روش مشخص کردن درجه نفوذ پذیری قیر

سختی یا نرمی قیر از از ویژگی‌‎های مهم این ماده است که با توجه به درجه نفوذ قیر قابل تعیین است و میزان مقاومت آن را تحت بار و در دمای خاص مشخص می‌‎کند. به بیان ساده‌‎تر، درجه نفوذ قیر به ما نشان می‌‎دهد که قیر چقدر نرم یا سخت است.برای آشنایی بیشتر با مفهوم درجه نفوذپذیری قیر با ادامه این مطلب با ما همراه باشید. ایران ای ترید برترین وبسایت اطلاع رسانی قیمت فرآورده های پتروشیمی و قیمت قیر در ایران.

 درجه نفوذ قیر (Penetration of Bitumen)

شاخص درجه نفوذ قیربه‌‎طور گستر‎ده‌‎ در صنعت راه‌‎سازی و ساخت‌‎وساز برای انتخاب نوع قیر مناسب برای شرایط خاص آب و هوایی خاص استفاده می‌شود. قیرهایی با درجه نفوذ پایین‌تر سخت‌تر و قیرهایی با درجه نفوذ بالاتر نرم‌تر هستند.

قابلیت و درجه نفوذ قیر (Penetration of Bitumen) به میزان نرمی یا سختی قیر اشاره دارد، که به این منظور، قیر تحت آزمایش قرار می‌گیرد:

یک سوزن استاندارد با وزن مشخص و در دمای معین (معمولاً 25 درجه سانتی‌گراد) برای مدت زمان معین (معمولاً 5 ثانیه) بر روی سطح قیر قرار می‌گیرد. میزان نفوذ سوزن در قیر بر حسب دهم میلی‌متر اندازه‌گیری شده و به عنوان درجه نفوذ قیر ثبت می‌‎گردد.

به عنوان مثال، اگر سوزن در مدت زمان آزمایش 70 دهم میلی‌متر (7 میلی‌متر) به داخل قیر نفوذ کند، گفته می‌‎شود که درجه نفوذ قیر 70 است. 

اصطلاحات و تعاریف میزان نفوذ قیر

همانطور که گفته شد، قیرهای با درجه نفوذ بالاتر نرم‌تر و در آب و هوای سرد کاربرد دارند، در حالی که قیرهای با درجه نفوذ پایین‌تر سخت‌تر و برای مناطق گرم مناسب‌ترند. برای درک بیشتر قابلیت نفوذ قیر، باید با یکسری از اصطلاحات و تعاریف مختلفی آشنا شویم:

درجه نفوذ (Penetration Grade)

درجه نفوذ (Penetration of Bitumen) یکی از مهم‌ترین شاخص‌ها برای تعیین نفوذپذیری قیر نرمی یا سختی قیر است. این شاخص نشان‌دهنده میزان فرو رفتن یک سوزن استاندارد در قیر تحت شرایط معین است. میزان نفوذ سوزن در قیر بر حسب دهم میلی‌متر (0.1 میلی‌متر) اندازه‌گیری می‌شود.

قیر خالص (Pure Bitumen)

قیر خالص (Pure Bitumen) به  قیرهای طبیعی یا قیرهای حاصل از پالایش نفت خام اشاره دارد. این نوع قیرها به صورت مستقیم از منابع نفتی به دست می‌آیند و فرآیندهای پیچیده‌تری برای تصفیه یا اصلاح ندارند. قیرهای خالص معمولاً دارای کیفیت بالا و خواص فیزیکی و شیمیایی ثابت‌تری هستند و در صنایع مختلف از جمله راه‌سازی و ساختمان‌سازی استفاده می‌شوند.

قیر قطرانی (Coal Tar Bitumen)

از اصطلاحات مهم در سنجش درجه نفوذ قیر، اصطلاح درجه نفوذ که میزان نرمی یا سختی قیر را مشخص می‌کند. اصطلاح قیر خالص است که به قیری که مستقیما از منابع نفتی به دست آمده باشد گفته می‌شود؛ و اصطلاح قیر قطرانی است که از تقطیر زغال‌سنگ، با با مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی‌ و آب، به دست آمده ولی دارای ترکیبات مضر برای سلامتی است.

 قیر قطرانی (Coal Tar Bitumen) نوعی قیر است که از تقطیر زغال‌سنگ به دست می‌آید. این نوع قیر به دلیل داشتن ترکیبات آروماتیک بیشتر، خواص متفاوتی نسبت به قیرهای نفتی دارد. قیر قطرانی به دلیل داشتن مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی و آب، برای کاربردهای خاصی مانند پوشش‌های ضدآب و عایق‌بندی مناسب است.

با این حال، به دلیل وجود ترکیبات مضر مانند پلی‌آروماتیک‌ها (PAHs) که برای سلامتی انسان‌ها و محیط‌زیست مضر هستند، استفاده از قیر قطرانی در برخی کشورها محدود یا ممنوع شده است.

ارتباط بین ویسکوزیته و درجه نفوذ چیست؟

ویسکوزیته پایین و درجه نفوذ بالا

قیرهایی که ویسکوزیته پایینی دارند، معمولاً نرم‌تر هستند و سوزن در آزمایش نفوذ راحت‌تر در آنها فرو می‌رود. این یعنی درجه نفوذ بالاتری دارند. این نوع قیرها در دماهای پایین‌تر عملکرد بهتری دارند زیرا انعطاف‌پذیری بیشتری داشته و ترک نمی‌خورند.

ویسکوزیته بالا و درجه نفوذ پایین

از اصطلاحات مهم در سنجش درجه نفوذ قیر، اصطلاح درجه نفوذ که میزان نرمی یا سختی قیر را مشخص می‌کند. اصطلاح قیر خالص است که به قیری که مستقیما از منابع نفتی به دست آمده باشد گفته می‌شود؛ و اصطلاح قیر قطرانی است که از تقطیر زعال‌سنگ، با با مقاومت بالا در برابر مواد شیمیایی‌ و آب، به دست آمده ولی دارای ترکیبات مضر برای سلامتی است.

 قیرهایی که ویسکوزیته بالایی دارند، معمولاً سخت‌تر هستند و سوزن در آزمایش نفوذ به سختی در آن‌ها فرو می‌رود. این یعنی درجه نفوذ پایین‌تری دارند. این نوع قیرها در دماهای بالا مقاومت بیشتری در برابر تغییر شکل نشان می‌دهند و برای مناطق گرمسیر مناسب‌تر هستند.

ویسکوزیته و درجه نفوذ به طور مستقیم به هم مرتبط هستند و هر دو نشان‌دهنده سختی یا نرمی قیر هستند. به طور کلی، قیر با ویسکوزیته پاییندارای درجه نفوذ بالا (نرم‌تر) و قیر با ویسکوزیته بالادارای درجه نفوذ پایین (سخت‌تر) است. این ارتباط کمک می‌کند تا مهندسان و متخصصان در انتخاب نوع مناسب قیر برای شرایط آب و هوایی و کاربردهای مختلف بهتر تصمیم‌گیری کنند.

استانداردهای آزمایش درجه نفوذ قیر

آزمایش درجه نفوذ قیر بر اساس استانداردهای مشخصی انجام شده که به منظور ایجاد شرایط یکسان و نتایج قابل مقایسه تدوین شده‌اند. این استانداردها شامل روش‌ها، تجهیزات و شرایط آزمایش است. در زیر به استانداردهای رایج برای آزمایش درجه نفوذ قیر اشاره می‌کنیم:

آزمایش درجه نرمی قیر  و استانداردهای رایج:

اگر آزمایش درجه‌ی نفوذ را در دمایی مساوی با نقطه‌ی نرمی قیر انجام دهیم، نتیجه برای همه‌ی قیرها برابر با درجه نفوذ 800 خواهد بود. به همین خاطر پارامتری به‌نام درجه نفوذ برای قیر تعریف شده است.

ASTM D5: “Standard Test Method for Penetration of Bituminous Materials.”

AASHTO T49: “Standard Method of Test for Penetration of Bituminous Materials”

EN 1426: “Bitumen and bituminous binders – Determination of needle penetration”

IS 1203: “Methods for Testing Tar and Bituminous Materials: Determination of Penetration”

روش انجام آزمایش برای تعیین درجه نفوذ قیر

آماده‌سازی نمونه

نمونه قیر در ظرف آزمونه ریخته شده و سطح آن صاف می‌شود.

نگهداری در دمای ثابت

نمونه به مدت حداقل 1 ساعت در حمام آب با دمای 25 درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد.

تنظیم دستگاه

دستگاه نفوذ سنج کالیبره می‌شود و سوزن در تماس با سطح قیر قرار می‌گیرد.

اعمال وزن و نفوذ

وزنه استاندارد به سوزن اضافه می‌شود و سوزن به مدت 5 ثانیه در قیر فرو می‌رود.

اندازه‌گیری نفوذ

میزان نفوذ سوزن در قیر با دقت دهم میلی‌متر اندازه‌گیری و ثبت می‌شود.

نتایج و تفسیر آزمودن نفوذ قیر 

هدف از آزمون نفوذ قیر تعیین میزان سختی یا نرمی قیر است. این آزمون برای تعیین مقاومت قیر در برابر تغییر شکل تحت فشار معین و در دمای مشخص انجام می‌شود و به انتخاب نوع مناسب قیر برای کاربردهای مختلف کمک می‌کند.

   درجه نفوذ قیر و سخت شدگی قیر

نتیجه اندازه‌گیری به عنوان درجه نفوذ قیر گزارش می‌شود. مثلاً نفوذ 70 دهم میلی‌متر به عنوان درجه نفوذ 70 ثبت می‌شود.

ارزیابی کیفیت

قیر با درجه نفوذ بالاتر نرم‌تر و مناسب برای مناطق سردسیر است، در حالی که قیر با درجه نفوذ پایین‌تر سخت‌تر و برای مناطق گرمسیر مناسب‌تر است. این استانداردها و روش‌ها به منظور اطمینان از دقت و صحت نتایج آزمایش نفوذ قیرتدوین شده‌اند و کمک می‌کنند تا ویژگی‌های فیزیکی قیر به طور دقیق ارزیابی و مقایسه شود.

انواع قیر با درجه نفوذ موجود در بازار

در بازار انواع مختلفی از قیر با درجه نفوذهای متفاوت وجود دارد که بر اساس میزان سختی یا نرمی آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند. در زیر به چند نمونه از این قیرها و کاربردهای آن‌ها اشاره می‌کنیم:

قیر درجه نفوذی 100/85

تعریف: قیری با درجه نفوذ بین 8.5 تا 10 میلی‌متر و نقطه‌ی نرمی بین 45 تا 52، در حرارت نرم‌تر و در برابر سرما سخت می‌شود.

کاربرد: درجه نفوذ قیر 100/85 مناسب برای استفاده در مناطق سردسیر که نیاز به قیر نرم‌تر برای مقاومت بهتر در برابر تغییرات دما دارند.

قیر درجه نفوذی 100/80

تعریف: قیری با درجه نفوذ بین 80 تا 100 دهم میلی‌متر، از جمله قیرهای نفوذی استاندارد است.

کاربرد: مناسب برای مناطق با شرایط آب و هوایی معتدل تا سرد و به عنوان گریده جاده‌ای شناخته می‌شود. این نوع قیر برای راه‌سازی، آسفالت سطح جاده بهترین نوع قیر است. 

قیر درجه نفوذی 100/70

تعریف: قیری با درجه نفوذ بین 70 تا 100 دهم میلی‌متر، در رده‌بندی درجه نفوذی قیر استاندارد قرار می‌گیرد. 

کاربرد: معمولاً در مناطقی با تغییرات دمایی نسبتاً کم و سردسیر قابل استفاده است. (به طور کلی از قیرهای سفت‌تر (با درجه نفوذ کمتر) برای مناطق گرمسیر، و از قیرهای شل‌تر (درجه نفوذ بالا) برای مناطق سردسیر استفاده می‌شود.)

قیر درجه نفوذی 90/60

تعریف: درجه نفوذ قیر بین 60 تا 90 دهم میلی‌متر، به عنوان یک قیر با درجه نفوذپذیری نیمه سخت و قیر سنگین شناخته می‌شود. 

کاربرد: درجه نفوذ پذیری قیر 90/60 مناسب برای استفاده در شرایط آب و هوایی معتدل، برای ساخت و تعمیر جاده است. 

قیر درجه نفوذی 70/60

تعریف: قیری با درجه نفوذ بین 60 تا 70 دهم میلی‌متر، که به عنوان قیر نیمه سخت شناخته می‌شود.

کاربرد: مناسب برای استفاده در مناطق گرمسیر که نیاز به قیر مقاوم‌تر در برابر حرارت دارند، مناسب است. برای چسباندن مواد نیز نمونه‌ای پرکاربرد است. 

قیر درجه نفوذی 70/50

تعریف: قیری با درجه نفوذ بین 50 تا 70 دهم میلی‌متر و نقطه‌ی نرمی بین 49 تا 59، با درجه نفوذپذیری نیمه سخت، یک قیر سنگین با خاصیت ترموپلاستیک است. 

کاربرد: مناسب برای شرایط آب و هوایی گرم و برای تعمیر، روسازه و ساخت جاده‌ها استفاده می‌شود. 

قیر درجه نفوذی 50/40

تعریف: قیری با درجه نفوذ قیر بین 40 تا 50 دهم میلی‌متر، که نسبتاً سخت است. 

کاربرد: مناسب برای مناطق با آب و هوای گرم و راه‌هایی با بار سنگین ترافیکی که نیاز به آسفالتی با انعطاف‌پذیری بالا نیاز دارد مناسب است. 

قیر درجه نفوذی 60/40

تعریف: قیری با درجه نفوذ بین 40 تا 60 دهم میلی‌متر، قیر نیمه سخت است.

میزان درجه بندی نفوذی قیر و طبقه‌بندی‌ آن‌ها، برای انتخاب قیر برای شرایط مختلف آب و هوایی و نوع پروژه بسیار کمک کننده است.

کاربرد: معمولاً در شرایط آب و هوایی گرم و برای جاده‌های پرترافیک استفاده می‌شود.