سبد خرید شما خالی است.
اثرهای وجود گوگرد قير معدنی و قیر نفتی، خواص مهندسي مخلوط قير با گوگرد(SEA) مثل مقاومت برشي،مدول
سفتي،تغيير شكل پذيري ، ويسكوزيته و همچنين روش هاي مختلف توليد آسفالت گوگردي و نكات ايمني در تهيه
آن مورد بررسي قرار گرفته است. جايگزين كردن قیر معدنی دارای گوگرد یامخلوط کردن 30 تا 50 درصد قير مصرفي با گوگرد سبب مي شود كه مقاومت آسفالت به مقدار قابل توجهي افزايش يابد.
در حدود 92 % از گوگرد توليد شده در سطح دنیا صرف توليد اسيد سولفوريك مي شود و فقط 8 %گوگرد به طور مستقيم در صنايع مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد. از كاربردهاي گـوگرد مـي تـوان بـه مـواردي چون توليد اسيد سولفوريك، صنايع كاغذسازي، دي اكسيد گوگرد، ولكانيزاسيون لاسـتيك هـا، كـشاورزي،بتن ريزي و پوشش ساختماني اشاره نمود.
از ديگر كاربردهاي گوگرد و گوگرد قير معدنی، استفاده از آن در ساختن روسازي هاي آسفالتي مي باشد. علت اين امر افزايش قيمت مواد نفتي , كاهش تدريجي منابع هيدروكربوني و بخصوص گوگرد مازاد مي باشد.جايگزين كردن قیر معدنی دارای گوگرد (قیر طبیعی) یا قير با گوگرد سبب مي شود كه مقاومت آسفالت به مقدار قابل توجهي افزايش يابد. در ساختن روسازي راه ها مي توان كيفيت و مصالح سنگي را با استفاده از گوگرد بهبود بخشيد. بنابراين ابتدا به خواص مهندسي و فني مخلوط قير و گوگرد يا SEA مي پردازيم و سپس فرآيند توليد آن را مورد بررسي قرار مي دهيم.
اثر تركيبي گوگرد با قير و قیر معدنی دارای گوگرد
در درجه حرارت محيط گوگرد از حلقه اي مركب از 8 اتم كه به صورت 8 ضلعي قرار گرفته است تشكيل مي شود و به همين دليل مقاومت شيميايي زيادي دارد. وقتي دماي آن از 118 درجه سانتي گراد بيشتر شود سریع ذوب شده و ساختمان شيميايي آن شكسته شده و قابليت تركيب آن به خصوص با هيدروكربورهاي اشباع نشده قيرها به شدت افزايش مي يابد. كند رواني گوگرد تا دماي 157 درجه سانتي گراد كاهش مي يابد بنابراين اضافه كردن گوگرد مذاب به قيرهاي خالص در دماي بين 118 تا 157 درجه سانتي گراد موجب كاهش كندرواني قير شده و نيز با قير تركيب مي شود. در نتيجه امكان تركيب و مخلوط كردن مصالح شن و ماسه و قير را در دماي پايين تر را ممکن مي سازد و سهولتي نيز در كار خواهد بود.
گوگرد در دماهاي بالاتر از نقطه ذوب پليمريزه شده و به صورت زنجير دو راديكاله در مي آيد.
راديكال ها ممكن است به دو صورت به قير عمل كنند :
الف) تشكيل باند كربن سولفوره مي دهند.
ب) هيدروژن جذب مي كنند كه در نتيجه عمل دهيدروژناسيون صورت مي گيرد.
– انجام اين فعل وانفعال ها به درجه حرارت بستگي دارد. در دماي سانتی گراد 5 ± 140 اتم گوگرد وارد ساختار
شيميايي مولكول شده ، با گروه نفتن آروماتيك هاي موجود در قير تركيب و باعث تشكيل پلي سولفايدها مي گردد. پلي سولفايدها از نظر قطبيت در گروه پلار آروماتيك ها جاي مي گيرند در نتيجه قير نرم تر شده و خاصيت الاستيسيته بيشتري خواهد يافت .بنابراين مي توان گفت واكنش بين گوگرد و گروه نفتن آروماتيك منجر به تشكيل تركيبات پلار آروماتيك با درصد بالاي گوگرد مي گردد.
در دماي بيش از 157 درجه سانتي گراد به دليل كندرواني زياد گوگرد ديگر گوگرد نقش روان كننده قير را ايفا نكرده و برعكس مخلوط را سخت كرده و ضمناً طي فرآيند هيدروژن گيري موجب آزادشدن هيدروژن سولفوره نيز مي شود. تغييرات رئولوژيكي قير در اين دما ناشي از افزايش نسبت آسفالتن به رزين است.
كنش گوگرد در قيرهاي خالص به ترتيب زير است:
بين صفر تا 4 درصد وزني گوگرد با قير تركيب مي شود. بين 4 تا 25 درصد گوگرد در قير حل شده اما ديگر تركيب شيميايي به وجود نمي آيد. بين 25 تا 50 درصد گوگرد مي تواند به صورت ذرات ريز در قير پخش شود. براي عيارهاي بيش از 50 درصد گوگرد حتي اگر در قير پخش هم شده باشد تمايل به ته نشيني دارد.
پارامترهاي آزمايش مارشال
آزمايش مارشال كه توسط شركت شل صورت گرفته است نشان مي دهد كه همه مخلوط هاي SEAM
(مثل قيرهاي سخت يا نرم مصالح با دانه بندي ريز يا مصالح زاويه اي و زبر) داراي استقامت مارشال بالايي است خواص قير و مخلوط هاي مورد آزمايش در جدول 1 و 2
مشاهده مي شود .
جدول 1 -درجه بندي مخلوط هاي سنتي و SEAM مورد آزمايش توسط شركت شل(سايز غربال(mm (و
درصد عبور)
0.07 (غربال سايز(mm
5
19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
HL4 1
100 98.3 90.6 74.8 55 46.8 38 27.7 15.1 5.8 2.6
HL1 2
100 99.2 82.5 53.5 45 28.4 17.3 10.3 6.1 3.6
جدول 2 -خواص قير مورد آزمايش توسط شركت شل
درجه قير PG
3
خواص قير PG بازه درجه نفوذ درجه نفوذ (دهم ميليمتر)
345 300/400 50.6 -38.5 46-34
280 200/300 53.3 -37.3 52-34
165 80/100 58.3-33 58-28
59 – 70-25 70-22
-نتايج تاثير افزايش مخلوط SEAM بر روي استقامت مارشال
آناليز روسازي آسفالت در مورد مقاومت شياردار كردن
در اين آزمايش كه توسط شركت شل انجام شده ، نمونه هاي خشكي كهmm 152 قطر و mm
102طول آن ها مي باشد. به وسيله بارچرخي كه KN 100مي باشد و فشار آن 690 kPa است نمونه ها را تحت فشار قرار مي دهند .
1- در اين نوع اسفالت مصالح با دانه بندي ريز مي ياشد , مقدار قير 3.5 %و در مخلوط آسفالت گوگردي ، مقدار قير:8.3 %و
مقدار گوگرد:5.2%
2- در اين نوع اسفالت مصالح زاويه اي و زبر مي ياشد ، مقدار قير 8.4 %و در مخلوط آسفالت گوگردي ، مقدار قير:4.3 %و
مقدار گوگرد:3.2%
3- اين نوع قير مستقيما از برج تقطير در خلاء پالايشگاه بدست مي ايد.
استقامت مارشال
1 2 -نتايج آزمايش شياري (APA)
2 ماكزيمم عمق شيار APA براي روسازي با ظرفيت سنگين , 8 mm و براي روسازي با ظرفيت خيلي سنگين mm 4مي باشد.
3- نتايج نشان مي دهد كه اضافه كردن گوگرد به مخلوط آسفالت عمق شيار تمام مخلوط ها حتي مخلوط هاي ساخته شده با قيرهاي نرم و مصالح شني را تا 8mm كاهش مي دهد براي مخلوطهايي با مصالح زاويه دار تا 4mm عمق شيار را كاهش مي دهد.
الف) مصالح با درجه بندي ريز
ب) مصالح با درجه بندي زبر و زاويه دار
آزمايش
NAT توسط شركت شل براي اندازهگيري مقاومت براي پايداري در برابر تغيير شكل استفاده مي شود در اين آزمايش نمونه هاي مارشال كه داراي قطرmm 102هستند تحت بار محوري در دماي C
قرار مي گيرند. تعداد بارگذاري تا 3600 مي باشد كه فشار هر پالس 100kpa است يعني يك دقيقه تحت فشار است و يك دقيقه استراحت و اين دوره ادامه پيدا ميكند.
هيچ كدام از نمونه هاي آزمايشگاهي ساخته شده از قير بدون گوگرد بارگذاري تا 3600 پالس را نمي توانند به طور كامل تحمل كنند. ولي مخلوطهاي SEAM( با نوع قير يكسان با مخلوط هاي بدون گوگرد) نه تنها مي توانند تكرار بارگذاري را تا 3600 پالس تحمل كنند بلكه تغيير شكل نسبي كم و ثابتي در مقايسه با مخلوط هاي PMB خواهند داشت .
-تغيير شكل نسبي قير با درجه نفوذ 400/300 در مخلوط بدون گوگرد و مخلوط SEAM
ضريب بر جهندگي ارتجاعي ضريب بر جهندگي ارتجاعي از رابطه زير بدست مي آيد.اين ضريب مربوط به تغيير شكل برگشت Er = (P/Hr h )(v +0.27) .[5] است پذير در اين رابطه Er ضريب بر جهندگي ارتجاعي, P مقدار بار وارد بر نمونـه , Hr مقـدار تغييـر شـكل افقـي برگشت پذير حاصل , h ارتفاع نمونه و v ضريب پواسون است.
آزمايش NAT توسط شركت شل براي اندازه گيري ضريب بر جهندگي (MR (به كار مي رود. در اين آزمايش نمونه هاي مارشال با قطر 102mm تحت تكرار بارگذاري كششي غير مستقيم و با فركانس سينوسي 5HZ.2 قرار مي گيرند.
-نتايج آزمايش براي مقايسه ضريب برجهندگي در مخلوط SEAM و مخلوط سنتي در دماي 20 C
نتايج حاصل از اين آزمايشات نشان مي دهد كه جايگزيني بخشي از قير آسفالت ها با گوگرد سـبب مـي شود كه مقدار ضريب بر جهندگي ارتجاعي به خصوص براي قيرهاي نرم تر افزايش يابـد.مقـدار ايـن افـزايش براي 20 %گوگرد نسبتا كم , ليكن براي 50 %گوگرد قابـل ملاحظـه اسـت. بنـابراين قابليـت پخـش بـار در روسازي SEAM به طول قابل توجهي بالاتر از مخلوط هاي سنتي مي باشد.
مقاومت در برابر خستگي
نمونه ها را در يك فشار ثابت در دماي 1 آزمايش NAT توسط شركت شل ، عمر مربوط به خستگي C
20 اندازه گيري مي شود.
-نتايج آزمايش خستگي بر روي نمونه ها
با توجه به آزمايشات انجام شده نتيجه مي گيريم كه روسازي هاي آسفالتي گوگرد دار نسبتاً بيش از روسازي آسفالتي بدون گوگرد در برابر خستگي ناشي از بارها مقاومت مي كنند .
بررسي تغير شكل پذيري مخلوط SEA
در يك آزمايش با كاربرد دو صفحه موازي به طول 30mm و عرض 20mm به فاصله 6mm كه رئومتر ناميده مي شود، نمونه هاي به ضخامت 6mm از مخلوط هاي مختلف قير با گوگرد را تحت تنش برشي قرار داده بدين صورت كه يكي از دو صفحه در محل خود ثابت و صفحه ديگر در جهت برش تحت نيروي برشي قرار مي گرفت.
-نسبت تغيير شكل به زمان بارگذاري در دماي ثابت 15 درجه سانتي گراد تحت اثر بارهاي 4/0 گرم بر ميليمترمربع- 21/0 گرم بر ميليمترمربع-12/0 گرم بر ميليمترمربع دفعات بار گذاري تا گسيختگي فشار كششي
بافت قير گوگردي
گوگرد به دو صورت به مخلوط آسفالت افزوده مي شود كه به بررسي اين دو حالت مي پردازيم:
1 -افزودن گوگرد به مصالح داغ آغشته به قير:
در اين روش مصالح سنگي در دماي 149 درجه و قير در دماي 140 درجه سانتيگراد با هم مخلوط مي شوند. ابتدا قير دور سنگدانه ها را گرفته و پوششي در اطراف مصالح به وجود مي آورد و خلل و فرج مربوطه را پر مي نمايد هنگامي كه گوگرد مذاب به اين مصالح داغ افزوده مي شود اطراف مصالح قير دار را مي پوشاند.
قسمتي از لايه قير گرفته به وسيله ي گوگرد پر مي شود. از آنجا كه لايه تركيبي قير و گوگرد در اين حالت بسيار نازك و اندك مي باشد علاوه بر اين كه اين قشر اثر چنداني در چسبندگي و كنار هم گذاشتن مصالح سنگي را نمي تواند از خود نشان دهد بلكه گوگرد موجود در فضاي بين مصالح صرفاً به صورت كريستالهاي گوگردي حضور خواهند يافت در حقيقت مانند مصالح ريزدانه عمل خواهند كرد. براي افزايش اثر لايه نازك مركب از قير و گوگرد و كاهش فضاي خالي بين مصالح سنگي لازم مي آيد مقدار گوگرد مصرفي را افزايش دهيم كه هم از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نيست و هم از گوگرد اضافه شده انتظاري غير از نقش مصالح ريز دانه را نمي توانيم داشته باشيم.
2 -تركيب قير با گوگرد قبل از افزون به مصالح داغ:
در اين حالت عنصر گوگرد در مخلوط به سه حالت مختلف وجود خواهد داشت:
الف) مقدار كمي از آن با قير وارد تركيب شيميايي مي شود.
ب) بخش ديگري در قير حل مي شود.
ج) باقيمانده به صورت كريستال هاي گوگرد كه عموماً به صورت ذرات ريز آسفالت هستند ظاهر مي شوند.
مقدار گوگردي كه در قير حل مي شود بستگي به نوع قير داد. مثلا نوعي از قير در درجه حرارت 150
درجه سانتي گراد تا 20 درصد گوگرد را در خود حل مي نمايد.
همان طوري كه مي دانيم گوگرد به نسبت هاي مختلفي مي تواند در مخلوط SEA وجود داشته باشد در مطالعات ميكروسكوپي و عكسبرداري از يك قطره از مخلوط هاي
90
10
75
25
50
50
, , گوگرد به قير به نتايج
زير رسيده اند:
مخلوط90-10 : پخش گوگرد به صورت ذرات جدا و مجزا و به طور يكنواخت در ميان قير بوده و ذرات گوگرد كاملا يك شكل و يك اندازه تقريبا به قطرهاي 1 تا 2 ميكرو متر مي شوند مخلوط 75-25 : افزايشي در توزيع نامتجانس گوگرد در قير مشاهده مي شود اگر چه مقداري گوگرد به شكل دلخواه و در اندازه هاي 1 تا 2 ميكرومتر هنوز مشاهده مي شود اما گوگردهاي به صورت گروه هاي با ذرات فراوان و حدوداً 6 ميكرومتر بيشتر ديده مي شود.
مخلوط 50-50 : در اين مخلوط نامتجانسي در پراكندگي كاملا معلوم است گوگرد به شكل تكيه هاي زنجيره اي و به طور نامنظم در اندازه هاي 2 تا 30 ميكرومتر وجود دارند..
گوگرد كريستالي پراكنده شده (ٰ گوگرد قير معدنی) در تمام قالبها همچون يك عامل تقويت كننده عمل مي كند و هنگامي كه مخلوط SEA تحت اثر بار ثابت تغيير شكل مي دهد. انرژي بيشتري مورد نياز است تا ذرات گوگرد پراكنده به جنبش افتند زيرا در اين حالت ويسكوزيته مخلوط مقدار بيشتري را نسبت به قير پيدا مي كند.
اين مطلب مخصوصا در مخلوط هاي تا 50 درصد وزني گوگرد كه اندازه ذرات موجود بزرگتر و زنجيره اي مي باشند به روشني ديده مي شود.
رشد طولي كريستال هاي گوگرد به شكل سوزن هايي در نمونه ها بوده و پروسه تجديد كريستال شدن گوگرد در درجه حرارت ثابت و در زمان طولاني از هنگام ساخت يا تهيه نمونه اتفاق مي افتد.
تثبيت تركيب هاي قير – گوگرد
تمام مخلوط هاي قير-گوگرد را به دلايل ذيل بايد تثبيت و پايدار نمود .
الف-داراي ثبات كمتري خواهند بود .
ب-بايد بدون تاخير استفاده شوند.
پ-قبل از استفاده به عمليات اختلاط اوليه نياز دارند تا گوگرد در مخلوط ته نشين نشده و به صورت معلق باشد.
چنان چه پليمر organosiloxane به تركيب قير گوگردي افزوده شود باعث پايداري مخلوط شده بنابراين گوگرد به عنوان فاز پراكنده و قير به عنوان فاز پيوسته مي باشد
خصوصيات پليمر:
1 (پليمر مورد استفاده به صورت تك لايه نامحلول در سطح گوگرد و مواد قيري مي باشد .
2(مقدار پليمر نبايد بيشتر از 1.0 %وزني نسبت به وزن مخلوط قير گوگردي باشد.
3 (ته نشيني ذرات گوگرد مايع را در مدت ذخيره كردن كاهش مي دهد .
4 (از به هم پيوستگي ذرات گوگردي جلوگيري مي كند.
5 (نشر گازهاي گوگردي را از بافت روسازي كاهش مي دهد .
6(داراي ويسكوزيته 50 تا 40000 سانتي استوكس است ولي بهتر است كه كمتر از 1000 سانتي C 25 در استوكس o
باشد.
7 (فرمول عمومي پليمر مايع به صورت زير مي باشد:
n عددي بين 0 تا 1000 است , R1 و R2 بنيان هايي هستند كه مي توانند مثل هم يا متفاوت باشند كه از گروه هاي زير انتخاب مي شوند:
آلكيل داراي 1 تا 6 اتم كربن , فنييل, بنزيـل , فنوكـسي و هـالو آلكيـل مثـل CH3C6H5 يـا C3F3H4.
3 پليمري كه بيشتر در اين مورد استفاده مي شود،پلي دي متيل سيلوكسان با فرمول عمومي زيـر مـي باشـد
كه در آن n عددي بين صفر تا 2000 است [12 .[
(CH3)3 SiO [SiO(CH3)2] nSi (CH3)3
1
– dispersed phase
2
– continuous phase
3
– polydimethyl siloxane
طرح روسازي هاي آسفالت گوگردي
براي تهيه آسفالت گوگردي یا گوگرد قير معدنی بهتر است ابتدا قير وگوگرد یا قیر معدنی با هم تركيب شـده سـپس بـه مـصالح افـزوده
شوند.در اين قسمت به بررسي تهيه چند طرح مختلف از آسفالت گوگردي مي پردازيم كه عبارتند از :
1(آسفالت گوگردي تهيه شده با گوگرد مذاب
2(آسفالت گوگردي تهيه شده با گوگرد جامد
3(امولسيون آسفالت گوگردي
شرح فرآيند آسفالت گوگردي تهيه شده با گوگرد مذاب
-واحد تهيه آسفالت گوگردي با گوگرد مايع
در اين واحد ابتدا گوگرد را حرارت مي دهند تا ذوب شود سپس آن را به مخازن مي فرستند و به انـدازه 154 رسيده و ثابت بماند. انـرژي حرارتـي مـورد نيـاز بـراي o 121 تا C o اي گرم مي كنند تا دماي آن بهC
نگهداشتن گوگرد به فرم مايع براي استفاده در آسفالت 570920Btu به ازاي هر تن گوگرد مي باشـد البتـه اين مقدار شامل انرژي حرارتي براي ذوب كردن گوگرد جامد نيست. لازم به ذكـر اسـت كـه دمـاي گـوگرد o نبايد بيش ازC
154باشد زيرا سبب توليد مقداري بخارات سمي مثل SO2 ، H2S يا SO3 مي شود.
o 121 تا C o با توجه به شكل7 گوگرد مايع از مخزن (1 (توسط پمپ (3 (با دماي بينC
154 و قير از 177 و به مقدار مشخصي به اتصال 4 جريان مي o 121 تا C o مخزن (2 (توسط پمپ (5 (با دماي بينC
يابند و در آن جا يكي شده و به وسيله لوله كوتاه inch 3 ) cm 8 (وارد ميكسر (8 (ميشود .ابتدا قير وارد مخلوط كن شده و سپس گوگرد را به تدريج اضافه مي كنند . بعد از اضافه كردن تمام گوگرد 15 دقيقه يا كمتر اختلاط صورت مي گيرد.20 %از گوگربا قير واكنش داده يا در آن حل شده و80 % بقيه در قير پراكنده مي گردد. دماي مخلوط بعد از خروج از ميكسر بين C
o C تا 121 o
154 مي باشد.
ميكسر بايد داراي انرژي بالا بوده و تلاطم و آشفتگي شديدي ايجاد كند زيرا عناصر تشكيل دهنده داراي خاصيت ويسكوزيته بالايي هستند. بنابراين بهترين گزينه براي ميكسر ، همزن با پره توربيني شامل استاتور و روتور مي باشد زيرا بايد انرژي برشي بالايی توليد کند تا پراكندگي گوگرد در قير به نحو احسن انجام شود به طوري كه اندازه ذرات گوگرد كمتر از 10 ميكرون باشد
پره توربيني شامل روتور و استاتور
مخلوط قير-گوگرد بعد از مخلوط كن به خط لوله شماره 9 تخليه مي شود ومصالح از مخزن ذخيره وارد خط لوله شماره 13 مي شود.
در طول خط لوله 13 مصالح وتوده ها توسط سيستم انتقال به داخل خشك كن هدايت شده و پس از خشك شدن و گرم شدن تا دماي C
C 143 تا149 توسط بالابر ها به سرند هاي لرزنده منتقل وپس از وزن شدن با درصد و سايز بندي مناسب و با دماي كمتر 154درجه وارد ديگ اختلاط ، جايي كه مخلوط قير و گوگرد (و شايد فيلر) نيز وارد مي شوند ، هدايت شده و با آن ها مخلوط مي گردد و در مرحله بعد آسفالت گوگردي تهيه شده با دماي بينC 138 توسط خط لوله شماره 15 به تجهيزات o 143- C
حمل و نقل منتقل و با كاميونهاي حمل آسفالت قبل از سرد شدن به محل برده شده و به عمق in 2
پخش و به وسيله غلطك هايي فشرده و متراكم مي گردد.
تنظيم دما
تانك ذخيره گوگرد , پمپ و خطوط پمپاژ نشان داده شده در شكل توسط يك المان حرارتـي الكتريكـيو ترموستات كنترل مي شود تا دماي گوگرد بـين 154نگـه داشـته شـود.يـك المـان o 121 تـا C o
حرارتي الكتريكي مشابه ممكن است براي تانك ذخيره قير , پمپ و خطوط پمپاژ مربـوط بـه آن نيـز نـصب
o 121 تا C o شود تا دمارا بين 177نگه دارد.
در اين فرآيند بايد از اتلاف گرما و پايين آمدن دماي دستگاه اختلاط قيـر- گـوگرد جلـوگيري نمـود .در 4 اين رابطه روغن گردشي داغ در درجه حرارت مطلوب كـه در خـط لولـه شـماره 10 بـه سـمت boiler بـه گردش در مي آيد ، بهترين روش گرم كردن براي سيستم اختلاط و ساير متعلقات مسير انتقالي قيـر گـوگرد خورده مي باشد . در غير اين صورت كنترل دستي در ضمن كار از اهميت خاصي برخوردار است.
درصد گوگرد مناسب
جايگزين شدن قير توسط گوگرد بر مبناي حجمي است .مقدار گـوگرد اگـر كمتـر از 25 درصـد وزنـي باشد خواص بافت مورد نظر نامناسب بوده زيرا ذرات گوگردي موجود در مخلوط كافي نخواهـد بـود و چنـان چه مقدار آن بالاي 60 درصد وزني باشد , مقدار اضافي گوگرد به دانه هـاي پخـش شـده چـسبيده و باعـث نامطلوب شدن مخلوط مي گردد علاوه برآن فاز پراكنده گوگرد در قير به قير درگوگرد تبديل شـود. بنـابراين نسبت مناسب براي رسيدن به بافت مطلـوب شـامل 35 تـا 50 قـسمت گـوگرد در 50 تـا 65 قـسمت قيـر است.
خواص بافت قير-گوگرد
در جدول3 خواص بافت قير-گوگرد با درصد هاي مختلفي از قير وگوگرد مشاهده مي شود[7 .[
جدول3-خواص بافت قير-گوگرد
درصد وزني قير با درجه
85-100 نفوذ
40 50 55 60 70 100
60 50 45 40 30 0 گوگرد وزني درصد
چگالي ويژه در دماي
C
o
16
1.0268
1.4337 1.3442 1.2854 1.2320 1.1828
درجه نرمي , C
o
16
56.7 43.8 4207 42.2 42 44.4
درجه نفوذ, C
o
g ,25
ثانيه 5 ,100
72 70 168 183 181 92
قابليت شكل پذيري ,
C
o
25
23 44 47 25 29 150+
o نقطه فلش , C
163 160 166 168 174 293
– – -14 -13 -12 -16 فراس شكنندگي نقطه
شرح فرآيند آسفالت گوگردي تهيه شده با گوگرد جامد
مي توان به جاي گوگرد مايع از گوگرد جامد استفاده نمود. اگر درصد گوگرد بيشتر از 50 %باشد متراكم كردن آسفالت توسط تكنيك هاي غلطك زدن سنتي مشكل و سخت خواهد بود.
در اين واحد ابتدا قير را تا دماي C
149 گرم كرده و در مخزن ذخيره (28(در همان دما نگه داري مي o
كنند. با توجه به شكل 9 قير مايع از مخرن ذخيره توسط پمپ به ظرف توزين هدايت مي شود. از طرف ديگر گوگرد جامداز مخزن ذخيره ابتدا سائيده شده سپس به وسيله دستگاه خرد كننده به ذرات كوچك تر تبديل شده و به صورت پودر وارد ظرف توزين قير مايع گرم مي شود.
ظرف توزين به يك كفه متصل است به طوري كه هر ماده اي كه روي آن قرار مي گيرد وزن كند. اين قسمت همچنين مخلوط شدن قير وگوگرد را انجام مي دهد و باعث پراكنده شدن گوگرد در قير مي شود.اين اختلاط 15 دقيقه مي باشد و زمان بيشتر اختلاط (45 دقيقه ) تاثيري بر يكنواختي محصول ندارد بلكه باعث كاهش قابليت شكل پذيري مي شود.
انرژي حرارتي نگه داشته شده در ظرف توزين قسمت عمده انرژي مورد نياز براي ذوب كردن گوگرد جامد را فراهم مي كند و قسمت كمي از انرژي مورد نياز براي گرم كردن قير مايع ،گوگرد يا مخلوط گوگرد 2 جامد وقير مايع توسط محفظه هاي داراي روغن داغ تامين مي شود.
بنابراين عمليات ميكس شدن باعث ذوب شدن گوگرد جامد و پراكنده شدن آن در قير شده و مخلوط Cدماي با SEA o
132 توليد مي گردد.
مصالح از انبارها به خشك كن براي خشك شدن و گرم شدن فرستاده مي شوند به طوري كه دماي آن o ها بيشتر از C
152 نشود. سپس به كمك مكانيزم هاي بالا برنده سايز بندي شده و با درصد 95-%93 % وارد ديگ اختلاط منتقل مي گردد تا با مخلوط SEA ميكس شود.(درصد قير 1.3 نسبت به كل
مخلوط مي باشد.) .
138 از كارخانه خارج، به محل مورد نظر حمل شده و روي o 196 -C o آسفالت تهيه شده با دمايC
جاده ها پخش و فشرده مي گردد. انرژي حرارتي مورد نياز براي تهيه يك تن آسفالت گوگردي با گوگرد جامد Btu 300000 مي باشد.
توليد گازهاي خطرناك H2S و SO2 هنگام توليد آسفالت گوگردي با گوگرد جامد به دو دليل مينيمم شده است كه عبارتند از :
1- scale
2- heated oil chamber
واحد تهيه آسفالت گوگردي
خشك كن مصالح كه داراي يك محفظه احتراق مي باشد.
تانك ذخيره آسفالت داغ شده
قير مايع
ديگ اختلاط كه در داخل تكيه گاهي نصب شده است.
سيلوبراي جور كردن فيلر هاي معدني
مكانيزم بالا برنده براي انتقال دادن مصالح خشك شده از خشك كن براي سايز كردن آنها
ظرف توزين
قيف براي وزن كردن مصالح گرم و سايز بندي شده
انبار ذخيره گوگرد جامد
گوگرد جامد
وسيله اي كه گوگردجامد را زا دستگاه خرد كننده به سطل براي وزن كردن انتقال ميدهد.
ظرف ذخيره مصالح
دستگاه خرد كننده
امولسيون هاي آسفالت گوگردي
جهت بهبود و پوشش بهتر قير به مصالح سنگي ، صرفه جويي در انرژي ، تنوع بيشتر و كاربرد در شرايط آب و هوايي متفاوت از امولسيون هاي آسفالتي گوگردي استفاده مي كنند .
امولسيون هاي آسفالت گوگردي شامل فازهاي مختلفي مي باشند كه درصد و مقدار اجزاء تشكيل دهنده هر فاز از تركيبي به تركيب ديگر متفاوت مي باشد در اين به بررسي يك نوع تركيب مي پردازيم .
تفاوت تركيب هاي مختلف فقط در مقدار ودرصد فازها مي باشد و پروسه توليد در تمام آن ها مشابه است.
تركيب مورد نظر امولسيون آسفالت گوگردي شامل فازهاي زير مي باشد:
1 – فاز قيري : اين فاز شامل 40 تا 70 درصد قير روسازي , 10 تا 50 درصد گوگرد و 5 تا 30 درصد
هيدروكربن نفتي مايع به عنوان عامل نرم كننده مي باشد.
2- فاز آبي : اين فاز شامل مقدار جزئي آب و ماده امولسيون ساز با غلظت 2.0 تا 4 درصد وزني بر اساس
كل تركيب مي باشد.
اين تركيب ها بايد طوري باشد تا از تغيير شكل يافتن و شياردار شدن آسفالت توسط و اتومبيل به خصوص در هواي گرم جلوگيري كند.
براي رسيدن به تركيب با خصوصيات اجرايي مناسب درصد گوگرد بايـد بـين 20 تـا 30 درصـد گـوگرد باشد.
درجه بندي قير
قير مورد استفاده بدين منظور داراي درجه AR
مي باشد كه رايج ترين آن ها عبارتند از:
در بندي درجه نوع اين كه AR -1000 , AR -2000 , AR -4000 , AR -8000 , AR -1600
حقيقت ويسكوزيته متوسط قير در دماي60 درجه سانتي گراد بوده و درجه نفوذ قير در دماي 25 درجه سانتي گراد بين 40 تا 300 دهم ميليمتر مي باشد ، البته لازم به ذكر است كه قير نرم تر يعني با درجه بندي4000 -AR و 2000 -AR بهترين نوع قير است.
عامل نرم كننده
عامل نرم كننده هيدروكربن نفتي مايعي است كه اولاً بايد نقطه جوش آن بـالاتر از C
177 بـوده ثانيـاً داراي ويسكوزيته بالا و فراريت پايين بوده ثالثاً سبك باشد.اين هيدروكربن ها را مي توان از گروه هـاي نفـت گاز، نفت سوخت، و روغن سيال انتخاب نمود كه شامل يك هيدروكربن آروماتيكي با درصد وزنـي حـداقل 55 % مي باشد.
براي رسيدن به محصول مطلوب با درجه نرمي و درجه نفوذ مناسب مقدار هيدروكربن بين 15-5 درصـد ترجيح داده مي شود.
ماده امولسيون ساز
1 امولسيفاير مي تواند كاتيوني يا آنيوني باشد.آمين هاي لنين , هاليد آمونيوم, نمك هاي اسـتات آمـين و … جزء امولسيون هاي كاتيوني هستند.
سولفونات نفتي به خصوص سولفونات هاي آلكاريل مثل نمك هاي فلزي آلكالي متيل نفتالين سـولفونات , p– دودسيل بنزن سولفونات و امولسيون هايي از نوع صابوني جزء امولسيون هاي آنيوني هستند.
شرح فرآيند
براي تهيه تركيب امولسيون آسفالت گوگردي ابتدا قير را تا دماي C
o C تـا 93 o
149 و گـوگرد را تـا دماي بالاتر از نقطه ذوب گوگرد و پايين تر از C
152 سـبب o 149 گـرم مـي كنـيم . ( دمـاي بـالاتر از C o
واكنش بين گوگرد و قير شده و باعث توليد سولفيد هيدروژن مي شود.)
قير و گوگرد داغ شده را با هم مخلوط مي كنيم تا به تركيب هموژن و يكنواختي برسيم .اخـتلاط قيـر و o گوگرد در دماي محيط صورت مي گيرد ولي بهتر است در دماي بين F
F 300 باشد تـا مخلـوط o 200 تا مطلوبي بدست آبد. سپس به مخلوط هيدروكربن مايع افزوده مي شود در اين مرحلـه نيـز بـه دليـل فراريـت هيدروكربن بايد دما تحت كنترل باشد.
لازم به ذكر است هيدروكربن را بايد بعد از افزودن گوگرد با مخلوط تركيـب كنـيم در غيـر ايـن صـورت مقدار گوگرد معلق و شناور در قير كاهش مي يابد چرا كه ويسكوزيته قير به دليل اضافه كـردن هيـدروكربن كم مي شود.
مخلوط حاصل بامحلول امولسيون ساز (آب و امولسيفاير و افزودنيهاي ديگر) تركيب وسـپس وارد ديـگ اختلاط شده تا با نسبت هاي مناسبي از توده مصالح تركيب و آسفالت توليد شود. قير و گوگرد امولـسيون در اختلاط با مصالح سنگي ميشكند و آب از مخلوط جدا شده و مخلوط به مصالح مي چسبد.
اين تركيب را با درصدهاي مختلف گوگرد, قير و هيدروكربن تهيه كرده و درجه نفود درجـه نرمـي آن را بر اساس36- ASTMD اندازه گرفته اند.
جدول -نتايج انجام آزمايش بر روي نمونه هاي امولسيون هاي آسفالت گوگردي
90 80 70 60 65 55 45 قير درصد
– – – – 5 5 5 هيدروكربن درصد
10 20 30 40 30 40 50 گوگرد درصد
124 174 154 159 300+ 300+ 300+ نفوذ درجه
درجه نرمي F
o
96 90 96.5 96.5 91 93 87.5
با توجه به جدول فوق چنان چه درصد گوگرد بالاتر از 30 %باشد خصوصيات محصول به دليـل درجـه
نفوذ بالامطلوب نخواهد يافت.
تهيه آسفالت گوگردي با گوگرد جامد با توجه به دلايل ذيل از همه مناسب تر است. [6 [
مزاياي گوگرد جامد نسبت به گوگرد مايع عبارتند از :
1 (نيازي به استفاده از ميكسر با انرژي برشي بالا نمي باشد .
2 (كاهش هزينه : گوگرد جامد ارزان تر از گوگرد مايع است.
3 (كاهش مصرف انرژي : براي ذوب كردن گوگرد جامد انرژي صرف نمي كنيم چرا كه گوگرد وقتي با قير مخلوط مي شود ، ذوب مي گردد.
4 (كاهش مصرف قير
5 (كاهش خروج گوگرد مضر از مخلوط SEA
خطرات گوگرد جامد:
گوگرد جامد باعث سوزش شديد چشم مي شود بنابراين بايد از عينك هاي مخصوص پلاستيكي استفاده كرد.
خطرات گاز گوگردي : در دماهاي بيش ازC
154 باشد مقداري بخارات سمي مثـل SO2 ، H2S o
يا SO3 توليد مي شود بنابراين استفاده از ماسك ايمني ، دستكش و عينـك مخـصوص الزامـي اسـت.مقـدار مجاز اين بخارات در هوا 5 يا 10 ppm می باشد.
مسائل خوردگي :
گوگرد جامد اگر كاملاً خشك باشد خوردگي ايجاد نخواهد كرد ولي در تماس با آب باعث خوردگي شديد خواهد شد. لذا مخزن نگهداري ، پمپ و لوله هاي انتقال گوگرد مايع بايد از جنس فولاد مقاوم در مقابل خوردگي باشد.
آتش گيري :
غبار گوگرد در C
220 خـود بـه خـود آتـش o 190 و گـرد متـراكم گـوگرد در C o
خواهد گرفت لذا هميشه بايد در دماهاي پايين تر از اين دما ها نگهداري شود.
پيشنهادات
دراين مقاله تاثير گوگرد در آسفالت به طور كامل بررسـي شـده اسـت و نيـز روشـها ي مختلـف تهيـه آسفالت گوگردي بيان شده كه بهترين روش آن با گوگرد پودر شده مي باشد، اما جهت تكميـل پـروژه انجـام شده پيشنهادات زير ارائه مي گردد.
– بررسي بيشتر در مورد خصوصيات مواد افزودني به قير گوگردي براي تثبيت شدن مخلوط.
– طراحي و بررسي امولسيون آسفالت گوگردي تا بتوان در مواقع ضروري استفاده نمود.
– نحوه كنترل دماي قير گوگردي.
– طراحي همزن مورد نياز براي اختلاط ساير افزودني ها به همراه گوگرد و سپس افزودن به قير.
– شبيه سازي واحد با نرم افزار H
