کنترل کیفیت قیر و قیر با کیفیت بر اساس معیارهای وزارت راه، مسکن و شهرسازی

تعریف اجمالی محصول : جسمی است به رنگ سیاه که از شمار زیادي هیدروکربور ساخته شده است. در دماي محیط، جامـد و یا نیمه جامـد است و بر اثر حـرارت روان میشـود. قیـر در روغنهاي معدنی و حلالهایی نظیر سولفید کربن، تتراکلرید کربن و تري کلرید اتیلن حل میشود.
قیرهاي مصرفی در راهسازي چنانچه از معدن به دست آید قیر طبیعی یا معدنی و هرگاه از پالایش نفت خام حاصل شود، قیر نفتی یا پالایشگاهی نام دارد.

قیرهاي نفتی یا پالایشگاهی از پالایش نفت خام در برجهاي تقطیر به دست میآید. نهایتاً آنچه که در ته برج تقطیر باقی میماند، قیر خالص نفتی است. قیرهاي با درجه سفتی متفاوت براي مصارف مختلف راهسازي را میتوان با تنظیم درجه حرارت و فشار داخل برجهاي تقطیر و نیز هوادهی تولید نمود.
این ماده ساختمان شیمیایی پیچیدهاي دارد که تابع نوع ترکیباتی است که در نفت خام یافت میشود. قیرهاي نفتی از تعداد زیادي هیدروکربورهاي مختلف که به صورت کلوئیدي در یکدیگر معلق و شناور است، تشکیل شده است. کربن و هیدروژن دو عنصر اصلی قیر به شمار میرود که درصد وزنی آنها در مولکولهاي آن به ترتیب 70-87 و 10-15 درصد است. علاوه بر کربن و هیدروژن، عناصر دیگري نظیر ازت (کمتر از یک درصد)، گوگرد (تا 1/5درصد)، اکسیژن (حدود 2 درصد)، فسفر و هالوژنها و مقادیر بسیار ناچیزي از فلزات مانند نیکل، آهن، کبالت و وانادیم در قیر یافت میشود. به طور کلی، خصوصیات قیرهاي نفتی تابع نوع و جنس نفت خام،
کمیت و کیفیت هیدروکربورهاي تشکیل دهنده آن و فرآیند پالایش است.

قیرهاي خالص

باید همگن و فاقد آب بوده و در دماي 176 درجه سانتیگراد کف نکند. در اثر حرارت به صورت مایع غلیظ و آبگون تغییر شکل میدهد و در درجه حرارت کم، حالت الاستیک و فنري دارد.

آزمایش علمی قیر جهت دستیابی به قیر با کیفیت

آزمایش علمی قیر و آزمایش هاي عملکردي قیر ویژگیهایی را که میتوانند به طور مستقیم بر عملکرد میدانی مخلوط آسفالتی مؤثر باشند، اندازه گیري میکنند. همچنین این آزمایشها در دماهایی صورت میگیرند که روسازي راه در زمان بهره برداري با آن دماها مواجه است. براساس آزمایشهاي مندرج در این جدول و توضیحات بعد از آن : کیفیت قیر شرکت اسپادانا قیر پاسارگاد با گرید 58-16 PG58-22، PG ، 64-16 PG، 64-22 PG70-10، PG70-16، PG در تهیه آسفالتی که قیر مذکور مشخصات فنی را برآورد نماید، بلامانع است.

ملزومات اصلی عملکردي ، تأکید بر آزمایشهایی است که سه مرحله بحرانی قیر در طول عمر آن را شبیه سازي میکنند.

آزمایشهایی که بر روي نمونه قیر اولیه صورت میگیرند، نمایانگر مرحله اول عمر آن شامل عملیات حمل و انبارش قیر است. مرحله دوم، نمایانگر وضعیت قیر طی عملیات تولید و اجراي آسفالت است. در طبقه بندي عملکردي قیر با استفاده از آزمایش قشر نازك به روش چرخشی (دوار) پیرشدگی قیر شبیه سازي میشود. در این فرآیند، لایه نازکی از قیر در معرض هوا و گرما قرار میگیرد. بدین ترتیب پیرشدگی آن طی مراحل اختلاط آسفالت، حمل و پخش آن شبیه سازي میشود. مرحله سوم نیز زمانی اتفاق میافتد که قیر به عنوان جزئی از مخلوط آسفالتی روسازي راه طی یک دوره طولانی پیر میشود. این مرحله از عمر قیر توسط آزمایش تسریع پیرشدگی شبیه سازي میشود.

عملکردي قیرها در استانداردهاي بین المللی 6373D ASTM، 320M AASHT واستاندارد ملی 12505 ISIRI ارائه شده است.

* فرآیند قشر نازك به روش چرخشی (دوار)

فرآیند پیرشدگی اون لایه نازك متحرك قیر دو هدف اصلی را به دنبال دارد. در وهله اول، قیر پیر شدهاي فراهم میگردد که براي انجام آزمایشهاي تکمیلی تعیین ویژگیهاي فیزیکی آن مورد استفاده قرار گیرد. به علاوه مقدار تغییر جرم قیر در اثر فرار قسمت ناپایدار آن در این فرآیند تعیین میگردد. افت وزنی قیر در اثر جدا شدن بخش ناپایدار آن نشانهاي از مقدار پیرشدگی قابل انتظار طی مراحل اختلاط آسفالت و ساخت روسازي راه است. به دلیل نتایج حاصل از اکسیداسیون، برخی قیرها در این فرآیند افزایش وزن نیز مییابند. در این آزمایش مطابق استانداردهاي 2872D ASTM و 240T AASHTO لایه نازك قیر درون دستگاه در معرض جریان هوا و گرما قرار میگیرد.

فرآیند تسریع پیرشدگی

پیش از ارائه ملزومات عملکردي ، تأثیر پیرشدگی طولانی مدت آن در زمان خدمت دهی روسازي آسفالتی در هیچ یک از مشخصات استاندارد قیرها مورد توجه قرار نگرفته بود. روش استاندارد 6521D ASTM و 28R AASHTO جهت آزمایش شبیه سازي پیرشدگی طولانی مدت توسط دستگاه PAV ارائه شدند. در این آزمایش قیر به مدت 20 ساعت تحت فشار 2.1 مگاپاسکال و دماي 90 تا 110 درجه سانتیگراد براي شبیه سازي قرار میگیرد. بدین ترتیب پیرشدگی طولانی مدت آن در طول زمان بهره برداري (حدود 5 تا 10 سال) راه قرار شبیه سازي گردد.

آزمایشهاي عملکردي

آزمایشهاي عملکردي روي نمونه هایی که سه مرحله از عمر آن را شبیه سازي کردهاند، انجام میشود. این مراحل عبارتند از: مرحله اولیه قیر (پیر نشده)، مرحله پس از اختلاط و اجرا (قیر پیرشده فرآیند اون لایه نازك متحرك) . مرحله پس از پیرشدگی درازمدت زمان خدمت دهی (قیر پیرشده در فرآیند محفظه تحت فشار).

آزمایش کندروانی چرخشی

آزمایش تعیین ویسکوزیته مطابق روشهاي استاندارد 4402D ASTM و 316T AASHTO در تعیین میزان روانی قیر جهت اطمینان از پمپ شدن و کارآیی آن به هنگام اختلاط و تولید مخلوط آسفالتی داغ به کار میرود. به طور کلی این آزمایش براي ارزیابی رفتار روانی انواع قیرها در دماهاي مختلف مورد استفاده قرار میگیرد.

آزمایش رئومتر برشی دینامیکی

از آنجا که رفتار قیر به هر دو عامل دما و مدت زمان بارگذاري بستگی دارد، آزمایشی مناسب است که هر دو عامل را لحاظ کند.دستگاهی که این قابلیت را دارد، تحت عنوان رئومتر برشی دینامیکی شناخته میشود. رئومترها براي انجام آزمایشهاي آن سازگار هستند و هر دو عامل دما و زمان را با استفاده از آنها میتوان ارزیابی کرد. دستگاه رئومتر برشی دینامیکی ویژگیهاي رئولوژي (تغییر شکل پذیري) از جمله زاویه فازي و مدول مرکب برشی را مطابق روشهاي استاندارد 7175D ASTM و AASHTO 315T در دماهاي متوسط و بالا اندازه گیري میکند.

آزمایش رئومتر تیر چرخشی

قیرها در دماي پایین سفت هستند و نمیتوان مشخصات آنها را توسط دستگاه رئومتر برشی دینامیکی DSR با اطمینان اندازه گیري کرد. به همین دلیل محققین دستگاه رئومتر تیرچه خمشی مطابق روشهاي استاندارد 6648D ASTM و AASHTO 313T براي اندازه گیري مقدار خیز یا افت خزشی آن در دماي مشخص تحت بار ثابت پیشنهاد کردهاند. دماي آزمایش رئومتر تیرچه خمشی به حداقل دماهاي خدمت دهی روسازي آسفالتی مربوط میشود که در آن دماها مانند جامدات الاستیک عمل میکند. به علاوه، این آزمایش بر روي قیرهاي پیرشده در دستگاه RTFO و PAV انجام میشود.