آسفالت کاری

آسفالت کاری

آسفالت که به آن قیر نیز گفته می‌شود مایعی چسبنده و سیاه است که دارای ویسکوزیته بالایی بوده و حالت نیمه جامدی مشابه نفت خام دارد. این ماده را می‌توان در معادن طبیعی و یا به‌صورت یک فرآورده پالایش‌شده، مشاهده نمود که در رده قیر قرار می‌گیرد. پیش از قرن بیستم، از عبارت asphaltum برای توصیف آن استفاده می‌شد.

کاربرد اصلی آسفالت و آسفالت کاری در ساخت‌وساز جاده‌ها است (70%) که به‌عنوان ماده چسبنده همراه با مصالح سنگدانه‌ای برای ساخت بتن آسفالتی استفاده می‌شود و به آن آسفالت کاری می گویند.

از کاربردهای دیگر آن می‌توان به محصولات قیری ضد آب مانند پوشش بام و یا درزگیری پشت‌بام‌های مسطح اشاره نمود. دو عبارت آسفالت و قیر، اغلب به‌جای هم به کار می‌روند و منظور از آن، حالات طبیعی و مصنوعی این ماده است. در ادبیات آمریکا، از عبارت آسفالت (سیمان آسفالتی) برای توصیف پس‌ماند حاصل از تقطیر برخی از نفت‌های خاص استفاده می‌شود

در خارج از ایالات‌متحده، این محصول اغلب قیر خوانده شده و زمین‌شناسان نیز ترجیح می‌دهند از این عبارت برای توصیف نوع طبیعی آن استفاده کنند. در حالت مصطلح و به احترام La Brea Tar Pits، از واژه قطران برای اشاره به انواع مختلف آسفالت و آسفالت کاری، استفاده می‌شود. در برخی موارد، آسفالت طبیعی، قیر خام نیز نامیده می‌شود. ویسکوزیته این نوع آسفالت که برای آسفالت کاری نیز بکار می‌رود، مشابه شیره سرد شده قند است.

این ماده را که از تقطیر جزءبه‌جزء نفت خام در دمای 525  (977 ) به دست می‌آید قیر پالایش‌شده نیز می‌گویند. ایالت آلبرتا در کانادا، بیشترین ذخایر آسفالت طبیعی جهان را در ماسه‌های نفتی آتاباسکا دارد. این منطقه با مساحت 142000 کیلومترمربع (55000 مایل مربع) وسیع‌تر از انگلستان است.

بتن آسفالتی و آسفالت کاری

بتن آسفالتی برای آسفالت کاری (در آمریکای شمالی قیر، آسفالت یا روسازی آسفالتی و در بریتانیا و جمهوری ایرلند آسفالت خیابانی یا آسفالت قیری سنگ‌دانه‌ای غلتکی گفته می‌شود) ماده‌ای کامپوزیت است که معمولاً برای پوشش سطوح خیابان، پارکینگ خودروها، فرودگاه‌ها و نیز به‌عنوان هسته سدهای خاکی استفاده می‌شود. بتن آسفالتی از سنگ‌دانه‌های معدنی تشکیل‌شده که با قیر به هم متصل و در چندین لایه متراکم می‌گردد. این فرآیند توسط ادوارد اسمیت، مخترع بلژیکی آمریکایی الاصل، اصلاح و ارتقا یافته است.

از اصطلاحات بتن آسفالت (آسفالتی)، بتن آسفالتی قیری و مخلوط قیری و آسفالت کاری، اغلب در متون مهندسی و اسناد ساختمانی استفاده می‌شود که در آن بتن، به‌عنوان ماده‌ای کامپوزیت که از سنگ‌دانه‌های معدنی که با قیر به هم متصل شده‌اند شناخته می‌شود. گاهی از AC برای نمایش بتن آسفالتی استفاده می‌شود ولی این علامت اختصاری می‌تواند برای مقدار قیر موجود یا حتی سیمان قیری نیز به کار رود که به قیر مایع موجود در ماده کامپوزیتی دلالت دارد.

فرمولاسیون ترکیب

اختلاط قیر و سنگ‌دانه‌ها برای آسفالت کاری می‌تواند به چندین روش صورت گیرد:

بتن آسفالتی داغ یا آسفالت کاری داغ (معمولاً با HMA نشان داده می‌شود)

در این روش، پیش از اختلاط مواد، نخست بیندر قیری حرارت داده می‌شود تا ویسکوزیته آن کاهش یافته و سنگ‌دانه‌ها نیز خشک می‌گردند. هنگام اختلاط با سنگ‌دانه‌ها، معمولاً دمای قیر تازه حدود 300  (تقریباً 150 )، دمای قیر اصلاح‌شده پلیمری 330 (166 ) و دمای سیمان قیری نیز 200 (95 ) است.

عملیات آسفالت کاری و تراکم بایستی هنگامی انجام شود که قیر به‌اندازه کافی حرارت داشته باشد. در بسیاری از کشورها، عملیات آسفالت کاری تنها در ماه‌های گرم سال انجام می‌شود چراکه در ماه‌های سرد، پیش از رسیدن به تراکم موردنظر، اساس متراکم باعث می‌شود دمای قیر بیش‌ازاندازه کاهش یابد. HMA نوعی بتن آسفالتی است که اغلب در خیابان‌های پرتردد مانند بزرگراه‌های مهم، پیست‌ها و فرودگاه‌ها استفاده می‌شود. از این نوع آسفالت برای اندودهای زیست‌محیطی در مراکز دفن زباله، مخازن و استخرهای پرورش ماهی نیز استفاده می‌شود.

بتن آسفالتی گرم یا آسفالت کاری گرم (معمولاً با WMA نشان داده می‌شود)

این نوع بتن آسفالتی و آسفالت کاری با افزودن سیلیکات‌های آبدار، موم، امولسیون‌های قیر و حتی آب به بیندر قیری و پیش از اختلاط تولید می‌شود. این امر باعث می‌شود اختلاط و پخش در دمای به‌مراتب کمتری انجام‌شده و مصرف سوخت‌های فسیلی نیز کاهش یابد و بدین ترتیب، کربن دی‌اکسید، مواد معلق و بخارات کمتری نیز وارد اتمسفر شود.

بدین ترتیب، نه‌تنها شرایط کار بهبودیافته؛ بلکه آسفالت کاری در دمای کمتر، باعث می‌شود سطح جاده‌ها سریع‌تر آماده‌شده که این امر در کارگاه‌های ساختمانی با برنامه زمانی فشرده، اهمیت زیادی دارد. استفاده از این نوع افزودنی‌ها در آسفالت داغ (بالا) منجر به سهولت در تراکم شده و عملیات آسفالت کاری در آب‌وهوای سرد و مسافت‌های طولانی‌تر میسر می‌گردد. به‌کارگیری مخلوط داغ به‌سرعت رو به افزایش است. بر اساس تحقیق انجام‌شده از تولیدکنندگان آسفالت آمریکا، حدود 25% آسفالت تولیدشده در سال 2012 از نوع آسفالت گرم بوده که از رشد 416% نسبت به سال 2009 حکایت دارد.

بتن آسفالتی سرد یا آسفالت کاری سرد

این نوع بتن آسفالتی و آسفالت کاری از امولسیون قیر در آب (الزاماً) به همراه صابون و پیش از اختلاط با سنگ‌دانه‌ها تولید می‌شود. ویسکوزیته قیر در حالت امولسیون کمتر بوده و کار کردن و تراکم آن نیز آسان‌تر است. پس از تبخیر مقدار مناسبی از آب، امولسیون قیر شکسته و مخلوط در شرایط ایده آل، خواص آسفالت کاری HMA را کسب می‌کند. از این نوع مخلوط معمولاً برای لکه‌گیری و در جاده‌هایی با ترافیک کم استفاده می‌شود.

بتن آسفالتی یا آسفالت کاری کات بک

نوعی بتن آسفالتی سرد بوده که از حل کردن بیندر در نفت سفید یا ماده نفتی سبک و پیش از اختلاط با سنگ‌دانه‌ها به دست می‌آید. ویسکوزیته محلول حاصل کمتر بوده و استفاده و تراکم آن نیز آسان‌تر است. پس از پخش مخلوط، بخش سبک‌تر تبخیر می‌شود. با توجه به وجود نگرانی‌هایی درباره آلودگی ناشی از ترکیبات ارگانیک فرار موجود در جزء سبک‌تر، امولسیون قیر تا حد زیادی جایگزین آسفالت کاری کات بک شده است.

بتن آسفالتی ماستیک یا ملات آسفالت کاری

در این نوع مخلوط، قیر دمیده سخت (تا حدی اکسیدشده) در دستگاه مخلوط‌کن حرارت داده‌شده تا به مایعی چسبناک تبدیل و سپس مصالح سنگ‌دانه‌ای افزوده می‌شود.

مخلوط سنگ‌دانه قیری به مدت 6 الی 8 ساعت حرارت داده می‌شود تا شرایط مطلوب حاصل گردد. سپس دستگاه مخلوط‌کن به کارگاه منتقل‌شده و کارگران آموزش‌دیده، با دست یا به کمک ماشین، مخلوط آسفالت کاری را در سطح جاده پخش می‌کنند. ضخامت لازم بتن آسفالت ماستیکی در صورت استفاده در پیاده‌رو جاده، حدود 20 الی 30 میلی‌متر و در صورت استفاده در کف سازی و پشت‌بام ساختمان‌ها حدود 10 میلی‌متر است.

گاهی اوقات، بتن آسفالت کاری با مدول الاستیسیته بالا را با علامت اختصاری فرانسوی آن یعنی EME (enrobé à module élevé) نشان می‌دهند.

برای ساخت لایه‌ای از بتن آسفالتی با مدول الاستیسیته بالا (حدود MPa13000) و نیز بتنی با مقاومت بالا در برابر خستگی، از قیر بسیار سخت (با درجه نفوذ 20/10) و در برخی موارد از قیر اصلاح‌شده با نسبت نزدیک به 6% وزن سنگ‌دانه‌ها و نسبت بالای 10-8% پودر معدنی استفاده می‌شود. از لایه‌های آسفالتی با مدول الاستیسیته بالا، در تقویت و یا ساخت لایه‌های تقویتی جدید برای ترافیک‌های متوسط تا سنگین استفاده می‌شود. استفاده از چنین لایه‌هایی در لایه اساس، باعث افزایش ظرفیت جذب تنش و به‌طورکلی مقاومت بهتر در برابر خستگی می‌شود.

برای بهبود خواص محصول نهایی، علاوه بر قیر و مصالح سنگ‌دانه‌ای، می‌توان از افزودنی‌هایی مانند پلیمرها و عامل‌های ضد خوردگی نیز استفاده نمود.

روسازی‌های بتن آسفالت کاری به‌خصوص آن‌هایی که در فرودگاه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند را گاهی به دلایل تاریخی، تارمکمی‌گویند؛ هرچند فاقد قیر بوده و در ساخت آن‌ها از فرآیند ماکادام استفاده نمی‌شود.

مخلوط‌های آسفالتی ویژه‌ای برای کاربردهای خاص طراحی‌شده‌اند که می‌توان به آسفالت با بافت سنگی اشاره کرد. از این نوع آسفالت کاری برای سطوح بسیار مستحکم استفاده می‌شود. از روسازی‌های آسفالتی متخلخل که نفوذپذیر هستند نیز برای زهکشی و کنترل فاضلاب سطحی استفاده می‌شود.

ویژگی‌های کارکردی بتن آسفالت کاری

بتن‌های آسفالتی مختلف، خصوصیات کارکردی متفاوتی ازنظر دوام سطح، سایش تایر، کارایی ترمز و آلودگی صوتی دارند. اصولاً، در تعیین خصوصیات کارکردی بایستی حجم ترافیک هر رده از وسایل نقلیه و نیز الزامات مربوط به مسیر اصطکاک را در نظر گرفت. بتن آسفالتی نسبت به سطوح بتنی ساخته‌شده از سیمان پورتلند، سروصدای کمتری تولید کرده و نسبت به سطوح چیپ سیلنیز آلودگی صوتی کمتری به همراه دارد.

با توجه به اینکه صدای تایر از تبدیل انرژی جنبشی به امواج صدا ایجاد می‌شود، با افزایش سرعت وسیله نقلیه، سروصدا نیز افزایش می‌یابد. این نظریه که در طراحی بزرگراه بایستی ملاحظات مهندسی صدا نیز در نظر گرفته شود، نخستین بار در اوایل دهه 1970 مطرح گردید. با توجه به عملکرد سازه‌ای، رفتار آسفالت به عوامل مختلفی مانند مصالح، بارگذاری و شرایط محیطی بستگی دارد. هم‌چنین، باگذشت زمان، عملکرد روسازی نیز تغییر می‌کند. ازاین‌رو، رفتار درازمدت روسازی آسفالت کاری با رفتار کوتاه‌مدت آن تفاوت دارد. LTPP یک برنامه تحقیقاتی از سوی FHWA است که به‌طور خاص، بر رفتار درازمدت روسازی‌های آسفالتی تمرکز نموده است.

خرابی و مرمت آسفالت

از خرابی‌های آسفالت می‌توان به ترک‌های پوست‌سوسماری، چاله، تورم، تجزیه تدریجی روسازی آسفالت کاری، بالا زدگی قیر، شیار، شاوینگ، خوردگی و افت نمره راه اشاره کرد. در آب‌وهوای سرد، یخ‌زدگی در زمستان می‌تواند منجر به ترک‌خوردگی آسفالت شود. پر کردن ترک‌ها با قیر، یک راه‌حل موقت بوده و تنها تراکم و زهکشی مناسب می‌تواند به کاهش سرعت این فرآیند کمک کند.

عواملی که باعث می‌شود بتن آسفالتی باگذشت زمان دچار خرابی شود معمولاً دریکی از این سه گروه قرار می‌گیرند: کیفیت ساخت، شرایط محیطی و بار ترافیکی. خرابی، اغلب نتیجه ترکیب عواملی از این سه گروه است.

کیفیت ساخت در عملکرد روسازی نقش مهمی دارد که می‌توان به ترانشه و متعلقاتی که پس از ساخت، در روسازی قرار می‌گیرد اشاره کرد. عدم تراکم در سطح آسفالت کاری، به‌خصوص در درزهای طولی، می‌تواند به کاهش 30 تا 40 درصدی عمر روسازی منجر شود. گفته می‌شود وجود ترانشه‌های خدماتی پس از ساخت، می‌تواند منجر به کاهش عمر روسازی تا 50% شود که از دلایل آن می‌توان به عدم تراکم در ترانشه و نیز ورود آب به درزهای اتصال نامناسب اشاره کرد.

از عوامل محیطی می‌توان به گرما و سرما، وجود آب در لایه زیراساس و نیز خاک بستر واقع در زیر لایه روسازی و یخبندان اشاره کرد.

دمای بالا باعث نرم شدگی بیندر قیری شده و درنتیجه بار وارد از تایرها، باعث تغییر شکل روسازی به‌صورت ایجاد شیار روی آن می‌گردد. از سوی دیگر، گرمای زیاد و تابش شدید نور خورشید نیز باعث اکسیداسیون قیر می‌شود، درنتیجه سخت‌تر شده و خاصیت ارتجاعی آن کاهش می‌یابد که این امر منجر به ترک خورگی می‌شود. با کاهش دما نیز آسفالت دچار انقباض شده و ترک‌هایی شکل می‌گیرد. براثر کاهش دما، از خاصیت ارتجاعی قیر سرد کاسته شده و درنتیجه نسبت به ترک‌خوردگی آسیب‌پذیر می‌شود.

آب موجود در زیر لایه روسازی باعث نرمی زیراساس و بستر خاکی جاده شده و آسیب‌پذیری جاده نسبت به بار ترافیک بیشتر می‌شود. انجماد و افزایش حجم آب در هوای سرد باعث ترک‌خوردگی و یا گسترش ترک‌های موجود می‌شود. با گرم شدن هوا در فصل بهار، دمای خاک به‌تدریج از بالا به پایین افزایش می‌یابد؛ درنتیجه، آب بین لایه روسازی فوقانی و خاک منجمد تحتانی به دام می‌افتد. این لایه از خاک اشباع ظرفیت باربری چندانی نداشته که این امر منجر به شکل‌گیری چاله می‌شود. چنین مشکلی بیشتر در خاک‌های رسی و سیلتی دیده شده و خاک‌های شنی و ماسه‌ای کمتر با این مشکل مواجه می‌شوند. در برخی مناطق و باهدف حفاظت از جاده‌ها، بار مجاز کامیون در فصل بهار و هم‌زمان با ذوب برف و یخ، کاهش می‌یابد.

آسیب وارد از وسایل نقلیه به جاده با توان چهارم بار هر محور آن ارتباط دارد، به‌طوری‌که با دو برابر شدن بار هر محور، آسیب وارد به جاده نیز شانزده برابر می‌شود. چرخ‌ها باعث تغییر جهت بار وارد به جاده شده که این امر منجر به ترک ناشی از خستگی و اغلب ترک‌های پوست‌سوسماری می‌شود. سرعت وسیله نقلیه نیز عامل تأثیرگذاری است. وسایل نقلیه با سرعت کمتر، تنش را در بازه زمانی بزرگ‌تری به جاده وارد کرده و باعث افزایش خوردگی، ترک و شیار در لایه روسازی می‌شود.

از دیگر دلایل آسیب به جاده‌ها، می‌توان به آسیب ناشی از آتش‌سوزی وسایل نقلیه و خاصیت انحلال ضایعات شیمیایی اشاره کرد.

پیشگیری و مرمت خرابی آسفالت

طراحی، ساخت و عملیات تعمیر و نگهداری مناسب باعث افزایش طول عمر آسفالت کاری و جاده‌ها می‌شود. مهندسین، هنگام طراحی، بار ترافیکی وارد بر جاده را اندازه‌گیری کرده و تعداد و نوع کامیون نیز موردتوجه ویژه قرار می‌گیرد. آن‌ها، هم‌چنین لایه زیراساس را ازنظر مقدار بار قابل‌تحمل موردبررسی قرار می‌دهند. ضخامت لایه روسازی و زیراساس به نحوی انتخاب می‌گردد که در برابر بار وارد از چرخ‌ها، مقاومت کافی داشته باشد. در برخی موارد، از ژئوگرید برای تقویت زیراساس و افزایش مقاومت جاده‌ها استفاده می‌شود. از زهکش‌هایی مانند جوی آب، زهکش فاضلاب سطحی و نیز زهکش‌های زیرزمینی برای جلوگیری از ورود آب به بستر راه استفاده می‌شود تا از ضعیف شدن زیراساس و خاک بستر اجتناب شود.

در یک عملیات تعمیر و نگهداری مناسب، به جلوگیری از ورود آب به لایه روسازی، زیراساس و خاک زیر آن، توجه ویژه‌ای می‌شود. نگهداری و نظافت جوی‌ها و زهکش‌های بارندگی، باعث افزایش طول عمر جاده با صرف هزینه اندک می‌شود. بستن ترک‌ها با استفاده از درزگیرهای قیری مانع گسترش ترک براثر ورود آب و درنتیجه انجماد، هوازدگی یا نفوذ آب به سمت زیراساس و نرم شدگی آن می‌شود.

در جاده‌هایی با تنش نسبتاً بالا، می‌توان از چیپ سیل یا فرآیند مشابهی استفاده نمود. با افزایش تعداد، عرض و طول ترک‌ها، وسعت ناحیه‌ای که بایستی مرمت شود نیز بیشتر می‌شود. استفاده از اندودهایی باضخامت کم، اندودهای چندلایه، خرد کردن لایه فوقانی و به‌کارگیری اندود جدید، بازیافت درجا و یا بازسازی عمیق راه ازجمله روش‌های مرمت هستند که هزینه آن‌ها نیز به ترتیب افزایش می‌یابد.

حفاظت از جاده نسبت به تعمیر خرابی، هزینه کمتری دارد. ازاین‌رو، بسیاری از نهادها به پیشگیری و حفظ جاده‌ها در وضعیت مناسب، بیش از بازسازی آسفالت کاری آن‌ها در وضعیت نامناسب توجه می‌کنند. ارتقای وضعیت جاده‌های نامناسب به منابع و بودجه وابسته است. این امر، ازنظر هزینه مربوط به طول عمر جاده و نیز وضعیت بلندمدت لایه روسازی به عملکرد بهتر سیستم منجر می‌شود. نهادهایی که بر احیای جاده‌های نامناسب تمرکز می‌کنند، اغلب درمی‌یابند پس از مرمت کلیه جاده‌های آسیب‌دیده، جاده‌هایی که در وضعیت مناسبی قرار داشته‌اند، دچار خرابی می‌شوند.

برخی از نهادها، از یک سیستم مدیریت روسازی برای اولویت‌بندی عملیات تعمیر و نگهداری و مرمت آسفالت کاری کمک می‌گیرند.

بازیافت بتن آسفالتی

بتن آسفالتی، 100% قابل بازیافت بوده و در رده مصالح ساختمانی با بیشترین نرخ بازیافت قرار می‌گیرد. بر اساس تحقیقی که در سال 2011 توسط اداره بزرگراه‌های فدرال و اتحادیه ملی روسازی آسفالت کاری صورت گرفت مقدار بسیار اندکی، کمتر از 1% بتن آسفالتی به مراکز دفن زباله منتقل می‌شود.

بازیافت آسفالت در دو مقیاس بزرگ (بازیافت درجای آسفالت کاری یا بازیافت آسفالت در مراکز تهیه آسفالت داغ نیز گفته می‌شود) و کوچک صورت می‌گیرد. در بازیافت آسفالت در مقیاس کوچک، کاربر مواد آسفالتی را در سه گروه مختلف، طبقه‌بندی می‌کند:

قطعات آسفالت کاری داغ

تکه‌های مخلوط آسفالتی داغ و غیرمتراکمی هستند که در تعمیر چاله‌ها استفاده می‌شود. بر اساس تحقیقات صورت گرفته، استفاده ازاین‌گونه قطعات آسفالتی در مقایسه با وصله سرد، علاوه بر هزینه کمتر، به نیروی کار کمتری نیاز داشته و دوام بیشتری نیز دارد. در برنامه‌ای در پیتسفیلد ماساچوست، کارگران با خرید آسفالت داغ تازه، آن را آزادانه روی زمین پخش کردند تا وافرهایی به وزن تقریبی 25 پوند به دست آید. پس از خنک شدن، این وافرها تا زمان حرارت دهی مجدد، جهت مرمت جزئی جاده، به انبار منتقل شدند. این‌گونه قطعات آسفالتی را می‌توان از باقیمانده مواد استفاده‌شده در روسازی و آسفالت کاری جاده‌ها نیز تولید نمود.

تراشه‌های آسفالت (RAP)

تکه‌هایی که از سطح جاده، پارکینگ و خیابان جدا می‌شود را تراشه آسفالت گویند. این تراشه‌ها معمولاً از مرمت دوره‌ای سطوح جاده، چاهک‌ها، حوضچه‌های زهکشی و یا تعمیرات اساسی مجرای فاضلاب به دست می‌آید. با توجه به اینکه این نوع آسفالت متراکم شده است، چگالی آن بیشتر بوده و بازیافت آن نسبت به قطعات آسفالتی معمولاً به زمان بیشتری نیاز دارد.

پودر آسفالت

تکه‌های کوچک آسفالت که از آسیاب مکانیکی سطوح آسفالت کاری شده به دست می‌آید را پودر آسفالت می‌گویند. قطعات درشت که تیره‌تر هستند مقدار سیمان قیری بیشتری داشته و برای بازیافت مناسب‌تر هستند. هنگام استفاده از روش آسیاب برای بازیافت، آسیاب سطحی بر آسیاب عمیق برتری دارد. آسیاب عمیق معمولاً حاوی مواد موجود در لایه زیراساس مانند شن، گل‌ولای و ماسه است. هنگام بازیافت، با توجه به وجود مواد گفته‌شده در لایه زیراساس، روغن از قیر جداشده و کاملاً خشک می‌شود. قیر حاصل از آسیاب آسفالت بهتر از قیری است که از آسیاب بتن به دست می‌آید. هنگام آسیاب آسفالت از بتن، گردوخاک ایجادشده با فرآورده‌های قیری سازگار نیست؛ چراکه با ماهیت قیر اختلاف اساسی دارد.

بازیافت در مقیاس کوچک مستلزم استفاده از تجهیزات پرسرعت بازیافت آسفالت درجا یا بازیافت شبانه و در حرارت ملایم است.

از بازیافت آسفالت در مقیاس کوچک، زمانی استفاده می‌شود که آسفالت کاری جاده به مرمت کمی نیاز داشته باشد؛ درحالی‌که از بازیافت آسفالت در مقیاس بزرگ زمانی استفاده می‌شود که جاده به آسفالت جدید نیاز داشته و یا بایستی آسفالت کاری موجود را جدا و هم‌زمان آسفالت جدید جایگزین شود. آسفالت بازیافتی در تعمیر چاله‌ها و کانال‌های خدماتی، کارایی زیادی دارد. با توجه به اینکه سیمان آسفالتی مجدداً به مصالح افزوده می‌شود، آسفالت بازیافت شده، معمولاً عمری برابر یا بیش از آسفالت کاری استفاده‌شده در نقاط دیگر جاده دارد.

در بازیافت آسفالت در مقیاس بزرگ، از روش‌های مختلفی برای بازیافت درجا، جهت نوسازی بیندرهای اکسیدشده و مرمت ترک‌ها استفاده می‌شود؛ بااین‌حال، مواد بازیافت شده، معمولاً از خاصیت آب‌بندی و روانی مناسبی برخوردار نبوده و می‌بایست از یک‌لایه بتن آسفالتی جدید نیز استفاده نمود. در بازیافت سرد درجا، لایه‌های فوقانی بتن آسفالتی جداشده و پودر سست حاصل با امولسیون قیر مخلوط می‌شود. از این مخلوط، مجدداً در سطح جاده استفاده‌شده و متراکم می‌گردد. پس از حدود یک هفته و تبخیر آب موجود در امولسیون قیر، از لایه‌ای از آسفالت داغ استفاده می‌شود.

بتن آسفالتی جداشده از لایه روسازی را جهت استفاده مجدد در آسفالت داغ، در مراکز تولید آسفالت نگهداری می‌کنند. مواد بازیافت شده یا RAP را در یک دانه‌بندی یکنواخت خرد نموده و سپس به مخلوط HMA می‌افزایند. گاهی اوقات، ضایعاتی از قبیل توفال قیری بام، شیشه شکسته یا لاستیک تایرهای فرسوده نیز به بتن آسفالتی افزوده می‌شود که در این صورت آسفالت لاستیکی نامیده می‌شود ولی این نگرانی وجود دارد که نتوان چنین مصالح مرکبی را بازیافت نمود.

واژه‌شناسی

ریشه‌شناسی

ریشه اصطلاح آسفالت به زبان انگلیسی دیرگاهی (پس از دوره کلاسیک) و واژه فرانسوی asphalte که خود بر اساس عبارت لاتین دیرگاهی (پس از دوره کلاسیک) asphalton یا asphaltum شکل گرفته، برمی‌گردد.

این واژه، معادل لاتین عبارت یونانی ἄσφαλτος (ásphaltos, ásphalton) است. این عبارت یونانی، به معنای آسفالت / قیر طبیعی / قیر بوده که می‌تواند از ἀ- و σφάλλω (sfallō) که به ترتیب به معنای «فاقد» و «قرارگیری» هستند ساخته‌شده باشد. نخستین استفاده آسفالت و آسفالت کاری در عهد قدیم، به‌صورت یک ماده سیمانی برای محکم نمودن و یا اتصال اشیا به یکدیگر بوده و به نظر می‌رسد این واژه، خود بیانگر کاربرد آن است. به‌طور خاص، هرودوت ذکر می‌کند قیر طبیعی برای ساخت دیوار دفاعی به بابل آورده شده است.

این واژه از زبان یونانی به زبان لاتین دیرگاهی و سپس به زبان فرانسوی (asphalte) و نیز انگلیسی (asphalt و asphaltum) وارد شده است. در زبان فرانسوی، از اصطلاح asphalte برای رسوبات آهکی که به‌طور طبیعی در قیر قرار داشته و نیز برای محصولات خاص با تخلخل کم‌تر یا مقدار قیر بیشتر نسبت به بتن آسفالتی مورداستفاده در آسفالت جاده‌ها، استفاده می‌شود. عبارت قیر طبیعی از واژه سانسکریت jatu به معنای قیر گرفته‌شده و jatu-krit به معنای ایجاد قیر یا تولید قیر است (که به درختان کاج یا صمغ دار اشاره دارد). برخی معادل لاتین آن را در اصل gwitu-men (وابسته به قیر) دانسته و برخی نیز معتقدند معادل لاتین آن pixtumens (تراوشی یا جوششی) بوده است که سپس به bitumen به معنای قیر طبیعی تغییر یافت و درنهایت از زبان فرانسوی وارد زبان انگلیسی شد. واژه آنگلو – ساکسون cwido (به معنای ماستیک)، واژه آلمانی Kitt (سیمان یا ماستیک) و نیز واژه kvada در زبان آلمانی- اسکاندیناوی مربوط به قبل از قرن چهاردهم نیز ریشه مشابهی دارند.

واژه‌شناسی نوین

در ادبیات بریتانیا، از واژه قیر طبیعی (bitumen) به‌جای آسفالت و آسفالت کاری (asphalt) استفاده می‌شود. در مقابل، از واژه آسفالت نیز برای بتن آسفالتی که مخلوطی از سنگ‌دانه‌های ساختمانی و آسفالت است استفاده می‌شود (در گفت‌وگوی عادی، جاده آسفالتی گفته می‌شود). قیر طبیعی مخلوط با خاک رس را معمولاً قیر خیابانی (asphaltum) می‌گویند که امروزه، کمتر از این اصطلاح استفاده می‌شود.

در ادبیات استرالیا، قیر طبیعی (bitumen) معمولاً به‌عنوان یک اصطلاح کلی برای سطوح جاده‌ای استفاده می‌شود. آسفالت (asphalt) در ادبیات آمریکا، معادل با قیر طبیعی (bitumen) در ادبیات بریتانیاست. بااین‌وجود، اصطلاح آسفالت معمولاً به‌صورت مخفف برای بتن آسفالتی و آسفالت کاری به کار می‌رود (بنابراین معادل با آسفالت یا جاده آسفالتی در بریتانیا). در ادبیات کانادا، از واژه قیر طبیعی (bitumen) برای اشاره به منابع وسیع نفت فوق سنگین این کشور استفاده می‌شود درحالی‌که از واژه آسفالت (asphalt) برای فرآورده‌های نفتی استفاده می‌شود.

در صنعت نفت کانادا، قیر رقیق (قیری که با نفت برای جاری شدن در خطوط لوله رقیق می‌شود) را دیلبیت گویند ولی قیر طبیعی بهینه‌شده به نفت خام مصنوعی را سینکرود و سینکرود مخلوط شده با قیر طبیعی را سینبیت می‌گویند. قیر طبیعی، هم چنان اصطلاح موردعلاقه زمین‌شناسان برای توصیف منابع طبیعی جامد یا نیمه جامد نفت خام به شمار می‌رود. سنگ قیری، نوعی ماسه‌سنگ اشباع‌شده با قیر طبیعی است. ماسه‌های قیری در آلبرتای کانادا، نیز مواد مشابهی هستند. هیچ‌کدام از اصطلاحات آسفالت یا قیر طبیعی و آسفالت کاری را نبایست با قطران یا قطران زغال‌سنگ اشتباه گرفت.

ترکیب

مواد تشکیل‌دهنده آسفالت، به چهار گروه اصلی تقسیم می‌شوند: * آروماتیک‌های نفتالین (نفتالین) شامل ترکیبات آروماتیکی چند حلقه‌ای نیمه هیدروژنه * آروماتیک‌های قطبی شامل فنول‌ها و کربوکسیل اسیدها با وزن مولکولی زیاد که از اکسیداسیون جزئی به دست می‌آیند * هیدروکربن‌های اشباع؛ درصدی از ترکیبات اشباع در آسفالت با نقطه نرم شدگی در ارتباط هستند * آسفالتین‌ها شامل فنول‌ها و ترکیبات هتروسایکلیک با وزن مولکولی زیاد آروماتیک‌های نفتالین و آروماتیک‌های قطبی، معمولاً از ترکیبات اصلی به شمار می‌روند.

بیشتر قیرهای طبیعی حاوی ترکیبات ارگانوسولفور هستند که منجر به افزایش مقدار سولفور تا 4% می‌شود؛ مانند برخی از مواد نفتی، مقدار نیکل و وانادیوم موجود کمتر از 10 در میلیون است. این ماده در سولفید کربن قابل‌حل بوده و اغلب به‌صورت کلوئیدی مدل‌سازی شده که در آن آسفالتین‌ها فاز پراکنده و مالتن‌ها فاز پیوسته محسوب می‌شوند.«جداسازی و شناسایی کلیه مولکول‌های آسفالت با توجه به تعداد بالای مولکول‌ها با ساختار شیمیایی متفاوت، تقریباً غیرممکن است». ممکن است آسفالت با قطران زغال‌سنگ که ظاهراً ماده‌ای سیاه‌رنگ و گرمانرم بوده و از تقطیر مخرب زغال‌سنگ به دست می‌آید اشتباه گرفته شود.

از ابتدا تا اواسط قرن بیستم و هم‌زمان با تولید گاز شهری، قطران زغال‌سنگ فرآورده جانبی فراوانی بوده که به‌طور گسترده‌ای، به‌عنوان بیندر در سنگدانه جاده‌ها، مورداستفاده قرار می‌گرفت. افزودن قطران زغال‌سنگ به جاده‌های ماکادامی یا سنگ‌فرش، منجر به شکل‌گیری واژه جاده آسفالته سنگ‌فرش (tarmac) شد که امروزه به مواد مورداستفاده در جاده‌سازی و آسفالت کاری گفته می‌شود. از دهه 1970 و با پیشی گرفتن گاز طبیعی از گاز شهری، آسفالت کاری جایگزین زغال‌سنگ در این‌گونه کاربردها شده است. از نمونه‌های دیگر این‌گونه اشتباهات، می‌توان به La Brea Tar Pits و ماسه‌های نفتی کانادا اشاره کرد که هر دو حاوی قیر طبیعی به‌جای قطران هستند. پیچ اصطلاح دیگری است که در برخی موارد، به‌طور غیررسمی، برای اشاره به آسفالت کاری استفاده می‌شود مانند دریاچه قیر

تشکیل منابع

اغلب آسفالت‌هایی که به‌طور تجاری مورداستفاده قرار می‌گیرند از نفت خام به دست می‌آیند. بااین‌وجود، می‌توان مقادیر زیادی آسفالت غلیظ را در طبیعت یافت. منابع طبیعی قیر از بقایای جلبک‌های کهن و میکروسکوپی (آغازیان) و سایر موجوداتی که زمانی می‌زیسته‌اند تشکیل‌شده بقایای این موجودات در گل و در کف اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها ته‌نشین شده و بر اثر گرما (بیش از 50 ) و فشار موجود در اعماق زمین، به موادی مانند قیر طبیعی، کروژن و نفت خام تبدیل‌شده است.

از منابع طبیعی قیر می‌توان به دریاچه قیر در ترینندا و توباگو و دریاچه برمودز در ونزوئلا اشاره کرد. در La Brea Tar Pits و بحرالمیت، نیز تراوش‌های طبیعی روی می‌دهد. قیر طبیعی را می‌توان در ماسه‌سنگ‌های تحکیم نیافته به نام ماسه نفتی در آلبرتای کانادا و نیز ماسه قطران در اوتای ایالات‌متحده نیز یافت. بزرگ‌ترین ذخایر جهان را می‌توان در ایالت آلبرتای کانادا یافت.

این منابع از سه حوزه بزرگ با وسعت 142000 کیلومترمربع (55000 مایل مربع) تشکیل‌شده‌اند که مساحتی بیش از وسعت انگلستان یا ایالت نیویورک را در برمی‌گیرد. این ماسه‌های قیری، حاوی 166 میلیارد بشکه (4/26*10 متر) منابع نفتی تجاری ثابت‌شده هستند و بدین ترتیب، کانادا سومین ذخایر بزرگ نفت جهان را در اختیار دارد. هرچند درگذشته، از این منابع بدون هیچ‌گونه پالایشی در آسفالت کاری جاده‌ها استفاده می‌شد؛ امروزه تقریباً کل تولیدات صورت گرفته، به‌عنوان ماده اولیه پالایشگاه‌های نفت کانادا و آمریکا به کار می‌رود.

بزرگ‌ترین منابع قیر طبیعی معروف به ماسه‌های نفتی آتاباسکا در حوزه مک موری آلبرتای شمالی واقع شده است. این حوزه، مربوط به دوره زمین‌شناسی کریتاسه بوده و از لنزهای ماسه‌ای نفتی که تا 20% نفت دارند تشکیل‌شده‌اند. مطالعات ایزوتوپ نشان می‌دهد منابع نفت حدود 110 میلیون سال قدمت دارند. دو حوزه کوچک‌تر ولی هم چنان بزرگ ماسه‌های نفتی در حوزه رود پیس و دریاچه کولد واقع در غرب و جنوب غرب ماسه‌های نفتی آتاباسکا واقع‌شده‌اند. از منابع موجود در آلبرتا، تنها عمق بخش‌هایی از ماسه‌های نفتی آتاباسکا به‌گونه‌ای است که امکان استخراج سطحی وجود دارد.80% باقیمانده را بایستی با استفاده از چاه نفت و به‌کارگیری روش‌های ازدیاد برداشت مانند ریزش ثقلی به کمک بخار، استخراج نمود.

منابع قیر طبیعی یا نفت خام سنگین کوچک‌تری در حوزه یونیتا در اوتای ایالت متحده وجود دارد. برای مثال، منابع مثلثی ماسه قطران، حدود 6% قیر طبیعی دارند. قیر طبیعی را می‌توان در شکاف‌های هیدروترمال نیز یافت. به‌عنوان‌مثال، می‌توان به حوزه یونیتا در اوتای ایالات‌متحده اشاره کرد که در آن، مجموعه‌ای از شکاف‌های گسترده جانبی و قائم متشکل از هیدروکربن‌های جامدی به نام گیلسونیت مشاهده می‌شود. قیر طبیعی مشابه مواد ارگانیک موجود در سنگ‌های کربن دار آسمانی است. بااین‌حال، مطالعات تفصیلی از تفاوت این مواد حکایت دارد. تصور می‌شود منابع وسیع قیر طبیعی آلبرتا، از مواد زنده موجود در گیاهان و جانوران دریایی، به‌خصوص جلبک‌ها که میلیون‌ها سال پیش از بین رفته‌اند، شکل‌گرفته‌اند؛ یعنی همان زمانی که سطح منطقه آلبرتا با اقیانوسی پوشیده شده بود.

سطح بقایای جانداران با گل پوشیده شده و باگذشت زمان در اعماق زمین مدفون و به‌آرامی، براثر حرارت زمین‌گرمایی و در دمای 50 تا 150  (120 تا 300 ) به نفت تبدیل‌شده‌اند. در حدود 55 تا 80 میلیون سال پیش، براثر حرارت ناشی از پیدایش کوه‌های راکی در جنوب غرب آلبرتا، نفت تشکیل‌شده صدها کیلومتر به سمت شمال غرب رانده‌شده و در رسوبات ماسه‌ای زیرزمینی باقیمانده از بستر رودها و سواحل اقیانوسی کهن به دام افتاده و بدین ترتیب ماسه‌های نفتی شکل گرفتند.

پیشینه

عهد کهن

استفاده از خاصیت آب‌بندی و چسبندگی قیر طبیعی، دست‌کم به هزاره پنجم پیش از میلاد برمی‌گردد. در سبدی که در مهراق متعلق به تمدن دره ایندوس کشف شد از قیر طبیعی برای اندود آن استفاده‌شده بود. تا هزاره سوم پیش از میلاد، از آسفالت سنگی پالایش‌شده، استفاده و در آب‌بندی حمام بزرگ موهنجو- دارو نیز به کار گرفته‌شده است. در خاورمیانه باستان، سومری‌ها از منابع قیر طبیعی به‌عنوان ساروج بین آجر و سنگ، در چسباندن قطعات حکاکی شده مانند چشم‌ها و نیز برای درزگیری کشتی‌ها و نیز برای آب‌بندی استفاده می‌کردند. بر اساس نوشته‌های هرودوت، مورخ یونانی، بابلی‌ها از قیر طبیعی به‌عنوان ساروج در دیوارهای بابل استفاده کرده‌اند. به نظر می‌رسد در ساخت تونل یک کیلومتری (0.62 مایلی) فرات واقع در زیر رودخانه‌ای به همین نام در بابل در زمان ملکه سمیرامیس (حدود 800 سال پیش از میلاد)، از آجرهای سوخته‌ای که با استفاده از قیر طبیعی آب‌بندی‌شده بودند استفاده‌شده است. مصریان باستان نیز از قیر طبیعی برای مومیایی استفاده می‌کردند.

اصطلاح فارسی آسفالت، موم است که با کلمه انگلیسی مومیا بی‌ارتباط نیست. منبع اصلی قیر طبیعی مصریان، بحرالمیت بوده که رومی‌ها، به آن Palus Asphaltities (دریاچه آسفالت) می‌گفتند. حدود سال 40 پس از میلاد، دیوسکوریدس مواد موجود در بحرالمیت را قیر یهودی توصیف و به مکان‌های دیگری که احتمال داشت در آنجا نیز یافت شود اشاره کرد. به نظر می‌رسد قیر سیدون به موادی که در حاصبیا یافت شده بود گفته می‌شود.

پلینی نیز به قیر طبیعی که در اپیروس کشف‌شده بود اشاره‌کرده است؛ منبع باارزشی که هدف اولین جنگ ثبت‌شده بر سر منابع هیدروکربنی بین سلوکسیدی‌ها و ناباتائی‌ها در سال 312 پیش از میلاد بوده است. در خاور دور باستان نیز قیر طبیعی، به‌تدریج از شکاف‌های بزرگ شروع به جوشیدن کرده و ماده‌ای گرمانرم با وزن مولکولی زیاد از خود برجای گذاشت که با مالیدن آن روی اشیاء و سرد شدن، کاملاً سخت می‌شد.

از این ماده برای پوشش وسایلی که نیاز به آب‌بندی داشتند مانند غلاف و مانند آن استفاده می‌شد. در ژاپن و شاید در چین، این ماده، برای قالب‌گیری مجسمه خدایان خانگی، مورداستفاده قرار می‌گرفت. کاوش‌های باستان‌شناسی در آمریکای شمالی نشان می‌دهد در برخی موارد، از قیر طبیعی برای چسباندن نوک سنگی پرتابه‌ها به میله‌های چوبی استفاده می‌شد. مردم بومی کانادا از قیر تراوش شده از حاشیه آتاباسکا و سایر رودخانه‌ها برای ضد آب کردن قایق‌های چوبی استفاده می‌کردند. آن‌ها، هم‌چنین با حرارت دادن این ماده، از آن برای دفع حشرات، بهره می‌بردند.

قاره اروپا

در سال 1553، پیر بلون در کتاب مشاهدات خود عنوان کرد در جمهوری راگوسا (دوبرنویک امروزی در کرواسی) از پیساسفالتو که درواقع ترکیبی از دو نوع قیر بوده، برای قیرمالی کشتی‌ها استفاده می‌شد. مجله مکانیک در سال 1838، به استفاده اولیه آسفالت کاری در فرانسه اشاره می‌کند. در نوشته آقای d’Eyrinys مربوط به سال 1621 به وجود مقادیر زیادی (قیر) در منطقه نوفچاتل اشاره‌شده و پیشنهاد می‌شود به روش‌هایی مختلف، به‌خصوص در ساخت انبار غله و یا طاق‌هایی روی آبراهه‌های شهر پاریس، از آن‌ها در برابر ورود آلودگی که باعث غیر استفاده شدن آب آن می‌شد محافظت شود.

او هم‌چنین درباره مزیت استفاده از این ماده در ساخت تراس‌هایی مسطح و بادوام در کاخ‌ها، توضیح می‌دهد. احتمالاً، ایده ساخت حتی نمونه‌ای ازاین‌گونه تراس‌ها نیز به ذهن پارسیان آن زمان خطور نکرده بود. ولی تا زمان انقلاب سال 1830، این ماده معمولاً مورد بی‌توجهی قرار می‌گرفت. در دهه 1830، گرایش شدیدی به استفاده از این ماده در آسفالت کاری خیابان، پشت‌بام‌های مسطح و بندکشی آب‌انبارها به وجود آمد و در انگلستان نیز از این ماده برای اهداف مشابهی استفاده می‌شد. افزایش استفاده از این ماده در اروپا به دنبال کشف آن در Osbann (Bas-Rhin)، Parc (Ain) و Puy-de-la-Poix (Puy-de-Dome) فرانسه، یک رخداد ناگهانی بود؛ هرچند امکان تولید مصنوعی آن نیز وجود داشت. از یکی از نخستین استفاده‌های آن در فرانسه می‌توان به ریختن 24000 یارد مربع آسفالت سیسلدر Place de la Concorde در سال 1835 اشاره کرد.

بریتانیا

از دیگر کاربردهای اولیه قیر طبیعی در بریتانیا می‌توان به قلم‌زنی اشاره کرد. پلی گرافیس ویلیام سالمون (1673) دستورالعملی برای لعاب مورداستفاده در قلم‌زنی ارائه می‌کند که شامل سه اونس موم تازه، دو اونس ماستیک و یک اونس آسفالت می‌باشد. تا چاپ پنجم در سال 1685، او دستورالعمل‌های بیشتری با آسفالت کاری از سایر منابع در اثر خود گنجانده است.

نخستین ثبت اختراع آسفالت، حق ثبت قیر طبیعی یا آسفالت کاسل در سال 1834 می‌باشد. سپس در 25 نوامبر 1837، ریچارد تاپین کلاریج پس‌ازآن که در سفر به بلژیک و فرانسه و دیدار با فردریک والتر سیمز که با او در معرفی آسفالت به بریتانیا همکاری کرده بود دریافت از اختراعش در این کشورها برای آسفالت کاری استفاده‌شده است اختراع خود را ثبت کرد. دکتر لمب فیسفون می‌نویسد پدرش یعنی ساموئل رایلاند فیسفون که دوست کلاریج بود در معرفی روکش آسفالتی نقش داشت (1836). درواقع، روکش‌های ماستیکی، پیش از آن، در واکسهال توسط رقیب او به کار گرفته‌شده بود ولی موفقیتی در پی نداشت. کلاریج، نخست در 27 مارس 1838 در اسکاتلند و سپس در 23 آوریل همان سال در ایرلند اختراع خود را ثبت کرد.

در سال 1851، هیئت‌امنای شرکتی که پیش‌ازاین توسط کلاریج تشکیل‌شده بود در پی تمدید اعتبار حق امتیاز انحصاری سال 1837 و نیز دو امتیاز سال 1838 بودند. شرکت آسفالت کلاریج که در سال 1838، با هدف معرفی آسفالت معدن پیریمونت سیسل فرانسه به بریتانیا تأسیس‌شده بود، یکی از نخستین روکش‌های آسفالتی را در وایتهال اجرا نمود. در سال 1838، آزمایش‌هایی با استفاده از روکش آسفالتی در پیاده‌روی وایتهال، اسطبل پایگاه نایتس بریج و سپس در قسمت تحتانی راه‌پله واترلو به پارک سنت جیمز صورت گرفت.

تأسیس شرکت کلاریج (با حمایت اشراف برجسته و نیز مارک و ایسامبارد به ترتیب به‌عنوان امین و مهندس مشاور) باعث افزایش سرعت رشد صنعت آسفالت کاری بریتانیا شد. تا پایان سال 1838، دست‌کم دو شرکت دیگر به نام‌های روبینسون و باستیننیز در این صنعت حضور یافته و از آسفالت به‌عنوان روکش در برینگتون، هرن بی، کانتربوری، کنسینگتون استراند و یک طبقه همکف وسیع در بونهیل استفاده شد؛ درحالی‌که روکش آسفالتی وایتهال کلاریج نیز هم چنان در وضعیت مناسبی قرار داشت. در سال 1838، فعالیت‌های تجاری گسترده‌ای در حوزه آسفالت و آسفالت کاری صورت می‌گرفت و کاربرد آن فراتر از روکش آسفالتی صرف بود.

برای مثال، از آسفالت ریزی برای کف سازی، عایق‌کاری رطوبتی ساختمان‌ها و نیز آب‌بندی انواع استخرها و حمام‌ها استفاده می‌شد و در قرن نوزدهم نیز هر دو کاربرد آن هم چنان در حال گسترش بود. در بازار بورس لندن، ادعاهای مختلفی درباره کیفیت خاص آسفالت کشورهای فرانسه، آلمان و انگلستان مطرح می‌شد. اختراعات مختلفی در فرانسه ثبت و شمار مشابهی از درخواست‌ها برای ثبت اختراع در انگلستان به علت شباهت باهم رد شده بودند. در انگلستان، بیشترین نوع آسفالت مورداستفاده در دهه‌های 1840 و 1850 آسفالت کلاریج بوده است.

در سال 1914، شرکت کلاریج با هدف تولید ماکادام قیری از مواد تولیدشده یک شرکت وابسته به نام کلارمک رودز سرمایه‌گذاری مشترکی با آن انجام داد. این سرمایه‌گذاری منجر به تولید دو محصول به نام‌های کلارمک و کلارفالت شد. محصول نخست، توسط شرکت کلارمک رودز و محصول دوم توسط شرکت آسفالت کلاریج تولید می‌شد؛ هرچند کلارمک بیشتر مورداستفاده قرار می‌گرفت. جنگ جهانی اول باعث نابودی شرکت کلارمک شد و در سال 1915 این شرکت تسویه‌حساب نمود. ورشکستگی شرکت کلارمک رودز بر شرکت کلاریج نیز که خود به‌ناچار فعالیت خود را در سال 1917 متوقف کرده بود و پیش از آن نیز مقدار قابل‌توجهی سرمایه‌گذاری انجام داده بود تأثیرگذار بود. هر دو شرکت در آغاز راه و نیز در تلاش برای نجات شرکت کلارمک بودند.

ایالات‌متحده

نخستین استفاده از قیر طبیعی در ایالات‌متحده، توسط مردم بومی صورت گرفت. در قرن سیزدهم و در سواحل غربی، مردم تونگوا، لوییزنو و چوماش قیری که از ذخایر نفت زیرزمینی به سطح زمین تراوش کرده بود را جمع‌آوری کردند. هر سه گروه از خاصیت چسبندگی این ماده بهره بردند که در ابزارها و وسایل تشریفاتی قابل‌مشاهده است. به‌عنوان‌مثال، در وسایل بازی برای اتصال پوست کدو یا لاک به دسته آن و یا در دکوراسیون استفاده می‌شد.

هم‌چنین، از صدف‌های کوچک و گرد نیز برای تزیین استفاده می‌گردید. از کاربردهای دیگر آن می‌توان به آب‌بندی سبدها جهت حمل آب اشاره کرد که احتمالاً باعث مسمومیت افرادی می‌شد که از آب آن برای آشامیدن استفاده می‌کردند. از آسفالت برای محکم نمودن قطعات قایق‌های مورداستفاده در اقیانوس‌ها نیز استفاده می‌شد. نخستین استفاده از آسفالت در روکش سطح جاده‌ها و آسفالت کاری در دهه 1870 صورت گرفته است.

در ابتدا و در سال‌های 1852 تا 1873، از سنگ قیر طبیعی حاصل از معادن ریچی در مک فارلن ویرجینیای غربی بدین منظور استفاده گردید. در سال 1876، از روکش آسفالتی در خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن و هنگام برگزاری جشن‌های ملی صدساله استفاده شد. در دوره اسب و درشکه، خیابان‌ها ناهموار و سطح آن‌ها با شن یا خاک پوشیده شده بود. بااین‌وجود، فرسودگی غیریکنواخت جاده باعث بروز خطرات جدیدی برای افراد پیاده شده و چاله‌های خطرناکی برای دوچرخه و موتورسیکلت‌سوارها به وجود آمده بود. در سال 1900، تنها در منهتن 130000 هزار اسب وجود داشت که برای جابجایی مسافر، واگن و کالسکه استفاده می‌شد و فضولات آن‌ها بر جای می‌ماند.

سرعت چندانی نداشته و پیاده‌ها می‌توانستند از میان آن‌ها و در خیابان‌های شلوغ تردد کنند. شهرهای کوچک، هم چنان به شن و خاک متکی بوده ولی شهرهای بزرگ‌تر به دنبال خیابان‌های بهتری بودند. این شهرها در دهه 1850، به بلوک‌های چوبی و گرانیتی روی آوردند که کشش بهتری نسبت به گل داشتند. در سال 1890، یک‌سوم خیابان‌های 2000 مایلی شیکاگو، عمدتاً با بلوک‌های چوبی که کشش بهتری نسبت به گل داشتند فرش شده بود. آجرکاری روش مناسبی به شمار می‌رفت و حتی بهتر از روکش‌های آسفالتی بوده و نصب و برش آن‌ها در محل درزها نیز آسان بود. با الگوبرداری از پاریس و لندن تا سال 1882، در واشینگتن 400000 یارد مربع روکش آسفالتی انجام گرفت و به الگویی برای بوفالو، فیلادلفیا و شهرهای دیگر تبدیل شد.

تا پایان قرن، در شهرهای آمریکا، 30 میلیون یارد مربع روکش آسفالتی صورت گرفته بود که این مقدار، بیش از آجرفرش بوده است. تردد در خیابان‌ها سریع‌تر و خطرناک‌تر شد؛ درنتیجه چراغ‌های راهنمایی و رانندگی برقی نصب گردید. واگن‌های الکتریکی (با سرعت 12 مایل در ساعت) به اصلی‌ترین وسیله حمل‌ونقل طبقه متوسط و کارکنان اداره‌ها تبدیل شد؛ تا اینکه پس از سال 1945 و خرید اتومبیل، تردد خصوصی‌تر و راحت‌تر از حومه‌های دورتر شهر بر روی بزرگراه‌های آسفالت کاری شده، میسر گردید.

کانادا

کانادا بزرگ‌ترین ذخایر قیر طبیعی جهان را در ماسه‌های نفتی آتاباسکا دارد و نخستین مردمی که در امتداد رود آتاباسکا زندگی می‌کردند از آن برای آب‌بندی قایق‌های خود استفاده می‌کردند. در سال 1719، یک سرخ‌پوست کریبه نام وا-پا-سو نمونه‌ای را برای تجارت نزد هنری کلسی از شرکت هودسون بی برد. او نخستین اروپایی شناخته‌شده‌ای است که نمونه را می‌دید.

در سال 1787، الکساندر مک کنزی، گردشگر و تاجر خز، اولین کسی بود که از ماسه‌های نفتی آتاباسکا دیدن کرد و عنوان کرد: حدود 24 مایلی از انشعاب (رودهای آتاباسکا و کلی رواتر) تعدادی فواره قیری وجود دارد که می‌توان یک دکل 20 فوتی را بدون کمترین مقاومتی در آن فروکرد. ارزش این منابع از همان ابتدا مشخص بود ولی ابزار استخراج قیر هنوز ناشناخته بود. نزدیک‌ترین شهر، فورت مک کوری در آلبرتا بوده که مرکز کوچکی برای تجارت خز محسوب می‌شد. سایر بازارها خیلی دور بودند و حمل‌ونقل ماسه قیری خام برای روکش جاده‌ها نیز هزینه زیادی به همراه داشت.

در سال 1915، سیدنی الز از اداره معادن فدرال، ضمن آزمایش روش‌های مختلف جداسازی، از این محصول برای آسفالت 600 فوت جاده در ادمونتون آلبرتا استفاده کرد. سایر جاده‌های آلبرتا با مواد استخراج‌شده از ماسه‌های نفتی، آسفالت کاری شدند ولی این روش، عموماً غیراقتصادی بود. در دهه 1920، دکتر کارل کلارک از شورای تحقیقات، فرآیند جداسازی نفت با آب داغ را به نام خود ثبت کرد و رابرت فیتزیسیمون کارخانه جداسازی روغن قیری را احداث کرد که با استفاده از روش دکتر کلارک توانست بین سال‌های 1925 و 1958 تا 300 بشکه (50 متر) در روز قیر تولید کند. بیشتر قیر تولیدشده برای آب‌بندی کردن پشت‌بام‌ها استفاده می‌شود. از کاربردهای دیگر آن می‌توان به مصارف سوختی، روغن روان کننده، جوهر پرینتر، دارو، رنگ‌های ضدزنگ و اسید، پشت‌بام‌های ضد حریق، جاده‌سازی، چرم براق و حفاظت از فنس‌ها اشاره کرد. امروزه، کارخانه تولید قیر به یک سایت تاریخی ایالت تبدیل‌شده است.

عکاسی و هنر

از قیر در نخستین فن‌آوری‌های عکاسی استفاده‌شده است. در سال 1826 یا 1827، دانشمند فرانسوی به نام ژوزف نیسه فور نیپس از قیر برای گرفتن قدیمی‌ترین عکس موجود از طبیعت استفاده کرد. صفحه‌ای از جنس قلع و سرب به لایه‌نازکی از قیر آغشته و سپس در دوربین قرار داده شد. قرارگیری در معرض نور، باعث سخت و غیرقابل‌حل شدن آن می‌شد؛ به‌طوری‌که پس از شست‌وشو با حلال، تنها قسمت‌هایی که به‌اندازه کافی در معرض نور قرارگرفته بودند باقی می‌ماند.

صفحه می‌بایست ساعت‌های متمادی در دوربین قرار می‌گرفت و این امر، استفاده از قیر در عکس‌برداری‌های معمولی را غیرممکن می‌ساخت؛ ولی از 1850 تا 1920، استفاده از آن به‌عنوان لایه حساس به نور در تولید صفحات چاپ برای فرآیندهای مختلف چاپ فوتومکانیکی، روش متداولی بوده است. در قرن نوزدهم، قیر برای بسیاری از هنرمندان، یک دشمن محسوب می‌شد.

هرچند زمانی، به‌طور گسترده مورداستفاده قرار می‌گرفت ولی درنهایت مشخص شد برای استفاده در نقاشی‌های روغنی، به‌خصوص اگر با رقیق‌کننده‌های متداولی مانند روغن کتان، روغن جلا و ترپانتین مخلوط شود، ثبات مناسبی نخواهد داشت. چنانچه قیر کاملاً رقیق نشود، هرگز سفت نشده و در صورت تماس بارنگ‌دانه‌ها، منجر به خرابی آن‌ها می‌شود. استفاده از قیر به‌عنوان لعاب جهت ایجاد سایه و یا ترکیب بارنگ‌های دیگر برای ایجاد زمینه‌ای تیره‌تر منجر به خرابی بسیاری از نقاشی‌ها شده است که می‌توان به آثار دولاکروا اشاره کرد. شاید معروف‌ترین نمونه از آثار مخرب قیر اثر هنری کلک مدو سای تئودور ژریکو باشد (1818-1819) که استفاده از قیر باعث شد رنگ‌های درخشان به رنگ‌های سبز تیره و سیاه تبدیل‌شده و تابلوی نقاشی دچار خمیدگی شود.

کاربردهای نوین

کاربردهای جهانی

بخش عمده قیر تصفیه‌شده در ساخت‌وساز استفاده می‌شود: عمدتاً به‌عنوان ماده اصلی در تولید محصولات مورداستفاده در آسفالت کاری و پشت‌بام ساختمان‌ها. بر اساس الزامات کاربر نهایی، قیر بر اساس مشخصاتی تولید می‌شود. این امر از طریق تصفیه یا ترکیب صورت می‌گیرد. مصرف جهانی قیر حدود 102 میلیون تن در سال برآورد می‌شود. حدود 85% کل قیر تولیدشده به‌عنوان بیندر در بتن آسفالتی و آسفالت کاری جاده‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. معمولاً تولید بتن آسفالتی مستلزم ترکیب مصالح سنگی ریزدانه و درشت‌دانه‌ای مانند ماسه، شن و سنگ شکسته با قیر بوده که در این مخلوط، قیر نقش عامل چسبنده را ایفا می‌کند.

مواد دیگری از قبیل پلیمرهای بازیافتی (برای مثال تایرهای لاستیکی) را می‌توان برای اصلاح خواص و بر اساس استفاده نهایی آن به مخلوط اضافه نمود. 10% از تولید جهانی قیر برای بهره‌مندی از خواص آب‌بندی باارزش آن، در پشت‌بام ساختمان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. 5% نیز صرف درزگیری و عایق‌کاری مصالح مختلف مانند اندود لوله‌ها و چسباندن کاشی و نقاشی می‌شود. از قیر در ساخت و نگهداری بسیاری از سازه‌ها، سیستم‌ها و اجزا استفاده می‌شود مانند: * بزرگراه‌ها * باند فرودگاه‌ها * پیاده‌روها * پارکینگ اتومبیل‌ها * پیست مسابقات * زمین تنیس * پشت‌بام * عایق‌کاری رطوبتی * سدها * بندکشی مخازن و استخرها * عایق‌کاری صوتی * اندود لوله‌ها * روکش کابل‌ها * نقاشی * آب‌بندی ساختمان‌ها * آب‌بند کردن کاشی‌کاری‌ها * تولید جوهر روزنامه * و بسیاری از کاربردهای دیگر

بتن آسفالتی غلتکی

بیشترین مقدار قیر در ساخت بتن آسفالتی با هدف به‌کارگیری در سطوح جاده‌ها و آسفالت کاری مورداستفاده قرار می‌گیرد؛ حدود 85% قیر مصرفی ایالات‌متحده در این بخش به کار می‌رود. مخلوط بتن آسفالتی معمولاً از 5% سیمان آسفالتی و 95% سنگدانه (سنگ، ماسه و شن) تشکیل می‌شود. به علت ویسکوزیته بالا، سیمان آسفالتی ابتدا می‌بایست حرارت داده شود تا بتواند در دستگاه آسفالت ساز با مصالح سنگدانه‌ای مخلوط شود. دمای لازم با توجه به خصوصیات قیر و سنگ‌دانه‌ها متفاوت بوده ولی فن‌آوری آسفالت گرم مخلوط در محل به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا دمای لازم را کاهش دهند.

حدود 4000 کارخانه تولیدکننده بتن آسفالتی گرم در ایالات‌متحده و تعداد مشابهی نیز در اروپا وجود دارد. پس ‌از انجام عملیات تعمیر و نگهداری روکش‌های آسفالتی، مانند روش خرد کردن برای از بین بردن سطوح مستهلک یا آسیب‌دیده، مواد جداشده را می‌توان برای فرآوری و تبدیل به مخلوط آسفالتی جدید به دستگاه بازگرداند تا آسفالت کاری صورت گیرد. قیر موجود در مواد جداشده را می‌توان مجدداً فعال نموده و برای استفاده در مخلوط‌های آسفالتی جدید به کار برد.

با توجه به ساخت و تسطیح 95% جاده‌ها با قیر، سالانه مقدار قابل‌توجهی از روکش‌های آسفالتی و آسفالت کاری ها مرمت می‌گردد. بر اساس تحقیقات صنعتی سالانه که توسط اداره بزرگراه‌های فدرال و اتحادیه ملی آسفالت انجام می‌شود، بیش از 99% از قیری که سالانه در پروژه‌های عریض سازی و روکش مجدد جاده‌ها، به دست می‌آید در روکش‌های آسفالتی جدید، زیرسازی راه‌ها، شانه‌های خاکی و خاک‌ریزها استفاده می‌شود. از بتن آسفالتی، به‌طور گسترده، در فرودگاه‌های سراسر جهان استفاده می‌شود. با توجه به مقاومت و قابلیت تعمیر سریع، از بتن آسفالتی به‌طور گسترده در باند فرودگاه‌ها استفاده می‌شود.

آسفالت ماستیکی

آسفالت ماستیکی متفاوت از آسفالت متراکم (بتن آسفالتی) بوده و مقدار قیر موجود در آن (بیندر) حدود 10-7% مصالح سنگدانه‌ای است؛ درحالی‌که مقدار قیر موجود در بتن آسفالتی غلتکی حدود 5% است. این ماده گرمانرم، به‌طور گسترده، در صنعت ساختمان‌سازی برای آب‌بندی و آسفالت کاری پشت‌بام‌های مسطح و مخازن زیرزمینی استفاده می‌شود. آسفالت ماستیکی تا دمای 210  (410 ) حرارت داده‌شده و پس از قرارگیری در چندلایه، مانعی نفوذناپذیر به ضخامت 20 میلی‌متر (8/0 اینچ) را تشکیل می‌دهد.

امولسیون آسفالت

به کمک فن‌آوری‌های نوین، قیر را می‌توان در دماهای کمتری نیز مخلوط نمود. دریکی از این فن‌آوری‌ها، قیر با حلال‌های نفتی مخلوط شده و قیر کات بک با دمای ذوب کمتر ساخته می‌شود و یا با آب مخلوط نموده و امولسیون تولید می‌شود. امولسیون‌های قیری تا 70% قیر داشته و مواد افزودنی آن معمولاً کمتر از 5/1% است.

دو نوع امولسیون با نیروی جاذبه مختلف برای مصالح سنگدانه‌ای شامل کاتیون‌ها و آنیون‌ها وجود دارد. امولسیون‌های قیر، کاربردهای گسترده‌ای دارند. در چیپ سیل، ابتدا امولسیون قیر در سطح جاده پاشیده شده و سپس لایه‌ای از سنگ شکسته، شن یا سرباره شکسته قرار می‌گیرد. دوغاب قیری از مخلوط امولسیون قیر و مصالح سنگی شکسته ریزدانه تهیه و بر روی سطح جاده پاشیده و آسفالت کاری انجام می‌شود. مخلوط آسفالت سرد از امولسیون قیری ساخته‌شده و برای ایجاد روکش‌های آسفالتی که همانند مخلوط‌های آسفالتی داغ، چند اینچ ضخامت دارد به کار می‌رود. هم‌چنین امولسیون قیر را می‌توان با مخلوط آسفالت داغ بازیافتی ترکیب نموده تا روکش‌های ارزان‌تری حاصل شود.

نفت خام مصنوعی

نفت خام مصنوعی که به آن سینکرود نیز می‌گویند محصول تأسیسات فرآوری قیر است که همراه با تولید ماسه‌های نفتی کانادا استفاده می‌شود. ماسه‌های قیری با استفاده از بیل‌های الکتریکی عظیم (با ظرفیت 100 تن) استخراج‌شده و سپس برای انتقال به تأسیسات فرآوری در کامیون‌های کمپرسی بزرگ‌تر (با ظرفیت 400 تن) بارگیری می‌شود. روشی که برای استخراج قیر از ماسه‌ها به کار می‌رود اصولاً همان روش آب داغ است که در دهه 1920، توسط دکتر مارل کلارک از دانشگاه آلبرتا ابداع‌شده بود. قیر پس از استخراج از ماسه، وارد تأسیسات فرآوری شده و به نفت خام سبک تبدیل می‌شود.

ماده حاصل به‌اندازه‌ای روان بوده که می‌تواند از طریق خطوط لوله نفت معمول منتقل و بدون نیاز به عملیات بیشتر، به‌عنوان خوراک پالایشگاه‌های نفت استفاده شود. تا سال 2015، تأسیسات بهینه‌سازی قیر کانادا به ظرفیت تولید بیش از یک‌میلیون بشکه (160*10 متر) در روز نفت خام مصنوعی دست‌یافته بودند که 75% آن به پالایشگاه‌های نفت ایالات‌متحده صادر می‌شد.

در ایالت آلبرتا، پنج کارخانه بهینه‌سازی قیر وجود دارد که به تولید نفت خام و سایر محصولات مشابه می‌پردازند: تأسیسات فرآوری قیر سانکور انرژی، منابع طبیعی کانادا و تأسیسات فرآوری نکسندر حومه فورت مک موری نفت خام مصنوعی تولید می‌کنند. تأسیسات بهینه‌سازی قیر شل اسکات فورد در حومه ادمونتون نیز علاوه بر تولید نفت خام مصنوعی، خوراک واسطه پالایشگاه نفت شرکت شل را نیز تأمین می‌کند. ششمین تأسیسات از همین نوع که در سال 2015 در حومه ردواتر در ایالت آلبرتا در حال ساخت بوده، نیمی از قیر خام را مستقیماً به سوخت دیزل تبدیل کرده و مابقی آن، به‌عنوان خوراک پالایشگاه‌های نفت و تأسیسات پتروشیمی حومه، به فروش خواهد رسید.

قیر خام فرآوری نشده

قیر کانادا ازنظر ترکیب شیمیایی تفاوت چندانی با نفت فوق سنگین ونزوئلا و یا نفت سنگین مکزیک ندارد و مشکل اصلی، انتقال قیر با ویسکوزیته بسیار زیاد به پالایشگاه از طریق خطوط لوله نفت است. بسیاری از پالایشگاه‌های امروزی، بسیار پیشرفته بوده و می‌توانند بدون هیچ‌گونه پیش فرآوری، قیر فرآوری نشده را مستقیماً به فرآورده‌هایی از قبیل بنزین، سوخت دیزل و آسفالت فرآوری شده (آسفالت مورد نیاز برای آسفالت کاری)  تبدیل نمایند. این امر به‌خصوص در مناطقی از قبیل سواحل خلیج آمریکا که در آن پالایشگاه‌ها برای فرآوری نفت ونزوئلا و مکزیک طراحی‌شده‌اند متداول است.

در نواحی غرب میانه آمریکا که با توجه به کاهش تولید نفت سبک آمریکا، پالایشگاه‌ها برای فرآوری نفت سنگین بازسازی‌شده‌اند نیز چنین امری میسر است. چنین پالایشگاه‌هایی معمولاً ترجیح می‌دهند به‌جای نفت سنگین، از قیر استفاده کنند؛ چرا که ارزان‌تر بوده و در برخی موارد پالایشگاه‌ها ترجیح می‌دهند سوخت دیزل بیشتر و بنزین کمتری تولید کنند. تا سال 2015، تولید و صادرات قیر فرآوری نشده با پیشی گرفتن از نفت خام مصنوعی به بیش از 3/1 میلیون بشکه (210*10 متر) در روز رسید که حدود 65% آن به ایالات‌متحده صادر شد.

با توجه به دشوار بودن انتقال قیر طبعی از طریق خطوط لوله، قیر فرآوری نشده یا با میعانات گاز طبیعی رقیق‌شده که به آن دیلبیت می‌گویند و یا با نفت خام مصنوعی رقیق می‌شود که به آن سینبیت می‌گویند. بااین‌وجود، برای رقابت در عرصه جهانی، مقدار زیادی قیر فرآوری نشده به‌صورت ترکیبی از چندین رده قیر، نفت خام معمول، نفت خام مصنوعی و میعانات و در قالب یک محصول با شاخص استاندارد مانند WCS به بازار عرضه می‌شود. این ترکیب نفت خام سنگین و ترش، خصوصیات پالایشگاهی یکنواختی دارد تا توانایی رقابت با نفت خام‌های سنگینی مانند نفت مایان مکزیک و یا دوبی را داشته باشد.

پوشش ضایعات رادیواکتیو

نخستین بار در دهه 1960، از قیر به‌عنوان ماده‌ای آب‌گریز برای مهار ضایعات رادیواکتیو مانند نمک‌های نیمه فعال (عمدتاً سدیم نیترات و سدیم سولفات محلول) حاصل از باز فرآوری سوخت هسته‌ای مصرفی و یا گل‌ولای رادیواکتیو مخازن رسوب‌گذاری، استفاده شد. ضایعات قیری رادیواکتیو حاوی عناصری با عدد اتمی بزرگ‌تر از اورانیوم بوده که از خود اشعه آلفا ساتع می‌کردند. این‌گونه ضایعات در ژاپن، فرانسه و بلژیک در مقیاس صنعتی تولید شدند ولی به دلیل مسائل ایمنی (برای مثال خطر آتش‌سوزی که در کارخانه قیراندودسازی در توکای ورکس ژاپن روی داد) و نیز مشکلات پایداری درازمدت مربوط به مدفون سازی آن‌ها در ساخت‌گاه‌های عمیق سنگی، این شیوه نگهداری از ضایعات رادیواکتیو کنار گذاشته شد.

یکی از مشکلات اساسی این روش، تورم قیر براثر تشعشع و تماس با آب است. تورم قیر نخست براثر تشعشع و به دلیل حضور حباب‌های گاز هیدروژن حاصل از واپاشی شیمیایی پرتوهای آلفا و گاما روی می‌دهد. مکانیسم دوم، تورم بافت براثر قرارگیری نمک‌های رطوبت دوست در معرض آب و هیدراته و حل شدن آن‌هاست. غلظت بالای نمک محلول در بافت قیراندود شده عامل خصوصیات اسمزی در این‌گونه بافت‌هاست. آب در راستای نمک‌های متمرکز حرکت کرده و قیر به‌صورت غشایی که دارای مقداری نفوذپذیری است عمل می‌کند.

این امر منجر به تورم بافت می‌شود. فشار تورمی ناشی از تأثیرات اسمزی در حجم ثابت می‌تواند به 200 بار نیز برسد. در صورت عدم مدیریت مناسب، این فشار می‌تواند منجر به ایجاد شکاف‌هایی در نزدیکی مجموعه ضایعات نسبتاً قیراندودشده مدفون شود. با تغییر بافت قیراندود شده براثر تورم، هسته‌های پرتوزای به دام افتاده، براثر تماس با آب نشت کرده و وارد خاک می‌شود.

مقاومت یونی بالای محلول‌های غلیظ نمک نیز به انتقال هسته‌های پرتوزا به بستر رسی کمک می‌کند. وجود نیترات واکنش‌پذیر می‌تواند با ایجاد شرایط اکسیداسیون به واکنش اکسایش کاهشی در خاک کمک کرده و مانع کاهش هسته‌های پرتوزای حساس به این‌گونه واکنش‌ها شود. در ظرفیت‌های شیمیایی بالاتر، هسته‌های پرتوزای عناصری مانند سلنیوم، تکنتیوم، اورانیوم، نپتونیم و پلوتونیوم دارای قابلیت انحلال بیشتری بوده و اغلب به‌صورت آنیون‌های واکنشی در آب حضور دارند.

این موضوع، دفن ضایعات نسبتاً قیراندود شده را مشکل می‌سازد. قیرها انواع مختلفی دارند: قیر دمیده (که پس از تقطیر و در دمای بالا، مقداری با اکسیژن واکنش داده و سخت‌تر می‌شود) و قیری که از تقطیر مستقیم به دست می‌آید (نرم‌تر). قیرهای دمیده مانند مکسفالت که هیدروکربن‌های اشباع بیشتری دارند نسبت به قیری که از تقطیر مستقیم به‌دست‌آمده و هیدروکربن‌های اشباع کمتر و هیدروکربن‌های آروماتیک بیشتری دارد، در برابر میکروارگانیسم‌ها آسیب‌پذیرتر هستند. در حال حاضر، صنایع هسته‌ای و سازمان‌های مدیریت ضایعات، استفاده از روکش بتنی برای ضایعات رادیواکتیو را روش ایمن‌تری می‌دانند.

سایر کاربردها

پوشش پشت‌بام، قسمت اعظم مابقی مصرف قیر را تشکیل می‌دهد. از کاربردهای دیگر آن می‌توان به اسپری‌های مورداستفاده در صنعت گاوداری، عملیات پس از نصب فنس و نیز آب‌بندی محصولات اشاره کرد.

از قیر برای ساخت نوعی رنگ که بیشتر در آهن و فولاد به کار می‌رود استفاده می‌شود. هم‌چنین توسط برخی از شرکت‌های عرضه رنگ برای افزایش مقاومت در برابر هوازدگی، کارایی بهتر نقاشی یا جوهر و نیز برای تیره‌تر کردن رنگ‌ها، در رنگ نقاشی و جوهر مارکر مورداستفاده قرار می‌گیرد. از قیر برای درزگیری برخی از باتری‌های قلیایی در فرآیند تولید نیز استفاده می‌شود. تولید در سال 1984، حدود 40000000 تن قیر تولیدشده است.

این قیر به‌عنوان جزء سنگین (مقاوم به تقطیر) به دست می‌آید. ماده‌ای با نقطه‌جوش بیش از 500  را قیر یا همان آسفالت گویند که برای آسفالت کاری نیز بکار می شود. تقطیر خلأ، قیر را از سایر اجزای نفت خام (مانند نفت سفید، بنزین و سوخت دیزل) جدا می‌سازد. ماده حاصل، معمولاً برای استخراج مقادیر کم ولی باارزش روغن‌های صنعتی و نیز انطباق خصوصیات آن با کاربردهای موردنظر، تحت فرآوری بیشتری قرار می‌گیرد. در واحد قیر زدایی، قیر خام با استفاده از پروپان یا بوتان و در حالت فوق بحرانی و با هدف استخراج مولکول‌های سبک‌تر تصفیه‌شده و سپس عملیات جداسازی صورت می‌گیرد.

فرآورده حاصل را می‌توان با استفاده از دمیدن یعنی واکنش با اکسیژن بازهم فرآوری نمود. این مرحله، فرآورده را سخت‌تر کرده و ویسکوزیته آن را افزایش می‌دهد. قیر معمولاً در دمای 150  یا 302  ذخیره و حمل‌ونقل می‌شود. در برخی موارد، پیش از انتقال و برای حفظ روانی، سوخت دیزل یا نفت سفید را با قیر مخلوط می‌کنند. پس از رسیدن به مقصد، این مواد سبک از مخلوط جدا می‌شوند. این مخلوط را اغلب خوراک قیر یا FBS می‌گویند.

برخی از کامیون‌های کمپرسی به کمک لوله، خروجی اگزوز را به قسمت بار هدایت می‌کنند تا قیر گرم باقی بماند. هم‌چنین، پیش از بارگیری و برای کمک به تخلیه، در قسمت خروجی مخازن حمل قیر و برخی تجهیزات حمل از عامل رهاساز استفاده می‌شود. با توجه به مسائل زیست‌محیطی، دیگر از سوخت دیزل به‌عنوان رهاساز استفاده نمی‌شود.

ماسه‌های نفتی

قیر خامی که به‌طور طبیعی در سنگ‌های رسوبی نفوذ می‌کند خوراک اصلی تولید نفت خام از ماسه‌های نفتی است. این روش در حال حاضر در آلبرتای کانادا درحال‌توسعه است. کانادا بیشترین ذخایر قیر طبیعی جهان را در منطقه‌ای به وسعت 140000 کیلومترمربع (ناحیه‌ای وسیع‌تر از انگلستان) در اختیار داشته و بدین ترتیب دومین ذخایر نفتی اثبات‌شده جهان را دارد.

ماسه‌های نفتی آتاباسکا بزرگ‌ترین و تنها منبع قیر کانادا است که استخراج سطحی آن امکان‌پذیر می‌باشد. هرچند پیشرفت‌های اخیر در حوزه فن‌آوری باعث شده است بهره‌برداری از منابع عمیق‌تر نیز با استفاده از روش‌های درجا میسر گردد ولی از سال 2014 به علت کاهش تولید، ساخت پالایشگاه‌های جدید مجدداً غیراقتصادی شده است.

تا سال 2014، ظرفیت تولید قیر خام کانادا به حدود 3/2 میلیون بشکه (370000 متر) در روز رسیده بود و بر اساس پیش‌بینی‌ها تا سال 2020 این ظرفیت به 4/4 میلیون بشکه در روز می‌رسید. مقدار قیر خام قابل‌استخراج آلبرتا حدود 310 میلیارد بشکه (50*10 متر) برآورد می‌شود که با در نظر گرفتن میزان تولید 4400000 بشکه (700000 متر در روز) حدود 200 سال به طول خواهد انجامید.

مواد جایگزین و بیوآسفالت

آسفالت را می‌توان از منابع تجدید پذیر و با پایه غیرنفتی که ازنظر اقتصادی قابل‌رقابت نیستند مانند شکر، شیره قند، برنج و هیدروکربن‌های ذرت و سیب‌زمینی نیز تولید نمود. آسفالت را می‌توان از مواد ضایعاتی و تقطیر جزءبه‌جزء روغن‌موتور کارکرده که از طریق سوزاندن و یا تخلیه در مراکز دفن زباله از بین می‌رود نیز تولید نمود.

استفاده از روغن‌موتور می‌تواند منجر به بروز ترک‌های زودهنگام در آب‌وهوای سرد شود که این امر باعث افزایش دفعات مرمت روکش آسفالتی و آسفالت کاری خواهد شد. بیندرهای قیری با پایه غیرنفتی را می‌توان بارنگ روشن‌تر نیز تولید نمود. جاده‌های کم‌رنگ، حرارت کم‌تری از تابش خورشید جذب کرده و بدین ترتیب سهم آن‌ها در گرمایش شهری کاهش می‌یابد. پارکینگ‌هایی که در آن‌ها از قیرهای جایگزین استفاده می‌شود را پارکینگ‌های سبز می‌گویند.    

منابع آلبانی

سلنیزا قیر هیدروکربنی جامد و طبیعی است که در معادن سلنیس آلبانی یافت می‌شود. این معدن، تنها معدن قیر فعال در اروپا به شمار می‌آید. قیر به‌صورت رگه‌هایی که شکاف‌های کم‌وبیش افقی را پر می‌کند یافت می‌شود. مقدار قیر از 83% تا 92% متغیر (قابل‌حل در سولفید کربن) و میزان نفوذ آن نزدیک به صفر بوده و نقطه نرم شدگی (آزمایش حلقه و گلوله) نیز حدود 120 است.

مقدار مواد نامحلول که عمدتاً از سنگ معدن سیلیکا تشکیل می‌شود نیز از 8 تا 17% متغیر است. استخراج قیر آلبانی سابقه‌ای طولانی داشته و رومی‌ها به‌گونه‌ای سازمان‌یافته از آن بهره‌برداری می‌کردند. پس از قرن‌ها سکوت، اولین زمزمه‌ها درباره قیر آلبانی در سال 1868 و زمانی که کوکاند فرانسوی، اولین توصیفات زمین‌شناسی از قیر آلبانی را منتشر کرد شکل گرفت. در سال 1875، حقوق بهره‌برداری این معدن به دولت عثمانی واگذار و در سال 1912 به شرکت ایتالیایی سیمسا انتقال یافت. پس از سال 1945، این معدن توسط دولت آلبانی مورد بهره‌برداری قرار می‌گرفت و از سال 2001 تاکنون، مدیریت معدن به یک شرکت فرانسوی واگذارشده است که فرآیند استخراج برای تولید قیر طبیعی در مقیاس صنعتی را سازمان‌دهی می‌کند.

امروزه، این معدن غالباً به‌صورت گودال‌های باز بهره‌برداری می‌شود ولی تعدادی از معادن زیرزمینی (عمیق و با امتداد چندین کیلومتری) نیز هم چنان قابل‌استفاده هستند. سلنیزا، پس از ذوب قطعات قیری خاص معدن، غالباً به‌صورت دانه‌ای تولید می‌شود. از سلنیزا معمولاً به‌صورت یک ماده افزودنی در حوزه راه‌سازی استفاده می‌شود. این ماده با قیر معمولی ترکیب می‌شود تا خواص ویسکوز و مقاومت در برابر کهنگی بهبود یابد.

هم‌چنین می‌توان این ماده را برای آسفالت کاری در مخازنی با آسفالت داغ نیز ترکیب نمود. شکل دانه‌ای، امکان به‌کارگیری آن در میکسر یا در چرخه بازیافت کارخانه‌های عادی تولید قیر را میسر ساخته است. از کاربردهای دیگر آن می‌توان به تولید آسفالت‌های ماستیک برای پیاده‌روها، پل‌ها، پارکینگ خودروها، معابر شهری و نیز مایع مورداستفاده در حفاری‌های صنعت نفت و گاز اشاره کرد.

سلنیزا به‌صورت پودر یا دانه‌ای تولید و در گونی یا کیسه‌هایی از جنس پلی‌اتیلن حساس به گرما بسته‌بندی می‌شود. ارزیابی و مقایسه چرخه حیات سلنزای طبیعی در مقایسه با قیر نفتی نشان می‌دهد تأثیرات زیست‌محیطی سلنزا ازنظر تولید گاز کربن دی‌اکسید حدود نصف تأثیرات زیست‌محیطی حاصل از قیر تولیدشده در پالایشگاه‌های نفت است.

بهداشت و ایمنی

هنگام کار با آسفالت و آسفالت کاری در محل کار، امکان استنشاق بخار و یا جذب آن از طریق پوست وجود دارد. موسسه ملی بهداشت و ایمنی حرفه‌ای (NIOSH) حداکثر مقدار مجاز را 5 میلی‌گرم بر متر در یک بازه 15 دقیقه‌ای توصیه کرده است.

قیر، اصولاً یک ماده ساکن بوده که بایستی از طریق حرارت و یا رقیق‌سازی به ماده‌ای روان تبدیل شود تا برای تولید مواد جهت به‌کارگیری در آسفالت کاری خیابان، پشت‌بام و سایر کاربردهای آن قابل‌استفاده باشد. آژانس بین‌المللی تحقیقات سرطان (IARC) با بررسی تأثیرات قیر بر سلامتی انسان، اعلام کرد پارامترهای مربوط به کاربرد قیر به‌خصوص دما، عامل اصلی تأثیرگذار هنگام کار با این ماده و خطر/ احتمال سرطان‌زایی تشعشعات قیر است. به‌خصوص، در دماهای بیشتر از 199 (390 ) در مقایسه با دماهای کمتر، مانند زمان تولید و پخش روکش آسفالتی خیابان، خطر تشعشعات افزایش می‌یابد. آژانس بین‌الملل تحقیقات سرطان، قیر را ازنظر سرطان‌زایی در رده 2 B قرار داده است.