کاربرد امولسیون قیر و روش های تهیه آن

امولسیون قیر از مخلوط کردن قیر و آب به کمک یک ماده امولسیون ساز به دست می آید. قیر در این نوع مخلوط در آب حل نشده بلکه به صورت گلبول یا کره هایی به قطر یک صدم تا یک هزارم میلی متر در آب شناور می شود. به کار بردن ماده امولسیون ساز که معمولا ملح قلیایی یک اسید آلی و یا نمک آمونیوم و یا نمک آمین است باعث می شود که سطح دانه های قیر باردار شده و نیروی دافعه ای بین آنها به وجود بیاید که مانع از به هم پیوستن و در نتیجه لخته شدن قیر شود.

امولسیون هایی که با استفاده از املاح قلیایی اسیدهای آلی ساخته می شوند موجب به وجود امدن بار ذره ای منفی در سطح دانه های قیر شده و از این جهت این نوع امولسیون ها به امولسیون های آنیونی موسوم هستند. از طرف دیگر استفاده از نمک های آمونیوم یا آمین موجب به وجود آمدن بار ذره ای مثبت در سطح گلبول های قیر شده و این امولسیون ها را امولسیون های کاتیونی می نامند.

گاهی اوقات برای افزایش پایداری امولسیون های قیر در برابر لخته شدن و به هم پیوستن دانه های قیر به آنها مواد پایدار کننده نظیر صابون های پتاسیم اضافه می کنند. افزودن مواد پایدار کننده سبب می شود که امولسیون قیر پس از مصرف بهتر دانه های مصالح سنگی را اندود کرده و همچنین پایداری امولسیون انبار شده نیز بیشتر شود.

امولسیون های قیر معمولا دارای 0/3 تا 0/5 درصد ماده امولسیون ساز و 30 تا 50 درصد آب هستند. هر گاه از امولسیون قیر برای آب بندی استفاده شود باید امولسیون را قبل از مصرف رقیق کرد. رقیق کردن امولسیون ها با اضافه کردن آب (حداکثر 65 درصد) انجام می شد.

روش های تهیه امولسیون قیر

امروزه دو روش متداول برای ساختن امولسیون های قیر موجود است. در روش اول که به روش مخلوط کن سریع موسوم است پس از آنکه قیر مورد نظر تا حدود 100 درجه سانتی گراد گرم شد به طور همزمان با جریان آبی که حاوی مقدار کمی از یک ملح قلیایی است به داخل محفظه ای وارد می شود. در این محفظه قیر مذاب و آب به کمک پروانه ای که در داخل محفظه قرار داشته و با سرعت زیادی می چرخد با هم مخلوط می شوند. ماده امولسیون ساز در این روش در اثر فعل و انفعال شیمیایی که بین ملح قلیایی موجود در آب و مواد اسیدی موجود در قیر انجام می گیرد به وجود می آید. کیفیت امولسیون قیری که با روش مخلوط کن سریع تهیه می شود بستگی زیادی به جنس و ترکیب شیمیایی قیر اولیه دارد. اندازه گلبول های امولسیون قیر به دست آمده در این روش بین 1 تا 10 میکرون بوده و امولسیون حاصل در مقایسه با روش دیگر کاملا یکنواخت نیست.

روش دوم که به روش اسیاب کلوییدی موسوم است دارای کاربرد وسیع تری است و قابل استفاده با هر نوع قیری است. در این روش پس از آنکه قیر مورد نظر به اندازه کافی گرم شد، جریان باریکی از آن به همراه جریان آبی که قبلا به ان ماده امولسیون ساز اضافه شده است از بین دو استوانه یا دو مخلوط هم محور که یکی ثابت بوده و دیگری به فاصله خیلی کمی از آن قرار داشته و با سرعت زیادی می چرخد عبور داده می شود. در اثر وارد امدن تنش برشی شدید به ذرات قیر و آب این ذرات با یکدیگر مخلوط می شوند. امولسیون قیر به دست آمده در این روش به علت آنکه اندازه دانه های قیر آن (1 تا 2 میکرون) در مقایسه با امولسیون حاصل از روش مخلوط کن سریع کوچکتر و یکنواخت تر است از کیفیت بهتری برخوردار است. در شکل 1، شکل ساده شده نحوه تهیه امولسیون قیر نشان داده شده است.

شکل 1- شکل ساده شده یک کارخانه تهیه امولسیون قیر

امولسیون های قیر پس از مصرف و تماس با مصالح سنگی شکسته شده و قیر آن به صورت لایه نازکی سطح دانه ها را اندود کرده و آب آن تبخیر شده و یا جریان پیدا می کند. نشانه شکستن امولسیون قیر تغییر رنگ آن از قهوه ای به سیاه است. عواملی که در سرعت شکستن امولسیون موثر هستند عبارتند از : نوع ماده امولسیون ساز، جنس و خصوصیات مصالح سنگی، درجه حرارت هوا، رطوبت نسبی محیط، سرعت باد و عوامل مکانیکی نظیر آمد و شد وسایل نقلیه.

بر اساس سرعت شکستن امولسیون های قیر آنها را ناپایدار یا زود شکن (RS)، نیمه پایدار یا کند شکن (MS) و پایدار یا دیرشکن (SS) می نامند.

امولسیون های قیر در اوایل برای به کار بردن در مناطق با آب و هوای مرطوب و همچنین برای به کار بردن با مصالح سنگی مرطوب به وجود آمده و مورد استفاده قرار گرفت، اما هم اکنون امولسیون های قیر در هر آب و هوایی و با هر نوع مصالحی قابل مصرف است. امولسیون های انیونی به علت آنکه سطح دانه های قیر آن بار ذره ای منفی دارند بسیار مناسب برای به کار بردن با سنگ های اهکی و دلومیتی هستند. امولسیون های کاتیونی که دارای بار ذره ای مثبت هستند بسیار مناسب برای استفاده با سنگ های سیلیسی و کوارتزی هستند.

در راهسازی از امولسیون های قیر برای تهیه مخلوط های قیری، تثبیت خاک و ماسه و همچنین برای اندودکاری استفاده می شود. از آنجا که امولسیون ها به صورت سرد مصرف شده و لزومی به حرارت دادن آنها نیست، لذا از نقطه نظر اقتصادی و همچنین ایمنی بر انواع دیگر قیرها برتری دارند. اشکالی که در استفاده از امولسیون ها وجود دارد آب ناشی از شکستن انهاست که باید دفع شود تا بتوان مصالح را به خوبی کوبیده و متراکم کرد. اگر لایه روسازی ساخته شده با استفاده از امولسیون قیر نازک باشد عمل دفع اب به آسانی صورت می گیرد ولی در مورد لایه های ضخیم عمل زهکشی به سختی انجام می شود. نقطه ضعف دیگر مربوط به مصرف امولسیون های قیر حمل بیهوده آب امولسیون به خصوص در فواصل دور است.

بشکه های امولسیون ها را می توان به مدت چند ماه در انبار نگهداری کرد مشروط بر آنکه کلیه اقدامات احتیاطی جهت جلوگیری از شکستن انها صورت گیرد. عواملی که ممکن است موجب شکستن پیش از موعد امولسیون های انبار شده شود عبارتند از برودت، ورود اتفاقی مصالح سنگی یا مواد شیمیایی و یا مخلوط کردن دو امولسیون با بار ذره ای مخالف یکدیگر. به طور کلی باید از انبار کردن امولسیون ها در گرمای کمتر از 2 درجه سانتی گراد خودداری شود تا امولسیون قیر یخ نزند.

بهتر است که بشکه های حاوی امولسیون های قیر گاه به گاه غلتانده شده و سر و ته شوند تا از ته نشین شدن دانه های قیر جلوگیری شود. همچنین اگر بشکه های امولسیون های قیر قبل از مصرف غلتانده شوند امولسیون حالت یکنواخت تری پیدا می کند.

کاربردهای امولسیون قیر

از امولسیون قیر برای تثبیت ماسه بادی، قیرپاشی سطح راه های خاکی به منظور جلوگیری از گرد و خاک و تهیه مخلوط های قیری برای لکه گیری روسازی ها استفاده می شود.