“十四五”规划提出,我国需要建设现代化综合交通运输体系,提升城市圈的交通一体化进程。截至2021年底,中国公路桥梁的数量已达到528.07万km,较2020年增加约8.26万km。我国公路建设规模日益扩大、通行量有增无减的趋势,要求公路建设材料要有良好的耐久性及高强的性能。沥青作为一种****的石油资源,资源短缺且价格日益昂贵。很多商家为了谋取利益的*大化,选择掺入其他添加剂,以次充好,短期内可提高沥青样品的力学性能,但长期使用会影响沥青路面的耐久性能。为了避免和预防因沥青质量问题而出现的路面病害,对沥青的现场质量检测是十分有必要的。
傅里叶红外光谱作为“沥青的指纹”,被广泛应用于沥青组成和各组分含量的现场检测中。当红外射线照在沥青上,会引起沥青中分子的振动,不同频率的光由不同的基团吸收,形成了红外吸收光谱。
沥青的主要组分为烃类、羰基化合物和其他有机含氧化合物。沥青样品质量若存在差异,红外吸收峰位置基本一致,大部分情况也不会出现新的特征峰。而针对SBS改性剂,不管是星型、线型,由于其主要成分基本相同,因此特征峰的位置基本一致。以基质沥青和SBS沥青为例,沥青红外光谱中不同波数对应的化学官能团特征峰如表1和表2所示。
SBS改性沥青的红外光谱图与基质沥青、SBS改性剂叠加的光谱图效果类似,其中966cm-1及1377cm-1处特征峰基本保持一致。因此,可以认为SBS改性沥青的红外谱图可以等效为基质沥青图与SBS改性剂图的叠加。
实际工程中常使用渣油、增粘剂、地炼沥青、增硫剂等添加剂进行掺假,分别对改性沥青进行红外光谱试验,分析添加剂掺量变化对相似度指标的影响,可以确定红外光谱试验方法的可行性。
掺加渣油的鉴别
将渣油样品掺进SBS改性沥青中,掺量设为0%、4%、6%、8%、10%,不同渣油产量下进行了红外光谱试验,以未掺渣油的改性沥青为标准样,计算不同渣油掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。
随着渣油掺量的增加,相似度指标呈下降趋势,当渣油掺量为4%时,相似度降为97.53%,不满足98%的控制标准;含量超过4%后,相似度下降明显,对改性沥青的性能不利。因此可以得出,该红外光谱试验方法可以有效鉴别出渣油掺量超过4%的SBS改性沥青。
掺加增粘剂的鉴别
将高聚增粘剂样品掺进SBS改性沥青中,掺量设为0%、4%���6%、8%,不同增粘剂掺量下进行了红外光谱试验,以未掺增粘剂的改性沥青为标准样,计算不同增粘剂掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。
随着增粘剂掺量的增加,相似度指标呈下降趋势,当增粘剂掺量为2%时仍能达到98%以上;当相似度为4%时,相似度降为97.09%,不满足98%的控制标准;含量超过4%后,相似度下降明显,对改性沥青的配伍性不利。因此可以得出,该红外光谱试验方法可以有效鉴别出增粘剂掺量超过4%的SBS改性沥青。
掺加地炼沥青的鉴别
将地炼沥青样品掺进SBS改性沥青中,掺量设为0%、10%、20%、30%、40%,不同地炼沥青掺量下进行了红外光谱试验,以未掺地炼沥青的改性沥青为标准样,计算不同地炼沥青掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。
随着地炼沥青掺量的增加,相似度指标呈下降趋势,当地炼沥青掺量为20%时,相似度仍可以达到98%以上,当掺量增至30%,相似度降为97.18%,不满足98%的控制标准;含量超过30%后,相似度下降明显。因此可以得出,该红外光谱试验方法可以有效鉴别出地炼沥青掺量超过30%的SBS改性沥青。
掺加增硫剂的鉴别
将增硫剂样品,掺进宝利SBS改性沥青中,掺量设为0‰、2‰、4‰、6‰、8‰,不同增硫剂掺量下进行了红外光谱试验,以未掺增硫剂的改性沥青为标准样,计算不同增硫剂掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。
虽然增硫剂的掺量较低,但相似度指标下降得*为明显,随着增硫剂掺量的增加,相似度指标呈下降趋势。当增硫剂掺量为2‰时,仍可达到98%的指标;当掺量为4‰时,相似度降为97.71%,不满足98%的控制标准;含量超过4‰后,相似度持续下降,导致改性沥青反应剧烈,对其路用性能不利。因此可以得出,该红外光谱试验方法可以有效鉴别出增硫剂掺量超过4‰的SBS改性沥青。
通过对以上4种改性材料的鉴别试验可以看出,以98%的相似度为控制标准,有效鉴别了渣油、增粘剂、地炼沥青和增硫剂的掺假现象,掺量分别为4%、30%及4‰以上,红外光谱检测方法对于此类添加剂具有较高的检测敏感性。
红外光谱分析优势
1.操作简单:采用布鲁克傅里叶变换红外光谱仪ALPHA II,对沥青进行红外光谱分析,ALPHA II具有易于携带、操作简单、实时监测的优点。测试人员只需经过简单培训就可掌握系统的相关操作,施工现场可及时、有效地监控沥青质量,进行现场监测。
2.检测快速:检测时可自动进行比对,从生成红外谱图到生成沥青质量结果的判断,耗时2min左右,快速地判定沥青品牌,鉴别混兑调和沥青,能够满足施工现场对时间的把控。
3.智能识别:使用ATR附件,沥青无须加热溶化,可即时进行数据采集测试,远程传输至项目管理者,做到实时监控,可评价每一车沥青的质量状况。如有异常情况,及时进行异常报警,并以短信形式通知管理者,实时发现并解决问题,实现实时动态监控。
4.沥青指纹识别:传统的沥青质量控制是在实验室内完成的,存在耗时长、检测效率低的局限性,不能很好地分辨出以次充好、相互混兑等现象,给工程建设带来很多隐患。因此,国内外对沥青含量检测做了大量的研究,对其品质的提高有很大帮助。
而通过红外光谱扫描未知沥青样品,可快速生成其官能团特征峰位置及大小,通过系统内光谱数据库、自动采集和比对、数据统计分析三大模块,实现数据的实时采集、上传与统计分析的功能,*终辨别出是否掺入其他添加剂。