سیستم درجه بندی نفوذ در اوایل دهه 1900 برای مشخص کردن قوام آسفالت های نیمه جامد توسعه یافت. قیر با درجه نفوذ، قیر پالایشگاهی است که در ویسکوزیته‌های مختلف تولید می‌شود و قیر استانداردی است که معمولاً به عنوان قیر روسازی ضروری برای راه‌سازی و تولید روسازی‌های آسفالتی با خواص برتر استفاده می‌شود. آزمایش نفوذ برای مشخص کردن قیر بر اساس سختی انجام می شود. بنابراین نام قیر نفوذی را دارد.
فرض اصلی درجه‌بندی نفوذ این است که هرچه آسفالت چسبناک‌تر باشد، سوزن عمیق‌تر نفوذ می‌کند. قیرهایی که طی فرآیند اکسیداسیون کف خلاء (خوراک قیر تولیدی که از بقایای برج تقطیر در پالایشگاه های نفت خلاء حاصل می شود) در واحد تولید قیر بر اساس نقطه نفوذ آن طبقه بندی می شود. نمرات نفوذ به عنوان طیفی از واحدهای نفوذ (یک واحد نفوذ = 0.1 میلی متر) مانند 60/70 ذکر شده است. درجه بندی قیر به ارزیابی مناسب بودن آن در شرایط اقلیمی و انواع مختلف ساختمان کمک می کند. در مناطق گرمتر، درجه نفوذ کمتر برای جلوگیری از نرم شدن ترجیح داده می شود، در حالی که نمرات نفوذ بالاتر مانند 120/150 در مناطق سردتر برای جلوگیری از وقوع شکنندگی بیش از حد استفاده می شود. نمرات نفوذ مشخص شده در AASHTO M 20 و ASTM D 946 در جدول زیر آمده است.

• قیر 80/100: ویژگی های این گرید موید گرید S 90 IS-73-1992 است. این برای جاده های کم حجم مناسب است و هنوز هم به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می شود. به دلیل نقطه دمش و نفوذ نسبتا کم هوا در مناطق سردسیر مورد استفاده قرار می گیرد.

• قیر 60/70: این عیار سخت تر از 80/100 است و می تواند بارهای ترافیکی بیشتری را تحمل کند. ویژگی های این درجه با درجه S 65 IS-73-1992 تأیید می شود. قیر 60/70، یعنی نفوذ بین dm 60 (دسی متر) تا 70 dm است، یعنی سوزن به نمونه قیر حداقل dm 60 و حداکثر dm 70 نفوذ می کند. در حال حاضر عمدتاً در ساخت و ساز بزرگراه ها استفاده می شود. قیر 60/70 یکی از پرمصرف ترین گریدهای قیر است و یک ماده اساسی برای سایر محصولات قیر می باشد. در مناطق خفیف استفاده می شود.

• قیر 40/50: درجه نفوذ قیر 40/50 به این معنی است که مقدار نفوذ در شرایط آزمایش استاندارد که معمولاً به عنوان درجه روسازی استفاده می شود در محدوده 40 تا 50 است. قیر درجه نفوذ 40/50 قیر با درجه نفوذ نیمه سخت مناسب برای راهسازی و تعمیر است. این درجه از قیر عمدتاً در ساخت آسفالت گرم برای پایه ها و دوره های پوشیدن استفاده می شود.

• قیر 30/40: این قیر از همه درجه ها سخت ترین است و می تواند بارهای ترافیکی بسیار سنگین را تحمل کند. ویژگی های این درجه با درجه S 35 IS-73-1992 تأیید می شود. قیر 30/40 در کاربردهای تخصصی مانند باند فرودگاه و همچنین در جاده های با حجم ترافیک بسیار سنگین در شهرهای ساحلی استفاده می شود.

کات بک مایعی با جریان آزاد در دمای معمولی است و از روان کردن قیر با حلال های مناسب به دست می آید. ویسکوزیته قیر با افزودن نفت سفید یا هر حلال دیگری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. قیر کات بک با کاهش ویسکوزیته و قیر معمولی با افزودن حلال عمدتاً نفتی ساخته می شود. برای استفاده در پانسمان های سطحی، برخی از انواع قیر ماکادام و تثبیت خاک- قیر، داشتن یک چسب سیال که در دماهای پایین نسبتاً قابل مخلوط شدن باشد، ضروری است. بنابراین برای افزایش سیالیت بایندر قیری در دماهای پایین، بایندر با یک حلال فرار مخلوط می‌شود. پس از استفاده از مخلوط برش در کارهای ساختمانی، مواد فرار تبخیر می شوند و کات بک خاصیت اتصال را ایجاد می کند. ویسکوزیته کاهش و سرعت سخت شدن آن در جاده بستگی به ویژگی ها و کمیت قیر و روغن فرار مورد استفاده به عنوان رقیق کننده دارد. قیر کاتبک به این دلیل استفاده می شود که ویسکوزیته آن کمتر از آسفالت تمیز است و بنابراین می توان از آن در کاربردهای با دمای پایین استفاده کرد. قیر کات بک را می توان برای ساخت و نگهداری جاده های قیری در هوای سرد استفاده کرد.
کات بک ها بر اساس مدت زمانی که طول می کشد تا خشک شوند یا به دلیل تبخیر رقیق کننده جامد شوند، طبقه بندی می شوند. طبقه بندی ها عبارتند از: پخت سریع (RC)، پخت متوسط (MC) یا پخت آهسته (SC). رفتار کاهش با توجه به نوع کاتر یا شار مورد استفاده به عنوان رقیق کننده با وایت اسپریت که معمولاً برای گریدهای RC، نفت سفید برای MC و دیزل برای SC استفاده می شود، متفاوت است. یک حلال با پخت سریع (RC) سریعتر از یک حلال با پخت متوسط (MC) تبخیر می شود، که به نوبه خود سریعتر از یک حلال با پخت آهسته (SC) پخت می شود.
استانداردهای کات بک قیر به شرح زیر است:
– ASTM D 2026، D 2027 و D 2028 برای کاهش پخت آهسته، متوسط و سریع
– AASHTO M 81, M 82 برای کاهش سریع و متوسط پخت
– EN 15522 Cutback and Fluxed Bituminous Binder

قیرهای کاتبک به طور کلی بسته به فرار بودن حلال اضافه شده به سه گروه تقسیم می شوند:

پخت آهسته (SC-30، SC-70، SC-250، SC-800، SC-3000)، که اغلب «روغن‌های جاده» نامیده می‌شوند، معمولاً مواد باقی‌مانده‌ای هستند که از تقطیر جزئی برخی از نفت خام تولید می‌شوند. به طور سنتی از هر نوع روغن معطر، نفتنیک و پارافینیک استفاده می شود. مواد قیر مایع آهسته کیورینگ را می توان با مخلوط کردن قیر با کسر نفت روغنی تهیه کرد.

پخت متوسط (MC-70، MC-250، MC-800، MC-3000)، ترکیبی از قیر با هیدروکربن های سبک تر مانند نفت سفید هستند.

پخت سریع (RC-30، RC-70، RC-250، RC-800، RC-3000)، با یک رقیق کننده سبک و با تبخیر سریع مانند نفتا یا بنزین تهیه می شوند.

در اوایل دهه 1960، یک سیستم درجه بندی قیر (آسفالت) بهبود یافته توسعه یافت که دارای یک تست ویسکوزیته علمی منطقی بود. این آزمایش علمی جایگزین تست نفوذ تجربی به عنوان مشخصه‌بندی کلیدی بایندر قیر شد. درجه بندی ویسکوزیته ویژگی های قیر زیر را کمیت می کند:

– ویسکوزیته در 60 درجه سانتی گراد (140 درجه فارنهایت)
– ویسکوزیته در 135 درجه سانتی گراد (275 درجه فارنهایت)
- عمق نفوذ یک سوزن 100 گرمی به مدت 5 ثانیه در دمای 25 درجه سانتی گراد (77 درجه فارنهایت) اعمال می شود.
- دمای نقطه اشتعال
- شکل پذیری در 25 درجه سانتی گراد (77 درجه فارنهایت)
– حلالیت در تری کلرواتیلن
– تست آون لایه نازک (اثرات پیری کوتاه مدت را در بر می گیرد):
– ویسکوزیته در 60 درجه سانتی گراد (140 درجه فارنهایت)
- شکل پذیری در دمای 25 درجه سانتی گراد (77 درجه فارنهایت)

درجات ویسکوزیته قیرها بر اساس درجه بندی ویسکوزیته (درجه سیالیت) دسته بندی می شوند. هر چه عیار بالاتر باشد، قیر سفت تر است. در درجه ویسکوزیته، تست های ویسکوزیته در دمای 60 درجه سانتی گراد و 135 درجه سانتی گراد انجام می شود که به ترتیب نشان دهنده دمای سطح جاده در طول تابستان و دمای اختلاط است. نفوذ در 25 درجه سانتی گراد، که میانگین دمای سالانه روسازی است، نیز در مشخصات حفظ شده است.
استانداردهای قیر درجه ویسکوزیته به شرح زیر است:
– AASHTO M 226
– ASTM D 3381
– IS73:2013

نمرات جدید مبتنی بر استاندارد S73:2013 بنابراین با نامگذاری تکامل یافته اند:

قیر VG-10: VG-10 بیشتر در کاربردهای سمپاشی مانند پوشش سطحی و سنگ فرش در آب و هوای بسیار سرد به جای قیر با نفوذ 80/100 استفاده می شود. همچنین برای تولید امولسیون قیر و محصولات قیر اصلاح شده استفاده می شود.

قیر VG-20: VG-20 برای سنگفرش در مناطق سردسیر و مناطق مرتفع استفاده می شود.

قیر VG-30: VG-30 به ویژه برای ساخت روسازی های قیر بسیار سنگین که نیاز به تحمل بارهای ترافیکی قابل توجهی دارند استفاده می شود. می توان از آن به جای قیر با نفوذ 60/70 استفاده کرد.

قیر VG-40: VG-40 به جای درجه نفوذ 30/40 در مناطق بسیار پر استرس مانند تقاطع ها، نزدیک باجه های عوارضی و پارکینگ کامیون ها استفاده می شود. به دلیل ویسکوزیته بالاتر، مخلوط های قیر سفت تر را می توان برای اصلاح مقاومت در برابر فشار و سایر مشکلات مربوط به دمای بالاتر و بارهای ترافیکی سنگین تولید کرد.

امولسیون قیر مایعی با جریان آزاد در دمای محیط است و از دو مایع غیرقابل اختلاط قیر و آب تشکیل شده است که توسط یک جزء سوم یعنی امولسیفایر تثبیت می شود. قیر در طول فاز آبی پیوسته به شکل قطرات مجزا به قطر 0.5 تا 5 میکرون پراکنده می شود که توسط بارهای الکترواستاتیکی به حالت تعلیق در می آیند. پراکندگی با فرآوری قیر و آب در شرایط کنترل شده از طریق آسیاب کلوئیدی همراه با افزودنی های انتخابی به دست می آید.
محتوای قیر می تواند برای مطابقت با نیازهای مختلف متفاوت باشد و معمولاً بین 30% و 70% است. هدف اولیه از امولسیون کردن قیر، به دست آوردن محصولی است که می تواند بدون گرمایشی که معمولاً در هنگام استفاده از قیرهای کاتبک و درجه سنگ فرش مورد نیاز است، استفاده شود. استفاده از امولسیفایرهای با کیفیت مناسب برای اطمینان از پایداری امولسیون در طول زمان و همچنین شکستن و سفت شدن آن هنگام اعمال بر روی سنگدانه ها / سطح جاده ضروری است. این مایع قهوه ای شکلاتی بدون جریان در دمای اتاق است.
امولسیون های قیر باید بر اساس بار یونی خود به دو دسته کاتیونی یا آنیونی طبقه بندی شوند. از آنجایی که امولسیون های قیر آب به طور فشرده به عنوان ماده اتصال دهنده و تشکیل دهنده فیلم در ساخت و ساز استفاده می شود، از دو نوع امولسیون کننده آنیونی و کاتیونی استفاده می شود. امولسیون های قیر آنیونی به طور کلی در راه سازی استفاده نمی شوند زیرا سنگدانه های سیلیسی عموماً در راه سازی استفاده می شود. امولسیون های قیر آنیونی عملکرد خوبی با سیلیسی ندارند در حالی که امولسیون های قیر کاتیونی عملکرد خوبی با این سنگدانه ها دارند.
امولسیون های کاتیونی به دلیل بار مثبت سنگدانه ها را با کارایی بیشتری می پوشانند و بنابراین خاصیت چسبندگی بهتری دارند. امولسیون کاتیونی هم بیشتر مورد علاقه است و هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. امولسیون های کاتیونی با "C" شروع می شوند اگر C وجود نداشته باشد، امولسیون معمولا آنیونی است. شارژ هنگام طراحی امولسیون برای سازگاری با مصالح خاص مهم است. مجموعه بعدی مشخصات توضیح می دهد که یک امولسیون با چه سرعتی تنظیم یا ادغام می شود. RS (تنظیم سریع)، MS (تنظیم متوسط)، SS (تنظیم آهسته)، و QS (تنظیم سریع) درجه‌های تنظیم هستند.
امولسیون های قیر دارای ویسکوزیته پایینی هستند و می توانند در دمای محیط کار کنند، که آنها را برای استفاده در روسازی و روسازی جاده ایده آل می کند.
استانداردهای قیر امولسیونی به شرح زیر است:
– امولسیون های آنیونی ایالات متحده: ASTM D 977 و AASHTO M 140
– امولسیون کاتیونی ایالات متحده: ASTM D 2397 و AASHTO M 208
– اروپا: چارچوب هماهنگ استاندارد EN 13808

گریدهای اصلی امولسیون های قیر به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

امولسیون قیر CSS-1: CSS-1 یک امولسیون قیر کاتیونی با تنظیم آهسته است که برای استفاده به عنوان پوشش چسبنده، تثبیت پایه، آب بندی مه، کنترل گرد و غبار و کاربردهای ویژه طراحی شده است. امولسیون های قیر کاتیونی CSS-1 دارای بار مثبت هستند و از این رو واکنش مستقیم و بسیار سریع بین امولسیون و سنگدانه یا روسازی امکان پذیر است. امولسیون های CSS-1 برای اهداف مختلفی استفاده می شوند. امولسیون‌های آهسته‌گیر پایدارترین امولسیون‌ها هستند و عموماً می‌توانند با آب رقیق شوند و با پرکننده‌های معدنی و مصالح مخلوط شوند.

امولسیون قیر CMS-2: CMS-2 یک امولسیون آسفالتی مبتنی بر آب کاتیونی متوسط برای استفاده در مخلوط های سرد و گرم آسفالت و سنگدانه ها، تثبیت پایه و احیای عمق کامل است. CMS-2 را می توان به صورت سرد یا گرم در یک کارخانه مرکزی، با یک آسیاب پاگمیل قابل حمل در محل کار یا در محل در جاده مخلوط کرد. مواد مخلوط ممکن است فورا مورد استفاده قرار گیرد یا برای استفاده بعدی ذخیره شود. ممکن است با یک سنگفرش قرار داده شود یا با یک تیغه یا ریکلیمر روی روسازی کار شود.

امولسیون قیر CRS-2: CRS-2 یک آسفالت امولسیون شده بر پایه آب کاتیونی است که برای استفاده به عنوان چسب قیری برای آب بندی تراشه ها طراحی شده است. به صورت عمده عرضه می شود. امولسیون های CRS-2 باید با توزیع کننده هایی که به خوبی کالیبره شده اند اعمال شوند. نازل های توزیع کننده و نوار اسپری باید اندازه و تنظیم شوند تا میزان شات مورد نظر را ارائه دهند. میزان شات باید توسط طرح مهر و موم تراشه آزمایشگاهی با مصالح پروژه و شرایط روسازی موجود تعیین شود. هنگامی که دمای هوا زیر 60 درجه فارنهایت است و در حال کاهش است، CRS-2 نباید اعمال شود. امولسیون مبتنی بر آب نباید در معرض دمای انجماد یا گرمای بیش از حد قرار گیرد. امولسیون یک سیستم شیمیایی تثبیت شده است، بنابراین باید مراقب بود که تعادل شیمیایی با آلودگی توسط مواد شیمیایی، قرار گرفتن بیش از حد در معرض هوا یا شرایط نامساعد مکانیکی یا حرارتی به هم نخورد.

قیر پالایشگاه با وارد کردن هوای فرآوری شده بیشتر تصفیه می شود. این به ما قیر اکسید شده می دهد که به عنوان قیر دمیده نیز شناخته می شود. در این فرآیند با حفظ دمای کنترل شده، هوای گرم با دمای 200 تا 300 درجه سانتیگراد از طریق لوله سوراخ دار به محفظه ای حاوی قیر دمیده شده، هوا تحت فشار به قیر نرم وارد می شود. این فرآیند به قیر خواص لاستیکی بیشتری نسبت به فرمول اصلی خود می دهد و به سادگی قیر سخت تری هستند. دمیدن هوا در مخلوط قیر، ویسکوزیته بالاتر و مقاومت بیشتری در برابر نرم شدن (به ویژه برای کاربردهای جاده ای) و فرآیندهای ثانویه شامل افزودنی های خاص توسعه یافته یا امولسیون کردن با آب به آن می دهد. امروزه تولیدکنندگان بزرگ آسفالت از این افزودنی ها در تولید خود استفاده می کنند تا عملکرد بهتری برای نتیجه نهایی داشته باشند. این مخلوط سخت تر دارای انعطاف پذیری و حساسیت دمایی کمتری است.
قیر اکسید شده دارای درجه نرمی بالاتر و حساسیت کمتری نسبت به تغییرات دما است. از این نوع قیر برای ساخت ورق سقف، لاستیک خودرو و آستر استفاده می شود. آسفالت اکسید شده معمولاً در عملیات سقف‌سازی، پوشش لوله‌ها، آب‌بندی برای روسازی‌های بتن سیمان پرتلند، کاربردهای هیدرولیکی و ساخت رنگ‌ها استفاده می‌شود. قیر درجه دمیده به طور گسترده ای به عنوان یک ترکیب لایه ضد لغزش در صنعت شمع بندی، برای ساخت نمدهای سقف، برای نمدهای مرطوب کننده صدا و درزگیر زیر کالسکه در صنعت خودروسازی، حفاظت از اتصالات کابل برق، ترکیب پرکننده مفصل، ترکیب درزگیر و بسیاری دیگر.
قیر اکسید شده را می توان در یک کیسه پلاستیکی، کیسه صنایع دستی و همچنین در درام بسته بندی کرد و می توان آن را به صورت گرم در تانکر فله تحویل داد. قیر اکسید شده (قیر درجه دمیده) باید به قطعات کوچک شکسته و به آرامی تا دمای کاربرد 220 درجه سانتیگراد تا 230 درجه سانتیگراد حرارت داده شود.
قیر اکسید شده نمادین R است. به عنوان مثال قیر R 80/25 به معنای قیر دمیده با درجه نرمی 80 درجه سانتیگراد و درجه نفوذ 25 است. قیر اکسید شده در گریدهای مختلفی تولید می شود از جمله:

• قیر اکسید شده 150/5
• قیر اکسید شده 115/15
• قیر اکسید شده 105/35
• قیر اکسید شده 95/25
• قیر اکسید شده 90/40
• قیر اکسید شده 90/10
• قیر اکسید شده 90/15
• قیر اکسید شده 85/25
• قیر اکسید شده 85/40
• قیر اکسید شده 85/25
• قیر اکسید شده 75/25

معمولا قیر در بشکه های فولادی جدید بسته بندی و صادر می شود. ظرفیت قیر درام از 150 کیلوگرم تا 200 کیلوگرم متغیر است. متداول ترین ظرفیت بسته بندی درام توسط تقریباً تمام مصرف کنندگان قیر در جهان 180 کیلوگرم است.
درام های 180 کیلوگرمی بیشتر توسط مصرف کنندگان قیر استفاده می شود زیرا بیشترین سود را برای آنها دارد. واردکنندگان قیر می توانند با استفاده از بشکه های 180 کیلوگرمی در هزینه ها صرفه جویی کنند. حوزه‌های صرفه‌جویی به هزینه‌های تولید درام، هزینه‌های حمل و نقل و حمل و نقل مرتبط است، اما محدود به آن نیست.
بیتوبگ ها و جامبو بگ ها می توانند جایگزینی مقرون به صرفه برای درام های قیر باشند. کیسه های قیفی می توانند در دو نوع 1000 کیلوگرمی و 300 کیلوگرمی باشند

این کیسه های 300 کیلوگرمی حاوی یک پوشش دو لایه است که اولی پاره می شود و دومی در تانکر مقصد (مخزن) می سوزد و ذوب می شود.

اکثریت قریب به اتفاق قیر توسط صنعت ساختمان استفاده می شود و عمدتاً در کاربردهای سنگ فرش و سقف استفاده می شود. 85% تمام قیر به عنوان چسب در آسفالت جاده ها، باند فرودگاه ها، پارکینگ ها و مسیرهای پیاده روی استفاده می شود. شن و سنگ خرد شده با قیر غلیظ مخلوط می شوند و آن را با هم نگه می دارند و سپس روی جاده ها اعمال می کنند.

ویژگی های عالی ضد آب و رفتار ترموپلاستیک آن را برای طیف گسترده ای از کاربردها ایده آل می کند. در دماهای بالا (معمولاً بین 100 تا 2008 درجه سانتیگراد) مانند یک مایع چسبناک عمل می کند و می تواند با سایر اجزاء مخلوط شود و در صورت لزوم دستکاری و شکل بگیرد. پس از خنک شدن، یک جامد بی اثر است که بادوام و آبگریز است (آب را دفع می کند).

10% از قیر مورد استفاده در سراسر جهان در صنعت سقف سازی استفاده می شود زیرا کیفیت ضد آب بودن آن به عملکرد خوب سقف ها کمک می کند. قیر 5% برای مقاصد آب بندی و عایق کاری در مصالح ساختمانی مختلف از جمله پشت کاشی فرش و رنگ استفاده می شود.

علاوه بر این مصارف اصلی، قیر مصارف جزئی زیادی نیز دارد. نمونه های دیگر عبارتند از عایق صدا، مواد منفجره، محافظت در برابر کپک، چسب در بریکت، پشتیبان آینه، زیره کفش، پوشش پست نرده و تثبیت خاک.