امروزه تلقی مردم از کاربرد قیر طبیعی به عنوان یکی از مشتقات مواد نفتی استفاده از آن در پوشش سطح جادهها و یا به عنوان نوعی عایق رطوبتی میباشد و افراد کمی هستند که میدانند استفاده از تولیدات نفتی (قیر، آسفالت و غیره) در ناحیه خاور نزدیک به دوران پیش از تاریخ میرسد. قیر طبیعی مادهای است که در ایران و بخصوص در جنوب غربی ایران به وفور یافت میشود، و مردم این ناحیه از دوره نوسنگی به شیوههای گوناگون همچون اندود کردن ظروف مصرفی، کف و دیوار خانهها و نیز در ساخت ابزارهایی چون داسهای ترکیبی و کج بیلها، مهرهها و زیورآلات تزئینی، مهرههای مسطح و استوانهای و حتی در امور پزشکی جهت درمان بسیاری از امراض عفونی و دردهای رماتیسمی استفاده میکردند

برای مثال ناودانهای حصار درونی قلعه چغا زنبیل در شهر شوش، که ۱۲۵۰ سال قبل از میلاد مسیح ساخته شده است، لولههای سفالینی هستند که از درهم قرارگیریشان لوله واحدی بوجود آمده که به صورت عمودی در بدنه حصار جای گرفته است. درزهای بین این لوله‌ها توسط قیر طبیعی کاملاٌ پر شده است.

باطریهای بغدادی که در ساختشان از قیر طبیعی استفاده میشده است، حدود دوهزار سال قدمت دارند. این باطریها از یک کوزه سفالی با یک درپوش از جنس قیر طبیعی چسبناک ترکیب شده و میلهای آهنی در میان آن قیر طبیعی قرار دارد که بوسیله سیلندری مسی احاطه شده است، وقتی که کوزه با مایع الکترولیت انباشته میشود کوزه ( باطری ) نیرویی معادل ۱/۱ ولت تولید میکند .

در منطقه خاور نزدیک هزاران میدان نفتی وجود دارد، که قیر طبیعی در سطح وسیعی به همراه آب و یا به تنهایی از زیر زمین تراوش مینماید. اینگونه مواد لزج و چسبناک در زمستانها سفت و محکم ولی در تابستانها به مواد چسباننده خطرناکی تبدیل میشوند. به نظر میرسد اولین رویارویی انسان با این نوع چشمههای قیر طبیعی زمانی بود که وی به هنگام تعقیب حیوانات شکاری که در جستجوی چشمههای آب بودند، میدید که گاهاًً در این مواد قیری به دام میافتند. شاید بتوان گفت این اولین مواجهه انسان عصر نوسنگی با خاصیت چسبندگی قیر طبیعی بوده و از آن پس به سوی مواد قیری متمایل شده و تدریجاً کاربردهای گوناگون آنرا فراگرفته و از این دوره به بعد بود که با خصوصیات ذاتی قیر و با توانایی نفوذپذیری آن در برابر آب و قابلیت چسبندگی، نرمی و تورق پذیری آن و امکان ترکیب شدن با مواد دیگر آشنا شدند.

متون باستانی که تاریخ آنها با اواخر هزاره سوم قبل از میلاد میرسد و روایت مورخین یونانی و رومی همچون گزنفون، بطلمیوس، هرودوت، پلوتارک، استرابو و پلینی همگی بر وجود معادن و چشمههای قیر طبیعی در منطقه خاور نزدیک اشاره دارند. این معادن در سطح وسیعی از منطقه ایندوس در هند شروع و در امتداد هلال حاصلخیزی تا نواحی صحرای سینا در مصر و بحرالمیت در اردن ادامه مییابند. بیشتر این نوع چشمههای قیر طبیعی در منطقه جنوب غربی ایران و بینالنهرین تمرکز یافتهاند.

برای مثال ناودانهای حصار درونی قلعه چغازنبیل در شهر شوش، که ۱۲۵۰ سال قبل از میلاد مسیح ساخته شده است، لولههای سفالینی هستند که از درهم قرارگیریشان لوله واحدی بوجود آمده که به صورت عمودی در بدنه حصار جای گرفته است. درزهای بین این لوله‌ها توسط قیر طبیعی کاملاٌ پر شده است.

قیر طبیعی

وقتی که مواد فرار نفت خام موجود در اعماق زمین، به مرور زمان و در برابر عوامل جوی تبخیر شود، ماده سیاهی از آن برجای میماند که قیر طبیعی نام دارد. در حقیقت قیرهای طبیعی مواد هیدروکربنی سنگینی هستند که بر اساس نحوه تشکیل، خواص فیزیکی، حلالیت در تتراکلریدکربن و ترکیب شیمیایی به گروههای مختلفی مانند پیروبیتیومن آسفالتیک(Asphaltic Pyrobitumen)، پیروبیتیومن غیرآسفالتیک (Asphaltic Pyrobitumen Non)، آسفالتیت (Asphaltite) و غیره تقسیمبندی شده و این گروهها نیز خود به شعبههای مختلفی تقسیمبندی میشوند. مثلاً آسفالتیتها به سه گروه گیلسونیت(Gilsonite)، گراهامیت (Grahamite) و گلانسپیچ (Glance pitch) تقسیم میگردند که گروه گیلسونیت از جمله مرغوبترین و مشهورترین گروههای قیر طبیعی میباشد. این ماده بر حسب درصد خلوص و میزان عمر و غیره به حالتهای فیزیکی مایع، نیمهجامد و جامد و با حلالیتهای متفاوت در حلال تتراکلریدکربن وجود دارد و برخی از انواع آن مستقیماً قابل استفاده بوده و برخی دیگر بایستی مورد فرآوری قرار گرفته و یا پس از اختلاط با قیر نفتی مورد استفاده قرار گیرد. معادن عمده قیر طبیعی در کشورهای کانادا، ونزوئلا، روسیه، ترینیداد، استرالیا، عراق و ایران وجود دارد.

قیرهای طبیعی ایران از دسته پیروبیتیومنها و بصورت جامد بوده و به همان صورت قابل استفاده نمیباشند. مناطق دارای قیر طبیعی در ایران، به طور عمده در استانهای کرمانشاه، ایلام و خوزستان واقع گردیده و در برخی مناطق دیگر نیز به صورت محدود مشاهده گردیده است.

گیلسونایت

گیلسونیت یا قیر طبیعی آمریکای شمالی یک هیدروکربن چسبناک است که در Uintoh Basin در شمال شرق یوتا یافت میشود. این قیر طبیعی شبیه یک آسفالت سخت نفتی بوده و اغلب به آن آسفالت طبیعی، آسفالتین، Unintite، یا آسفالتوم میگویند.

گیلسونیت در لایهها و رگههای عمودی معادن زیرزمینی یافت میشود. معمولاً به پهنای ۲ الی ۶ فوت است و حتی به عرض ۲۸ فوت نیز میتواند باشد. رگهها موازی یکدیگرند و در امتداد شمال غرب به شمال شرق کشیده شدهاند. از لحاظ وسعت چندین مایل است و میتواند تا عمق ۱۵۰۰ فوت نیز میتواند باشد. سطح رگهها به صورت یک لایه ظریف دیده میشود و هر چه به عمق بیشتر نزدیک میشویم وسیعتر میشود. به دلیل تنشهای موجود در امور معادن، امروزه گیلسونیت همچنان با روش ۵۰ یا ۱۰۰ سال گذشته استخراج میگردد. تمایز اصلی با صنعت مدرن معدن در استفاده از تهویه هوا و بالابرهای مکانیکی است.

گیلسونیت در حلالهای آروماتیک و آلیفاتیک و همچنین آسفالت نفتی قابل حل میباشد. به واسطه قابلیت سازگاری منحصر به فردش، این ماده به طور روزافزون برای سختتر کردن محصولات نفتی نرم به کار میرود. گیلسونیت از نظر جنس، ماده سیاه و براقی است که شبیه Obsidian (شیشه آتشفشانی) معدنی میباشد. این ماده ترد و شکننده بوده و به سادگی میتواند به پودر قهوهای سیر خرد شود.

خواص عمومی شیمیایی گیلسونیت

- ظرفیت بالای آسفالتن

- قابلیت بالای انحلال آن در حلالهای آلی

- شفافیت بالا و خواص مناسب

- وزن مولکولی بالا

- میزان بالای نیتروژن

گیلسونیت با مومهای میکروکریستالی و پارافینی، روغنها و رزینهای نفتی، صمغ صنوبر، روغنهای گیاهی (تخم بزرک، سویا و ...)، روغنهای حاصل از فرآیند نفت، قیرهای نفتی و Tall oil pitch سازگار است.

کاربردهای گیلسونیت

به طور کلی گیلسونیت در پنج بخش مورد استفاده است:

§ بخش آسفالت و راهسازی

§ بخش رنگ و جوهر

§ بخش سوخت

§ بخش ذوب

§ بخش محصولات شیمیایی

بخش رنگ و جوهر:

گیلسونیت با درصد خاکستر بسیار پایین، مرکب سیاهی است که به عنوان اجزاء کربن حل شونده در آب پایه، دارای موارد مصرف فراوانی میباشد.

بخش نفت:

گیلسونیت همراه مایعات حفاری و بتون چاههای نفت استفاده میشود. گیلسونیت در سنگهای نرم و سایر ساختارهای سخت از اجزاء استاندارد مواد پایه نفتی حفاری است.

بخش محصولات شیمیایی:

استفاده از گیلسونیت به همراه تعداد بیشماری از مواد شیمیایی، نشاندهنده مزایای فیزیکی و شیمیایی خاص این ماده است. استفاده در امر استخراج و ذوب فلزات، پوششهای چوبی، اجسام نسوز و سایر صنایع، نشاندهنده میزان قابلیت مصرف این ماده میباشد.

راهسازی:

کاربرد گیلسونیت در مخلوطهای گرم آسفالتی بسیار وسیع است. اختلاط گیلسونیت با قیر باعث افزایش استحکام و مقاومت روسازی ها در برابر بار ناشی از ترافیک، کاهش میزان اثر چرخ بر روسازی، ترک خوردگی در دماهای پایین، جلوگیری از تغییر شکل در هوای گرم و همچنین اثرات ناشی از رطوبت می شود. به دلیل اصلاح عملکرد قیر و در نتیجه آسفالت کشورهای بسیاری از جمله استرالیا، سنگاپور، اندونزی ، ژاپن ، فرانسه و آلمان برای راههای با بار ترافیکی زیاد از گیلسونیت استفاده کرده اند که این عملیات با موفقیت انجام شده است.

تاریخچه مصرف گیلسونیت در راهسازی

نروژ – اسلو

در سال ۱۹۷۰ در شهر اسلو برای اولین بار گیلسونیت در مناطقی با بار ترافیکی زیاد و یا قسمتهایی که با مشکل رطوبت بالا مواجه بودند استفاده شده است. استفاده از گیلسونیت باعث افزایش طول عمر و ثبات روسازی در حدود دوبرابر آنچه که انتظار میرفت، گردید. مهمتر از همه، گیلسونیت در گرم ترین ساعات روز در شهری مانند اسلو با آب و هوای سردسیری، هیچ نوع ترک خوردگی یا لغزش از خود نشان نداد.

انگلستان – ولز

در ولز با افزودن ۲۵ درصد گیلسونیت به مخلوط آسفالتی مقاومت جادههایی که از بار ترافیکی بالایی برخوردار بودند را افزایش داده و از تغییر شکل آنها جلوگیری نمودند.

آمریکا – سیاتل ، واشنگتن

در اسکله سیاتل که به دلیل بارگیری کانتینرها بار ترافیکی بسیار زیاد است، از گیلسونیت استفاده میشود. از طرف دیگر گیلسونیت باعث افزایش استحکام روسازی در شرایط مرطوب میگردد.

آمریکا – نیوجرسی

در نیوجرسی در اتوبانهای با ترافیک بالا (اتوبانهایی که روزانه بیش از ۵۰۰ هزار خودرو در آن تردد داشته و ۲۰% آن کامیون است) افزودن ۱۰% گیلسونیت به قیر باعث افزایش میزان استحکام و کارایی روسازی و در نتیجه طول عمری بیش از ۵ سال شده است. همچنین مشکل ترک خوردگی نیز برطرف گردیده است.

کاربردهای خاص گیلسونیت در راهسازی

- در مناطق با بار ترافیک بالا

- تقاطعها و ایستگاههای عوارضی

- پارکینگها

- ایستگاههای اتوبوس

- بنادر و لنگرگاهها

- انبارها

- خطوط کامیون

- راههای حمل بار

- فرودگاهها

- پیستها

- پارکها