۶-۷-۲ چسباننده‌های سیاه

۱-۶-۷-۲ کلیات

چسباننده‌های سیاه شامل مواد قیری و قطرانی هستند. قیر جسمی است به رنگ سیاه مایل به قهوه‌ای و چسباننده که از تعدادی هیدروکربور ساخته شده، برخی از هیدروکربورهای قیر دارای گوگرد، اکسیژن و ازت هستند.

قیر در دمای عادی جامد است و بر اثر گرما نرم و روان می‌شود. قیر در روغنهای معدنی و حلالهایی مانند سولفور کربن، تترا کلرور کربن و تری کلروفنل حل می‌شود. امروزه دو نوع قیر معدنی و نفتی در ساختمان مصرف می‌شود.

هنگامی که موادی آلی مانند چوب، زغال سنگ، تورب و نظایر آنها را در ظروف سربسته و دور از هوا حرارت دهند، از آنها گازهایی برمی‌خیزد که از سرد کردن این گازها، قطران خام حاصل می‌شود. در اثر پالایش و تقطیر قطران خام، مواد فرار آن خارج شده و جسم جامد یا نیمه جامدی از آن به جا می‌ماند که زفت قطران[1] نامیده می‌شود.

ویژگیهای عمومی قابل توجه چسباننده‌های سیاه عبارتند از: غیر قابل نفوذ بودن در برابر رطوبت و آب، عایق بودن الکتریکی، پایداری در برابر اسیدها، بازها و نمکها، قابلیت ارتجاع، چسبندگی به سایر مصالح و تشکیل قشر نازک بر روی آنها، از طرفی چسباننده‌های سیاه دارای معایبی هستند که اهم آنها عبارتند از: تجزیه شدن در گرمای زیاد و تبدیل آنها به زغال همراه با اشتعال، از دست رفتن چسبندگی آنها در محیطهای مرطوب و آلوده به خاک و مواد نرم و تغییر شکل در برابر فشار و برخی حلالها.

۲-۶-۷-۲- انواع

انواع چسباننده‌های سیاه به شرح زیر می‌باشند:

الف:  قیرهای معدنی

       روغنهای نفت خامی که از زمین می‌جوشد، به مرور زمان و در برابر عوامل جوی، به آرامی و در گرمای کم می‌پرد و قیر آن به جا می‌ماند که به آن قیر معدنی گفته می‌شود. قیرهای معدنی خالص نیستند و بیشتر به همراه اجسام معدنی مانند خاک رس کلوئیدی، خاکستر آتشفشانی، گوگرد و بقایای گیاهی می‌باشند. برای پالایش قیرهای معدنی آنها را تا حدود 160 درجه گرم کرده و صاف می‌کنند.

ب:   قیرهای خالص[2]

       قیرهای خالص از پالایش نفت خام به دست می‌آیند. در اثر حرارت دادن نفت خام، بنزین، حلالهای نفتی، نفت چراغ، نفت گاز و سایر روغنهای سبک آن در برجهای تقطیر پالایشگاه جدا شده و در گرمای بیش از حدود 380 درجه (در فشار عادی) قیر آن به جا می‌ماند که به صورت جامد[3] یا نیمه جامد[4] است. چنانچه تقطیر در خلاء انجام شود، گرمای مذکور کاهش می‌یابد. نفت خام به انواع آسفالتیک، پارافینیک و آسفالتیک ـ پارافینیک تقسیم می‌شود. بیشتر نفتهای خام معادل ایران از نوع آسفالتیک ـ پارافینیک است. قیری که از نفت آسفالتیک به دست می‌آید برای کارهای راهسازی از همه مناسب‌تر است. با روشهای ویژه‌ای پارافین قیرهای پارافینیک را جدا کرده و در راهسازی به مصرف می‌رسانند.

       در مقایسه قیرهای معدنی و قیرهای خالص، تفاوتهایی وجود دارد که اهم آنها بدین شرح است:

       ـ قیرهای نفتی گوگود کمتری دارند.

       ـ قیرهای معدنی حاوی مواد معدنی و خاکستر هستند، در حالی که قیرهای نفتی خالص‌ترند.

       ـ روغن قیرهای خالص بیشتر از قیرهای معدنی است.

       ـ شمار اسیدی[5]، استری[6] و صابونی شدن[7] قیر نفتی کمتر از قیر معدنی است.

       ـ پارافین قیر معدنی کمتر از قیرهای خالص است.

       قیرهای خالص، با درجه نفوذشان نامگذاری شده‌اند، قیرهای خالص، با درجه نفوذ 10/20،20/30،30/40،40/50 و 60/70 را با دمیدن هوا در قیرهای نرم‌تر، و قیرهای خالص 40/50 ،60/70 ، 80/100 ،100/120 ،130/150 ، 180/220،200/250 و 280/320 را از راه تقطیر نفت خام در خلأ می‌سازند. در ایران قیرهای 40/50، 60/70 و 80/100 بیشتر در راهسازی و قیر 60/70 در آب‌بندی بام در نواحی معتدل به مصرف می‌رسد.

ج:    قیر دمیده یا قیر اکسیده[8]

       قیر دمیده یا قیر اکسیده از دمیدن هوای داغ 200-300 درجه به قیر خالص در مراحل نهایی پالایش یا قیر خالص حل شده در روغنهای معدنی به دست می‌آید. در اثر دمش هوا اتمهای هیدروژن ملکولهای قیر با اکسیژن هوا ترکیب شده و در نتیجه این واکنش، آب و هیدروکربورهای سنگین‌تر به وجود می‌آید (پلیمریزاسیون).

       با دمیدن هوا به قیر، روغنهای آن نمی‌پرد و در سرما هم خاصیت انگمی[9] خود را از دست نمی‌دهد. قیر دمیده دارای درجه نفوذ کمتر و درجه نرمی بیشتری از قیر خالص اولیه است و حساسیت آن نسبت به تغییر درجه حرارت، کمتر می‌باشد. چسبندگی قیر دمیده در گرمای زیاد نیز بیش از قیر خالص اکسید نشده است.

       ویژگیهای قیر دمیده نزدیک به قیر معدنی است. قیر دمیده برای ساختن لایه‌های آب‌بندی پیش‌ساخته (مقوا و شمع قیری) اندودهای آب‌بندی، رنگهای ضد آب، اندودن لوله و مانند اینها مصرف می‌شود. پر کردن درزها و ترکهای رویه‌های بتنی و فضای خالی زیر آنها نیز با قیر اکسیده انجام می‌شود. در پالایشگاههای ایران دو نوع قیر اکسیده 25/80 R و 15/90 R ساخته می‌شود که اعداد 25 و 15 درجه نفوذ و 80 و 90 درجه نرمی آنها است. با افزودن کاتالیزورهای ویژه در حین تولید قیر دمیده، می‌توان قیر اکسیده‌ای ساخت که حالت خمیری آنها در سرما حفظ شود. از این نوع قیر که تا اندازه‌ای شبیه لاستیک است[10]، برای پوشش کف کانالها استفاده می‌شود.

د:     قیرهای محلول یا پس بریده[11]

       قیرهای محلول از حل کردن قیر خالص در روغنهای معدنی به دست می‌آید. جنس قیر محلول بستگی به نوع قیر خالص و حلال آن دارد. هرچه حلال، زودتر بپرد، قیر محلول زودگیرتر و هرچه مقدار حلال بیشتر شود، قیر آبکی‌تر است. مقدار حلال حداقل (10%) وزن قیر محلول می‌باشد.

       روغن راه نوعی قیر محلول است که از حل کردن قیر خالص در روغنهای سنگین مانند نفت کوره ساخته می‌شود. قیرهای محلول آبکی را به صورت سرد و قیرهای سفت را با کمی گرم کردن به مصرف می‌رسانند. در صورت گرم کردن، درجه گرمای قیرهای محلول باید کمتر از درجه اشتعال حلال آنها باشد. قیرهای محلول را در ساختن رویه‌های سیاه راه در هوای سرد و خشک، اندود آب‌بندی و اندودهای سطحی و نفوذی راه به مصرف می‌رسانند.

       قیرهای محلول را، بسته به زمان گرفتنشان، گروه‌بندی و به شرح زیر نامگذاری کرده‌اند:

       ـ قیرهای محلول زودگیر[12] که از حل کردن قیر خالص در بنزین ساخته می‌شود.

       ـ قیرهای محلول کندگیر[13] که از حل کردن قیر خالص در نفت چراغ به دست می‌آیند.

       ـ قیرهای محلول دیرگیر[14] که از حل کردن قیر خالص در نفت گاز یا نفت کوره حاصل می‌شود.

       روغن راه نوعی قیر محلول دیرگیر است.

       هر یک از این انواع، بسته به مقدار حلالشان، دسته‌بندی می‌شوند: قیرهای زودگیر از Rc_o تا Rc₅ ، قیرهای کندگیر از Mc_o تا Mc₅ و قیرهای دیرگیر از Sc_o تا Sc₆ ، امروزه تقسیم‌بندی نوینی جانشین تقسیم‌بندی فوق شده است که بستگی به کندروانی (ویسکوزیته) کینماتیکی قیر دارد.

هـ:   امولسیونهای[15] قیر

       امولسیون قیر مخلوطی از دانه‌های خیلی ریز (یا گلبول) قیر و آب به رنگ قهوه‌ای است که ریزی دانه‌های قیر، حدود 1 تا 10 میکرون می‌باشد، برای جلوگیری از چسبیدن گلبولهای قیر به یکدیگر آنها را با ماده‌ای به نام امولگاتر اندود کرده‌اند. بسته به نوع امولگاتر، امولسیونها را به کاتیونی، آنیونی و کلوئیدی تقسیم کرده‌اند. از نظر پایداری، امولسیونها به سه دسته، زودشکن[16]، کندشکن[17] و دیرشکن[18] گروه‌بندی شده‌اند.

       امولسیونهای قیر در آغاز برای اندود کردن سنگدانه‌های سرد و تر ساخته شدند، ولی امروزه آنها را برای اندود کردن سنگدانه‌های تر یا خشک، پایدار کردن خاک و ساختن شفته و خشت قیری، اندود کردن ماسه‌های ریزدانه و جلوگیری از روان شدن ماسه‌های روان در هر آب و هوایی به مصرف می‌رسانند و از آنها در ساختن پی و رویه راه نیز استفاده می‌شود.

و:     قطران

       هنگامی که موادی آلی نظیر چوب، زغال سنگ و تورب را در ظروف سربسته و دور از هوا گرما دهند از آنها گازهایی برمی‌خیزد، از سرد کردن این گازها قطران خام به دست می‌آید. در اثر پالایش و تقطیر قطران خام، مواد فرار آن خارج شده و جسم جامد یا نیمه‌جامدی از آن به جا می‌ماند که زفت قطران نامیده می‌شود.

       معمول‌ترین قطرانی که در ساختمان و راهسازی مصرف دارد، قطران زغال سنگ و زفت[19] آن است. قطران زغال سنگ در کارخانه‌های کک‌سازی و گازسازی به تفاوت در دمای 600 تا 1200 درجه ساخته می‌شود.

۳-۶-۷-۲ انطباق با مشخصات و استانداردها

انواع قیر و قطران مصرفی در هر کار باید از نظر ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و مشخصه‌های ظاهری با آنچه در نقشه‌ها، دستورکارها، مشخصات فنی خصوصی و سایر مدارک پیمان ذکر شده است، منطبق باشد. نمونه‌های چسباننده‌های سیاه مورد مصرف باید قبلاً به تصویب دستگاه نظارت برسد.

ویژگیهای قیرهای مصرفی و روشهای آزمایش آنها باید مطابق استانداردهای ایرانی زیر باشد:

ـ استاندارد شماره 124 : ”قیر (کلیات و تقسیم‌بندی)“

ـ استاندارد شماره 125 : ”مشخصات قیرهای مایع“

ـ استاندارد شماره 126 : ”مشخصات قیرهای جامد“

ـ استاندارد شماره 211 : ”عایقکاری ساختمان به وسیله قیر“

ـ استاندارد شماره 517 : ”اصطلاحهای مواد قیری و غیر قیری که در ساختمان، راه و پوشش به کار می‌رود.“

ـ استاندارد شماره 597 : ”روش آزمون شناور مواد قیری“

ـ استاندارد 602 : ”روش اندازه‌گیری قابلیت کشش مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 1689 : ”روش آزمایش استخراج کمی قیر از مخلوطها و مصالح سنگی و قیر روسازی جاده“

ـ استاندارد شماره 1690 : ”روش تعیین چگالی ظاهری مخلوطهای متراکم قیری با استفاده از نمونه‌های اندود شده با پارافین“

ـ استاندارد شماره 1691 : ”روش تعیین درجه تراکم رویه ساخته شده از مخلوطهای قیر و مصالح سنگی“

ـ استاندارد شماره 2949 : ”روش آزمون اثر لکه در مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 2950 : ”روش آزمون تعیین درجه نفوذ مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 2951 : ”روش آزمون تعیین نقطه نرمی مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 2952 : ”ویژگی‌ عایقهای رطوبتی در ساختمان (قیرگونی)“

ـ استاندارد شماره 2953 : ”روش آزمون تعیین حلالیت مواد قیری در تری‌کلرواتیلن“

ـ استاندارد شماره 2954 : ”روش اندازه‌گیری نقطه اشتعال قیر به طریقه باز“

ـ استاندارد شماره 2955 : ”روش آزمون قابلیت کشش مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 2956 : ”روش آزمون تعیین وزن مخصوص قیرهای جامد و نیمه جامد“

ـ استاندارد شماره 2957 : ”روش آزمون تعیین افت حرارت مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 3865 : ”روش آزمون تعیین درجه نفوذ قیری“

ـ استاندارد شماره 3866 : ”روش آزمون قابلیت کشش مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 3867 : ”روش آزمون تعیین نقطه شکست قیر و مواد قیری – آزمایش فراگیری“

ـ استاندارد شماره 3868 : ”روش آزمون تعیین درجه نرمی مواد قیری“

ـ استاندارد شماره 3869 : ”ویژگیهای قیر اصلاح شده“

ـ استاندارد شماره 3872 : ”روش آزمون تعیین وزن مخصوص قیرهای جامد“

ـ استاندارد شماره 3873 : ”روش آزمون تعیین وزن مخصوص قیرهای نیمه جامد“

ـ استاندارد شماره 3874 : ”روش آزمون اندازه‌گیری دانسیته نسبی قیر جامد“

ـ هر استاندارد ایرانی دیگری که تا زمان انعقاد پیمان در باره چسباننده‌های سیاه تدوین یا تجدید نظر شود.

تا زمانی که که استاندارد ایرانی در پاره‌ای از موارد تدوین نشده باشد در درجه اول استانداردهای”سازمان بین‌المللی استاندارد ISO “ معتبر خواهد بود و در صورت نبودن استاندارد مذکور به ترتیب استانداردهای آمریکایی ASTM و بریتانیایی BS ملاک عمل قرار خواهد گرفت.

۴-۶-۷-۲ ویژگیها و حداقل حدود قابل قبول

چسباننده‌های سیاه که در ساختن روسازی راه به مصرف می‌رسند، باید روی دانه‌های سنگ را با لعاب نازکی بپوشانند و آنها را به یکدیگر بچسبانند. رویه سیاه راه باید در برابر عوامل جوی به ویژه نفوذ آب و تغییر درجه حرارت پایدار بوده، در گرما نرم نشود و موج برندارد و در سرما جمع نشود و ترک نخورد.

برای آب‌بندی بام و نم‌بندی پی ساختمان و نظایر آنها از چسباننده‌های سیاه استفاده می‌شود. این مواد باید چشمه‌ها و ریزه سوراخهای سطح مورد نظر را پر کنند. قشر آب‌بندی باید در برابر درجه حرارت پایدار بماند. در گرمای تابستان نرم و جاری نشود و در سرمای زمستان سخت نشود و ترک نخورد و این ویژگیها را در درازمدت در خود نگه دارد. درمورد قیرهایی که مصرف آنها مستلزم گرم کردن است، باید چنان عمل نمود که قیر موقع گرم کردن نسوزد. مصرف امولسیونهای یخ‌زده و کهنه که قیر آنها جدا و لخته شده باشد، ممنوع است. این‌گونه امولسیونها، قیرهای سوخته و سایر مصالحی که به نحوی با شرایط مندرج در استانداردها منطبق نباشند، باید بلافاصله از کارگاه خارج شوند. قیرهای خالص و محلول باید همگن و فاقد آب باشند.

شناسایی نوع چسباننده‌های سیاه به وسیله علائم حک شده بر روی در بشکه‌ها و نوشته‌های روی کارتنها انجام می‌شود. این علائم و نوشته‌ها شامل نوع چسباننده، درجه نفوذ، درجه نرمی و سایر ویژگیهای آن می‌باشد. دقت نظر در مورد نقطه اشتعال چسباننده‌های سیاه، بسیار ضروری است. عدم توجه به این ویژگی ممکن است به هنگام مصرف، خطرات آتش‌سوزی و سوختگی کارگران را به همراه داشته باشد.

۵-۶-۷-۲ چسباننده‌های سیاه مناسب برای مصارف گوناگون

برای مصارف مختلف، چسباننده‌هایی باید انتخاب شوند که در جدول ۲-۷-۶-۵ آمده است:

جدول ۲-۷-۶-۵ : مشخصات قیرها و قطرانهای مناسب برای کارهای مختلف

ملاحظات	نوع قیر یا قطران مناسب	محل مصرف	ردیف
1) در مناطقی که گرمای هوا در فصل تابستان در سایه حداکثر به50 درجه و بیشتر برسد، باید از قیر خالص 50/40 استفاده شود. چنانچه حداکثر گرما به 40 درجه برسد باید از قیر خالص 70/60 استفاده گردد و در صورتی‌که حداکثر گرما به 30 درجه برسد باید قیر خالص 100/80 مصرف شود.   2) در ساختن قیرهای محلول و امولیسیونهای قیر که قرار است در مناطق ذکر شده مصرف شوند از همان قیرهای خالص یاد شده باید استفاده گردد.   3) در مناطق گرم و خشک معمولاً از قیرهای خالص و در مناطق سرد و خشک از قیرهای محلول و در مناطق سرد و مرطوب از امولیسیون استفاده نمایید.	قیرهای خالص 50/40 70/60 و100/80 (AC )	بتن آسفالتی گرم	1
	انواع قیر محلول (زودگیر، کندگیر و دیرگیر)      MC, RC) و (SC	اندودهای سطحی و نفوذی راه	2
	امولسیون زود شکن یا ناپایدار RS	روکاری، لگه‌گیری روسازی، روسازی نفوذی و اندود روی بتن تازه (برای جلوگیری از تبخیر آب آن)	3
	امولسیون کندشکن یا نیم‌پایدار MS	اندود نرمه سنگ، ماکادام، اندود ریزدانه	4
	امولسیون دیرشکن یا پایدار SS	اندود سنگهای ریزدانه ، آب بندی رویه‌های سیاه، شفته قیری، پایدار کردن خاک و ساختن خشتهای قیری	5
	قیرهای خالص، دمیده، معدنی و مخلوط قیرهای خالص و معدنی	آب‌بندی و نم‌بندی با قیر و گونی	6
	مانند ردیف قبل به اضافه قیرهای محلول و امولسیونها	اندود قیری آب‌بندی و نم‌بندی	7
	قیرهای معدنی و دمیده با مخلوطی از آنها با قیر خالص	پوشش و آب‌بندی کف کانالها، رنگهای ضد آب، اندودن لوله‌ها و پر کردن درزها و ترک خوردن رویه‌های بتنی و پرکردن زیر آنها	8
4) مصرف قطران زغال و زفت آن به خاطر عدم تولید در حال حاضر در ایران موردی ندارد.	قطران زغال، قیرهای معدنی و دمیده یا مخلوطی از آنها با قیر خالص به همراه مواد افزودنی	لایه‌های آب‌بندی و نم‌بندی پیش‌ساخته ( کاغذ، مقوا، مشمع و نمد اندود شده)	9
	قطران و زفت قطران	رویه‌های سیاه قطرانی	10

 

۶-۶-۷-۲ حمل و نقل و نگهداری

بارگیری، حمل و باراندازی چسباننده‌های سیاه باید با دقت انجام گیرد. انواع مختلف قیر باید جداگانه دسته‌بندی و انبار شوند. آزمایش نمونه‌های گرفته شده از انواع قیر در کارگاه، باید منطبق با ویژگیهای خواسته شده در مشخصات باشد.

مصالح چسباننده باید در مکانهای تمیز و حتی‌المقدور سرپوشیده نگهداری شده و از آلودگی آنها با خاک، مواد مضر، آب، یخ و برف جلوگیری شود. انبارهای بسته باید به طور پیوسته تهویه شده و از تجمع گازهای قابل اشتعال در آنها جلوگیری شود. انبارهای مواد چسباننده باید دور از آتش و مواد قابل اشتعال بوده و برای اعلام و اطفای حریق احتمالی در آنها تدابیر لازم اتخاذ شده باشد. امولسیونها را می‌توان تا چند ماه در انبار نگه داشت، ولی اقدامات لازم برای جلوگیری از شکستن، لخته شدن و دلمه شدن آنها باید صورت گیرد. به هنگام انبار کردن هر چند وقت یک بار باید بشکه‌های امولسیون را غلتانده و سر و ته کرد تا از رسوب و چسبیدن گلبولهای قیر به یکدیگر جلوگیری شود. همین طور باید از ورود اتفاقی مصالح سنگی و مواد شیمیایی در ظروف امولسیون و نیز مخلوط شدن دو نوع امولسیون به ویژه آنهایی که دارای بار الکتریکی متفاوت هستند، ممانعت به عمل آید، زیرا هریک از عوامل نامبرده می‌تواند سبب شکستن و لخته شدن امولسیون گردد. سردی هوا از عوامل بسیار مؤثر در زود شکستن امولسیونها و در پاره‌ای موارد یخ زدن آنها است. به طور کلی توصیه می‌شود از انبار کردن امولسیون در دمای کمتر از 2± درجه سلسیوس خودداری شود. پیش از مصرف امولسیون بهتر است بشکه‌های امولسیون را بغلتانند تا دانه‌های قیر در همه جای آن به طور یکنواخت پخش گردد.

هنگام کار با مواد قیری باید پیشگیریهای لازم به منظور پرهیز از بروز سوانح به عمل آید. مواد قیری نباید بیش از 175 درجه گرم شود یا به هنگام گرم کردن دود کند. برای گرم کردن مواد قیری نباید شعله مستقیم آتش را به آنها نزدیک کرد، بلکه باید از وسایل گرم کننده قابل کنترل مانند لوله‌های مارپیچ حاوی روغن داغ یا بخار و وسایل الکتریکی استفاده نمود. در صورتی که مجبور به استفاده از شعله آتش برای گرم کردن باشیم باید بین شعله و مخزن مواد قیری حایلی از آجر نسوز وجود داشته باشد. برای کنترل و بازرسی قیر نباید از آتش مشعل و چراغ شعله‌ای استفاده نمود.

 

[1]. Pitch

[2]. Asphalt Cement = A.C.

[3]. Solid

[4]. Semi Solid

[5]. Acid Value

[6]. Ester Value

[7]. Saponification Value (or number)

[8]. Blown (or oxidijed) asphalt

[9]. Ductility

[10]. Rubbery Grade

[11]. Cut-Back

[12]. Rapid Curing = R.C.

[13]. Medium Curing = M.C.

[14]. Slow Curing = S.C.

[15]. Emulsions

[16]. Rapid Setting= R.S.

[17]. Medium Setting = M.S.

[18]. Slow Setting = S.S.

[19]. Pitch