از معادن استخراج شود.

قیر انواع گوناگونی دارد که هر یک از انواع آن، دارای کاربرد خاصی است. قیر از مشتقات نفت است.

قیر ماده‌ای هیدروکربنی است به رنگ سیاه تا قهوه‌ای تیره که در سولفید کربن و تتراکلرید کربن کاملاً حل می‌شود.

قیر در دمای محیط، جامد است. اما با افزایش دما، به حالت خمیری درمی‌آید و پس از آن مایع می‌شود.

کاربرد مهم قیر به علت وجود دو خاصیت مهم این ماده است؛

* نفوذناپذیری در برابر آب

* چسبندگی

انواع و منابع قیر و کاربردها

قیر ماده هیدروکربنی است که دارای تعریف ، ویژگی ، منابع و ویژگی های خاص می باشد . مواد قیری از نفت نیز متنوع تر هستند ،زیرا قیر علاوه بر نفت منابع دیگری نیز دارد . قیرها بسته به منشا به سه دسته زیر تقسیم  می شوند :

ا- قیرهای طبیعی

۲- قیرهای نفتی

۳- قیرهای قطرانی

قیر طبیعی

قیر طبیعی که به نام های بنتونایت، آسفالتایت، آسفالت طبیعی، آسفالت دکوراتیو، آسفالتوم و قیر معدنی نیز شناخته می شود، یک رزین هیدروکربن طبیعی است و بهترین عایق رطوبتی در طبیعت می باشد. قیر طبیعی در حالت کلوخه ای ماده ای براق، مشکی و بسیار ترد است و در حالت پودر میکرونیزه دارای رنگ قهو های تیره می باشد. قیر طبیعی در زیر سطح زمین در لایه های عمودی یافت می شود.قیر طبیعی یک رزین هیدروکربن طبیعی است که در تاریخ معاصر مجددا” در رود بونیتا واقع در شمال شرق یوتا یافت شده است.این آسفالت طبیعی شبیه یک آسفالت نفت خام سخت شده است. معمولاً اسامی آسفالت، یوتانیت و آسفالتوم نیز برای این ماده به کار برده می شود. قیر طبیعی به مانند آسفالت طبیعی در حلالهای آلیفاتیک و آروماتیک محلول است.” بعلت سازگاری بالای این محصول، معمولاً جهت سخت کردن مشتقات نفتی رقیق نیز به کار می رود.

قیر طبیعی در حالت کلوخه ایی ماده ای براق، مشکی و بسیار شبیه ابسدین، و بسیار ترد است و در حالت پودر میکرونیزه دارای رنگ قهوه ای تیره می باشد. قیر طبیعی در زیر سطح زمین در لایه های عمودی یافت می شود. به خاطر جبهه معدن کاری باریک، قیر طبیعی امروزه با استفاده از بیل مکانیکی و لودر و چکش ها و دیگر ابزار مکانیکی جدید استخراج می گردد.

خصوصیات قیر طبیعی

قیر طبیعی شامل طبقه ای از بیتومین های جامدی است که بعنوان آسفالتیتها شناخته شده اند و از دیگر آسفالتیتها بعلت خصوصیات ذیل متمایز می شوند:
قیر طبیعی دارای خصوصیاتی از جمله قابلیت انحلال بالا در محلول های آلی، خلوص بالا و خواص ثابت، وزن مولکولی بالا و محتوای نیتروژن بالا می باشد.

قیر طبیعی یک ماده آلی˛ هیدروکربن و بهترین عایق رطوبتی در طبیعت می باشد. همچنین˛ از نقطه نرمی 130 الی 250 درجه سانتی گراد˛ بسته به نوع و کیفیت آن˛ برخوردار بوده و اهمیت آنرا در مصارف عمرانی و در باب عایق حرارتی نیز ارتقا می بخشد و به عنوان ماده اولیه و افزودنی جایگزین و اصلاح کننده در مصارف متعددی از جمله طرح های عمرانی و خصوصا راه سازی مورد مصرف قرار می گیرد.

قیرهای نفتی

قیرهای نفتی، قیرهای جامد و نیمه جامدی هستند که به‌طور مستقیم از تقطیر نفت خام و یا با عملیات اضافی دیگر نظیر دمیدن هوا به دست می‌آیند. قیر نفتی بازمانده یا ته‌مانده سنگین تقطیر نفت خام است . میزان قیر نفت خام از صفر تا بیش از نیمی از آن متغیر است. به‌علاوه قیرهای بدست آمده از منابع مختلف می‌توانند تفاوت‌های زیادی داشته باشند. بنابراین پالایشگاه‌های تولیدکننده قیر باید نفت خام خود را به‌دقت انتخاب کنند تا به کیفیت قیر اطمینان داشته باشند.

تقطیر یک فرآیند اساسی در تصفیه نفت خام است. مرحله اول تقطیر تحت‌فشار اتمسفر انجام‌شده و به‌طورمعمول شامل حرارت دادن نفت خام تا دمای حدود ۶۵۰ تا ۸۰۰ درجه فارنهایت و سپس تزریق آن به داخل یک ستون جداسازی است. بدین طریق برش‌های سبک‌تر به‌صورت محصول بالای برج و ته‌مانده قیری را تحت عنوان ته‌مانده اتمسفریک می‌نامند. این اولین مرحله در کل فرآیند تصفیه است. بسیاری از نفت‌های خام حاوی درصدهای بالایی از برش‌های با نقطه‌جوش بالا هستند که نمی‌توان آن‌ها را در یک واحد تقطیر اتمسفریک تقطیر نمود. برای جداسازی این برش‌ها و تهیه قیر با مشخصه‌های موردنظر از یک برج تفکیک ثانوی که در شرایط خلأ کار می‌کند استفاده می‌گردد .

باقی‌مانده این فرآیند را تحت عنوان قیر استحصال مستقیم می‌نامند. فرآیند تولید آسفالت به‌وسیله روش تقطیر در خلأ به‌جز نفوذپذیری تأثیر بسیار اندکی روی سایر خواص قیر به‌جا می‌گذارد. منشأ نفت خام به‌کاررفته نیز تأثیر قابل‌توجهی روی خواص فیزیکی قیر استحصالی دارد.

 قیر قطرانی

انواع قیر از لحاظ شیمیائی طبقه بندیهای مختلفی برای قیر صورت گرفته که دو مورد از مرسوم ترین آنها طبقه بندی بر اساس طبیعی یا نفتی بودن قیر و مورد مرسوم تر بر اساس نوع منبع تامین کننده قیر یعنی نفت یا ذغال سنگ یا چوب می باشد

قیرقطران این نوع قیر به دلیل تشابه ظاهری و کاربرد مشابه با قیر نفتی گاهی با یک اسم شناخته می شوند. چون منبع تهیه این نوع قیر با قیر نفتی متفاوت است، ترکیب  یمیائی و خواص فیزیکی متفاوتی دارد که در نتیجه یک لغت عمومی برای مایعاتی است که، Tar رفتاری متفاوت در هنگام استفاده و عملکرد در سرویس دارد از سوزاندن مواد آلی طبیعی مثل چوب یا ذغال سنگ و تقطیر تخریبی آنها در غیاب هوا می باشد. دو نوع قیر قطرانی با توجه به نوع فرآیند از سوزاندن یا کربونیزاسیون ذغال سنگ میتوان تهیه کرد : ١. یک فرآیند که حاصل آن قیری با در صدبالائی از آروماتیک ها ست قیری که در دمای ۶٠٠درجه سانتی گراد بدست می آید و دارای در صد پائین تری آروماتیک است که پس از سرد کردن بخارات و جداسازی برشهای روغنی مواد باقیمانده قیر ذغال سنگ است.

BS  با برشهای روغنی بدست می آید و در استاندارد Pich از اختلاط (Refined tar ) قیر قطرانی پالایشگاهی تولید می شده که پس از tar و pich دارای ٨ گرید مختلف میباشد. در عصر انقلاب صنعتی اروپا مقدار زیادی پیدایش منابع نفت و گاز، ذغال سنگ تقریبا” کنار گذاشته شده و مصرف آن بسیار کاهش یافته است .
امروزه ٩٠ % از این محصولات در چهار گروه کاربردی راهسازی، خاکه ذغال قالبی، الکترودهای ذغالی و لعاب و روکش لوله ها استفاده میگردد ولی استفاده از قیر های حاصل از ذغال سنگ پالایشگاهی در جاده ها فقط محدود به مخلوط برای پوششهای سطحی میباشد و این بدان دلیل است که این قیر ها در دمای پائین محلول تر و عملکرد بهتری دارند و در نتیجه چسبندگی بهتری ایجاد میکنند ولی ضعف اصلی این قیر ها حساسیت حرارتی بیشتر آن نسبت به قیر نفتی می باشد .

چهار کاربرد قیر قطرانی:

۱-راهسازی (Road Tar )

۲- خاکه ذغال قالبی (Briquettin)

۳- الکترود های ذغالی (Electrode Binder)

۴- لعاب و روکش لوله ها (Pipe Enamels)

استفاده از قیرهای حاصل از قطران تصفیه شده در جاده، فقط محدود به مخلوط قیر قطران برای پوشش های سطحی می شود. قیرهای ذغال سنگی که در این مخلوط استفاده می شوند، در دمای پایین محلول تر و عملکرد بهتری دارند. به طور کلی عقیده بر این است که چون خاصیت اسیدی Tar بالا است، چسبندگی خوبی با مصالح ایجاد می کند.

بنابراین، خیس کنندگی مصالح بهتر صورت گرفته و چسبندگی بهبود می یابد، اما به دلیل مشکلات زیست محیطی و توسعه عامل های چسبندگی شیمیایی، استفاده از قطران محدود شده است. اگر چه استفاده از قطران می تواند به دلیل تحت تاثیر قرار گرفتن کمتر قطران نسبت به نشت روغن و گازوییل در نواحی پارکینگ وسائل نقلیه و موارد مشابه مورد استفاده قرار گیرد، با این همه نقص اصلی قطران را می توان حساسیت حرارتی بیشتر آن نسبت به قیر نفتی دانست.

مشخصات قیر

۱ –درجه نفوذ:

آزمایش درجه نفوذ برای تعیین سختی قیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این آزمایش از یک سوزن استاندارد تحت اثر بار ۱۰۰ گرمی در مدت ۵ ثانیه به داخل قیر در دمای ۲۵ درجه نفوذ می‌کند. مقدار نفوذ برحسب دهم میلی‌متر درجه نفوذ نامیده می‌شود. هر چه درجه نفوذ کم تر باشد قیر سخت تر است.

۲ –گرانروی:

هر چه کند روانی قیر بیش تر باشد خواص جامد بیش تری از خود نشان می‌دهد. واضح است در دماهای بالاتر کند روانی کم تر است. این مشخصه قیر با دستگاه سی بولت فیورل  و یا به روش کینماتیکی  اندازه‌گیری می‌شود.

۳ –درجه اشتعال:

درجه اشتعال دمایی است که اگر قیر به آن دما برسد، گازهای متصاعد از آن با نزدیک شدن شعله، مشتعل می‌شوند و در سطح آن شعله به وجود می‌آید. حداکثر دمایی که می‌توان قیر را در کارگاه گرم کرد به درجه اشتعال محدود می‌باشد.

۴ –افت وزنی:

افت وزنی قیر در دمای بالا، در اثر تبخیر قسمتی از روغن‌ها و ترکیبات نفتی آن می‌باشد. این مشخصه نیز از خواص مهم قیر است. افت وزنی قیر در اُوِن  در دمای ۱۶۳ درجه سانتی گراد و در مدت ۵ ساعت (شرایط تقریبی پخت آسفالت) اندازه‌گیری می‌شود.

۵ –شکل پذیری  یا انگمی:

اگر نمونه‌ای از قیر با سطح مقطع ۱ سانتی‌متر مربع را با سرعت ۵ سانتی‌متر/دقیقه بکشیم، مقدار افزایش طول نمونه را قبل از پاره شدن خاصیت انکمی قیر گویند.

۶ –درجه خلوص:

می‌دانیم حلال قیر تترا کلرور کربن  و سولفور کربن  است. بنابراین اگر نمونه‌ای از قیر را در هر یک از این مواد حل کنیم، ناخالصی‌های آن باقی می‌ماند و از آن جا درجه خلوص قیر را می‌توانیم تعیین کنیم. درجه خلوص عبارت است از: (وزن نمونه قیر) ÷ [(وزن ناخالصی) – (وزن قیر)]

۷ –درجه نرمی:

درجه نرمی دمایی است که با رسیدن قیر به آن دما، قیر از حالت جامد به حالت روان در می‌آید. هرچه درجه نرمی قیر بیش تر باشد، حساسیت کم تری نسبت به تغییرات دما دارد. درجه نرمی قیرهای معمولی حدود ۶۰ تا ۷۰ می‌باشد.

قیر 50/70

قیر ۵۰/۷۰ برای تولید آسفالت استفاده شده و عمدتا در تولید آسفالت داغ برای پوشش سطحی استفاده می گردد.
بیشترین نوع استفاده و خرید و فروش در انواع قیر، قیر ۵۰/۷۰ بوده و یک ماده اولیه برای دیگر محصولات قیر است.

قیر با درجه نفوذ پذیری ۷۰-۵۰ دارای درجه نفوذ ۵ تا ۷ میلیمتر و نقطه نرمی آن بین 49 تا 56 است.

این درجه نفوذ قیر دارای خاصیت ترموپلاستیک است که شبیه رزین مصنوعی بوده با گرم شدن نرمتر می شود و هنگام سرد شدن سخت خواهد شد.

این درجه قیر ۷۰-۵۰ دارای ویسکوزیته بسیار قوی در مقایسه با سایر گریدهای قیر بوده و از آن بسیار استفاده می شود.

از آزمون نفوذ پذیری قیر برای تعیین سفتی نسبی قیر دمیده و قیر خالص استفاده می شود.

یکی از موارد استفاده درجه نفوذ ، مشخص کردن قیر خالص و قیر دمیده است.
قیر خالص فقط بر این اساس نام برده می شود، اما ملاک نامگذاری قیر دمیده ، بجز بر درجه نفوذ قیر ، درجه نازک بودن قیر نیز می باشد.
به عنوان مثال ، قیرهای 50/70، 60-70 ، 85-100 و درصد از قیرها از قیرهای خالص رایج در راه سازی هستند.

دو شماره (50/70) که با قیر خالص همراه هستند نشان می دهد که درجه نفوذ قیر در این حد است.

قیر R85 / 25 ، R90 / 15 ، R110 / 10 و … شکل هایی از قیر دمیده شده رایج در ایران هستند ، شماره اول نشان دهنده میزان نفوذ قیر و شماره دوم نشانگر نقطه نرم قیر را نشان میدهد.

طبق توضیح که داده شد ، درجه نفوذ قیر مقدار طولی (بر حسب میلی متر) است که یک سوزن استاندارد به شکل الماس است .
در دمای 25 درجه سانتیگراد به مدت 5 ثانیه در زیر بار صد گرم به قیر نفوذ می کند.

مشخصات قیر 50/70 در جدول زیر آمده است:

قیر60/70

از جمله فرآورده های قیری شرکت سپاهان قیر جی، قیر با درجه نفوذپذیری 60/70 می باشد. قیر 60/70 از نوع قیرهای نفوذی است. قیرهای نفوذی یا گرید جاده ای که بیشتر برای تولید آسفالت در صنعت راهسازی استفاده می شوند از طریق انجام فرآیند هوادهی بر روی ته مانده برج تقطیر که به وکیوم باتوم معروف است بدست می آیند به نحوی که درجه نفوذپذیری آن بین 60 تا 70 باشد. این قیر به صورت پلمپ از پالایشگاه های نفت جی و پاسارگاد خریداری و در کارخانه سپاهان قیر جی تخلیه و در محوطه در بشکه های صادراتی استاندارد 160، 190،210 و 240 کیلوگرمی با بالاترین کیفیت و مطابق استانداردهای جهانی مظروف سازی می گردد. از نظر محل استفاده قیر 60/70 بیشتر مناسب مناطق آب و هوایی معتدل است.
مشخصات قیر 60/70 در جدول زیر آمده است:

قیر 85/100

قیر 85/100 برای تولید آسفالت استفاده شده و عمدتا در تولید آسفالت داغ برای پوشش سطحی استفاده می گردد. بیشترین نوع استفاده در انواع قیر، قیر 85/100  بوده و یک ماده اولیه برای دیگر محصولات قیر است.

درجه نفوذ قیری که توسط شرکت درسا بیتومن تهیه می شود قیر خالص نفتی است که با عبور هوای گرم از ماده اولیه وکیوم باتوم تولید می شود. این قیر پس از شکستن و از بین بردن هیدروکربن آن و از باقی مانده نفت خام تولید می شود.

قیر با درجه نفوذ پذیری 100-85 دارای درجه نفوذ 8.5 تا 10 میلیمتر و نقطه نرمی آن بین 45 تا 52 است.

قیر درجه نفوذ 100-85 دارای خاصیت ترموپلاستیک است که شبیه رزین مصنوعی بوده با گرم شدن نرمتر می شود و هنگام سرد شدن سخت خواهد شد. این درجه قیر 100-85 دارای ویسکوزیته بسیار قوی بوده و از آن بسیار استفاده می شود.

مشخصات قیر 85/100 در جدول زیر آمده است:

قیر محلول:

قيرهاي محلول از حل كردن قير در حلالها يا روغنهاي نفتي به دست مي­آيد.

نوع و كيفيت قيرهاي محلول به كيفيت قيرها، نوع حلال و مقدار حلال بستگي دارد.

هر اندازه مقدار حلالهاي نفتي در قير محلول زيادتر باشد، رواني آن بيشتر است.

عدم دسترسي به وسايل گرم­ كننده قير، تجزيه شدن قير در حرارتهاي بالا، سرد شدن قير در هنگام كار، عدم امكان نفوذ آن در مواد معدني متخلخل،

لزوم ايمني كارگران، آتش­سوزي و صرف وقت باعث مي­شود كه در بعضي موارد از قيرهاي محلول استفاده شود.

قيرهاي محلول در راهسازي براي اندودهاي سطحي، نفوذي، آسفالت سطحي، آسفالت سرد كارخانه­اي و يا مخلوط در محل مصرف مي­شود.