基于红外光谱对沥青的研究

基于红外光谱对沥青的研究

发表时间：2019-09-21T23:21:20.093Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：高宾[导读] 摘要：近年来，随着公路工程的迅速发展，沥青供应市场也愈发的混杂，需要对沥青质量沥青进行进一步地质量控制。山东建筑大学 250101摘要：近年来，随着公路工程的迅速发展，沥青供应市场也愈发的混杂，需要对沥青质量沥青进行进一步地质量控制。对于基质沥青，文章通过建立基质沥青的谱图库根据相似度的大小来准确地严格控制基质沥青的品牌，建立基质沥青的老化模型实现了对基质沥青老化程度的辨别。对于改性沥青建立了标准曲线实现了对改性剂掺量的真实检测。文章基于红外试验对沥青在微观上实现了严格控制。

关键词：基质沥青；改性沥青；相似度；标准曲线；质量控制目前，沥青供应市场混乱，进入山东省沥青市场的厂家（品牌）较多，炼制沥青油源多样，沥青代理商众多，存在鱼目混珠、以次充好（以B级沥青代替A级沥青、对达不到规范要求的沥青进行弱改性后作为基质沥青使用、以国内沥青充当进口沥青使用、运输过程随意调换沥青品牌和混兑）等诸多问题，给公路建设的质量和安全带来了诸多隐患[1]。造成公路沥青路面早期损害的同时，增加了后期养护费用。因此，控制好沥青质量具有重要意义。传统试验依赖试验人员的专业水平和仪器设备的准确性，耗时较长，稳定性较差[3]。如今，道路工作者发现无论是基质沥青还是SBS 改性沥青三大指标都满足规范要求，但是越来越接近规范控制下限，沥青在日后的抗老化性能中表现较差，短时间内即出现老化、开裂、坑槽、车辙等病害，严重影响了行车的安全性和舒适性。不同物质对红外辐射吸收频率不同，形成的谱带位置也不同，因此，不同的官能团，都具有特征红外吸收峰，称为指纹区[4]。通过对比所测未知沥青样品的谱图和品牌沥青样品吸收峰的重合度，判定沥青是否有异常。鉴于此，本课题开展基于红外光谱法的沥青质量控制方法，对沥青质量控制提出迅速、有效的试验手段，以建立一套系统完整的沥青质量快速控制方法和体系，提高我省公路路面施工质量，延长路面使用寿命。

一、研究目的、意义和国内外发展概况（一）研究目的和意义利用红外光谱法，对常用基质沥青、改性沥青和改性剂进行图谱分析，提出基质沥青稳定性、聚合物改性沥青中SBS改性剂掺量检测和聚合物改性乳化沥青中SBS改性剂含量检测快速方法；确定各种类型改性沥青（不同型号基质沥青与不同型号SBS改性剂组合确定不同型号的标准曲线）所对应的通用曲线，探讨改性剂掺量盲样检测的可行性。研究成果可以实现对基质沥青和改性（乳化）沥青的快速评价，保证沥青质量，对提高路面工程质量和耐久性具有重要的意义。（二）国内外发展现状目前研究主要集中在改性沥青中SBS改性剂含量的检测技术，主要有红外光谱法、荧光显微图像分析技术法、凝胶渗透色谱法、化学滴定法、布氏旋转粘度法和热失重法等。近年来，采用红外光谱法来分析基质沥青和改性沥青对红外光的吸收状况，并用于定量分析高聚物在沥青中含量的研究比较多。Youssef-Azoury,Jean N的研究表明随沥青中SBS含量的增加，在特定的波数650～1100cm-1之间红外光谱的吸光度增大；Masson等采用红外光谱研究二硫化碳溶解的SBS改性沥青，并定量分析沥青中SBS的含量情况。杨荣臻、肖鹏等，揭示了SBS改性沥青的共混机理[6]。李炜光等采用傅立叶红外光谱仪对多种基质沥青和SBS改性沥青进行了研究，结果说明可以采用红外光谱法测定SBS中反式丁二烯来确定改性剂掺量[7]；王丽红针对道路以及防水工程施工过程中的需要快速准确确定改性沥青中SBS含量的问题，建立一种新的快速确定SBS含量的化学分析方法，结果表明：新分析方法能完全提取改性沥青中的SBS，且提取的SBS纯度高，检测精度满足实际应用要求[8]。浙江省质量技术监督局发布的《改性沥青中SBS含量的测定-红外光谱法》（DB 33/T 989-2015）。该标准主要适用于红外光谱法测定改性沥青中SBS含量[9]。总的来说，红外光谱法用于改性沥青中SBS含量的检测，尚处于起步阶段，还有许多问题需要深入研究。肖云等采用落射荧光显微镜对SBS与沥青的共混过程进行连续观测并对共混物进行试验分析，发现SBS的微观分散状态与宏观力学性能(如软化点、粘度、延度)之间有对应关系，并建立与其宏观性能指标之间的联系，可作为改性沥青加工以及质量控制的辅助方法[11]。耿九光等采用凝胶渗透色谱（GPC）分析方法研究改性沥青中SBS交联结构及其稳定性。目前凝胶渗透色谱法仅能够反映出SBS的大致含量，测定出来的含量比实际含量低，而且含量越高，绝对误差越大[12]。王丽红等采用化学分离的方法测定改性沥青中SBS含量，但化学滴定方法通过纯化学手段进行分析，接触挥发性有害溶剂比较多，且操作周期比较长，人为误差大，导致不能实现改性沥青中SBS含量的高精度快速准确测定[13]。综上所述，目前的研究不够深入，影响因素也较多，导致这些方法的精度难以保证，不能实现改性沥青中SBS含量的高精度快速测定。因此，结合山东地区实际情况，进一步研究完善适合本地区的沥青质量评价方法显得尤为重要。

二、目前研究方向（1）利用红外光谱法对基质沥青、改性沥青、改性剂进行图谱分析。（2）提出基质沥青稳定性评价试验方法（3）提出聚合物改性沥青中SBS改性剂掺量检测试验方法。（4）不同品牌基质沥青和不同品牌SBS改性剂对SBS掺量检测的影响分析。（5）探讨SBS改性沥青盲样检测的可行性。目前SBS改性剂掺量的检测主要是根据生产所用SBS改性剂和基质沥青根据不同掺量制作出标准曲线，然后进行试样检测。由于在改性沥青生产过程中不同批次改性剂和基质沥青会对检测结果产生影响，因此可以通过大量试验确定通用的标准曲线（不同型号基质沥青与不同型号SBS改性剂组合确定不同型号的标准曲线），找出SBS改性剂和基质沥青的变化对检测结果误差的影响范围，如果误差在一个比较小的范围内（如±0.3%范围内），可以不用修正标准曲线直接进行来样检测（只需知道基质沥青和改性剂型号，无需再做标准曲线）。（6）探讨利用红外光谱法检测复合改性沥青质量的稳定性。由于复合改性沥青是由一种或多种材料复合而成，质量更加难以控制，因此可以考虑通过红外光谱法（图谱的波动）来判断复合改性沥青的稳定性，发现异常即可对该沥青进行进一步常规质量检测，判断是否满足规范或设计要求。参考文献：