معرفی عمومی قیر امولسیون و کاربردهای آن

معرفی عمومی قیر امولسیون و کاربردهای آن

از دیرباز انواع قیر محلول (ترکیب قیر با نفت سفید) در پروژه های راه سازی و بیابان زدائی مورد استفاده قرار می گرفت ولی در حال حاضر مدت هاست که در کشور های پیشرفته دنیا به دلایل متعدد مصرف آن کنار گذاشته شده و در حال حاضر نیز سیاست حذف آن و جایگزینی با انواع قیر امولسیون پیگیری می شود و از جمله در کشور ما نیز طبق برنامه چهارم توسعه ، سیاست جایگزینی کامل آن می بایست محقق شود .  عمده اشکالات قیر محلول که با جایگزینی قیر امولسیون مرتفع می شود به شرح زیر است :

 

 

• تقریباً نزدیک به 40% ترکیب قیر محلول ، نفت سفید می باشد . بخشی از نفت سفید مصرف شده وارداتی بوده و هر ساله میزان زیادی ارز بابت واردات آن که نقش روان سازی قیر تا زمان تشکیل فیلم قیر در سطح را دارد پرداخت می شود . نفت سفید محلول در قیر حداکثر تا 48 ساعت پس از مصرف تبخیر می شود .

 

• نفت سفید تبخیر شده باعث افزایش هیدروکربن معلق در هوا می شود که از اصلی ترین دلایل ایجاد سرطان و امراض تنفسی می باشد .

 

• نفت سفید بسیار گران قیمت است و در برخی مواقع نظیر زمستان قیمت آن حتی از بنزین بیشتر است . برای مصارف اندود نفوذی (Prime coat) و اندود سطحی (Tack coat) که بخشی از پروژه های راه سازی را تشکیل می دهد سالانه بیش از 300000 تن نفت سفید مصرف می شود . این در حالیست که در امولسیون ، آب جایگزین نفت سفید می شود .
• بدلیل ترکیب نفتی ، قیر محلول می بایست قبل از مصرف گرم شود که ضمن افزایش مخاطرات زیست محیطی خطر آتش سوزی را در پی دارد .

 

• بدلیل ترکیب قیر محلول و لزوم گرم شدن ، عملاً 6 ماه از سال امکان استفاده از آن در اجرای پروژه های عمرانی وجود ندارد . حال آنکه امولسیون عموما نیاز به گرم کردن نداشته و در حالیکه بستر مرطوب و دما حدود 3-5 درجه بالای صفر باشد نیز قابل استفاده است . بنابراین فرصت اجرای پروژه ها بیشتر فراهم شده و ضمن آنکه مشکلاتی نظیر افزایش قیمت قیر در فصول بهار و تابستان و توقف پروژه ها کاهش خواهد یافت . محدودیت مصرف امولسیون قیر صرفا عـدم امکان پاشش در یخ زدگی ، بارش باران و برف خواهد بود .

 

• به لحاظ تجربی و مشاهدات فنی و اجرائی ، میزان مورد نیاز در واحد سطح نیز کاهش یافته که این موضوع به حفظ منابع ملی کمک می نماید (فی المثل اندود سطحی با قیر محلول قیر و نفت سفید تا 700 گرم در متر مربع مورد نیاز است که با امولسیون قیر در پروژه های شهرداری تهران این میزان به 320 گرم – قیر و آب – کاهش یافته است .

 

 

• با توجه به تبخیر سریع آب به نسبت نفت سفید ، سرعت پروژه ها افزایش یافته و بار ترافیکی ناشی از مسدود شدن معابر بطور چشمگیری کاهش می یابد .
• قیمت امولسیون قیر به نسبت قیر محلول بدلیل جایگزینی آب با نفت سفید کاهش یافته که در کاهش قیمت تمام شده پروژه ها موثر است . این اختلاف قیمت با حذف سوبسید از نفت سفید ، بسیار چشمگیر بوده و رقم بالائی را به خود اختصاص خواهد داد .

 

• در حال حاضر وزارت راه و ترابری و وزارت کشور در ایران با جـدیـت سیاست جـایگزینی را دنبال می نمایند .

 

• در ایران چند پالایشگاه محدود قیر محلول را تولید می کنند که باعث افزایش قیمت حمل آن بخصوص در نقاط کناره نظیر آذربایجان ، خراسان و سیستان و بلوچستان می شود .

قیمت حمل روز به روز در حال افزایش بوده و با توجه به در دسترس بوده امولاسیون برای استان های آذربایجان و با هزینه حمل مختصر ، از نظر اقتصادی در حال حاضر نیز جایگزین امولاسیون به جای قیر مزیت کامل خواهد داشت .

 

دلایل اقتصادی مزیت های استفاده از امولاسیون به صورت خلاصه به شرح زیر است :

 

الف : هزینه حمل پائین

ب   : عدم لزوم گرم کردن در زمان مصرف

ج   : قیمت ارزان تر نسبت به قیر محلول

د   : پائین آمدن میزان مصرف در مترمربع

 

مزیت های فوق با حذف سوبسید از قیمت نفت سفید و گازوئیل که در سال جاری اتفاق خواهد افتاد ، بسیار پررنگ تر خواهد شد .

 

 

 

1-    انواع قیر امولسیونی :

 

قیرهای امولسیـونی از نظـر سرعـت شکـسته شدن (جدا شـدن قیر از آب ) به سـه دسـته تند شکن ، کند شکن ، و دیرشکن ، و از نظر بار الکتریکی ذرات معلق ، به دو دسته آنیونیک و کاتیونیک تقسیم بندی می شوند .

امولسیون های آنیونیک نسل اول امولسیون ها بوده و در حال حاضر از آنها استفاده نمی شود .

 

    1-1  قیر امولسیون تند شکن :

 

این نوع قیر امولسیون ناپایدار بوده و روی سطح مصالح بسیار سریع شکسته می شود و یک لایه نازک قیر به جای می گذارد . در حال حاضر دو نوع قیر تند شکن کاتیونیک تولید می شـود که به CRS2 و CRS1 مـعروف می باشند .

عمده ترین مصارف قیرهای امولسیون تند شکن آب بندی با مصالح سنگین ، آب بندی با ماسه ، آسفالت های سطحی و با کارائی نفوذی می باشد .

 

           1-1-1 فرمول امولسیون CRS1 :

 

قیر    :         تا 55 درصد وزنی

حلال :           3 درصد وزنی

آب    :          الباقی تا 100 درصد وزنی

امولسیفایر :    تا 25/0 درصد وزنی

اسید  :            3/2 = PH

 

مصرف عمده این نوع قیر به صورت اندود سطحی (Tack coat) و آسفالت سطحی با بستر آسفالتی می باشد .

 

            اندود سطحی

 

اندود سطحی ایجاد یک لایه بسیار نازک قیر امولسیون روی سطح آسفالتی یا شنی است ، این لایه به منظور ایجاد چسبندگی بین سطوح مذکور و لایه جـدید آسـفالتی اسـتفاده می شود . برای اجرای اکثر روکش ها نیاز به کاربرد اندود سطحی است تا چسبندگی کاملی بین دو لایه ایجاد شود . اندود سطحی قیر امولسیون 25% تا 7% لیتر در مترمربع اجرا می گردد . اندود سطحی تنها برای سطوحی که طی عملیات همان روز پوشش داده خواهد شد ، بکار می رود .

 

هدف از اجرای اندود سطحی ، ایجاد پوشش خیلی نازک و یکنواخت از قیر بر روی سطح ، پس از شکست قیر امولسیون است . استفاده بیش از حد مقدار اندود سطحی ممکن است صفحه لغزنده ای بین دو لایه روسازی به وجود آورد به طوری که قیر به جای چسباننده به عنوان کاهنده اصطحکاک دو لایه عمل نماید . در این حالت ممکن است لکه های قیری یا قیرزدگی به روی سطح روسازی جدید به وجود آید که موجب بدنما و لغزنده شدن خطرناک روسازی خواهد گردید . بعد از پخش اندود سطحی باید زمان کافی برای شکست کامل قیر امولسیون قبل از اجرای روکش منظور گردد و از عبور وسائل نقلیه از نواحی اندود شده جلوگیری شود .

قبل از انجام اندود سطحی ، سطح باید کاملاً تمیز شده و همه مصالح کنده شده آن برداشته شود .

 

         2-1-1 فرمولاسیون CRS2  :

 

   قیر    :        تا 69 درصد وزنی

   حلال :        1 درصد وزنی

   آب    :         الباقی تا 100 درصد وزنی

   امولسیفایر :  تا 3/0 درصد وزنی

   اسید  :   3/2 = PH

عمده ترین کاربرد این نوع قیر امولسیون به صورت آسفالت سطحی می باشد . آسفالت سطحی تک لایه ای برای موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد .

 

الف : به عنوان اقدام موقتی پیش از اجرای روسازی با کیفیت بالاتر .

ب  : اصلاح رویه های قدیمی شن زده و اکسید شده .

ج   : ایجاد پوشش نفوذ ناپذیر به روی روسازی موجود .

د    : اصلاح فرسودگی ناشی از رفت و آمد بیش از مقدار پیش بینی شده در طرح اولیه .

 

آسفالت سطحی

 

آسفالت سـطحی بـرای راه هـائی با ترافیک سبک مناسب است ، در سایر راه با ترافیک متـوسط و زیاد می توان از آن به عنوان یک پوشش موقت استفاده کرده و آسفالت های سطحی چند لایه ای از اجرای دو یا چند لایـه آسفالت سطحی و لایه ای حاصل می شود . این نوع آسفالت ها اگر به طور مطلوب طراحی و اصلاح شوند ، عمر بهره برداری آنها در حدود سه برابر آسفالت های سطحی تک لایه ای است . ضمنا هزینه آن در حدود 5/1 برابر آسفالت سطح تک لایه ای می باشد . در آسفالت های سطحی چند لایه ای به دلیل اینکه اندازه مصالح سنگی لایه دوم کوچکتر می باشد احتمال کنـده شـدن ذرات مـصالح سنگی ، مقدار زیادی کاهش می یابد .

 

 

    2-1 قیرهای امولسیون دیرشکن :

 

این دسـته شامل قیرهای امولسیونی است که پس از تماس با مصالح سنگی ، پایداری زیادی دارند . این امولسیون ها را می توان با مصالح سنگی ، دانه بندی پیوسته و مقادیر زیادی ریز دانه استفاده نمود . قیرهای امولسیون دیرشکن ویسکوزیته بالاتری دارند که می توان با اضافه کردن آب ، ویسکوزیته آنها را کاهش داد . اگر سرعت شکست سریعتری در مخلوط آسفالتی مثلاً در دو غاب قیر امـولسیون مورد نیاز باشد می توان به آن سیمان پرتلند یا آهک هیدراته اضافه نمود .

 انواع قیرهای امولسیون دیرشکن عبارتند از :

CSS(Cold Mix design) , CSS(Stabilization) , CSS(Prim Coat)

          1-2-1  فرمولاسیون CSS(Prim Coat)   :

 

   قیر    :         تا 57 درصد وزنی

   حلال :         8 درصد وزنی

   آب    :         الباقی تا 100 درصد وزنی

   امولسیفایر :    تا 5/1 درصد وزنی

   اسید  :           2 = PH

عمده ترین کاربرد این نوع قیر امولسیون به عنوان اندود نفوذی می باشد .

 

         اندود نفوذی

 

پخش قیر با ویسکوزیته کم که در سطح شنی راه (بستر روسازی راه ، زیر اساس و اساس) برای اجرای لایه آسفالتی بر روی آن اجرا می شود اندود نفوذی نامیده می شود . اندود نفوذی به دلایل زیر مورد استفاده قرار می گیرد :

 

الف  : پوشش و پیوند ذرات مصالح سنگی سطح شنی راه .

ب   :  سخت و سفت کردن سطح شنی راه .

ج    :  نفوذ ناپذیر کردن سطح شنی راه در برابر آب .

د     : مسدود نمودن آسفالت های خالی موئی .

ه     : ایجاد چسبندگی بین لایه اساس و لایه آسفالتی بعدی .

 

برای انجام رضایت بخش موارد فوق ، اندود نفوذی باید به داخل لایه اساس یا زیر اساس نفوذ نماید . هنگامیکه لایه اساس دانه ای ، مستقیما در معرض نیروهای ساینده ناشی از رفت و آمد قرار دارد ، یا اجرای آن در مدتی طولانی به ویژه ماه های زمستان انجام می شود ، اندود نفوذی مورد استفاده قرار می گیرد ، مقدار قیر امولسیون معدنی برای اندود نفوذی بستگی به  ویژگی های سطوح شنی و شرایط آب و هوائی دارد ، ضمن آنکه دانه بندی مصالح سنگی ، اندازه  فضاهای خـالی و درصـد خوب قیر مصالح سنگین نیز بر آن تاثیر عمده می گذارد . اجرای اندود نفوذی با قیر امولسیون محدود به سطوحی است که دارای فضای خالی زیاد ، مصالحی با دانه بندی یکنواخت و یک اندازه مانند ماکادام و یا بطور کلی قابل نفوذ باشد . یک روش استفاده از قیر امولسیون برای اندود نفوذی ، در شرایطی به غیر از آنچه که در فوق توضیح داده شده ، تراشیدن سطح شنی راه (حدود 50 تا 70 میلیمتر) و مخلوط کردن آن در محل با قیر امولسیون است . برای این منظور معمولاً برای هر 25 میلیمتر ضخامت مقدار 44/0 تا 35/1 لیتر مترمربع قیر امولسیون از نوع (Prim Coat) CSS مورد استفاده قرار می گیرد .

 

          2-2-1  فرمولاسیون CSS(Stablization)   :

  مم

  قیر    :          تا 60 درصد وزنی

  امولسیفایر :    تا 5/1 درصد وزنی

  آب    :          الباقی تا 100 درصد وزنی

  اسید  :          2 = PH

 عمده ترین کاربرد این نوع قیر امولسیون مالچ پاشی می باشد .

 

 

         مالچ پاشی

 

فرسایش خاک در اثر آب و باد می تواند مشکلات جدی در ساختمان خاکریز ها و نواحی مسطح مجاور بزرگراه ها بوجود آورد . متداول ترین روش مقابله با این شکل استفاده از گیاهان برای تثبیت این نواحی است اما در فاصله زمانی بین کاشت بذرها و جوانه زدن ، امکان اینکه بذر ها با باد یا آب ، جابجا یا شسته شوند ، وجود دارد . چندین روش برای حفاظت گیاهان تا جوانه زدن بذرها و شکل گیری ریشه ها به کار رفته است . یکی از موثر ترین آنها استفاده از قیر امولسیون است . پاشیدن قیر امولسیون روی نواحی بذر افشانی شده ، غشای نازکی از قیر به جای می گذارد یا علف های خشک و کاه که به منظور تثبیت استفاده شده ، در جای خود نگه می دارد ، غشای نازک قیر ایجاد شده بوسیله عملیات مالچ سه اثر مفید دارد :

 

الف  : پوشش قیر ، بذر ها را در محل نگه میدارد و از هدررفتن آنها توسط نیروهای فرساینده باد

         و آب  جلوگیری می کند .

       

ب   : به علت رنگ تیره آن ، قیر گرمای خورشید را در حین دوره جوانه زدن جذب ونگه

         می دارد .

ج    :غشای قیر تمایل به حفظ رطوبت خاک دارد ، لذا ریشه گیاه سریعتر انجام می گیرد .

 

 

هنگام بیرون آمدن جوانه ها از خاک ، پوشش نازک قیر به راحتی شکسته می شود ، در نهایت با رشد جوانه ها غشای قیر متلاشی شده و جوانه ها سطح زمین را می پوشانند . میزان مصرف قیر امولسیون 7/0 تا 35/1 لیتر بر مترمربع می باشد و مقدار دقیق آن با توجه طبیعت خاک و شیب ناحیه ای که باید حفاظت شود ، تعیین می گردد . در بکار بردن مقدار بهینه قیر امولسیون دقت زیادی لازم است زیرا مصرف مقدار خیلی کم قیر نیز ممکن است غشای ضخیمی به جای گذارد که رشد جوانه هارا به تعویق اندازد . سطحی که قرار است قیر پاشی شود ، بـاید همـوار باشـد به گـونه ای که بتـوان پوشش

یکنواختی اجرا نمود . اجرای قیرپاشی می تواند با قیرپاش دستی یا با لوله پخش کننده ، نصب شده بر روی کامیون پخش قیر انجام شود .

در حال حاضر محصول مشابه در ایران از مواد پایه نفتی بوده که ضمن مصرف فراوان (حدود 10 تا 15 تن در هکتار در مقایسه با 5 تا 7 تن در هکتار امولسیون ) مشکلات اجرائی را نیز در پی دارد محصول فعلی نیاز به گرم شدن پیش از مصرف داشته که در نتیجه چنانچه محل مصرف طوفانی شود و امکان پاشش نباشد الزاماً فرآیند گرمادهی در محل کارگاه (و نه محل حمل) می بایست صورت گرفته و روان سازی آن نیز مشکلات خود را دارد .

 

          3-2-1 فرمولاسیون قیر امولسیون CSS(Cold Mix)  :

  

   قیر    :          تا 58 درصد وزنی

   آب    :          الباقی تا 100 درصد وزنی

   امولسیفایر :    تا 5/1 درصد وزنی

   اسید  :           2 = PH

عمده ترین کاربرد این نوع قیر امولسیون به صورت مخلوط آسفالت سرد و درزگیر ترک ها و درزها می باشد .

 

 

         آسفالت سرد

 

آسفالت سرد با قیر امولسیون سرد پیش ساخته ، مخلوطی از مصالح سنگی گرم نشده و قیر امولسیون است که در کارخانه آسفالت تولید می شود . آسفالت سرد پیش ساخته را می توان بلافاصله پس از تولید ، در سطح راه پخش یا آن را برای مدتی در کارگاه انبار نمود . به واسطه این ویژگی ، مخلوط آسفالتی سرد را می توان در ساخت های طولانی حمل و پخش نمود . این مخلوط ها ممکن است برای اساس قیری ، آستر ، رویه ، تراز نمودن ، تعویض و لایه های روکش استفاده شوند و خصوصاً برای ارتقای درجه و تقویت روسازی هائی با ضخامت کم به کار می روند . برخی از مزایای مخلوط های آسفالت سرد با قیر امولسیون نسبت به مخلوط آسفالت گرم با قیر خاص عبارت است از :

الف  :مقرون به صرفه بودن : مـیزان تولـید بالای این مخلوط ها باتجهیزات بسیار و سرمایه

        گذاری  کم ، استفاده از آن را به ویژه برای پروژه های مناطق دور افتاده مقرون به صرفه

                 می نماید .

ب   : غیر آلاینده بودن : به استـثنای گـرد و غـبار مصالح سنگی ، هیـچ آلودگی دیگـری در

         مراحل تولید ، حمل و پخش آسفالت سرد وجود ندارد .

ج   : ایمنی : در نواحی با خطـر آتش سـوزی زیـاد مثل جنگـل ها و مراتع خطر آتش سوزی به

       علت خشک نکردن مصالح سنگ و دمای کم مخلوط یا قیر مورد استفاده ، کاهش می یابد .

بررسی فاصله حمل کارخانجات تولید آسفالت گرم با محل اجرا که باعث کاهش دمای آسفالت و در نتیجه نقص مشخصات فنی ازیک سو ، و ارزان بودن آن به نسبت آسفالت گرم بسیار قابل توجه است .

 

 

استفاده از CSS(Cold Mix)برای پر کردن ترک ها و درز ها

 

درز گیری ها و پر کردن ترک های سطحی روسازی جاده ها و بستر پشت بام ها در فرآیند تعمیر و نگهداری بسیار مهم است . نفوذ آب از محل ترک و یخ زدگی ضمن از بین بردن رویه ، امکان نشست را در جاده افزایش می دهد . با توجـه به وضعیـت و اندازه تـرک ها و درزها ، تعمیر و نگـهداری آن را می توان به عنوان اقدامی ترمیمی یا پیش گیرنده تلقی نمود . روش آب بندی و پر کردن ترک وسیله انسان (دستی) بدون نیاز به گرم کردن امولسیون یا تجهیزات خاصی قابل اجرا است و در ترک های بزرگ و عمیق در جاده ها ، با استفاده از ماشین آلات پاشش همزمان قیر و مصالح سنگی براحتی و بدون مـسدود کردن جاده قابل انجام است . ترک های سطح راه ممکن است اشکال مختلف داشته باشد . ترک های بزرگ یا نواحی با ترک های زیاد را همیشه نمی توان با پر کردن ، اصلاح و ترمیم نمود . در این حالت اغلب لازم است مصلاح ترک خورده به طور کامل برداشته شده و مخلوط آسفالتی لکه گیری و با مصالحی نظیر قیر پلیمر تمام ضخامت لایه اصلاح گردد .

همچنین ترک هائی که به علت شرایط نامناسب لایه های زیرین پدید آمده اند را نمی توان با آب بندی و پر کردن اصلاح نمود در این موارد ابتدا باید عیوب لایه های زیرین روسازی مرتفع گردند .

نگهداری خوب سطح آسفالتی مستلزم آب بندی ترک ها به محض پیدایش نمایان شدن آنها است . آب بندی و پرکردن ترک ها در اولین مراحل ظهور مشکلات وسائل آتی را برطرف می نماید . در مواردیکه باز شدگی عرض ترک به طور مستمر ادامه دارد آب بندی و پر کردن آن نیز ، به موازات گسترش ترک ادامه می یابد ، قصور در آب بندی و پر کردن به موقع ترک ها ، موجب آسیب دیدگی بیشتر ناشی از دوره های یخبندان ذوب یخ یا تضعیف بستر در اثر نفوذ آب خواهد شد که هزینه های فراوانی را به دنبال دارد .

ترک های طولی ، انعکاسی ، انقباضی و عرضی را می توان با قیر امولسیون تعمیر نمود .

 

         مزایای استفاده از قیر امولاسیون برای درزگیری به شرح زیر است :

الف : آب بندی ترک ها و درزها با قیر امولسیون آسان تر از سایر موارد مشابه است .

ب  : آب بندی و ترک ها و درزها با قیر امولسیون ارزانتر از سایر موارد مشابه است .

ج   : انـجام درزگیـری به وسیله قیر امولسیون تعمیرات اساسی را به تعویق می اندازد و ممکن است  موجب عدم نیاز به تعمیرات اساسی گردد .