قیر نانو چیست؟ انواع، کاربرد و مزایا

بارندگی‌های متوالی، یخبندان‌های طولانی، ترافیک بالا و عبور وسایل نقلیه سنگین از چالش‌های آسفالت ریزی در بسیاری از جاده‌های مواصلاتی است. از قیرهای معمولی نمی‌توان برای تهیه آسفالتی مقاوم و پایدار در چنین جاده‌هایی استفاده کرد. اما انواع قیرهای فرآوری شده برای چنین شرایط سختی تولید شده است. قیر نانو یکی از بهترین قیرهای فرآوری است.
قیر نانو به قیری گفته می‌شود که در فرایند تولید آن از فناوری نانو برای اصلاح و بهبود خواص قیر معمولی استفاده شده است. در این فناوری از اضافه کردن ذرات نانو با ابعادی در حد یک میلیاردم متر به قیر پایه برای بهبود ساختار و عملکرد در سطح مولکولی استفاده میکنند. هدف اصلی تولید قیر کشسان نانو، تهیه محصولی با کیفیت بالا و بسیار مقاوم در برابر عوامل مخرب مانند رطوبت، حرارت و ترافیک سنگین است. جهت خرید قیر نانو و بررسی قیمت قیر بشکه ای می‌توانید از مشاوره تخصصی گروه پارمیس استفاده کنید. لکن این مطلب معرفی تخصصی و قابلیت‌های کاربردی قیر نانو است.

چرا از فناوری نانو برای فرآوری قیر استفاده می‌کنند؟

قیر معمولی به هیچ حالت شرایط استفاده در پروژه‌های سنگین و حرفه‌ای آسفالت ریزی را ندارد. قیرهای معمولی در برابر نوسانات دما مانند موج هوای سرد و یا گرم به شدت آسیب پذیر هستند. از فناوری نانو برای حل مشکلات بحرانی قیرهای معمولی استفاده می‌کنند. آسفالت تهیه شده از قیر کشسان نانو به مراتب از آسفالت‌های معمولی مقاوم‌تر، بادوام‌تر و با عملکرد بهتر است. زیرا فناوری نانو:
از روان شدن قیر در گرمای طولانی روزهای داغ تابستان جلوگیری می‌کند. در نتیجه آسفالتی در اختیار داریم که در هوای گرم نرم نشده و ترک بر نمی‌دارد.
از ترک خوردگی آسفالت به علت سخت شدن قیر در روزهای سرد زمستان جلوگیری می‌کند.
از خستگی و فرسودگی زودرس آسفالت زیر بارهای سنگین ترافیکی می‌کاهد.

مکانیسم عملکرد قیر نانو چگونه است؟

اضافه شدن ذرات ریز در حد نانو به قیر خصوصیات فیزیکی و عملکردی آن را به کلی دگرگون خواهد کرد. نانو ذرات به دلیل اندازه بسیار کوچک و نسبت سطح به حجم بسیار بالا زمانیکه به قیر معمولی اضافه می‌شوند:

مرحله اول: به طور یکنواخت و با ساختار ماتریسی در کل قیر پخش می‌شوند. به این ترتیب ساختار همگنی را ایجاد می‌کنند.
مرحله دوم: این ذرات نانو واکنش پذیری بالایی دارند. لذا با ساختار مولکولی قیر معمولی پیوند برقرار می‌کنند.
مرحله سوم: پس از پیوند ذرات نانو حالا قیری تهیه شده که ساختار شبکه‌ای مستحکمی دارد. همین ساختار شبکه‌ای و کاملاً یکپارچه، قیر را به ماده‌ای با خواص فیزیکی و مکانیکی عالی تبدیل می‌کند. خواص فیزیکی و مکانیکی قیر کشسان نانو به مراتب بهتر از قیرهای معمولی است.

 

انواع نانو ذرات استفاده شده در قیر نانو

از ذرات نانو گوناگونی برای فرآوری قیر معمولی استفاده می‌کنند. هر کدام از نانو ذرات قابلیت‌های منحصر به فرد دارند و برای اصلاح یک یا چند نوع خواص فیزیکی و یا شیمیایی قیر استفاده می‌شوند. دسته‌بندی معروفترین نانو ذرات برای اصلاح خواص قیر معمولی و تهیه قیر نانو به قرار زیر است.

نانوکلی (Nano Clay)

نانوکلی یا همان نانو رس به ذرات رسی گفته می‌شود که اندازه آنها در ابعاد نانومتر است. این ذرات از نظر ساختاری دارای صفحات سیلیکاتی بسیار نازک هستند که می‌توانند به شکل لایه‌ای سازماندهی شوند. وقتی ذرات نانوکلی در ماده‌ای مانند قیر پخش می‌شود، ساختار کامپوزیتی ایجاد کرده که خواص مکانیکی و حرارتی ماده پایه (قیر) را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. نانوکلی یک اصلاح کننده مقرون به صرفه و بسیار موثر برای افزایش عملکرد قیر نانو در مناطق گرمسیری و یا آسفالت‌ریزی راهها با ترافیک سنگین است. این نانو ذرات می‌توانند:

• مقاومت آسفالت در برابر تغییر شکل دائمی را بهبود بخشند.
• خواص رئولوژیکی قیر یا همان استحکام برشی را بهتر می‌کنند.
• استحکام مکانیکی قیر و نهایتاً آسفالت در برابر تنش‌های مکانیکی را بهتر می‌کند.
  پایداری حرارتی قیر را بالاتر می‌برد.

نانو سیلیکا (Nano Silica)

یک نوع نانو ذرات برای افزایش قابلیت‌های چسبندگی قیر، استحکام و مقاومت در برابر پیری ناشی از اکسید شدن است. نانو سیلیکا ذرات بسیار ریز و کروی شکل از جنس دی اکسید سیلیسیم (Sio2) است که قطر آنها در حد نانو قرار دارد. این ذرات به دلیل ابعاد کوچک اما سطح ویژه بسیار بالا زمانیکه به قیر اضافه می‌شوند، برهم کنش‌های فیزیکی و شیمیایی قوی با ماتریس قیر ایجاد می‌کنند. به دلیل خاصیت پرکنندگی برای ایجاد قیر متراکم و یکپارچه مفید هستند. از این رو می‌توانند شبکه سه بعدی مستحکمی از قیر و آسفالت ایجاد کنند. اضافه شدن نانو سیلیکا باعث می‌شود تا آسفالت ویژگی‌های برجسته داشته باشد:

• در برابر تغییر شکل دائمی مقاوم‌تر می‌شود.
• قدرت چسبندگی قیر به سنگدانه‌ها را بهبود می‌بخشد.
• رطوبت زدگی قیر و آسفالت را به شدت کاهش می‌دهد.
• از پیری زود هنگام قیر و آسفالت جلوگیری می‌کند.

نانو لاستیک (Nano Ruber)

برای تهیه قیر کشسان نانو از همین ذرات بسیار ریز لاستیکی استفاده می‌کنند. زیرا برای افزایش انعطاف پذیری و مقاومت در برابر ترک خوردگی قیر هنگام مواجهه با هوای سرد سودمند است. نانو لاستیک، ذرات بسیار ریز لاستیکی است که عمدتاً از تایرهای فرسوده اما در اندازه‌های بسیار ریز در حد نانومتر تهیه می‌شود. این ذرات نانو لاستیکی به دلیل سطح تماس فوق‌العاده بالا زمانیکه در معرض قیر داغ قرار می‌گیرند، به سرعت روغن‌های موجود در قیر را جذب کرده و تا چند برابر حجم اولیه متورم می‌شوند. در نتیجه به طور کامل در ماتریس قیر حل شده و یک شبکه فیزیکی پیوسته و ناهمگن را ایجاد می‌کنند. قیر نانو با استفاده از قطعات لاستیکی انقلابی در تهیه آسفالت‌های جان سخت است. زیرا:
قیر کشسان نانو ایجاد کرده که انعطاف پذیری آسفالت را بهبود می‌بخشد.
برای عملکرد قیر در دماهای پایین و آسفالت ریزی در هوای سرد سودمند است.
مقاومت خستگی قیر را بهبود می‌بخشد. شبکه لاستیکی، مانند یک ضربه گیر عمل میکند.
مقاومت در برابر تغییر شکل آسفالت را بهبود می‌بخشد.

نانو تیوب کربن (CNT)

اضافه شدن این نانو برای استحکام فوق‌العاده بالای قیر و آسفالت سودمند است. حتی خستگی قیر را تا مقدار قابل توجه بهبود می‌بخشد. از این رو بهترین نانو ذرات برای تهیه قیر نانو در آسفالت ریزی راه‌های پر ترافیک و یا باند فرودگاهی است.
نانو تیوب کربن در واقع ساختارهای لوله‌ای توخالی از اتم‌های کربن است که با یک الگوی شش ضلعی شبیه به لانه زنبور آرایش یافته و یک ساختار استوانه‌ای را تشکیل داده است. این نانو در گونه‌های تک دیواره یا چند دیواره تولید می‌شود. نانو تیوب کربن به دلیل شکل سوزنی و دراز خود، یک شبکه سه بعدی، پیچیده و بسیار مستحکم را درون ماتریس قیر ایجاد می‌کند. برای تجسم نانو تیوب کربن در قیر می‌توانید اثر آرماتورهای فولادی در بتن را تجسم کنید. این ذرات نانو می‌توانند:
استحکام مکانیکی و مدول الاستیسیته قیر را افزایش دهند.
مقاومت قیر در برابر خستگی را چند برابر کنند.
عملکرد قیر در دماهای بالا را بهبود بخشند.

مقایسه انواع نانو ذرات برای فرآوری قیر نانو

برای درک اینکه کدام مدل قیر نانو مناسب پروژه‌های شما است و در کل از کدام یک برای افزایش قابلیت‌های عملکردی آسفالت استفاده کنید، به موارد مقایسه جدول زیر دقت کنید:

ویژگی	نانوکلی	نانو سیلیکا	نانو لاستیکی	نانو تیوب کربنی
ساختار	ذرات لایه‌ای سیلیکا	ذرات کروی دی اکسید سیلیسیم	ذرات ریز لاستیکی	لوله‌های توخالی کربنی
مکانیزم عمل	ایجاد ساختار لایه‌ای و شبکه‌ای	ایجاد شبکه سه بعدی و ژل مانند	تورم و ایجاد فاز شبکه‌ای پلیمری	ایجاد شبکه آرماتوری
مزیت اصلی	جلوگیری از شیار شدن آسفالت	بهبود چسبندگی قیر با مصالح سنگی	بهبود عملکرد قیر و آسفالت ریزی در هوای سرد	افزایش استحکام مکانیکی
مقاومت در برابر خستگی	خوب	خوب	عالی	عالی
مقاومت در برابر پیری	خوب	عالی	خوب	عالی
کاربردهای اصلی	آسفالت ریزی در مناطق گرمسیری جاده‌ها با ترافیک سنگین	مناطق بارانی و هوای خیلی مرطوب و شرجی	آسفالت ریزی در مناطق سردسیر	پروژه‌های استراتژیک از قبیل باند فرودگاه، بندر و…

 

مزایای اصلی استفاده از قیر نانو

قیر نانو نمایانگر انقلابی در صنعت راهسازی است. این نوع قیر با استفاده از فناوری نانو توانسته که نقاط ضعف قیرهای معمولی را برطرف کرده و نهایتاً آسفالتی با دوام‌تر، مقاوم‌تر و با عملکرد برتر را تولید کند. اگرچه هزینه تولید قیر نانو بیشتر است، اما افزایش عمر مفید و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری آسفالت آنقدر برجسته و کلیدی است که استفاده از قیر نانو را به یک سرمایه‌گذاری مقرون به صرفه برای بلند مدت پروژه‌های زیربنایی تبدیل می‌کند. مزایای استفاده از قیر نانو به قرار زیر است:

• افزایش مقاومت آسفالت در برابر تغییر شکل دائمی و شیارشدگی
• بهبود خواص قیر و جلوگیری از نرم شدن آسفالت در هوای گرم تابستان
• انعطاف پذیری بیشتر آسفالت و افزایش مقاومت در برابر ترک خوردگی هوای سرد
• بهبود مقاومت آسفالت در برابر خستگی و بارهای ترافیکی مکرر و مداوم

جلوگیری از پیری زودرس قیر

بهبود خواص چسبندگی قیر به مصالح سنگی و کاهش اثر رطوبت زدگی
کاهش نیاز به تعمیرات، تعویض زود هنگام آسفالت و صرفه‌جویی قابل توجه در بلند مدت

کاربردهای قیر نانو

کاربردهای قیر نانو کاملاً وابسته به نوع نانو ذراتی است که برای اضافه شدن به قیر انتخاب کرده‌اید. به عنوان مثال نانو کلی از شیار شدن آسفالت در هوای گرم و نرمی قیر جلوگیری می‌کند. لذا قیر نانوکلی در آسفالت ریزی هوای گرم کارایی دارد. اما نانو لاستیکی برای انعطاف پذیری آسفالت و جلوگیری از ترک خوردگی در هوای سرد زمستانی است. قیر بندر عباس از بهترین مواد خام تهیه قیر نانو است. در کل کاربردهای قیر نانو به قرار زیر است:

• ساخت و ساز راه‌های بین شهری و بزرگراه‌ها با ترافیک سنگین
• ساخت باندهای فرودگاهی و افزایش مقاومت آسفالت در برابر وزن بسیار زیاد هواپیما
• آسفالت ریزی در پروژه‌های بنادر، بندرها و اسکله‌های بارگیری
• راه‌سازی در مناطق با اقلیم بسیار گرم، بسیار سرد و یا خیلی مرطوب و شرجی
• پروژه‌های ویژه شهری

جمع‌بندی: توصیه‌هایی برای استفاده از قیر نانو

استفاده از قیر نانو یک فناوری پیشرفته است که نیازمند دانش، دقت و برنامه‌ریزی است. اما اگر علاقه دارید تا از این سرمایه‌گذاری نهایت بهره را برده و آسفالتی با دوام و کیفیت برتر را تهیه کنید، چند توصیه ما را فراموش نکنید:

• برای مناطق گرمسیری نانوکلی یا نانو تیوب گزینه بهتری است. اما در مناطق سردسیر از نانو لاستیکی استفاده می‌کنند.
• اگر شیار شدن آسفالت چالش اصلی است، نانوکلی اولویت دارد. ولی برای جلوگیری از ترک خوردگی از قیر نانو لاستیکی استفاده می‌کنند.
• نانو ذرات را تنها از تامین کنندگان معتبر و دارای گواهی کیفیت خریداری کنید. مجموعه قیر پارمیس برای فروش انواع این محصولات فعالیت می‌کند.

فرایند پخش شدگی یکنواخت نانو ذرات در قیر را با دقت بررسی کنید. دما، زمان و سرعت اختلاط باید دقیقاً طبق دستورالعمل سازنده باشد.
شعار هر چه بیشتر، بهتر در اینجا صدق نمی‌کند. باید با نسبت دقیق طبق دستورالعمل سازنده نانو ذرات را به قیر اضافه کنید.
با رعایت این نکات قیر نانو باکیفیت تهیه خواهید کرد. اما قیرهای نانو محصولات تخصصی هستند و بهتر است برای خرید نانو ذرات و نحوه اختلاط قیر جامبوبگ از کارشناسان خبره استفاده کنید. برای بررسی انواع و خرید قیر نانو از خدمات مشاوره تخصصی گروه پارمیس برخوردار هستید.