• 

امولسيون قير يك محلول از قير در آب است كه بوسيله امولسيون سازي پايدار مي گردد و از ته نشين شدن قير در آب جلوگیری می نماید .

امولسيون قير يك محلول از قير در آب است كه بوسيله امولسيون سازي پايدار مي گردد و از ته نشين شدن قير در آب جلوگيري مي شود.
اولين امولسيون قير در سال 1922 بوسيله هيو الن مكي ثبت شد.
در آن زمان صنايع اتومبيل سازی رونق زيادي پيدا كرده بودند و تعداد زيادی در حال شاخته شدن بود.
حال كه بيش از 80 سال از بوجود آمدن آن مي گذرد اين تكنولوژي هنوز هم بهترين تكنولوژي براي راهسازي محسوب مي شود.
علي رغم مزاياي مهم اين روش هنوز از آن به درستي در كشور ما استفاده نمي شود و از روشهاي نوين اجراي آن نيازاطلاعات كاملي در جامعه فني ارائه نشده است.
ما در اين مقاله به معرفي كامل اين محصول مي پردازيم و تاريخچه اي مختصر از كاربرد آن بويژه در اروپا و نيز رو شها و دستاوردهاي جديد و تركيب آن با ساير فناوري هاي نوين را بيان خواهيم كرد. همچنين در مورد مزاياي آن نسبت به تكنولوژي هاي ديگر، مكانيسم توليدآن،روش هاي اجراي آن، و انواع آن از قبيل امولسيون گرم، امولسيون سرد،امولسيون بازيافتي و كاربرد هاي آن از قبيل اندود سطحي، پوشش سطحي، بتن آسفالتي و ... مي پردازيم.

1- مقدمه

هر امولسيون از يك سيستم با دو فاز غير قابل امتزاج تشكيل ميشود. يكي از دو فاز به صورت گلبول و يا گلوله هاي كوچك در داخل فاز ديگر پراكنده است. فازي كه به صورت گلوله كوچك ميباشد، فاز داخلي ناميده مي شود و فازي كه اطراف اين گلوله هاي را فرا گرفته بنام فاز خارجي يا فاز پيوسته موسوم است در هر امو.لسيون به روشهاي مختلف ميتوان مشخص نمود كه كدام فاز پيوسته و كدام فاز غير پيوسته است. به عنوان مثال در امولسيون"روغن-در-آب" روغن فاز عير پيوسته و آب فاز پيوسته را تشكيل مي دهد. امولسيون هاي قير به طور كلي از نوع امولسيون هاي روغن-در- آب مي باشندكه فاز غير پيوسته را گلوله هاي كوچك قير كه در آب پراكنده اند تشكيل مي دهد

2- تاريخچه:

اولين امولسيون قير در سال 1922 توسط هيو الن مكي ثبت شد.در آن زمان صنايع اتومبيل سازي پيشرفت زيادي داشت و تعداد زيادي جاده در حال ساخته شدن بود. توليد امولسيون در فرانسه كه به عنوان مهد اين تكنولوژي معروف است از 10000 تن در سال 1923 به 300000 تن در زمان جنگ جهاني دوم افزايش يافت و در سال 1970 به 1200000 تن رسيد. امروزه 30 % تمام جاده هاي فرانسه از امولسيون ساخته شده اند و در تمام نقاط دنيا در حال ساخت هستند. اكثر قيرهايي كه در راه سازي مصرف مي شوند در حرارت معمولي حالت خميري و نيمه جامد دارند. به همين جهت در عمليات آسفالت پوششي ابتدا بايستي به كمك حرارت آنها را سيال نموده وسپس قشر نازكي از آنها را در سطح راه پخش نمود.

از آنجائي كه تهيه تسهيلات ودستگاههاي گرم كردن قير در نقاط دور دست نه مقدور بوده و نه مقرون به صرفه است متخصصين آسفالت سعي نمودند كه به طريقي كاربرد قير سرد را در راهسازي عملي سازند. با پيدايش امولسيون قير نه تنها عملاً كاربرد ير در سرما مقدور گرديد بلكه نقصي هم كه در كاربرد

قيرهاي مخلوط وجود دارد در اين مورد ملاحظه نميگردد. زيرا امولسيون هاي قير بسيار سيال بوده و بفر ض ورد Ĥ مرطوب بودن سطح راه و يا مصالح مورد مصرف، چسبندگي مناسبي بين قير و مصالح به وجود می آورد

3-تهیه :

براي نهیه امولسيون بايد بعد از روان كردن قير به حد كافي و ريختن آن در آب كارهاي زير را انجام داد:

- اعمال انرژي لازم، به بهترين وجه، براي پخش قير در آب

- افزودن يك ماده پايدار كننده بنام امولسيونساز به مخلوط قیر که نقش اصلي امولسيونساز پايدار كردن

مخلوط است در اثر چسبيدن به پيرامون ذرات قير و باردار كردن الكتريكي آنها بطوريكه دافع يكديگر باشند.

4- امولسيونساز:

در تهيه امولسيون قير مقدار جزئي از یک تركيب شيميايي به منظور تسهيل درتشكيل گلوبولهاي قير و نيز تعليق دائمي آنها به قير اضافه مي شود كه امولسيونساز ناميده مي شود اصولا در تهيه هر امولسيون بايستي از امو لسيون ساز استفاده شود و الا به محض خاتمه بهم زدن فوراً گلبولها به هم پيوسته و خود يك فاز پيوسته را تشكيل مي دهند و نتيجه عمل تشكيل دو فاز پيوسته ميباشد ولي در حضور امولسيونساز يك فيلم نازك از تركيب شيمايي كه به عنوان امو لسيون ساز به مخلوط اضافه شده است اطراف گلبولهاي قير را فرا مي گيرد، اين فيلم نازك به عنوان يك پوشش محافظ عمل كرده و از به هم پيوستن گلبولها جلوگيري ميكند. امولسيونسازها به چهار دسته تقسيم مي شوند كه دسته اول و دوم آنها كه داراي اهميت بيشتري هستند.

1- امولسيونسازهاي آنيونيك

2- امولسيونسازهاي کاتیونیک

3- امولسيونسازهاي غیر یونی

4- امولسيونسازهاي كلوئيدي

4-1 امولسيونسازهاي آنيونيك:

اين دسته از امولسيون سازها معمولاً ملح قليائي يك اسيد آلي ميباشند كه در محلول آبي توليد يك كاتيون فلزي و يك آنيون كه ساختمان آلي دارد مي نمايد.

به واسطه وجود بار يكسان نيروي دافعهاي بين آنها بوجود مي آيد كه مانع بهم پيوستن گلبولهاي قير ميشود.

4-2 امولسيونسازهاي كاتيونيك:

كفت اين دسته مواد آلي هستند كه هنگامي كه به يون يك شوند، آن قسمتي از ملكول كه حامل بار مثبت است داراي ساختمان آلي با زنجير طويل اليفاتيك بوده كه در قير نيز محلول است امينها با زنجير طويل آليفاتيك و املاح چهار تايي آمونيوم نمونه هاي جالبي از اينگونه امولسيونسازها ميباشد.از آن جهتي كه

امولسيونهاي كاتيونيك با يكديگر سازگاري ندارند،چنانچه مخلوط شوند بارهاي مثبت و منفي آنهاآن ph يكديگر را خنثي نموده و امولسيون لخته لخته ميگردد.امولسيونهاي آنيونيك معمولاً قليايي بوده و PH حدود 9 و يا بيشتر ميباشد در صورتي كه امولسيونهاي كاتيونيك كمتر از 6 دارند.

5- روشهاي تهيه امو لسيو نهاي قیر:

امروزه دو روش تجارتي جهت تهيه امو لسيون قیر مورد نياز راهسازي متداول است كه عبارتند از :

الف - روش آسياب كلوئيدي

ب- روش مخلوط كردن سريع

اختلاف اساسي اين دو روش در اين است كه در روش آسياب كلوئيدي امولسيون به طور مداوم تهيه ميشود در صورتيكه در روش مخلوط كن سريع امو لسيون در تعدادي ظروف مجزا تهيه ميشود.

5-1 آسياب كلوئيدي:

آسياب كلوئيدي از يك ميله كه درون يك استوانه قراردارد تشكيل شده است فاصله بين ميله و جدار داخلي استوانه حدود 5/0-3/0 ميليمتر است. ميله داخل استوانه به كمك برق و با سرعت 10000 فوت در دقيقه گردش مي كند.جهت تهيه امولسيون محلول داغ امولسيون سازدر آب و نيز قير گرم را با نسبتهاي مشخص و بطور جداگانه در آسياب كلوئيدي كه در حال چرخش مي باشد وارد مي كنند و از طرف ديگر آسياب امولسيون قير كه حالت كاملاً يكنواخت دارد خارج مي گردد.به كمك آسياب كلوئيدي مي توان

تا 10000 ليتر امولسيون قير تهيه نمود.

5-2 روش مخلوط كن سريع:

در اين روش قير داغ را وارد محلول رقيق قليائي مي كنند و عمل امولسيون سازي با فعل و انفعاليكه بين اسيدهاي آلي موجود در قير و قليايي محلول انجام مي شود صورت مي گيرد.طرز عمل بدين نحو است كه 800- مقدار معيني آب كه درجه حرارت آن تا نزديك نقطه جوش رسيده باشد در يك مخلوط كن 1200 ليتري وارد مي كند.مخلوط كن مجهز به يك دستگاه به هم زن با پروانه هائي است كه سريعاً مي گردند.

بهم زن نبايستي در مركز مخلوط كن نصب شود زيرا توليد گرداب مي نمايد. معمولاً بهم زن در فاصله كمي دورتر از مركز مخلوط كن نصب مي شود . قليا به همراه آب وارد مخلوط كن شده و سپس قير گرم كه حدود 100 درجه سانتي گراد حرارت داردآهسته ولي مداوم به همراه بهم زدن پيوسته وارد مخلوط كن مي شود. امولسيوني كه به اين روش تهيه مي شود به يكنواختي روش آسياب كلوئيدي نبوده در معرض هوا قرار دادن امولسيون سبب تبخير آب آن شده و منجر به پوسته بستن و يا لخته شدن امولسيون مي گردد.

6- پديده شكستن امولسيون:

تبخير آب امولسيون موجب تراكم ذرات كروي قير ميگردد. نتيجه اين امر افزايش نيروهاي كشش ي مولكولي است كه بر نيروهاي دافعه الكترو استاتيكي غلبه مي كند و ذرات قير بهم متصل شده و توده پيوسته اي تشكيل مي دهند. اين پديده را شكستن امولسيون مي نامند. شكستن امولسيون ممكن است ناشي از تماس با مصالح سنگي باشد. تماس با مصالح سنگي همراه با پديده هاي پيچيده يونيزاسيون سطحي بوده و غالباً مخلوطهاي غير قابل حل بين ذرات قير و دانه ها كه بصورت سيمان ميان مصالح سنگي و قير عمل مي كنند، ايجاد مي نمايند.در مصارف راهسازي بهتر است از امولسيونهاي كاتيونيك كه در هر شرايط مستقل از نوع سنگ تشكيل دهنده دانه ها چسبندگي قير را تامين مي كند استفاده نمود. تهيه امولسيون قير بايد به صورتي باشد كه نه در مخازن و نه در حمل و نقل بپاي كار شكسته نشود. ولي همين امولسيون وقتي كه روي سطح راه پخش مي گردد بايستي في الفور شكسته شده و قير آن از محلول آبي خارج شده و بصورت فيلم نازكي مصالح را بپوشاند. اولين نشانه شكستن امولسيون تغيير رنگ آن از قهوه اي شكلاتي به رنگ سياه قير است كه دور مصالح را فرا مي گيرد. قير در اين مرحله به هيچ وجه عاري از آب نبوده و هنوز قدرت كامل خود را بدست نياورده است.

ميزان شكستن امولسيون قير به عوامل زير بستگي دارد:

1. تبخير آب،كه خود بستگي به درجه حرارت هوا،رطوبت نسبي محيط،وزش باد و مقدار امولسيون پخش شده و بالاخره روش مورد استفاده در كاربرد امولسيون دارد.

2. تخلخل سطحي كه روي آن امولسيون پخش مي شود كه نتيجه آن حذف آب از طريق لوله هاي موئين سطح راه مي باشد.

3. خواص فيزيكي وشيميايي مصالح

4. تاثير اثر مكانيكي غلطكها و ترافيك روي سيستم امولسيون- مصالح

از آنجاييكه معمولا مصالح مورد استفاده راهسازي اسيدي بوده سطح مصالح حامل بار منفی ضعیف می باشد بهمين دليل به محض مجاورت امولسيون كاتيونيك با مصالح يك نيروي جاذبه الكتريكي بين گلبول قير و مصالح پديدار شده و چسبندگي آني بين قير و مصالح به وجود مي آيد كه نتيجه آن رسوب سريع گلبولهاي قير روي مصالح ميباشد. كه اين در حقيقت همان مكانيزم شكسته شدن امولسيون مي باشد.

7- موارد استفاده

امولسيونها چسبنده هاي قيري سرد می باشند. بنابراين با بكاربردن آنها ميتوان از هزينه هاي سنگين وخطرات انبار و پخش در شرايط گرم احتراز نمود. ليكن اشكالي كه در لايه مصالح دانه اي پديد مي آورند پيدايش آب ناشي از شكستن آنها (امولسيون ) است كه بايد دفع گردد تا عمل تراكم بخوبي انجام گيرد. اگر لايه

نازك باشد دفع آب به آساني صورت مي گيرد.

در راهسازي، موارد استفاده امولسيونهاي قير بشرح زير است :

- اندود نفوذي و سطحي

- آسفالت سطحی

- ساختن بتن آسفالتی

- لايه هاي اساس و زير اساس

1-7 اندود نفوذي و اندود سطحي׃

براي اجراي لايه هاي اندود نفوذي و اندود سطحي، استفاده از امولسيون هاي قير ساده تر و مطمئن تر از قيرهاي مايع متداول مي باشد. قيرهاي مايع ( اندود سطحي و نفوذي ) قيرهاي خالص ( اندود سطحي) ، چون در اين دو مورد دفع آب بعد از شكستن امولسيون اشكال خاصي پديد نمي آورد، و گذشته از اين گرم كردن بيهوده است و برخلاف قيرهاي مايع خطر محبوس شدن حلالهاي خطرناك وجود ندارد.

2-7 آسفالت سطحي׃

جهت اجراي آسفالت سطحي، استفاده از امولسيون هاي قير (بخصوص امولسيون هاي كاتيوني ) ساده تر و مطمئن تر از قيرهاي مايع متداول مي باشد. در حقيقت استفاده از امولسيون هاي كاتيوني، موجب كاهش اشكالات كار در مناطق سرد و مرطوب مي گردد. براي تثبيت اين امولسيون ها نيازي به تبخير آهسته حلال فرار نيست.چسبيدن سطحي معمولاً به علت خيس شدن مصالح دانه اي بوسيله آب موجود در امولسيون بهتر صورت مي گيرد. برعكس يك ماده چسبنده گرم در تماس با مصالح ( گرم نشده ) تمايل به انعقاد دارد اب امتياز اخير امولسيونها در حالتي كه مصالح از نوع اسيدي شند( سيليس، كوارتزيت ) بارزتر است.

3-7 بتن آسفالتي׃

ساخت بتن آسفالتي بكمك امولسيون هاي قير امكان پذير مي باشد ليكن قابل اجرا نمودن روش استفاده به مراتب مشكلتر از حالات قبلي است . لازمه اين امر همكاري بسيار نزديك سازنده و استفاده كننده امولسيون است. اشكالاتي كه ممكن است بتن آسفالتي داشته باشد مي توان به مواردي مانند ، اندود ناقص دانه ها در اثر شكستن پيش از موعد حين اختلاط ، تلف شدن امولسيون در اثر جريان در مخلوط كن ، كافي نبودن شكل پذيري، كافي نبودن تراكم و عدم پايداري كافي در دراز مدت اشاره كرد.

7-4 لايه هاي اساس و زيراساس:

در دسامبر 1974 وزارت عمران فرانسه دفترچه راهنمايي براي ساختن و بكاربردن اندودهاي غليظ امولسيوني براي لايه هاي اساس و زير اساس منتشر كرد. مشخصات مورد لزوم مصالح دانه اي شبيه مشخصات مصالح مورد استفاده در اندودهاي غليظ گرمي مي باشد. توليد اجباراً بايد در كارخانجات صورت گيرد.

8- . نتيجه گيري

استفاده از امولسيون ها معمولا اجراي ساده تري را در كارگاه در مقايسه با مواد چسبناك قيري متداول موجب مي شود.

بكمك امولسيون هاي قير مي توان براحتي لايه هاي اندود نفوذي و اندود سطحي و همچنين آسفالت سطحي را در راهسازي اجرا نمود.

اگر انتخاب امولسيون درست باشد تهيه اندود ها و پخش آن اساسا عملياتي ساده خواهند بود. به همين خاطر براي شناساندن و توسعه استفاده از امولسيون در ايران ايجاد كارگاه هاي نمونه الزامي است. حلاصم اين كار گاهها به خوبي فايده و شرايط استفاده از اين را آشكار مي سازند.