قير پليمری

پلیمر:

پليمرها زنجیره­های بلندی از موادآلی هستند که از قسمت­های کوچکتری به نام منومر تشکیل شده­اند و دارای خصوصیاتمنحصر به فردی هستند که عبارتند از:

- دارای دمای انتقال درجه دومی به نام Tg می­باشند.

- دارای جرم مولکولی متفاوت و توزیع جرم مولکولی می­باشد.

- ماده­ای ویسکوالاستیک بوده و به همین خاطر دارای مکانیزم­هایاستهلاک تنشی فراتر از مواد دیگر می­باشد.

- نسبت جرم به خواص آن در مقایسه با مواد دیگر بسیار بالاست بهطوریکه می­توان پلیمر­هایی با یک ششم وزن فولاد ساخت که مدولی بیش از فولاد داشتهباشد.

انواع پلیمرها:

پلیمرها به سه دسته کلی زیر تقسیممی­شوند:

- ترموپلاستیک­ها

- ترموست­ها

- ترموپلاستیک الاستومرها

پلیمرهای ترموپلاست:

این دسته از پلیمرها در دماهایاختلاط و اجرا مشکلی نداشته و از گرانروی مناسبی برخوردار می­باشند اما در اجراخواص بهینه لازم را برای بهبود خواص قیر دارا نیستند.

پلیمرهایالاستومر:

این گونه پلیمرها در دماهای بهره­وریمناسب بوده و خواص لازم را برای قیر تأمین می­نمایند ولی در دمای اختلاط و اجراگرانروی بسیار بالایی داشته و این دو عمل را با مشکل مواجه می­کند.

پلیمرهای ترموپلاستالاستومر:

این پلیمرها که جهت اختلاط با قیرسنتز شده­اند جدیدترین و مؤثرترین پلیمرها برای تغییر خواص قیر خصوصاً برای مصارفراهسازی می­باشند. مشکلات و نارسایی­هایی که در اختلاط رابرها و پلاستیک­ها با قیر،موجود بوده در این پلیمرها حل شده است. انواع پلیمرهای ترموپلاستیک الاستومر به شرحزیر می­باشند:

- پلی یورتان­ها

- کوپلیمر پلی اتر- پلی استر

- کوپلیمرهای الفینیک

- کوپلیمرهای بلوک استایرنی

شکل ۱- مقایسه نمودارتنش-کرنش پلیمرها

انواع کوپلیمرهای بلوک استایرنیعبارتند از:

•  SB
•  ABS
•  SBS
•  SEBS
•  SIS

انواع کوپلیمرهای الفینیک عبارتنداز:

• - EVA
• - EMA
• - EBA

خواص آسفالتهایپلیمری:

خواصی که پلیمرهای ترموپلاستیکالاستومر در بتن­های آسفالتی ایجاد می­نماید:

1.  خاصیت چسبندگی عالی
2.   عملکرد در هر دو محدوده دمای بالاو پایین
3.   ازدیاد طول و قابلیتالاستیسیته
4.   انعطاف­پذیری بیشتر در دماهایپایین
5.   مقاومت بهتر در مقابل حرکت وتغییر شکل در دمای بالا
6.   کاهش حساسیت دمایی
7.   بهبود در استحکام کششی
8.   افزایش مدول سختی در دماهایبالا

هم­اكنون ثابت شده است که قیرهایمعمولی دیگر جوابگوی نیازهای جاده­ای ما نبوده و نمایش خوبی نيز ندارند و باید ازیک بیندر با خواص برتر استفاده گردد. این باعث می­شود تا فواصل زمانی بین روکش­هازیاد گردد. برای آنکه مشکلات ذکر شده حل گردند قیرهایی که به صورت پلیمری اصلاحشده­اند مخصوصاً آنها که دارای رزین توموپلاستیک الاستومری همانند SBS می­باشندتولید گردیده­اند.

کشورهای مختلف اروپایی از سالهایگذشته به فکر استفاده از آسفالتهای اصلاح شده با پلیمر افتاده­اند تا بتواندجوابگوی نیازهای ترافیکی آنها باشد. البته نوع بخصوص پلیمر مورد استفاده در هر کشورتفاوت می­کند ولی رزین­های ترموپلاستيك الاستومر اكثريت قاطع اصلاح­کننده­­های قیررا تشکیل می­دهند، كه مخصوصاً این مسئله در اروپا بخوبی مشهود است. آمار نشانمی­دهد که قیرهای اصلاح شده با موفقیت برای کاربردهای جاده­­ای بالغ بر ۲۵ سال مورداستفاده قرار گرفتند و علی­الخصوص در دهه ۱۳۸۰ دراكثر نقاط جهان براي كاربردهايجاده­­اي براي پوشانيدن سطوح جاده­­ها مورد استفاده قرار گرفتند.

شكل ۲- ميزان مصرف پليمر در جهان

قيرهاي مصرفی برای طرح مخلوطهایآسفالتی در ایران عموماً از دو نوع ۷۰/۶۰ و یا ۱۰۰/۸۵ انتخاب گردیده که مشخصات وخواص آسفالت تولیدی با آنها به گونه­ای نمی­­باشد که بتواند در برابر تغییر شکل،دمای پایین و بالا و ترک خوردگي از خود مقاومت نشان دهد بنابراين چاره­اي جز اصلاحخواص قیر توسط پلیمرها وجود ندارد.

شکی نیست که افزودن هر نوع پلیمر بهقیر باعث بهبود خواص قیر خواهد شد. اما دلیل انتخاب SBS به منظور اصلاح خواص قير،در اين است كه مطابق مراجع و منابع مختلف علمي و معتبر ( از جمله NCHRP 459 )، SBS بهترین پلیمری است که هم می­تواند خواص لاستیکی و پلاستیکی مناسب را به قیر بدهد وهم اینکه باعث بهبود عملکرد آن نسبت به ترکهای ناشی از خستگی، ترکهای در دمایپایین، مقاومت در برابر تخریب و تغییر شکلهای ذاتی قیر گردد. در نتیجه آسفالت تهیهشده توسط قیر اصلاح شده با SBS می­­تواند انعطاف­پذیری خود را در دماهای پایین بهراحتی حفظ کرده و در برابر Rutting و ترکهای ناشی از خستگی نیز به راحتی از خودمقاومت نشان دهد.

قیمت تمام شده آسفالتهای اصلاح شدهبا SBS اگر­چه به دلیل استفاده از پلیمرها، بیشتر از آسفالتهای معمول می­باشد امااز آنجاييكه با استفاده از آنها طول عمر مفيد آسفالت افزايش قابل ملاحظه­­ايمی­یابد، بنابراین از لحاظ اقتصادی کاملاً توجیه دارد و استفاده از آنها توصیهمی­گردد. با استفاده از قیرهای اصلاح شده با SBS در ساخت روسازی آسفالتی، مقاومتمارشال، انعطاف­پذیری در دمای پایین و مقاومت نسبت به پیرشدگی افزایش یافته وپیدایش شیارهای عرضی و عریان شدگی تأخیر قابل ملاحظه­ای می­یابد.

داشتن روسازی مناسب و ماندگار بر سطحراههای کشور موجب افزایش ضریب ایمنی سفرهای جاده­ای در کشور شده و میزان تصادفات رابه حداقل خواهد رساند. از طرفی افزایش دوام آسفالت و کاهش نیاز به ترمیم مجدد آنضمن آنکه از هدر رفتن آسفالت که یک سرمایه ملی است جلوگیری می­گردد، از آلودگی محیطزیست در اثر رها شدن حجم وسیع آسفالت تراشیده شده نیز ممانعت به عمل می­آید.

بنابراین هم از لحاظ اقتصادی و فنی،و هم از لحاظ اجتماعی و زیست محیطی استفاده از قیرهای اصلاح شده با پلیمر مناسب بهنظر می­رسد.

پليمرSBS :

پليمر SBS (استايرن- بوتادين-استايرن)، پليمري از خانواده ترموپلاستيك الاستومرها مي­باشد. به اين مفهومكه ساختار مولكولي آن متشكل از واحدهايي با خواص ترموپلاستيكي (بلوكهاي پلياستايرن) و واحدهايي با خواص لاستيكي ( مولكولهاي پلي بوتادين) مي­باشد، به بیاندیگر SBS دو خاصیت لاستیکی و ترموپلاستیکی را به طور همزمان دارا می­باشد.

شکل ۳- فرمول مولکولی مواد تشکیل دهندهSBS

قیر امولسيوني

آب و قیر با یکدیگر مخلوط نمی­شوند اما تکنولوژی ساخت امولسیون این فرآیند را امکان­پذیر ساخته است که درصد متنابهی از قیر در فاز پیوسته آب پراکنده شود. تركيبي به نام امولسیفایر، ذرات قیر را به صورت باردار (بار الکتریکی) در فاز پیوسته آب معلق و پایدار نگه می­دارد. در این مخلوط، قير در آب حل نشده بلکه بصورت گلبولهايی بسيار ريز در آب شناور می­شود.در بعضی موارد ممکن است همراه با امولسيفاير، ماده پایدار کننده نیز استفاده گردد. امولسیونهای قیری عمدتاً از نوع امولسیونهای روغن در آب هستند که قیر در فاز آب پراکنده می­باشد. در این نوع امولسیونهای قیری، مقدار قیر بستگی به کاربرد آن دارد که معمولاً از حداقل ۵۵ درصد تا حداکثر ۶۵ درصد تغییر می­کند.

مزايای امولسيونهای قير نسبت به قیرهای محلول عبارتند از :

۱-عدم نياز به فرآيند گرمادهی هنگام استفاده

۲-عدم نياز به حلالهای نفتی

۳-عدم آتشگيری هنگام نگهداری و حمل و اجرا

۴-عدم آلودگی محيط زيست

۵-امکان کاربرد در شرايط مرطوب

۶-کاربردهای گسترده در راهسازی و راهداری

امولسيونهای قيری از نظر سرعت شکسته­شدن به سه دسته تندشکن(RS )، کندشکن(MS)، ديرشکن (SS ) و از نظر بارالکتريکی ذرات معلق قير به سه نوع کاتيونيک،آنيونيک و غيريونی طبقه­بندی می­گردند. از آنجاييكه امولسيفايرها مواد شيميايی با سطح فعال هستند پس بار الکتريکی امولسيون را مشخص می­نمايند. در تهيه امولسيون قيری، مقدار جزئی از اين ماده شيميايی به منظور تسهيل در تشکيل گلبولهای قير و تعليق پايدار به آن اضافه می­شود.

اکثر بیندرهای مورد استفاده در آسفالتهای سطحی که از امولسیون در آنها استفاده شده است کاتیونیک می­باشند، بدین معني که ذرات قیر در این امولسیونها دارای بار مثبت می­باشند.

یونهای مثبت که در این امولسیون ذرات قیر را احاطه کرده­اند در تماس با مصالح سنگی به آنها چسبیده و ذرات قیر را به مصالح می­چسبانند، شروع جذب قیر آغاز شکست امولسیون می­باشد. با شروع شکست، ذرات قیر به مصالح و به یکدیگر چسبیده و بزرگ و بزرگتر می­شوند. این فرآیند با تراکم مصالح و یا استفاده از مواد تسریع­کننده شکست سریعتر روی می­دهد.

 

قیر امولسیونی آنیونی و کاتیونی

در آسفالتهای سطحی باید در نظر داشت که فرآیند شکست و گیرش مخلوط برای رسیدن به چسبندگی مناسب بسیار حائز اهمیت است. در نتیجه کنترل ترافیک جهت تراکم و گیرش نهایی بعد از قرار گرفتن لایه چیپ سیل ضروری می­باشد. عوامل دیگر که باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از: فصل کاری (که باید در تولید امولسیون مد نظر قرار داد)، مخازن حمل و اسپری امولسیون.

پس از پخش مصالح و تماس امولسیون با مصالح سنگی، آب از قیر جدا می­شود ( فرآیند شکست امولسیون آغاز می­گردد) و فیلمی از قیر بر روی سنگدانه­ها و بین مصالح با سطح روسازی باقی می­گذارد این فرآیند بسته به عواملی چون درجه حرارت محیط، رطوبت، ظرفیت جذب مصالح، سرعت باد و فاصله زمانی بین اجرا و باز کردن ترافیک با فرض ثابت بودن مختصات قیر امولسیون بین ۱ تا ۵/۱ ساعت تغییر می­کند.

امولسيفايرهای کاتيونيک عموماًترکيبات هيدروکربن ازت دار نظير الکيل آمين­ها می­باشندکه ترکيباتی با فعاليت سطحی بسيار قوی هستند و اثر زيادی روی کشش سطحی دارند. اين امولسيفايرها بايستی قبل از مصرف با يک اسيد مانند اسيد کلريدريک واکنش دهند. در رابطه (۱) واکنش اسيد کلريدريک و آمين نشان داده شده است. R معرف زنجير هيدروکربن طويل با ۸ تا ۲۲ اتم کربن است.

يون آمونيوم علاوه بر دارا بودن بار الکتريکی مثبت، کشش سطحی بالايی نيز دارد. همچنين درجه اسيدی محلول، با افزودن اسيد تا رسيدن به درجه موردنظر کنترل می­شود.

امولسيفايرهای آنيونيک را معمولاً اسيدهای چرب تشکيل می­دهند. مولکول اسيد چرب شامل يک زنجير طويل هيدروکربنی است که در سر قطبی آن عامل اسيدی (گروه کربوکسيل) قرار گرفته است. محلول امولسيفاير از واکنش امولسيفايرهای آنيونيک با هيدروکسيد سديم تهيه می­شود که به اين واکنش، صابونی شدن اطلاق می­گردد. در رابطه (۲) نمونه­ای از اين واکنش آورده شده است.

R-COOH + NaOH → R-COO + Na + H₂O (2)

سديم اسيدچرب

 R-COO بخش سطح فعال وR زنجير هيدروکربن طويل با ۹ تا ۲۱ اتم کربن می­باشد.

بين امولسيونهای کاتيونی و مصالح دارای بار مثبت (مصالح آهکی)، واکنش خنثی­سازی صورت می­گيرد در حاليکه مصالح با بار منفی (مصالح سيليسی)، اين­گونه امولسيونها را فقط جذب می­نمايند. بنابراين امولسيونهای کاتيونی در راهسازی که اغلب مصالح آهکی هستند، مناسب­تر است. شکل (۳) مراحل شکست امولسيون را روی مصالح سنگی نشان می­دهد.

 

شكل ۲- نحوه چسبندگي قير امولسيوني و سنگدانه­هاي سيليسي و آهكي

در تهيه امولسيونهای قيری برای مصارف راهسازی، مقدار امولسيفاير نسبت به وزن کل امولسيون معمولاً بين ۵/۰ تا ۱ % می­باشد. اين مقدار امولسيفاير، برای جلوگيری از بهم پيوستن و لخته شدن قير کافيست ولی در بعضی موارد لازم است که پايداری امولسيون قيری را نيز افزايش داد. برای اين منظور ماده ديگری به نام پايدارکننده به امولسيون اضافه می­شود که از انواع متداول آن می­توان از کازئين، صابونهای پتاسيم و رزين وينسول نام برد.

 

جدول ۱- خواص قير امولسيون کاتيونی مطابق با استاندارد ASTM

 

 

شکل ۳- مراحل شکست امولسيون روی مصالح سنگی

آزمايش نشست، تمايل ذرات قيری به نشست در امولسيونهای قيری را بيان می­نمايد و از نتايج آن می­توان برای بررسی پايداری آنها هنگام ذخيره­سازی استفاده کرد و در صورتيکه اين آزمايش جواب ندهد، امولسيون نامناسب بوده و نيازی به انجام ساير آزمايشها نيست. نشست فرآيندی است که طی آن فاز قير يا بخشی از آن به سمت ته ظرف امولسيون حرکت می­کند. اگر ذرات قیر در امولسيون نشست نمايند، بدين معنی نيست که امولسيون قير ناپايدار است. غالباً همزدن آرام، امولسيون قيری را به کيفيت اوليه بر می­گرداند. به هر حال اگر پايداری امولسيون قير ضعيف باشد، ممکن است نشست منجر به انعقاد و شکست امولسيون گردد. در اين حالت با همزدن نمی­توان کيفيت امولسيون را به مدت زيادی حفظ کرد.

شکل ۴- انعقاد ذرات قير در امولسيون

درجه نشست امولسيون نشان­دهنده عمر بهره­برداری از آن است. نشست امولسيون به واسطه نيروی ثقل و اختلاف وزن مخصوص بين دو فاز آن است، حتی اگر اين اختلاف کم باشد.همچنين اگر ذرات قير در امولسيون درشت و ميزان قير کمتر از ۶۵% باشد، ممکن است نشست اتفاق بيفتد. سرعت سقوط ذرات قير در امولسيون بستگی به ميزان قير در امولسيون دارد که با افزايش مقدار قير کاهش پيدا می­کند. در امولسيونهای قيری حاوی بيش از ۶۵% قير معمولاً نشست، بسيار کم و ناچيز خواهد بود.

 

شکل ۵- نيروهای وارد بر ذره قير در امولسيون

برخی از روشهايی که برای کاهش يا جلوگيری از نشست استفاده می­شوند عبارتند از :

۱-کاهش وزن مخصوص قير با افزودن حلال

۲-افزايش غلظت فاز آب با اضافه کردن ماده تغليظ کننده

۳-جلوگيری از لخته شدن با تغيير نوع و غلظت پايدارکننده و امولسيفاير يا با تغيير درجه اسيدی

۴-کاهش اندازه ذرات قير، به عنوان مثال آسياب­نمودن بهتر يا تغيير امولسيفاير

۵-بهبود شرايط ذخيره­سازی از جمله نگهداری امولسيون قيری در دمای بالاتر از دمای محيط

در بعضی حالات ذرات قير در امولسيون به سمت بالا آمده که به اين پديده، خامه­ای شدن می­گويند و اين حالت زمانی اتفاق می­افتد که وزن مخصوص قير کمتر از وزن مخصوص آب باشد. همچنين قير امولسيونی در تماس با هوا تشکيل يک لايه نازک به نام Skin می­دهد که برای حفظ بقيه امولسيون و در حین انبار نمودن طولانی مدت بايد نگه داشته شود و با پديده خامه­ای شدن که ناشی از جداشدن فازهاست، تفاوت دارد.

ساخت قیرهای امولسیونی:

دمای امولسيون در هنگام ساخت هرگز نبايد به بيش از ۱۰۰ درجه سانتي­گراد برسد و بايد بين ۸۵ تا ۹۵ درجه سانتي­گراد نگه­ داشته شود. به منظور اجتناب از بالا رفتن موضعی دما، اختلاف دمای بين قير و محلول امولسيفاير بايد تا حد امکان کم باشد. قير بايستی آنقدر گرم شود که قابل پمپ شدن باشد. برای امولسيون با ۶۰% قير، مجموع دمای دو فاز بايد حدود ۱۹۵ درجه سانتي­گراد در نظر گرفته شود و دمای امولسيون در قسمت خروجی آسياب حدود ۹۰ درجه سانتي­گراد باشد. بر اين اساس دمای بهينه قير و محلول امولسيفاير در فرآيند ساخت امولسيون در جدول ۲ مشخص شده است.

جدول ۲- دمای بهينه قير و محلول امولسيفاير در ساخت امولسيونهای قيری با ۶۰% قیر

 

تهيه امولسيون با استفاده از يک وسيله مکانيکی با سرعت برشی بالا نظير آسياب کلوئيدی امکانپذير می­باشد که از دو بخش گردنده و ثابت تشکيل شده است. فاصله بين بخش گردنده و ثابت و سرعت محيطی روی اندازه ذرات قير در امولسيون اثر می­گذارند به این صورت که اندازه ذرات قير با افزايش فاصله بين بخش گردنده و ثابت و يا کاهش سرعت محيطی بخش گردنده، افزايش می­يابد.

 

در فرآیند تولید امولسیون قیری، محلول امولسیفایر و قیر از درون آسیاب عبور داده می­شوند تا امولسیون ساخته شود. پمپها، محلول امولسیفایر و قیر را وارد آسیاب می­نمایند. محلول امولسیفایر شامل آب، امولسیفایر، اسید و در صورت لزوم پایدارکننده است که با دقت و با نسبتهای مناسبی مخلوط می­شوند تا محلول یکنواخت با درجه اسیدی مورد نظر بدست آید. 

شكل ۱۰- ورودي و خروجي آسياب كلوئيدي

امروزه دو روش برای تهیه امولسیونهای قیری متداول است که عبارتند از:

۱-روش پیمانه­ای ( مرحله­ای)

۲-روش پیوسته (مداوم)

روش پیمانه­ای:

در کارخانه تولید امولسیون قیری به روش پیمانه­ای، محلول امولسیفایر و قیر با مقادیر و دمای مناسب در مخازن پیمانه­ای جداگانه آماده می­شوند. قیر معمولاً در مخزن ذخیره، نگهداری و به مخزن پیمانه­ای پمپ می­شود. در صورت نیاز حلال اضافه و با قیر مخلوط می­گردد. مخازن پیمانه­ای تا ارتفاعی پر می­شوند که مقدار قیر لازم برای امولسیون را دارا باشند. دمای این مخازن بایستی قبل از شروع تولید، بطور دقیق تنظیم گردند.

آب و قیر از درون آسیاب عبور داده می­شوند تا مخازن پیمانه­ای خالی گردند. از آنجا که مقدار قیر و آب قبل از تولید امولسیون تعیین شده­اند، بنابراین مقدار قیر امولسیون در حد مورد نظر خواهد بود. نموداری از این روش در شکل (۱۱) آمده است.

شکل ۱۱ - فلودیاگرام تولید قیر امولسیونی به روش پیمانه­ای 

 

 

 

 

شكل ۱۲- توليد قير امولسيوني به روش پيمانه­اي

روش پیوسته:

در این روش مخازن پیمانه­ای قیر و محلول امولسیفایر وجود ندارد بلکه قیر و محلول امولسیفایر مستقیماً از مخازن ذخیره اصلی مورد استفاده قرار می­گیرند. محلول امولسیفایر مطابق با فرمول مورد نظر با تزریق امولسیفایر، اسید و پایدارکننده توسط پمپ به داخل جریان آب تهیه می­شود. واکنش بین امولسیفایر و اسید قبل از وارد شدن به آسیاب انجام می­پذیرد. شکل (۱۳) نمودار این روش را نشان می­دهد.

 

آزمایشهای قیر امولسیونی:

آزمایشهای امولسیونهای قیری بر اساس استانداردASTM D244 تحت عناوین آزمایشهای تعیین اجزای تشکیل دهنده، غلظت، پایداری و بررسی باقیمانده از تقطیر امولسیون قیری انجام می­شوند که عبارتند از:

- تعيين درصد وزني قير

- تعيين درصد آب

- پايداري بعد از ۲۴ ساعت (درصد)

- آزمايش نشست

- آزمايش الك (درصد)

- تعيين ويسکوزيته انگلر

- آزمايش گلوله شدن

- آزمايش اختلاط با سيمان

- آزمايش قابليت امتزاج با آب

- بار ذره­اي امولسيون

- نوع امولسيون

- تعيين باقيمانده از تبخير

- آزمايشات روي قير باقيمانده از تقطير

کاربرد قير امولسیونی:

از مهمترین موارد کاربرد قیرهای امولسیونی می­توان به موارد زير اشاره كرد:

- روکش نازک (Thin overlay)

- لکه­گیری (Patching)

- درزگیری (Joint sealing)

- آسفالت سطحی (Chip sealing)

- اندود آببندی با ماسه (Sand sealing)

- دوغاب آب بندی (Slurry seal)

- دوغاب آب بندی بدون سنگدانه (Fog seal)

- آسفالت حفاظتی بسیار نازک (Microsurfacing)

روکش نازک (Thin overlay):

این روش در حقیقت نوعی ماسه آسفالت نازک است که در ضخامت کم بر روی سطح موجود اجرا می­شود. روکش نازک باید کمترین تأثیر را در تغییر ارتفاع سطح راه داشته باشد. بدین وسیله با یک اجرای مناسب، عیوب موجود از قبیل ترکهای ریز، گود افتادگی و... در سطح راه برطرف می­­شود.

لکه­گیری (Patching):

آسیب­دیدگی روسازی بصورت محلی برطرف شده و از نفوذ آب به جسم راه جلوگیری می­شود. در این روش باید سعی گردد حتی­الامکان از ایجاد پستی بلندی در سطح راه جلوگیری شود.

درزگیری (Joint sealing):

 

درزگيري را می­توان نوعی لکه­گیری در محل ترکها نامید. در این روش محل ترک بوسیله دستگاههای خاص باز شده و سپس با استفاده از مواد خاصی که معمولاً عاری از سنگدانه هستند پر می­شود. بدین ترتیب از نفوذ آب به داخل جسم روسازی و آسیب بیشتر راه جلوگیری می­گردد.

 

ميكروسرفيسينگ (Microsurfacing):

 

يك نوع مخلوط آسفالتي نازك امولسيوني است كه تركيبي از قير امولسيوني پليمري و مصالح سنگي شكسته مي­باشد كه براي نوسازي و اصلاح روسازي به كار مي­رود.

 

آسفالت سطحی (Chip sealing):

 

آسفالت سطحی پخش قير امولسيوني بر روی سطح آماده شده راه شنی و یا یک سطح روسازی است که به دنبال آن مصالح سنگی شکسته و دانه­بندی شده پخش و سپس توسط غلتک متراکم می­شود. این نوع روش نگهداری شامل دو نوع یک­لایه و چندلایه­ای است.

 

 

 

اندودهاي آب بند:

 

اندودهاي آب بند اجراي آسفالتهاي حفاظتي بر روي انواع رويه­هاي آسفالتي و يا بتني موجود، به منظور آب بندي، افزايش خاصيت نفوذناپذيري، اصلاح آسيب­ديدگيهاي سطحي، بهسازي موقت و افزايش عمر بهره­برداري آنها را شامل مي­شود.

 

انواع اندودهاي آب بندي:

 

-اندودهاي سنگدانه­اي

 

-اندودهاي ماسه­اي (Sand sealing)

 

-اندودهاي قيري بدون سنگدانه (Fog Seal)

 

-اسلاري سيل يا دوغاب قيري (Slurry Seal)

 

الف) اندودهاي آب بندي سنگدانه­اي:

 

اجراي آسفالت سطحي يك يا چندلايه­اي بر روي انواع رويه­هاي آسفالتي و يا بتني اندود آب بند سنگدانه­اي نام دارد.

 

ب) اندود آببندی با ماسه :

 

اندود آب بندی با ماسه به امولسیون قیری پاشیده شده که متعاقباً با مصالح سنگی ریزدانه نظیر ماسه تمیز یا سرند شده به ضخامت کم پوشش گردیده، گفته می­شود. ارزش ماسه­اي مصالح مصرفي نبايد كمتر از ۷۵% باشد. اندود آب بندی با ماسه برای احیای سطح خشک هوازده و اکسید شده، جلوگیری از نفوذ رطوبت و هوا و همچنين براي ایجاد بافت سطحی مقاوم در برابر لغزش بکار می­رود.

 

ج) اندودهاي آب بندي بدون سنگدانه :

 

اين اندودها با پخش قشر نازکي ازامولسیون قیری دیرشکن رقیق شده با آب بر روي بستر آسفالتي و يا بتني موجود، بدون مصرف سنگدانه­ها و نظير اندودهاي سطحي اجرا مي­شود. اندود قيري براي اصلاح سطوح آسفالتی قدیمی که به مرور زمان خشک و شکننده شده­اند و نيز براي پركردن فضاهاي خالي و تركها و خلل و فرجهاي سطحي رويه آسفالتي و احياي مواد قيري آن به كار مي­رود. اندود آب بندی بدونسنگدانه می­تواند در نگهداری سطح راه مؤثر باشد.

 

د) مخلوطهاي رويه نازك قيرآبه­اي يا اسلاري سيل :

 

مخلوطهاي رويه نازك قيرآبه­اي از مصالح ريزدانه با دانه­بندی خوب (در صورت لزوم فیلر معدنی) و قير امولسيوني تهيه و به عنوان يك قشرحفاظتي روي سطح آسفالتي موجود پخش مي­شوند. دوغاب آببندی در تعمیر و نگهداری روسازی آسفالتی به کار می­رود ولی نمی­تواند باعث افزایش مقاومت سازه­ای آن گردد بنابراين استفاده از اين مخلوطها براي راههايي توصيه مي­شود كه زيرسازي آنها كاملاً سالم بوده و خرابيها محدود به خرابيهاي سطحي باشد. در صورت وجود تركها و نواقص زياد ابتدا بايد آن را تعمير و لكه­گيري و سپس اقدام به روكش با اين مخلوط قيرآبه­اي نمود. برخی از مزایای دوغاب آببندی عبارتند از:

 

-کاربرد سریع

 

-محافظ پوشش مصالح سنگی

 

-فراهم كردن بافت سطحي پيوسته

 

اندود نفوذي (Prime Coat):

 

به منظور آماده كردن سطح شني راه جهت پخش اولين قشر آسفالت اعم از آسفالت سطحي، آسفالت سرد و آسفالت گرم اجرا مي­شود. اندود نفوذي علاوه بر آب بند كردن جسم راه از طريق نفوذ در خلل و فرج آن، موجب تثبيت سطح راه شني و تسهيل چسبندگي قشر آسفالت به آن مي­شود.

 

اندود سطحي (Tack Coat):

 

براي آغشته نمودن سطح آسفالتي موجود با مواد قيري و ايجاد چسبندگي با لايه آسفالتي كه متعاقباً روي اين سطح پخش مي­شود، اجرا مي­گردد.

 

آسفالت حفاظتي ‌(Surface Treatment):

 

نوعي از رويه­سازي آسفالتي است كه در سطح راههاي شني و يا آسفالتي اجرا مي­شود. ضخامت اين آسفالت كمتر از ۲۵ ميليمتر است و لذا جزو لايه باربر روسازي راه محسوب نمي­شود و عملكرد سازه­اي ندارد.

 

مالچ پاشي (Mulch Treatment):

 

پخش قير در سطح راههاي شني و خاكي از ايجاد گرد و غبار جلوگيري كرده و در عين حال به عنوان يك پوشش حفاظتي و سطحي موجب تثبيت و تحكيم بستر راه و كاهش نفوذپذيري آن در برابر نزولات جوي مي­شود.

 

مزاياي قير امولسيوني نسبت به قيرهاي محلول (Cut Back    )

 

مقايسه قير امولسيوني و  قير MC    از نظر اقتصادي:

 

•    در بعد كلان، استفاده از قير امولسيوني به جاي قير MC     باعث صرفه جويي در مصرف ميزان قابل توجهي نفت سفيد شده، بدين صورت كه در قير MC     از حلال نفت استفاده گرديده كه عملاً در هنگام استفاده و تهيه آسفالت، متصاعد و تبخير مي گردد و اين امر ضمن آلودگي محيط زيست و آسيب به لايه هاي جوي، مقدار قابل توجهي از سوخت را به راحتي به هدر خواهد داد و اين در حالي است كه با جايگزيني قير امولسيوني، ضمن صرفه جويي آن مقدار نفت سفيد، با استفاده از آب به جاي نفت، مشكلات زيست محيطي مرتفع و همان نتيجه را با شرايط بهتر و سريعتر دربر خواهد داشت و به اين طريق كمك قابل توجهي به بهبود وضعيت اقتصادي كشور خواهد شد.

 

•    پايين بودن هزينه آماده سازي قير امولسيوني نسبت به قير MC يكي ديگر از فاكتورهاي اقتصادي بودن آن مي باشد. بصورتي كه جهت بهره گيري از قير MC غالباً مي بايست از حرارت بيشتري استفاده كرد كه در نتيجه باعث صرف مقدار زيادي سوخت و سوختن قير و تغيير كيفيت آن مي گردد. در صورتيكه جهت بهره گيري از قير امولسيوني مي توان با درجه حرارت بسيار پايين تر (حداكثر ۴۵ درجه سانتي گراد) و صرف هزينه كمتر براي گرم كردن، قير را به دماي مصرف رساند و حتي مي توان از باقيمانده قير در مخازن، در روز آينده نيز با درجه حرارت كمتر به راحتي استفاده نمود.

 

•    يكي ديگر از مواردي كه باعث اقتصادي بودن استفاده از امولسيوني به جاي  قير MC مي باشد، احتمال خطر آتش سوزي قير MC است. به نحوي كه به علت بالا بودن درجه حرارت نيز در هنگام آماده سازي و بهره برداري و نزديك شدن به دماي احتراق، احتمال اشتعال قير MC بخصوص در صورت وجود ناخالصي ( اندكي آب) بالا رفته و باعث بروز خسارات فراوان و به خطر افتادن جان افراد خواهد شد. در صورتيكه حرارت لازم براي استفاده از قير امولسيون، ۴۵ درجه سانتي گراد تعريف گرديده كه در اين درجه حرارت احتمال آتش سوزي تقريباً به صفر مي رسد و بسيار راحت تر و ايمن تر مي توان با آن كار نمود كه در مجموع با صرف نظر از هزينه هاي احتمالي ناشي از اشتعال قير MC به مراتب اقتصادي تر خواهد بود.

 

  

 

مزيت و قابليتهاي قير امولسيوني نسبت به قير MC :

 

   از مزايا و قابليتهاي قير امولسيوني كه مي تواند راهسازان را در راستاي اجراي پروژه هاي خود كمك دهد، امكان استفاده از آن در فصول معتدل و سردتر سال مي باشد. به نحوي كه جهت بهره گيري از قير MC مي بايست حتماً در شرايط گرم تابستان اقدام به كار گردد و مصالح مورد استفاده نيز مي بايست كاملاً خشك و عاري از رطوبت باشد. ليكن با بهره گيري از قير امولسيوني نه تنها لازم نيست صرفاً در فصل تابستان عمليات آسفالتي صورت گيرد، بلكه در صورت وجود مقداري رطوبت در مصالح و محيط نيز مي توان به كار آسفالتي ادامه داد، بدون اينكه تغييري در كيفيت و سرعت عمليات به وجود آيد و پس از شكستن محلول و تبديل آن به دانه هاي آب و قير بصورت مجزا در اندك زمان امكان ادامه عمليات مهيا خواهد شد كه به اين ترتيب مشكل كوتاه بودن فصل كاري در بعضي مناطق كه جزء خواسته هاي ديرينه بوده است نيز محقق مي گردد.

 

• تأثير استفاده از قير امولسيوني از نظر ايمني و مسائل جاده اي:

 

   با بهره گيري از قير امولسيوني از تردد سنگين و پرحجم تريلرهاي حامل قير MC كاسته خواهد شد و ميزان قابل توجهي از بروز تصادفات كه اساساً از ابعاد وسيع و بسيار هولناك و بحراني همراه با تلفات جاني شديد بوده، جلوگيري مي شود. ضمن اينكه با به صفر رسيدن اينگونه تصادفات و حوادث جاده اي  از آلودگي هاي شديد محيط و مشكلات ناشي از لغزندگي و حادثه خيز شدن راهها، ناشي از پخش قير MC  نيز جلوگيري خواهد شد.

 

• مخرب بودن قير MC نسبت به قير امولسيوني:

 

   قير MC با وجود داشتن حلال نفت، از ساختار آسيب رسان و مخربي برخوردار بوده و مي تواند در صورت عدم دقت و توجه به امر تبخير و متصاعد شدن مواد حلال، باعث اضمحلال لايه زيرين آسفالتي گردد كه به لحاظ استفاده از آب به جاي نفت در قير امولسيوني، ديگر نيازي به تبخير و متصاعد شدن نفت نبوده و پس از انجام عمل شكستن، به راحتي آب از قير جدا گرديده و زمان بهره برداري فرا مي رسد كه آب موجود در محلول هيچگونه زياني براي آسفالت نخواهد داشت و در مدت اندكي تبخير خواهد شد.

 

 

 

قيرهاي محلول

  قيرهاي محلول، يا قيرهاي پسبرگشته از حل كردن قيرهاي خالص در حلالها يا روغنهاي نفتي به دست مي­آيد. نوع وكيفيت قيرهاي محلول به كيفيت قيرهاي خالص اصلي، نوع حلال و مقدار حلال بستگي دارد. هر اندازه مقدار حلالهاي نفتي در قير محلول زيادتر باشد، رواني آن بيشتر است. معمولاً درصد حلال مصرفي در قيرهاي محلول ايران از ۱۰ تا ۵۰ درصد تغيير مي­كند. بهعبارت ديگر، درصد وزني قيرهاي خالص در قير محلول، حدود ۵۰ تا ۹۰ درصداست.

   عدم دسترسي به وسايل گرم­كننده 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. قيرهاي محلول برحسب سرعت گيرش و نوع حلال به سه گروه زير تقسيم مي­گردند:

- قيرهاي زود گير (ASTM D2028   ):

   اگر از بنزين براي حل كردن قير خالص استفاده شود قير محلول را زودگير مي­نامند زيرا حلال موجود در قير، در مدت كمي بعد از مصرف قير محلول، زود تبخير شده و قير اصلي بر جاي مي­ماند. قيرهاي زودگير برحسب تندرواني، در چهار نوع RC-70     ، RC-250     ، RC-800 ، RC-3000 مي باشند كه اعداد پسوند معرف كندرواني قير بر حسب سانتي­استوكس است.

- قيرهاي كندگير (ASTM D2027):

   قيرهاي كندگير از حل كردن قيرهاي خالص در نفت سفيد تهيه مي­شود كه سرعت تبخير نفت از بنزين كندتر و طولاني­تر است.

   قيرهاي كندگير به پنج نوع درجه­بندي مي­شوند كه كندرواني آنها در ۶۰ درجه سانتي­گراد از حداقل ۶۰ تا ۶۰۰۰ سانتي­استوكس تغيير مي­­كند.

- قيرهاي ديرگير (ASTM D2026):

   قيرهاي محلول ديرگير را علاوه بر حل كردن قير خالص در روغن­ها و حلالهاي ديرگير نفتي مانند گازوئيل يا نفت سياه، مي­توان مانند قير خالص، مستقيماً از تقطير نفت خام به دست آورد. در حالت اخير قيرهاي ديرگير را روغن راه مي­نامند كه هنوز بخش روغن موتور نفت خام از آن جدا نشده است. گيرش روغن راه بعد از مصرف، مدت زيادي طول مي­كشد. در واقع اين روغنها در شرايط آب و هواي عادي تبخير نمي­شود، بلكه تغيير شكل مولكولي در آنها بوجود مي­آيد كه نسبتاً تدريجي و طولاني است. از قيرهاي محلول در ايجاد پوششهاي اوليه بر روي زمين و بعنوان چسب بين دولايه آسفالت استفاده مي­شود و شرايط كاربرد اين نوع مواد بستگي به شكل اندازه، سخت بودن، متخلخل بودن سنگ، زمان لخته شدن و شرايط جوي محيط دارد كه نوع مورد نياز بر مبناي عوامل موجود و طبق توصيه مهندسين راه انتخاب و بكار مي­رود.

 

 

جدول ۱: مشخصات قيرهاي محلولزودگير

 

 

جدول2: مشخصات قيرهاي محلول کندگير

جدول ۳: مشخصات قيرهاي محلولديرگير