یکی از ویژگی های مهم قیر حساسیت آن نسبت به تغییرات درجه حرارت است و برای دستیابی و ارزیابی این ویژگی از شاخص نفوذ بهره برداری می شود برای مشخص کردن نفوذ قیرها از دو آزمایش درجه نفوذ و درجه نرمی (نقطه نرمی) استفاده میشود.
تغییر حالت قیر از جامد به مایع در هنگام افزودن درجه حرارت بصورت ناگهانی صورت نگرفته و کم کم انجام می شود. بطوریکه مدت آن در تبدیل از جامد به مایع برای قیرهای مختلف متفاوت است.
بطوریکه مثلاً قیرهایی که در دمای 25 ℃ دارای درجه نفوذ مشابهی باشند این امکان وجود دارد در درجه حرارت ها بیشتر سختی متفاوتی داشته باشند و به همین دلیل تعیین درجه نفوذ برای آنها ضرورت پیدا میکند.
برای مثال قیر 70-60 و 50-40 و ... عددی که همراه این قیرها استفاده میشود نشانگر محدوده میزان نفوذ سوزن آزمایش در آزمون تست آن میباشد. مهم اینکه ارتباط مستقیم بین ویسکوزیته و درجه نفوذ قیر وجود دارد بطوریکه با افزایش کندروانی نقطه نرمی افزایش مییابد و درجه نفوذ آن کاهش پیدا میکند.
آزمایش برای تعیین درجه نفوذ قیرها برای تعیین میزان سختی نسبی آن ها انجام میشود و یکی از پرکاربردترین آزمایش های مربوط به قیر میباشد و یکی از روش های نامگذاری انواع قیرهای استفاده از مقدار درجه نفوذ آنها میباشد.
با توجه به اینکه قیر ماهیتی ویسکو الاستیک دارد رفتار آن با تغییرات درجه جرارت و مقدار بارگذاری در واحد زمان بستگی دارد در شرایط آب و هوای گرم قیر مانند یک مایع ویسکوز عمل کرده و در این حالت تغییر شکل ماندگار و شیارهای کمتر برگشت پذیر در آن ایجاد میگردد و در آب و هوای سرد قیر مانند یک ماده جامد الاستیک عمل میکند و در هنگام عبور وسایل نقلیه تغییر شکل یافته و در هنگام باربرداری به شکل اولیه خود برمیگردد اما ممکن است در هنگام بارگذاری شکننده عمل کنند و دچار ترک شوند.
آزمایش های معمول اغلب در درجه حرارت 25 درجه انجام میشود و این موضوع نشان دهنده رفتار قیر در درجه حرارت های دیگر نیست.
آزمایش ویسکوزیته تنها اطلاعاتی در ارتباط با رفتار ویسکوز قیر در محدوده یک دمای مشخص ارائه میدهد و بررسی رفتار قیر را دردماهای بالا و پایین تر نشان نمی دهد.
مهمترین کاربرد استفاده از مقدار درجه نفوذ برای پی بردن به منطقه ای است که در آن قیر استفاده میگردد بطوریکه در مناطق گرم و برای راه های با آمد و شد زیاد از قیرهای با درجه نفوذ بیشتر استفاده میگردد و برای مناطق سردسیر از قیرهای با درجه نفوذ کمتر بهره برداری میشود. پس با سخت تر شدن قیر درجه نفوذ آن کمتر شده و هر مقدار قیر نرم تر باشد درجه نفوذ آن بیشتر است.
این آزمایش براساس استاندارد ASTM D 5 بشرح ذیل است:
تعریف آزمون نفوذ:
این آزمون به معنی اندازه گیری قوام قیر و مواد قیری می باشد که بر اساس طولی از یک سوزن استاندارد بر حسب دهم میلیمتر بصورت قائم در نمونه تحت شرایط مشخص انجام می شود.
هدف آزمون نفوذ:
هدف از انجام این آزمایش تعیین درجه نفوذ قیر و مواد قیری بصورت جامد و نیمه جامد می باشد. این آزمون برای اندازه گیری قوام بکار می رود بطوری که درجه نفوذ بیشتر نشان دهنده قوام کمتر و درجه نفوذ کمتر نشان دهنده قوام بیشتر است.
شرایط انجام آزمون نفوذ:
طول سوزن استاندارد برای این آزمون 50 میلی متر و برای سوزن های بلند 60 میلی متر است.
مشخصات ظزف نمونه باید بشرح زیر باشد:
برای درجه نفوذ های کمتر از 200 قطر ظرف باید 55 میلیمتر و ارتفاع داخلی باید 35 میلیمتر باشد.
برای درجه نفوذ بین 250 الی 350 قطر ظرف باید 55 تا 75 میل متر و ارتفاع داخلی باید 45 تا 70 میلیمتر باشد.
برای درجه نفوذ بین 350 تا 500 قطر ظرف باید 55 میلیمتر و ارتفاع داخلی باید 70 میلی متر باشد.
حمام آب برای این آزمون باید قابلیت نگهداری دمای آب در دمای آزمون با دقت یک دهم درجه سانتیگراد را داشته باشد.
وزن مجموعه سوزن بهمراه نگه دارنده 100 گرم می باشد و مدت زمان فرو رفتن سوزن داخل نمونه 5 ثانیه است.
شرح آزمون نفوذ:
در این آزمون قیر یا ماده قیری را درون ظرف نمونه ریخته می شود بطوری که پس از سرد شدن سطح قیر یا ماده قیری کاملا با لبه ظرف هم سطح باشد. پس از ریختن نمونه در ظرف باید اجازه دهیم نمونه به مدت 1 الی 1.5 ساعت در دمای محیط سرد شود و پس از آن به مدت 1 الی 1.5 ساعت در حمام آب 25 درجه سانتیگراد قرار گیرد. پس از طی این زمان نمونه را بهمراه ظرف آب حاوی نمونه زیر دستگاه اندازه گیری نفوذ قرار داده و آزمون نفوذ را بشرح زیر انجام می دهیم :
ظرف حاوی نمونه را زیر دستگاه اندازه گیری قرار داده و اجازه می دهیم نوک سوزن با سطح نمونه مماس شود سپس دکمه آزاد کردن سوزن را فشار داده و سوزن بمدت 5 ثانیه داخل نمونه فرو می رود . برای انجام تست نفوذ نفوذ حداقل از سه عدد سوزن بصورت یک مثلث فرضی (بطوری که فاصله نوک هر سوزن با جداره ظرف 1 سانتیمتر باشد) استفاده میشود . نتیجه آزمون بصورت میانگین نتایج میزان فرو رفتن سه سوزن گزارش می شود.
