瀝青里到底摻了什么?——紅外光譜快速鑒定改性瀝青
“十四五”規劃提出,我國需要建設現代化綜合交通運輸體系,提升城市圈的交通一體化進程。截至2021年底,中國公路橋梁的數量已達到528.07萬km,較2020年增加約8.26萬km。我國公路建設規模日益擴大、通行量有增無減的趨勢,要求公路建設材料要有良好的耐久性及高強的性能。瀝青作為一種****的石油資源,資源短缺且價格日益昂貴。很多商家為了謀取利益的*大化,選擇摻入其他添加劑,以次充好,短期內可提高瀝青樣品的力學性能,但長期使用會影響瀝青路面的耐久性能。為了避免和預防因瀝青質量問題而出現的路面病害,對瀝青的現場質量檢測是十分有必要的。
傅里葉紅外光譜作為“瀝青的指紋”,被廣泛應用于瀝青組成和各組分含量的現場檢測中。當紅外射線照在瀝青上,會引起瀝青中分子的振動,不同頻率的光由不同的基團吸收,形成了紅外吸收光譜。
瀝青的主要組分為烴類、羰基化合物和其他有機含氧化合物。瀝青樣品質量若存在差異,紅外吸收峰位置基本一致,大部分情況也不會出現新的特征峰。而針對SBS改性劑,不管是星型、線型,由于其主要成分基本相同,因此特征峰的位置基本一致。以基質瀝青和SBS瀝青為例,瀝青紅外光譜中不同波數對應的化學官能團特征峰如表1和表2所示。
SBS改性瀝青的紅外光譜圖與基質瀝青、SBS改性劑疊加的光譜圖效果類似,其中966cm-1及1377cm-1處特征峰基本保持一致。因此,可以認為SBS改性瀝青的紅外譜圖可以等效為基質瀝青圖與SBS改性劑圖的疊加。
實際工程中常使用渣油、增粘劑、地煉瀝青、增硫劑等添加劑進行摻假,分別對改性瀝青進行紅外光譜試驗,分析添加劑摻量變化對相似度指標的影響,可以確定紅外光譜試驗方法的可行性。
摻加渣油的鑒別
將渣油樣品摻進SBS改性瀝青中,摻量設為0%、4%、6%、8%、10%,不同渣油產量下進行了紅外光譜試驗,以未摻渣油的改性瀝青為標準樣,計算不同渣油摻量下的改性樣品與對照樣品的相似度指標變化。
隨著渣油摻量的增加,相似度指標呈下降趨勢,當渣油摻量為4%時,相似度降為97.53%,不滿足98%的控制標準;含量超過4%后,相似度下降明顯,對改性瀝青的性能不利。因此可以得出,該紅外光譜試驗方法可以有效鑒別出渣油摻量超過4%的SBS改性瀝青。
摻加增粘劑的鑒別
將高聚增粘劑樣品摻進SBS改性瀝青中,摻量設為0%、4%、6%、8%,不同增粘劑摻量下進行了紅外光譜試驗,以未摻增粘劑的改性瀝青為標準樣,計算不同增粘劑摻量下的改性樣品與對照樣品的相似度指標變化。
隨著增粘劑摻量的增加,相似度指標呈下降趨勢,當增粘劑摻量為2%時仍能達到98%以上;當相似度為4%時,相似度降為97.09%,不滿足98%的控制標準;含量超過4%后,相似度下降明顯,對改性瀝青的配伍性不利。因此可以得出,該紅外光譜試驗方法可以有效鑒別出增粘劑摻量超過4%的SBS改性瀝青。
摻加地煉瀝青的鑒別
將地煉瀝青樣品摻進SBS改性瀝青中,摻量設為0%、10%、20%、30%、40%,不同地煉瀝青摻量下進行了紅外光譜試驗,以未摻地煉瀝青的改性瀝青為標準樣,計算不同地煉瀝青摻量下的改性樣品與對照樣品的相似度指標變化。
隨著地煉瀝青摻量的增加,相似度指標呈下降趨勢,當地煉瀝青摻量為20%時,相似度仍可以達到98%以上,當摻量增至30%,相似度降為97.18%,不滿足98%的控制標準;含量超過30%后,相似度下降明顯。因此可以得出,該紅外光譜試驗方法可以有效鑒別出地煉瀝青摻量超過30%的SBS改性瀝青。
摻加增硫劑的鑒別
將增硫劑樣品,摻進寶利SBS改性瀝青中,摻量設為0‰、2‰、4‰、6‰、8‰,不同增硫劑摻量下進行了紅外光譜試驗,以未摻增硫劑的改性瀝青為標準樣,計算不同增硫劑摻量下的改性樣品與對照樣品的相似度指標變化。
雖然增硫劑的摻量較低,但相似度指標下降得*為明顯,隨著增硫劑摻量的增加,相似度指標呈下降趨勢。當增硫劑摻量為2‰時,仍可達到98%的指標;當摻量為4‰時,相似度降為97.71%,不滿足98%的控制標準;含量超過4‰后,相似度持續下降,導致改性瀝青反應劇烈,對其路用性能不利。因此可以得出,該紅外光譜試驗方法可以有效鑒別出增硫劑摻量超過4‰的SBS改性瀝青。
通過對以上4種改性材料的鑒別試驗可以看出,以98%的相似度為控制標準,有效鑒別了渣油、增粘劑、地煉瀝青和增硫劑的摻假現象,摻量分別為4%、30%及4‰以上,紅外光譜檢測方法對于此類添加劑具有較高的檢測敏感性。
紅外光譜分析優勢
1.操作簡單:采用布魯克傅里葉變換紅外光譜儀ALPHA II,對瀝青進行紅外光譜分析,ALPHA II具有易于攜帶、操作簡單、實時監測的優點。測試人員只需經過簡單培訓就可掌握系統的相關操作,施工現場可及時、有效地監控瀝青質量,進行現場監測。
2.檢測快速:檢測時可自動進行比對,從生成紅外譜圖到生成瀝青質量結果的判斷,耗時2min左右,快速地判定瀝青品牌,鑒別混兌調和瀝青,能夠滿足施工現場對時間的把控。
3.智能識別:使用ATR附件,瀝青無須加熱溶化,可即時進行數據采集測試,遠程傳輸至項目管理者,做到實時監控,可評價每一車瀝青的質量狀況。如有異常情況,及時進行異常報警,并以短信形式通知管理者,實時發現并解決問題,實現實時動態監控。
4.瀝青指紋識別:傳統的瀝青質量控制是在實驗室內完成的,存在耗時長、檢測效率低的局限性,不能很好地分辨出以次充好、相互混兌等現象,給工程建設帶來很多隱患。因此,國內外對瀝青含量檢測做了大量的研究,對其品質的提高有很大幫助。
而通過紅外光譜掃描未知瀝青樣品,可快速生成其官能團特征峰位置及大小,通過系統內光譜數據庫、自動采集和比對、數據統計分析三大模塊,實現數據的實時采集、上傳與統計分析的功能,*終辨別出是否摻入其他添加劑。