انواع امولسیون‌های قیری
امولسیون‌های قیری مخلوطی از قیر و آب است که به کمک ماده امولسیون ساز ساخته می‌شود. در این مخلوط قیر در آب حل نشده و بلکه به صورت گلبول‌هایی بسیار ریز در آب شناور است. در بعضی موارد ممکن است همراه با ماده امولسیون ساز، ماده پایدار کننده نیز استفاده شود. رنگ امولسیون قیری قبل از مصرف، قهوه‌ای است و بعد از شکستن به رنگ سیاه قیر تبدیل می‌شود.
امولسیون‌های قیری از نوع فاز معلق به دو دسته آب در روغن و روغن در آب تقسیم می‌شود. امولسیون‌های قیری عمدتاً از نوع امولسیون‌های روغن در آب هستند که قیر در فاز آب پراکنده است.
طبقه بندی و ساختار امولسیون‌های قیری
امولسیون مخلوطی از دو مایع غیر امتزاج است که یکی از این مایعات به صورت ذرات ریز در مایع دیگر معلق است. مایع معلق شده (فاز داخلی یا فاز غیر پیوسته) مایعی است که به صورت ذرات بسیار ریز در داخل مایع دیگر به عنوان فاز خارجی (پیوسته) شناور شده است. امولسیون‌ها به لحاظ نوع فاز معلق به دو دسته آب در روغن و روغن در آب تقسیم می‌شوند. در امولسیون‌ها به روش‌های مختلف می‌توان مشخص نمود که کدام فاز پیوسته و کدام فاز غیر پیوسته است. به عنوان مثال در امولسیون روغن در آب، روغن فاز غیر پیوسته و آب فاز پیوسته است. بالعکس در امولسیون آب در روغن، آب، فاز غیر پیوسته و روغن فاز پیوسته را تشکیل می‌دهد.
جهت تعادل دو فاز داخلی و خارجی در امولسیون یا به عبارت دیگر برای ساخت امولسیون و حفظ ثبات این دو فاز به صورت معلق، موادی به مخلوط دو مایع افزوده می‌شود. که امولسوین ساز نامیده می‌شود. در یعضی موارد لازم است که پایداری امولسوین را افزایش داد، به این منظور ماده دیگری به نام پایدار کننده به امولسیون اضافه می‌شود.
انواع امولسیون‌های قیری
امولسیون‌های قیری را از نظر سرعت شکسته شدن و بار الکتریکی ذارت معلق می‌توان رده بندی نمود.
رده بندی امولسیون‌های قیری از نظر سرعت شکستن
بعد از مصرف امولسیون قیری، آب موجود در مخلوط جدا و تبخیر شده و قیر به تدریج سطح راه یا اطراف سنگدانه‌ها را اندود می‌کند. که این فرایند شکست امولسیون نامیده می‌شود. امولسیون‌های قیری بر اساس پایدارایشان در مقابل شکستن به سه گروه اصلی تندشکن (ناپایدار)، کندشکن (نیمه پایدار) و دیر شکن (پایدار) تقسیم می‌شوند.
امولسیون‌های قیری تندشکن (ناپایدار)
امولسیون‌های قیری ناپایدار روی سطح مصالح بسیار سریع شکسته می‌شوند و یک لایه بسیار نازک قیر را به جای می‌گذارند. مصرف عمده آنها در آب بندی با مصالح سنگی، آب بندی با ماسه، آسفالت‌های سطحی و ماکادام نفوذی است. امولسیون‌های قیری تندشکن برای آنکه در سطح راه جاری نشوند، از کند روانی بالایی برخوردار هستند.
امولسیون‌های قیری کندشکن (نیمه پایدار)
این دسته شامل امولسیون‌های قیری است که نسبت به امولسیون‌های تندشکن پایداری بیشتری داشته و می‌توان آنها را با مصالح سنگی مخلوط نمود. زیرا که بلافاصله پس از تماس با سنگدانه‌ها شکسته نمی‌شوند و مخلوط آسفالتی برای چندین دقیقه کارایی خود را حفظ می‌کند. این امولسیون‌ها غالباً در کارخانه‌های آسفالت سیار تهیه شده یا به شکل آسفالت مخلوط در محل استفاده می‌شوند. امولسیون‌های قیری کندشکن پوشش بهتری به مصالح سنگی، در دمای بالای محیط می‌دهند.
امولسیون‌های قیر دیر شکن
این دسته شامل امولسیون‌های قیری است که پس از تماس با مصالح سنگی پایداری زیادی دارند. این امولسیون‌ها را می‌توان با مصالح سنگی با دانه بندی پیوسته و مقادیر زیادی ریزدانه استفاده نمود. امولسیون‌های قیری دیرشکن کندروانی کمی دارند که می‌توان با اضافه کردن آب، کندروانی آنها را بیشتر کاهش داد. این گروه وقتی رقیق شوند می‌توانند برای اندود سطحی، آب بندی سطح روسازی بدون مصرف سنگدانه و فرونشاندن گرد و غبار استفاده شوند. اگر سرعت شکست تندتری در مخلوط آسفالتی، مثلاً در دوغاب امولسیون قیری مورد نیاز باشد می‌توان به آن سیمان پرتلند یا آهک هیدراته اضافه نمود.
رده بندی امولسیون‌های قیری از نظر بار الکتریکی
امولسیون‌های قیری از نظر بار الکتریکی ذرات معلق قیر به سه نوع کاتیونیک، آنیونیک و غیر یونی طبقه بندی می‌شوند که هر یک از آنها با امولسیون سازهای محتلف ساخته می‌شوند.
امولسیون‌های قیری کاتیونیک
چنانچه ذرات معلق قیر در امولسیون دارای بار الکتریکی مثبت باشند، امولسیون قیری کاتیونیک نامیده می‌شود. این نوع امولسیون قیری به مصالح سنگی شامل ترکیبات سیلیسی و کوارتز که با الکتریکی منفی دارند، بهتر می‌چسبد.
امولسیون‌های قیری کاتیونیک به سه گروه تندشکن، کندشکن، و دیر شکن تقسیم می‌شوند.
امولسیون‌های قیری آنیونیک
چنانچه ذرات قیر معلق در امولسیون دارای بار الکتریکی منفی باشد، آن را امولسیون قیری آنیونیک گویند. این نوع امولسیون‌ها به مصالح سنگی آهکی که دارای بار الکتریکی مثبت هستند، بهتر می‌چسبند. امولسوین قیری آنیونیک به سه نوع تندشکن، کندشکن و دیر شکن تقسیم می‌شوند.
موارد کاربرد امولسیون‌های قیری
استفاده از امولسیون‌های قیری برای ساخت و نگهداری راه، روش جدیدی نیست. کاربردهای آن فقط محدود به قیرپاشی و تثبیت گرد و غبار در راه‌های شنی و خاکی می‌شود. کمبود اطلاعات و عدم تولید انواع مختلف امولسیون‌های قیری، استفاده از آنها را محدود کرده بود.
در حال حاض بیشترین مصرف این قیرها در ساخت آزادراه‌ها و بزرگراه‌ها، راه‌های اصلی، فرعی و روستایی به روش آسفالت سرد، انواع آسفالت‌های حفاظتی (آسفالت سطحی، دوغاب آب بند امولسیون قیری و …)، اندود سطحی، مصرف در لکه گیری و نگهداری و بهسازی راه‌ها، تثبیت خاک و فرونشاندن گرد و غبار است. یکی از مزایای امولسیون قیری نسبت به قیرهای محلول امکان استفاده آنها بر روی سطوح مرطوب است که بدون از دست دادن چسبندگی، لایه نازکی از قیر را بر روی مصالح سنگی یا سطوح روسازی بر جای می‌گذارد.
با مصرف امولسیون‌های قیری، تعمیر، نگهداری و بهسازی راه‌ها در مناطق دور افتاده که از محل کارخانه آسفالت فاصله زیادی دارند با استاندارد بالا قابل اجرا است.
امولسیون‌های قیری بر حسب مورد در تمامی کارهای آسفالتی گرم و سرد، انواع آسفالت‌های حفاظتی، اندود سطحی و نفوذی و تثبیت خاک به کار می روند. موارد کاربرد امولسیون‌های قیری به شرح زیر است.
- مخلوط‌های آسفالتی گرم
- مخلوط‌های آسفالتی سرد
- آسفالت مخلوط در محل
- آسفالت‌های حفاظتی و آب بندی
- آسفالت سطحی یک لایه‌ای
- آسفالت سطحی چند لایه‌ای
- اندود اب بندی با مصالح سنگی
- اندود آب بندی با ماسه
- ماکادام نفوذی با فضای خالی کم وزیاد
- قیر پاشی‌ها
- اندود سطح بدون سنگدانه
- اندود نفوذی برای سطوح قابل نفوذ
- اندود سطحی
- غبار نشانی
- مالچ پاشی
- پر کردن تعمیرات
- تعمیرات و لکه گیری فوری و غیر فوری
مخلوط نمودن قیر با آب به صورت امولسیون قیری
استفاده از امولسوین قیری در راهسازی است. و مصرف امولسیون‌های قیری، به حرارت زیاد یا حلال‌های نفتی زیاد نیاز ندارد و می‌تواند با مصالح سرد یا حتی مرطوب به کار برده شود.
اجزای تشکیل دهنده امولسیون‌های قیری
قیر، آب و امولسیون ساز اجزای اصلی تشکیل دهنده امولسیون‌های قیر هستند. در بعضی موارد ممکن است جز امولسیون ساز امولسوین قیری حاوی پایدار کننده نیز باشد. تحقیق در مورد سه جز اصلی تشکیل دهنده امولسیون قیری، یعنی قیر، آب و امولسیون ساز جهت درک عملکرد امولسیون قیری ضروری است.
قیر
قیر به عنوان ماده چسباننده به شکل‌های متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. قیر در دمای محیط به حالت جامد یا نیمه جامد است که کارایی لازم را ندارد ولی م‌توان آن را به سه روش قابل استفاده که شامل مواد زیر است.
- حرارت دادن
- مخلوط نمودن قیر با حلال‌های نفتی (قیر محلول)
- مخلوط نمودن قیر با آب به صورت امولسیون قیری
حرارت دادن
معمولاً برای مخلوط‌های آسفالتی گرم و موقعی به کار می‌رود که حجم کار آسفالتی زیاد و وسایلی که بتوان مخلوط آسفالتی را تا زمان کاملاً گرم نگهداری نموده و در دسترس باشد. این روش از نظر اقتصادی برای کارهای کوچک یا مواردی که تجهیزات لازم در احتیار نباشد، مناسب نخواهد بود. در این روش ابتدا قیر و مصالح سنگی، گرم و در کارخانه آسفالت مخلوط می‌شوند. سپس مخلوط آسفالتی به محل حمل، در سطح را ه پخش و کوبیده می‌شود. اما در مناطق دور افتاده و کوهستانی فراهم کردن کارخانه آسفالت و ماشین آلات لازم برای ریختن آسفالت گرم همیشه امکان پذیر نیست. و نیاز به روشی مناسبی است که بتوان از قیر و مصالح سنگی سرد، آسفالت تهیه نمود. لذا روش دوم یعنی رقیق کردن قیر با استفاده از حلال‌های نفتی و تهیه قیرهای محلول مطرح می‌شود.
تهیه و استفاده از قیرهای محلول امروزه گران تمام می‌شود. زیرا باعث هدر رفتن حلال‌های نفتی می‌شود که هیچگونه نقشی در چسبندگی ندارند و به علاوه مسئله آلودکی محیط زیست به عنوان استفاده از حلال‌های نفتی و نیز خطرات و صدمات ناشی از آتش سوزی مسائلی هستند که امروزه کاربرد این روش را محدود می‌نماید.
قیر خالص جز اصلی تشکیل دهنده امولسیون قیری است که حدود ۵۵ تا ۶۵ درصد آن را شامل می‌شود. قیر ترکیبی کلوئیدی متشکل از چندین جز است. اجزای اصلی تشکیل دهنده قیر، آسفالتین و مالتین هستند. در این سیستم کلوئیدی مولکول‌های به هم پیوسته معلق آسفالتین بسیار قطبی با وزن مولکولی زیاد در محیط روغنی شکل حلال مالتین پراکنده شده است. مالتین فاز پیوسته‌ای است که شامل ترکیبات اشباع، آروماتیک‌ها و رزین‌ها هستند.
امولسیون ساز
امولسیون ساز سومین جز تشکیل دهنده امولسوین قیری است. امولسیون سازها، مواد شیمیایی با سطح فعال هستند که آنیونی، کاتیونی و غیر یونی بودن امولسیون را مشخص می‌نماید. در تهیه امولسیون قیری، مقدار جزیی از این ماده شیمیایی به منظور تسهیل در تشکیل گلبول‌های قیر و تعلیق پایدار به آن اضافه می‌شود.
برای تهیه امولسیون قیری مناسب باید در انتخاب امولسیون ساز نهایت دقت را مبذول داشت. ترکیبات شیمیایی زیادی در دسترس است که می‌توان از آنها به عنوان امولسیون ساز استفاده نمود.
پایدار کننده‌ها
در تهیه امولسیون‌های قیری برای مصارف راهسازی مقدار امولسیون‌ساز نسبت به وزن کل امولسیون بین ۰/۵ تا ۱ درصد است. این مقدار امولسیون ساز معمولاً برای جوگیری از به هم پیوستن و لخته شدن قیر کافی است. ولی در بعضی موارد لازم است که پایداری امولسیون قیری را نیز افزایش داد. برای این منظور ماده دیگری به نام پایدار کننده به امولسیون اضافه می‌شود. پایدار کننده‌ها را می‌توان در تهیه امولسیون قیری یا در مراحل بعدی اضافه نمود. از انواع متداول پایدار کننده‌ها می‌توان از کازئین، صابونه‌های پتاسیم و رزین وینشول نام برد.
خواص امولسیون‌های قیری
به طور کلی استفاده از امولسیون قیری موجب ایمنی بیشتر، صرفه جویی در هزینه، تنوع کاربرد، صرفه جویی در انرژی و ایجاد آلودگی کمتر می‌شود. در جریان استفاده از امولسیون‌های قیری نیازی به حرارت دادن زیاد و خشک نمودن مصالح سنگی نیست. و با مصالح سنگی مرطوب نیز قابل مصرف است.
لذا مصرف آنها از نظر ایمنی و اقتصادی نسبت به قیرهای معمولی برتری دارد. استفاده از امولسیون قیری بر روی بستر مرطوب شنی و آسفالتی راه نیز میسر است. و بر خلاف قیرهای محلول فقط آب تبخیر می‌شود. از نظر زیست محیطی و اقتصادی مطلوب‌تر است. استفاده از امولسیون قیری به ویژه در مناطق شهری برای حفظ محیط زیست و جلوگیری از آلودگی هوا مناسب است.
کند روانی
مقاومت سیالات را در برابر جاری شدن، کندروانی گویند. کند روانی امولسوین قیری باید به اندازه‌ای باشد تا در مدت زمان ذخیره سازی قابل قبولی باقی بماند. لذا تولید کنندگان باید قادر به تولید امولسیون قیری با کندروانی مورد نظر باشند. عوامل بسیاری بر کندروانی امولسیون‌های قیری تاثیر می‌گذارند از مهمترین آنها میزان قیر، دمای امولسیون قیری و تئزیع اندازه ذرات قیر پخش شده در امولسیون است.
نوع و مقدرا ماده امولسیون ساز، نوع و مقدار پایدار کننده و میزان املاح موجود در قیر از دیگر عواملی هستند که در کندروانی امولسیون‌های قیری موثرند. کندروانی قیر همچنین بر کندروانی امولسیون اثر می‌گذارد.
نشست
نشست فرایندی است که طی آن طی فاز قیر یا بخشی از آن سمت ته ظرف امولسیون حرکت می‌کند. اگر ذارت قیر در امولسیون نشست نمایند. بدین معنی نیست که امولسیون قیر ناپایدار است، غالباً همزدن آرام، امولسیون قیری را به کیفیت اولیه بر می‌گرداند. به هر حال اگر پایداری امولسیون قیر ضعیف باشد، ممکن است نشست منجر به انعقاد و شکست امولسیون شود. در این حالت با همزدن نمی‌توان کیفیت امولسیون را به مدت زیادی حفظ کرد. درجه نشست امولسیون نشان دهنده عمر بهره برداری از آن است.
نشست امولسیون به واسطه نیروی ثقل و اختلاف وزن مخصوص بین دو فاز آن است، حتی اگر این اختلاف کم باشد.
لخته شدن
لخته شدن فرایندی است که در آن ذارت قیر شروع به چسبیدن به یکدیگر می نمایند. اغلب اوقات در این فرایند ذره بزرگتر مرکزی که ذرات کوچکتر اطراف آن را احاطه نموده، تشکیل می‌شود. ذارت لخته شده قیر غالباً با هم زدن مجدد پراکنده می‌شوند.
انعقاد
به فرایندی که ذارت قیر در امولسیون به یکدیگر بپیوندند و به شکل ذارت بزرگتر در آیند، انعقاد گویند. غالباً انعقاد به دنبال لحته شدن اتفاق می‌افتد. این فرایند می‌تواند به علت اعمال مکانیکی نظیر همزدن، پمپ کردن یا لرزاندن شروع شود. پدیده انعقاد که در فرایند شکستن امولسیون قیری اتفاق می‌افتد. به نوع مصالح سنگی بستگی دارد.
شکست
هدف از تهیه امولسیون قیر این است که قیر را در دمای محیط به حالت سیال در آوریم. امولسیون قیر باید در طول مدت ذخیره سازی و حمل و نقل پایدار باشد، اما پس از پاشیده شدن روی مصالح معدنی یا سطوح روسازی با سرعت معین بشکند. سرعت شکست امولسیون اساساً با نوع و ماده امولسیون ساز کنترل می‌شود. عوامل دیگری همچون نوع مصالح سنگی، دما و شرایط اقلیمی روی سرعت شکست اثر دارند.
چسبندگی
چسبندگی امولسیون قیری در نتیجه فرایند فرایند شکست است. اثر متقابل امولسیون قیری و مصالح سنگی بستگی به بارهای الکتریکی موجود در ذرات امولسیون قیری و سطح مصالح سنگی دارد. اگر بارها غیر همنام باشد، می‌توان پوشش و چسبندگی مطلوب را انتظار داشت. در غیر این صورت کیفیت مطلوب نخواهد بود. به همین منظور است که امولسیون قیری آنیونیک در مواردی که مصالح سنگی دارای سطح با بار الکتریکی منفی هستند کمتر کاربرد دارد. بنابراین چسبندگی خوب بین مصالح سنگی با بار الکترکی منفی و امولسیون‌های قیری کاتیونیک کاملاً منطقی به نظر می‌رسد.
