تست نفوذ قیر

تغییرات دمایی باید حدود  ℃ 0.12± باشد. سوزن ها باید بطور مرتب از لحاظ تمیزی و صافی و راستی نمای عمودی چک شوند. صحت کار کرنومتر باید بطور مرتب چک شود. نفوذهای کمتر از 2 dmm و بیشتر از  500 dmm قابل قبول نخواهند بود.

قیرهای نرم به کاپ هایی با عمق بیشتر و سوزن هایی بلندتر نیاز دارند. قیرهای خیلی نرم تر بهتر است که براساس ویسکوزیته گزارش شوند. اگر مقدار نفوذ کمتر از 50 dmm گزارش شود تکرار پذیری نفوذ 2 dmm می باشد.

نقطه نرمی ویژگی دیگری می باشد که معمولاً برای تعیین دوام و استقامت قیرهای اکسید شده یا درجه نفوذ براساس استاندارد (ASTM, 2012a) ASTM D36 یا (BSI 2007b) EN 1427 یا (E1, 2007a) استفاده می شود.

در این قسمت یک گوی استیل کوچک روی نمونه قیری که خود توسط یک حلقه برنجی احاطه شده است قرار میگیرد و سپس این مجموعه در داخل حمام (بشر شیشه ای) که حاوی گلیسرین یا آب است قرار میگیرد. تصویر آن در شکل زیر نشان داده شده است.

 آب برای قیرهایی با نقطه نرمی زیر ℃80  و گلیسیرین برای قیرهایی با نقطه نرمی بالای ℃80  استفاده می شود. وقتی که از آب استفاده میشود دمای اولیه حمام آب ℃5  میباشد اما دمای اولیه برای گلیسیرین ℃30  است. افزایش دمای حمام باید طوری باشد که به ازای هر دقیقه  ℃5 دما افزایش یابد تا جایی که قیر نرم می شود و بالاخره آرام آرام بواسطه گویی که در داخل خودش دارد دفرم میشود.

دمای نقطه نرمی دمایی است که ترمومتر نشان میدهد در لحظه ای که قیری که گوی را احاطه کرد مسیر mm 25 زیر حلقه را طی کرد و کف قالب را لمس میکند. آزمون دو مرتبه انجام میشود و میانگین دو دما تا نزدیک  ℃0.2 برای نقطه نرمی های ℃ 80 یا پایین تر و  ℃0.5 برای نقطه نرمی های بالاتر از  ℃80  گزارش میشود.

اگر اختلاف بین دو نتیجه بیشتر از  ℃1 برای نقطه نرمی های زیر ℃80  و بیشتر از  ℃2 برای نقطه نرمی های بالای ℃ 80 شود، آزمایش باید مجدداً تکرار شود. در روش آزمون نقطه نرمی طبق استاندارد D 36 مایع داخل حمام هم زده نمی شود، در حالیکه در IP 58 و EN 1427 مایع داخل حمام همزده میشود.

بنابراین نقطه نرمی که از این دو روش بدست می آید متفاوت است. نتایجی که بر طبق ASTM حاصل میشود حدوداً ℃15  بیشتر از نتایجی است که طبق استانداردهای EN و IP بدست می آید.

همچنان که تست نفوذ انجام میشود، تست نقطه نرمی هم بهتر است بطور دقیق برای رسیدن به نتایج درست انجام شود (Pfeiffer 1950) ابعاد حلقه و گلوله، آماده سازی نمونه، سرعت حرارت دادن و دقت دماسنج همگی مهم هستند. دستگاه اندازه گیری نقطه نرمی اتوماتیک هم موجود است که اطمینان و دقت بالایی در ثبت دما و تشخیص نقطه پایان آزمون دارد.

نقطه شکست فراس:

تست نقطه شکست فراس یکی از تست های معدودی است که میتواند برای توصیف رفتار قیر در دماهای خیلی پایین(حدوداً  ℃30-) مورد استفاده قرار بگیرد.
دستگاهی است که دمایی را که قیر در آن دما به شکست میرسد و ترک میخورد را تعیین میکند. تعدادی از کشورها که دارای زمستان هایی با دمای خیلی پایین هستند، دماهای فراس قابل قبول بالایی دارند. در تست فراس همانطوری که در شکل زیر نشان داده شده است، یک صفحه استیل به طول 41 میلیمتر و پهنای 20 میلیمتر و ضخامت 0.15 میلیمتر، با لایه ای از قیر به ضخامت یکسان پوشیده شده است و در معرض هوای سرد قرار میگیرد و مکرراً خم میشود تا وقتی که لایه قیر بشکند.

دما به ازای هر یک دقیقه  ℃ 1 کاهش می یابد تا وقتی که قیر به شکست بحرانی برسد و ترک میخورد. دمایی که در آن دما نمونه ترک میخورد نقطه شکست فراس نام دارد.

این نشان میدهد که در شکست قیر دارای یک ضریب سختی به مقدار 201 × 10 pa است که در حال نزدیک شدن به مقدار ماکزیمم ضریب سختی یعنی 207 × 10 pa میباشد.

دمای فراس را میتوان از روی نقطه نرمی و نفوذ برای قیرهای پایه نفوذ بدست آورد زیرا دمای فراس برابر است با دمایی که قیر نفوذی برابر 1.25 dmm دارد.

ویسکومتر فنجانی

استفاده از ویسکومتر فنجانی روش ساده ای برای تعیین ویسکوزیته در دمای مشخص شده است به این صورت که ظرف فلزی با مواد پر شده و در دمای استاندارد قرار میگیرد و زمان برحسب ثانیه برای حجم مشخص از ماده که از کاپ و از طریق اورفیس ته ظرف خارج میشود، اندازه گیری میشود.
چندین مدل مختلف ویسکومتر فنجانی وجود دارد که فرق آنها در اندازه سوراخ خروجی ظروف است. چنین تست ویسکوزیته ای اغلب برای امولسیون طبق استاندارد (BSI, 2011a) EN 12846-1 و قیرهای محلول طبق استاندارد (EN 12846-21351 , 2011 b) انجام می شود.

تصویر ویسکومتر در شکل 4 نشان داده شده است.

ویسکوزیته مطلق (pa.s) بصورت زیر اندازه گیر می شود:
 Density × Constant × زمان جریان = 1

همچنین نتیجه تست ممکن است بر حسب ویسکوزیته کینماتیک (mm 1/5) ע بیان میشود.

در معادله بالا مقدار ثابت بستگی به وسیله ای که استفاده میشود دارد.

ویسکومترهای کاپیلاری

شرایط جریان نمونه خیلی بهتر میشود اگر به جای کاپ ویسکومتر از لوله کاپیلاری یا باریک استفاده شود. ویسکومترهای کاپیلاری اساساً لوله های شیشه ای باریکی هستند که قیر از داخل آنها عبور میکند. این لوله ها دو بخش باریک و پهن دارند و با یک یا چندین علامت برای نشان دادن حجم مشخصی و جریان قیر علامت گذاری شده اند که در شکل 5 و 6 نشان داده شده است.

مقدار ویسکوزیته سینماتیک، از طریق زمان جریان قیر از داخل ویسکامتر شیشه ای در دمای مشخصی اندازه گیری میشود. هر ویسکومتر کالیبره شده است و حاصلضرب بین زمان جاری شده قیر و فاکتور کالیبراسیون ویسکومتر، ویسکوزیته سینماتیک برحسب mm2/5 میباشد.

استانداردهای (ASTM 2010a) ASTM D2170 و EN 2595(BSI , 2007d) روش انجام آزمون را برای ویسکوزیته سینماتیک نشان میدهند.

اندازه گیری ویسکوزیته کینماتیک در دماهای مختلف برای بدست آوردن سختی ویسکوزیته/دما بکار میرود.

همین طور ویسکوزیته دینامیک در دمای 60 ℃ انجام میگیرد که این تست با استفاده از ویسکومتر کاپیلاری خلاء مطابق با استاندارد 2007 e و 135 I (1259 6) EN و (ASTM,2010 b) ASTM D2171 انجام میگیرد.

جدول اطلاعات آزمایش قیر

در اواخر دهه 1960، هیوکلم سیستمی را شرح داد که بر اساس آن نشان میداد که ویسکوزیته نقطه نرمی، نقطه فراس و نفوذ تابعی از دما هستند (1969) که به عنوان جدول اطلاعات آزمون قیر (BTDC) شناخته شد.

این جدول تشکیل شده از یک خط افقی برای دما و دو خط عمودی برای نفوذ و ویسکوزیته.

نمودار دما خطی و نمودار نفوذ لگاریتمی طوری طراحی شده که قیرهای درجه نفوذ با قابلیت دمایی نرمال یا شاخص های نفوذ رابطه خطی دارند. یک BTDC در شکل 8  نشان داده شده است.

جدول اطلاعات آزمون قیر (BTDC) نشان میدهد چطور ویسکوزیته قیر به دما وابسته است اما به زمان وابسته نیست. اگرچه همانطور که زمان برا تست های نفوذ، نقطه نرمی و تست نقطه فراس شبیه همدیگر است. این اطلاعات میتواند با اطلاعات تست ویسکوزیته در BTDC رسم شود. 

همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است هنگامیکه نتایج آزمون روی جدول BTDC رابطه خط مستقیمی تشکیل دهند میتوان پیش بینی کرد که ویژگی های ویسکوزیته/دما در قیرهای درجه نفوذ بالای رنج وسیعی از دماهای استفاده شده برای نقطه نرمی و نفوذ قرار میگیرد.

در طول تولید و تراکم و فشردگی آسفالت، دانستن ویسکوزیته قیر مهم است. این موضوع در شکل 9 برای بتون آسفالت متراکم ساخته شده با قیر با درجه نفوذ 200 شرح داده شده است.

قیرهای کلاس B

اطلاعات آزمون برای قیرهای کلاس B بصورت خط خمیده ای در چارت در شکل 11 نشان داده شده است.

این منحنی ها را میتوانید بصورت دو خط مستقیم که از وسط قطع شده ببینید.

شیب خط در محدوده دمای بالا تقریباً برابر قیرهای غیر دمیده است اما در دمای پایین شیب  کمتری دارد. ظاهراً نقطه گذاری دیده نمی شود اما هنوز خطوط مستقیمی در مناطق ویسکوزیته و نفوذ به راحتی دیده میشود که هرکدام از آنها با دو تست مشخص میشوند. بنابراین روی هم رفته چهار تست برای توصیف کامل مورد نیاز است. نفوذ، نقطه نرمی و دو اندازه گیری ویسکوزیته در دمای بالا.