قیر اصلاح شده پلیمری چیست؟

قیر

قیر محصول جانبی تقطیر جزئی نفت خام است، اما در ذخایر طبیعی نیز یافت می شود. دارای ترکیبی منحصر به فرد از خواص ضد آب و چسبندگی عالی است که بیش از 5000 سال است که به طور موثر مورد استفاده قرار گرفته است. قیر یک ماده ترموپلاستیک ارزان قیمت است که به طور گسترده در کاربردهای سقف، جاده و روسازی استفاده می شود. اما در محیط های سرد شکننده است و در محیط های گرم به راحتی نرم می شود. یکی از روش‌های متعددی که برای سخت‌سازی قیر استفاده می‌شود، ترکیب آن با پلیمرها، اعم از بکر یا قراضه، برای تولید قیر اصلاح‌شده با پلیمر (PmB) است. در این فصل، مقدمه ای بر ساختار و خواص قیر و بررسی کوتاهی از ادبیات منتشر شده در مورد PmB ارائه شده است. در نهایت، طرح کلی تمرکز و محتوای هر فصل در کتاب شرح داده شده است.

استاندارد بریتانیا 3690، قسمت 1: 1989 قیر را به عنوان یک مایع چسبناک یا جامد که اساساً از هیدروکربن ها و مشتقات آنها تشکیل شده است، که در تری کلرواتیلن محلول است و به طور قابل ملاحظه ای غیرفرار است و به تدریج نرم می شود، تعریف می کند. رنگ آن مشکی یا قهوه ای است و خاصیت ضد آب و چسبندگی دارد. از طریق فرآیندهای پالایشگاهی از نفت به دست می آید و همچنین به عنوان یک رسوب طبیعی یا به عنوان جزئی از آسفالت طبیعی یافت می شود که در آن با مواد معدنی مرتبط است.

بشر هزاران سال است که از قیر و چسب های قیری استفاده کرده است. اشارات زیادی به قیر در کتاب مقدس وجود دارد. در پیدایش به ضد آب بودن کشتی توسط نوح اشاره دارد که «در داخل و خارج با زمین قرار داشت». Pitch معادل لاتین “gwitu-men” است که متعاقباً به “bitumen” کوتاه شد و سپس از طریق فرانسوی به انگلیسی منتقل شد. همچنین در توصیف ساختمان برج بابل، «آجر برای سنگ و قیر برای ملات استفاده می‌کردند» (Whiteoak, 1990). برای بیش از 5000 سال از قیر 60/70 به عنوان یک ضد آب و/یا عامل چسباننده استفاده شده است (آبراهام، 1945). اولین استفاده ثبت شده توسط سومری ها در حدود 3800 قبل از میلاد بوده است و مصری ها از آن در فرآیندهای مومیایی خود استفاده می کردند (Volke, 1993؛ Chirife et al., 1991).

قیر اصلاح شده با پلیمر

همانطور که در بالا ذکر شد قیر به طور طبیعی وجود دارد و پس از تصفیه نفت خام نیز باقی می ماند. از آغاز قرن بیستم، تقاضا برای قیر بسیار بیشتر از منابع طبیعی موجود است. قیر طبیعی در مجاورت ذخایر نفت خام زیرزمینی یافت می شود که در آن نشت های سطحی ممکن است در گسل های زمین شناسی رخ دهد. مقدار و ماهیت این ماده به طور طبیعی به تعدادی از فرآیندهای طبیعی بستگی دارد که خواص این ماده را تغییر می دهند. این محصول اغلب با مواد معدنی همراه است که مقدار و ماهیت آن به شرایطی بستگی دارد که باعث ایجاد چنین ترکیبی شده است (Whiteoak, 1990).
نفت خام از بقایای موجودات دریایی و مواد گیاهی ته نشین شده همراه با گل و قطعات سنگ در بستر اقیانوس منشاء می گیرد. در طی میلیون‌ها سال، مواد آلی و گل در لایه‌هایی به ضخامت صدها متر انباشته می‌شوند، وزن بسیار زیاد لایه‌های بالایی لایه‌های پایین‌تر را به سنگ‌های رسوبی فشرده می‌کند. تصور می‌شود که تبدیل موجودات و مواد گیاهی به هیدروکربن‌های نفت خام نتیجه اثر گرمای پوسته زمین و فشار اعمال شده توسط لایه‌های رسوبی فوقانی است که احتمالاً به کمک اثرات باکتری‌ها و بمباران رادیواکتیو کمک می‌کند. همانطور که لایه های بیشتری از رسوب بر روی سنگ رسوبی که در آن نفت تشکیل شده بود، رسوب کرد، فشار اضافی نفت را از طریق سنگ متخلخل به سمت بالا و به سمت بالا فشار داد. سنگ متخلخل تا سطح زمین گسترش می یابد و به نفت اجازه نفوذ می دهد و در نتیجه نشت سطحی ایجاد می کند (Whiteoak, 1990).
به طور کلی، چهار منطقه اصلی تولید کننده نفت در جهان وجود دارد: ایالات متحده آمریکا، روسیه، خاورمیانه و کشورهای اطراف کارائیب. قیر از تقطیر جزئی نفت خام در دمای 300 تا 350 درجه سانتی گراد بدست می آید. شکل 1.1 یک نمودار شماتیک از فرآیند تقطیر را نشان می دهد. بخش‌های سبک‌تر (مثلاً پروپان و بوتان) ابتدا جدا می‌شوند و سپس نفتا، نفت سفید و نفت گاز، عرقیات و باقیمانده‌های کوتاه قرار می‌گیرند. این پسماند کوتاه است که ماده اولیه مورد استفاده در ساخت انواع مختلف قیر است. اکسیژن از میان باقیمانده کوتاه دمیده می شود و بسته به دما و فشار مورد استفاده و میزان اکسیژن اضافه شده، درجات مختلفی از قیر به دست می آید. در انگلستان قیر به طور کلی به چهار درجه طبقه بندی می شود:
1. قیر درجه نفوذ: مشخص شده توسط نفوذ (استاندارد بریتانیا 2000، قسمت 49: 1983) و نقطه نرم شدن (استاندارد بریتانیا 2000، قسمت 58: 1983)، آزمایشات.
2. نمرات کات بک (که نفت سفید به آنها اضافه شده است): با ویسکوزیته مشخص می شود.
3. نمرات سخت: با تست نفوذ و محدوده نقطه نرم شدن مشخص می شود.
4. نمرات اکسید شده: با آزمون های نفوذ و نقطه نرم شدن و همچنین با معیارهای حلالیت مشخص می شود.