أنواع البتومين

أنواع البيتومين

القار البترولي هو مادة لزجة وسوداء تتكون من عدد كبير من الهيدروكربونات وتكون صلبة أو شبه صلبة في درجة الحرارة المحيطة. يتم إنتاج القار البترولي في عملية تقطير النفط الخام وتكريره في مصفاة النفط في برج التقطير.

في البلدان الغنية بالنفط، يتم نقل النفط الخام في الغالب إلى المصافي عبر خطوط الأنابيب لتجنب التكاليف الإضافية لنقله بواسطة ناقلات النفط.

عندما يصل النفط الخام إلى المصفاة؛ قبل البدء في تكريره، يتم تسخينه أولاً في أفران التسخين المسبق إلى حوالي 350 درجة مئوية ثم يتم إرساله إلى برج التقطير، بحيث يتم في مراحل التكرير، وفقًا لخصائص النفط الخام، بتطبيق درجات حرارة وضغوط مختلفة في برج التقطير، إنتاج منتجات مختلفة كما هو موضح أدناه.

1. أولاً، يتم فصل المواد الأخف وزنًا مثل البنزين والبروبان عند ضغط قريب من ضغط جوي واحد من النفط الخام وإرسالها إلى خزانات خاصة لتخزين تلك المنتجات.
2. في الخطوة الثانية، يتم فصل المواد الثقيلة مثل البنزين والكيروسين من برج التقطير تحت ضغط قريب من التفريغ وإرسالها إلى صهاريج تخزين خاصة لتلك المنتجات.
3. في المرحلة الثالثة، يتبقى خليط من الزيت والشحوم والقار في قاع برج التقطير، والذي يتم فصله بعمليات خاصة.
4. في النهاية، تبقى المادة الأثقل في قاع برج التقطير، وهي مادة البيتومين، والتي يتم إنتاجها في هذه المرحلة عن طريق إجراء عملية تفريغ القاع (نفخ الهواء) في برج التقطير. فيما يلي، سنقوم بوصف أنواع البيتومين المختلفة:

ما هي أنواع البيتومين؟

إن مصادر النفط الخام المتوفرة في كل منطقة وبلد وبحسب الخصائص الفريدة هناك؛ مثل نوع الأرض ونوع طبقات التربة مختلفة، ونتيجة لذلك فإن النفط الخام المتوفر هناك يحتوي أيضًا على خصائص مختلفة عن مصادر النفط الخام الأخرى في المناطق الأخرى؛ ونتيجة لذلك فإن القار الذي يتم إنتاجه في تلك المصافي; كما أن لها خصائص مختلفة؛ لهذا السبب، فإن خبراء صناعة النفط، من خلال إجراء اختبارات على أنواع مختلفة من عينات البيتومين وأنواع مختلفة من النفط الخام ومراحل تنقيته في مصافي النفط الخام، ووفقًا لنتائج اختبارات عينات البيتومين، أنتجوا مجموع “منتجات البيتومين”.

وقد تم تصنيفها إلى 8 فئات، سنوضحها فيما يلي:

فيما يلي الاختبارات التي أجريت على عينات البيتومين:

1 – درجة اللزوجة تصنيف اللزوجة

2- تصنيف البيتومين بطريقة تقدير الأداء (PERFORMANCE GRADE)

3- البيتومين بطريقة تغلغل الدرجات

4- التقدير بطريقة CUT-BACK

5- التصنيف بطريقة EMULATION

6- التصنيف المؤكسد بطريقة الأكسدة بالأكسدة

7- اختبار تحديد نقطة ترطيب البيتومين نقطة ترطيب البيتومين

8- اختبار نقطة الوميض

تصنيف أنواع البيتومين بطريقة VISCOSITY

من خلال إجراء اختبار اللزوجة على عينة البيتومين VISCOSITY TEST، يمكن تحديد لزوجة البيتومين؛ وأيضاً، من خلال إجراء اختبار درجات اللزوجة، يتم إنتاج أربعة أنواع من البيتومين بدرجات 10 و20 و30 و40. وتجدر الإشارة إلى أنه في اختبار هذا البيتومين، يشير الرقم الأدنى الذي تم الحصول عليه إلى انخفاض لزوجة البيتومين، ويشير الرقم الأعلى إلى ارتفاع لزوجة البيتومين. كما أن هذه هي أنواع القار VG. مع لزوجة VG 10 وVG 20 وVG 30 وVG 40، حيث يستخدم VG30 وVG40 في الغالب لإصلاح الأرصفة وبناء الطرق.

في الوقت نفسه، يتم إنتاج نوع آخر من البيتومين يسمى AC 30 من خلال اختبار اللزوجة، ومعظم مستهلكي هذا البيتومين في الدول الأمريكية.

تتشابه خصائص البيتومين AC 30 مع البيتومين VG 30 لكن البيتومين VG 30 له استهلاك مرتفع للغاية بسبب الظروف المناخية في الهند.

تصنيف أنواع البيتومين حسب طريقة الأداء

في الماضي، لإعداد الأسفلت وفقًا للظروف المناخية وعدد التغيرات في الحرارة والبرودة ومقاومة الأسفلت للتصلب وهشاشة القار مما يسبب تشقق وتصدع الأسفلت في البرد، وكذلك انكماش الأسفلت في الحرارة بسبب حركة الشاحنات والمقطورات التي تحمل أحمالاً ثقيلة؛ كان موردو الأسفلت يستخدمون طريقتين، فقد كانوا يهتمون بخصائص القار مثل درجة نفاذ القار ودرجة اللزوجة.

وفي هاتين الطريقتين يعاني منشئو الطرق من مشاكل مثل التكسر والتشقق وقصر عمر الأسفلت، حيث اعتاد المقاولون على زيادة سمك طبقة الأسفلت لتغطية الطرق، مما يزيد من التكاليف مثل تكلفة إعداد البيتومين الأسفلتي وتكلفة النقل والتنفيذ، وهو أمر غير مجدٍ اقتصاديًا.

لهذا الغرض، لتقليل التكاليف والمشاكل المذكورة أعلاه. المعرض والخبراء في مختلف البلدان في مجال أداء جميع أنواع البيتومين ومراعاة الظروف المناخية والعوامل المناخية مثل الحرارة والبرودة في مختلف المناطق.

اختيار البيتومين المناسب لإنتاج أسفلت عالي الجودة ومناسب لمختلف المناطق، ولمنع وتقليل عدد من المشاكل مثل تقادم وتعب وتصلب البيتومين وقصر عمر الأسفلت وتشقق الأسفلت وتصدعه بسبب برودة البيئة وكذلك مسامية الأسفلت وتفتته وتمزقه وانتشار الرمال والحصى على أرض الطرق، حيث أن ذلك من شأنه أن يتسبب في تدمير الطريق، بالإضافة إلى أنه يفرض الكثير من الأموال لإصلاح الطرق; ومن ناحية أخرى، فقد تسبب ذلك في إلحاق الكثير من الأضرار بالسيارات وأحيانًا تسبب في وقوع حوادث للسيارات وتسبب في وقوع إصابات لراكبيها. قاموا بإجراء العديد من التحقيقات والاختبارات.

كما قام الخبراء والمهندسون الأمريكيون في برنامج يسمى البحث والمراجعة الاستراتيجية للطرق السريعة بإجراء اختبارات تتعلق بجودة الأسفلت وأدائه المناسب لعمر طويل، وسلامة الطرق، وتحديد الخصائص الفيزيائية للأسفلت. وتتمثل هذه المراجعات والاختبارات في إعداد طريقة جديدة لتصنيف القار؛ باسم التصنيف بطريقة درجة أداء القار والتي تختصر بـ PG، وفي هذه الطريقة يتم تحديد المعايير الضرورية مثل مقاومة التغيرات بأشكالها المختلفة، ومقاومة التشقق بسبب البيئة الباردة، ومقاومة التشقق بسبب التعب، والتحقيق في أسباب تصلب القار أثناء إعداد الأسفلت في مصانع الأسفلت; التحقيق في أسباب تصلب القار بسبب مرور الزمن؛ وفحصها؛ بحيث يتم فحص نوع القار الذي يستخدم لإعداد الأسفلت الذي يستخدم في المناطق المختلفة ووفقًا لظروف الطقس المختلفة ومع الأخذ في الاعتبار

حساب الحمل المروري لذلك الطريق هو نوع مناسب من القار بحيث لا يعاني من المشاكل العديدة التي تم ذكرها.

فيما يلي انتباهك إلى

يتم إجراء جدول تصنيف البيتومين بدرجة الاختراق بطريقة الأداء

طريقة اختبار الاختراق

يتم تصنيف البيتومين بطريقة الاختراق عن طريق الاختبار على عينة البيتومين بالطريقة التالية.

أولاً، نقوم أولاً بتسخين البيتومين المختبر إلى حوالي 60 درجة أو أعلى من درجة التليين، ثم نقوم بصبه في وعاء خاص بقطر 6 سم وارتفاع 4 سم، ثم نضعه داخل حمام مائي بدرجة حرارة 25 درجة مئوية لمدة 1.5 ساعة حتى تتساوى درجة حرارة عينة البيتومين المختبر مع درجة حرارة ماء الحمام. ثم نخرجها ونضعها داخل جهاز اختبار اختراق القار. أولاً، نضبط الجهاز على الصفر، ويتوقف الكرونومتر، ويتم تحرير إبرة 100 جرام لمدة 5 ثوانٍ، ونقرأ مقدار اختراق الإبرة للبيتومين وندون هذه العملية من 5 إلى 10 مرات من أجل تقليل الخطأ ودقة العملية في هذا الاختبار، وفي كل مرة يتكرر اختراق الإبرة في حالة البيتومين، ونتذكر أن متوسط الرقم الذي تم الحصول عليه من الاختبار أعلاه هو مقدار درجة اختراق البيتومين؛ الحاوية التي تحتوي على البيتومين من حمام الماء الساخن

كما رأينا في الاختبار أعلاه، يتم تحديد تصنيف اختراق البيتومين عن طريق الاختبار على عينات البيتومين، وفي هذه الاختبارات كلما انخفض حجم إبرة الاختبار في عينة البيتومين كلما كان الرقم الذي يتم الحصول عليه من هذا الاختبار أكبر. كلما كان الرقم الذي تم الحصول عليه أصغر كان البيتومين أقوى ومناسباً لمشاريع إنشاء الطرق في المناطق الاستوائية؛ حيث إن البيتومين بدرجة الاختراق له خصائص اللدائن الحرارية ويلين عند درجة حرارة عالية ويتصلب عند درجة حرارة منخفضة، وهي مشكلة فريدة في درجة اللزوجة – درجة الحرارة في الوقت الذي يحدد نقاط مثل الالتصاق والمتانة في أداء البيتومين.

يتم عرض هذه القاريات على أنها بيتومين 60/70، وبيتومين 80/100، وبيتومين 85/100، وبيتومين 40/50، وبيتومين 30/40، ويقال البيتومين بدرجة نفاذ، كما ذكر أعلاه، البيتومين بدرجة نفاذ منخفضة يستخدم في المناطق الحارة. ويستخدم البيتومين ذو درجة الاختراق العالية في المناطق الباردة.

صنعت العديد من الشركات أجهزة اختبار اختراق البيتومين، وفيما يلي نموذج منها.

جهاز اختبار اختراق البيتومين:

بيتومين 40/60

نوع من البيتومين؛ البيتومين بدرجة نفاذ 40/60 هو أحد فئات درجة النفاذ التي تتوافق مع المعايير الدولية EN12591-2009 ويستخدم لإنتاج الأسفلت الساخن؛ ويستخدم في مشاريع بناء الطرق.

بيتومين 40/50

نوع من البيتومين؛ البيتومين بدرجة الاختراق 40/50 هو فئة من البيتومين بدرجة الاختراق التي تتوافق مع معيار ASTMD946-09 ويستخدم لإنتاج الأسفلت الساخن وغالباً ما يستخدم في مشاريع بناء الطرق في المناطق الدافئة.

البيتومين 50/70

50/70 هو بيتومين بدرجة تغلغل يتوافق مع المعيار الأوروبي EN12591-2009 ويستخدم لإعداد الأسفلت الساخن وأكثر ما يستهلكه هو الثوم في المناطق الحارة.

البيتومين 60/70

60/70 هو نوع من البيتومين بدرجة نفاذ القار وفقًا للمعيار الدولي ASTMD946-09 ويستخدم دائمًا في تحضير الأسفلت الساخن ويستخدم في الغالب في مشاريع إنشاء الطرق في المناطق ذات الطقس المعتدل. ومن الممكن، وهو مهم أيضاً في تحضير البيتومين المستحلِب والبيتومين القابل للذوبان.

بيتومين 60/90

60/90 هو نوع من البيتومين بدرجة الاختراق وفقاً للمعايير الأوروبية ويستخدم لتحضير الأسفلت الساخن ويستخدم في الغالب في مشاريع إنشاء الطرق في المناطق المعتدلة.

القار 70/100

70/100 هو نوع متدرج من درجة النفاذية وفقًا للمعيار الدولي EN12591-2009 ويستخدم لإعداد الأسفلت الساخن ويستخدم في الغالب في مشاريع إنشاء الطرق في المناطق الباردة.

البيتومين 80/100

80/100 هو نوع من البيتومين بدرجة تغلغل وفقًا للمعايير الدولية؛ ويستخدم لإنتاج الأسفلت الساخن، ويستخدم في الغالب في المناطق الباردة وفي مشاريع إنشاء الطرق.

يتميز البيتومين بدرجة نفاذية 80/100 بخصائص اللدائن الحرارية ويشبه الراتنج الاصطناعي، ويصبح أكثر ليونة عند تسخينه ويصبح أكثر صلابة عند تبريده؛ ودرجة نفاذية 80-100 ولزوجة عالية جداً.

البيتومين 85/100

85/100 هو نوع من البيتومين بدرجة اختراق وفقًا للمعيار ASTMD946-09؛ ويستخدم لإنتاج الأسفلت الساخن، ويستخدم في الغالب في المناطق شديدة البرودة وفي مشاريع بناء الطرق.

قطع القار المقطوع

القار المقطوع هو نوع آخر من القار يتم الحصول عليه في عملية تكرير النفط الخام ودمج هذا القار مع مذيبات مثل البنزين والبنزين والديزل والكيروسين في المصفاة. يكون القار المقطوع الذي يتم الحصول عليه سائلاً ولزوجته أقل. يكون هذا القار سائلاً في درجة الحرارة المحيطة.

القار المقطوع مناسب للمناطق الباردة ولا يحتاج إلى التسخين قبل الاستخدام.

البيتومين المستحلب

يتم إنتاج البيتومين المستحلب من خليط من 60% من البيتومين و40% ماء، ومثله مثل البيتومين المقطوع فهو سام وضار، ولا يضر بالبيئة والإنسان، ولا يحتاج إلى تسخين عند استخدامه، وهو مقاوم للماء، ويتبخر عند استخدام الماء، وهو سهل النقل جداً، وللسبب نفسه فهو يقلل التكلفة ومن وجهة نظر فهو اقتصادي وميسور التكلفة.

القار المؤكسد

يتم إنتاج البيتومين المؤكسد في عملية نفخ الهواء في البيتومين في المصفاة.

يزيد نفخ الهواء في القار من الخصائص المطاطية للقار ويزيد من مرونته ومتانته ومقاومته للماء. ويستخدم هذا البيتومين على نطاق واسع في الصناعة، كما يستخدم على نطاق واسع لعزل وطلاء الأنابيب والأرضيات وعزل أسقف وأرضيات الحمامات والمطابخ وصناعات الطلاء.

اختبار نقطة ترطيب البيتومين

في هذا الاختبار، نحدد درجة الليونة القصوى ودرجة الحرارة التي يصل عندها البيتومين إلى أقصى درجة ليونة، وعادةً ما يجب إجراء هذا الاختبار بعد 4 ساعات من أخذ العينة.

تشمل المعدات اللازمة لهذا الاختبار ما يلي:

1. قالب خاص لعينة البيتومين وفقًا للمعيار
2. شحم خاص
3. دورق زجاجي بسعة حجمية 600 مل من الماء
4. ماء مقطر بدرجة حرارة 5 درجات مئوية
5. الثلج حسب الحاجة
6. مشبك القالب
7. خلاط سخان للتدفئة

أولاً، أقوم بتغطية القالب من الداخل بشحم خاص، ثم نقوم بصب عينة القار في درجة الحرارة المناسبة داخل القالب وننتظر لمدة 30 دقيقة حتى يبرد القار داخل القالب إلى درجة حرارة البيئة المعملية، ثم نقوم بصب 500 سي سي من الماء المقطر بدرجة حرارة 5 درجات مئوية في دورق زجاجي ومشبك القالب ومقياس حرارة خاص. نضع النقطة اللينة داخل الكأس الزجاجية ونضيف الثلج حتى تصل درجة حرارة الماء المقطر إلى 5 درجات مئوية، ثم نضع قالب عينة البيتومين على المشبك ونضع مشابك الرصاص والكريات على عينة البيتومين، وننتظر لمدة 15 دقيقة حتى تبقى عند 5 درجات مئوية.

ثم نضع الوعاء الزجاجي على جهاز التسخين المزود بأداة تقليب ونبدأ في تسخين الوعاء الزجاجي بحيث تزداد درجة حرارة الماء بمقدار 5 درجات مئوية كل دقيقة. نستمر في عملية تسخين الماء هذه إلى أن يصبح القار في القالب طرياً تماماً وترتطم الكرات المعدنية الموجودة على القار بقاع القالب، وفي اللحظة التي ترتطم فيها الكرات بالصفيحة السفلية للقالب نسجل درجة حرارة الماء، ونسمي درجة الحرارة هذه درجة حرارة النقطة الطرية للقار.

طريقة اختبار نقطة توهج البيتومين

كيف نعرف أن البيتومين منتج قابل للاشتعال من حيث السلامة وحماية حياة الأشخاص الذين يعملون به، وكذلك الحماية والوقاية من احتمالية تعرض البيتومين للاشتعال في بيئات مثل مصانع الأسفلت وخزانات تخزين البيتومين وشاحنات البيتومين؛ فمن الضروري معرفة درجة وميض درجة الاشتعال ودرجة احتراق البيتومين، وهذا مهم عن طريق إجراء اختبارات على عينات البيتومين لتحديد الأمور التي ذكرناها؛ ولحسن الحظ اليوم مع تقدم العلم؛ بدأت العديد من الشركات في صنع أجهزة حديثة في هذا المجال.

إذا كانت عينة البيتومين المختبرة متكتلة أو ذائبة قليلاً، قم بتسخينها حتى 176 درجة مئوية حتى تصبح بيتومين منصهر، ثم صب بعضاً منها في كوب الاختبار الخاص بالجهاز حتى النقطة المحددة، وإذا كانت هناك فقاعات على سطح البيتومين داخل الكوب,

إزالتها. وننتظر أن يبرد الزجاج الموجود داخل الكوب حتى يصل إلى درجة الحرارة المحيطة بالمختبر؛ وبعد أن يبرد البيتومين نختبره في آلة الاختبار

نضبط زر ضبط درجة الحرارة بالجهاز بحيث يتم تسخين درجة الحرارة إلى 7.16 درجة مئوية في الدقيقة الواحدة ونستمر على هذا حتى تصل درجة الحرارة إلى 56 درجة مئوية في هذه المرحلة؛ ونقوم بتقليل سرعة التسخين بحيث يسخن البيتومين بمقدار 5 درجات مئوية كل دقيقة، والآن لكل ثلاث درجات يسخن بها البيتومين نمرر شعلة على سطح البيتومين مرة كل ثانية. ونستمر في خطوات التسخين بنفس الطريقة ونمرر الشعلة كل ثلاث درجات فوق سطح القار حتى تظهر شعلة عند نقطة واحدة على سطح القار؛ ويذكر أن هذه الشعلة الظاهرة عابرة ونتذكر درجة الحرارة هذه لأن درجة الحرارة هذه هي نقطة اشتعال القار؛ والآن إذا استمر التسخين فلنمرر هذه المرحلة ونصل إلى درجة حرارة حريق القار، حيث يبدأ القار داخل الكوب بالاحتراق، وتسمى درجة حرارة حريق القار. لمنع جهاز الاختبار من الاشتعال، في هذه المرحلة، يجب علينا في هذه المرحلة وضع غطاء على كوب الاختبار لمنع دخول الأكسجين إليه فتختنق النار وتنطفئ. وكما يتضح من عملية الاختبار، فإن درجة حرارة نقطة الحريق ودرجة حرارة حريق البيتومين مختلفة، وهذا ينطبق على المنتجات البترولية الأخرى مثل البنزين والبنزين والكيروسين والزيت.

بالإضافة إلى ذلك، للتعرف على أجهزة اختبار الكشف عن نقطة وميض البيتومين؛ أرفقنا بعض الأمثلة التي يمكنك الاطلاع عليها:

اختبار بقعة البيتومين

أحد أهم اختبارات البيتومين هو الاختبار الموضعي الذي شرحناه في مقالنا التالي عنه أيضاً.