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改性沥青中SBS含量检测技术应用研究
2019年06月26日    阅读量:2448    新闻来源: 沥青路面  |  投稿
改性沥青中SBS含量检测技术应用研究 沥青网,sinoasphalt.com


摘要:对基质沥青和SBS进行了红外光谱浏试,结果表明SBS改性沥青红外光谱中964cm-1处SBS基团特征吸收峰可作为SBS定性和定量分析依据。在改性沥青中SBS含量侧试准确性、稳定性分析的基础上,结合实体工程,开展红外光语法精确测量改性沥青SBS含量案例分析。

 

关键词:SBS改性沥青 SBS剂量 傅里叶变换红外光语法

 

沥青是公路工程建设的关键原材料,其质量好坏直接决定沥青路面工程的质量,影响沥青路面的使用性能及其使用寿命中国沥青网sinoasphalt.com沥青网sinoasphalt.com。在一份对中国沥青道路寿命的调查研究中发现:我国超过92%的公路,平均寿命周期大约是7一8a,比美国和加拿大道路沥青平均寿命低了一半。而相关技术报告和资料指出,沥青路面如达到施工规范和沥青材料质量控制要求,其寿命应该能维持在10a以上甚至15 a,与欧美国家相近,但研究报告的结果让人震惊。

 

虽然我国制定了道路石油沥青技术规范,但是随着市场竞争日趋激烈,受经济利益驱使,市场上存在着质量低劣或冒牌的沥青产品。近年来问题主要集中在以下几个方面:1)目前市场上存在大量质量不过关的沥青产品;2)道路石油沥青质量不稳定容易导致工程质量的无法控制;3)未建立有效的快速检测鉴定沥青品质的高效方法。综上所述,严峻的现实迫切需要提高我们的沥青的质量,深化沥青的质量控制水平。本项目开发了一种改性沥青sBs剂量测定方法,能够有效检测改性沥青中的sBs含量,以对道路沥青材料的质量进行有效监管,保证进场和工程实际使用的沥青材料质量,从而提高路面质量,延长道路使用寿命。

 

SBS改性沥青中改性剂掺里与沥青性能的关系

 

关于SBS改性沥青研究很多,SBS用量究竟多少合适一直是困扰研究者的问题。国外也做过很多研究,SBS掺量低于3%时改性效果不显著;3%一5%软化点开始显著升高;在SBS掺量4% } 6%范围内改性沥青的抗车辙能力明显提高。当SBS含量在4%一6%左右时此时往往是个临界点,形成SBS相与沥青相两相连续的状态,此状态不稳定容易相互变化。SBS在沥青中的分散从“岛状”结构到“互穿网络”结构到连续相;当SBS掺量很高时(一般大于7% )则形成了以SBS为连续相沥青作为分散相分散在其中,此时改性沥青表现出聚合物SBS的性质,SBS改性沥青的热储存稳定性变好。找到SBS的合适的剂量从而在成本和性能比最低的情况下获得良好的改性沥青,即制备出的改性沥青结构稳定,改性剂和沥青间具有较好的配伍性,此时改性沥青具有较为优良的性能指标。

 

改性沥青中SBS含,检测技术研究

 

红外光谱技术具有检测速度快、精度高、技术成熟和稳定性高等优势,在有机化学分析领域广泛应用。光谱法能够提供基质沥青和SBS改性剂组成的详细信息。但在国内,利用光谱技术对SBS改性沥青的研究较少,但光谱技术出色的定量定性功能和质量控制快速、准确的发展趋势决定了光谱技术在改性沥青质量控制技术方向的发展前景。因此,基于光谱技术开发一种能快速准确分析SBS改性沥青中SBS含量的检测方法,将对改性沥青的质量管理和改性沥青行业大发展具有巨大推动作用。

 

傅里叶变换红外光谱仪(FT一IR )

 

红外光谱仪是一种测量物质对红外辐射的吸收率(或透过率)的分析仪器。由于每种物质都有一个特征吸收谱一它只吸收某些波长而不吸收其它的波长,所以可利用特征的吸收谱来进行物质的定性分析。此外,物质的总量与吸收总量成正比,因此利用吸收谱还可以进行物质的定量分析。为利用傅里叶变换红外光谱采集基质沥青的特征红外光谱。

 

不同SBS掺且的改性沥青红外光谱测试和分析

 

首先,以基质沥青公共吸收峰所在吸收频率1 376 cm-1、1 456 cm-l、2 852 cm-1, 1 602cm-1,和2 921 cm-1,处的吸光度为研究对象,制备一系列SBS掺量2%、4%、6%、8%和10%的改性沥青样品,考察不同波数处吸光度随SBS掺量的变化情况。试验结果发现,1 376 cm-1、1 456 cm-1、2 852 cm-1、1 602 cm-1和2 921cm-1处吸光值变化与SBS掺量不存在线形关系。随后,选取SBS改性剂中反式丁二烯的特征吸收峰,该特征吸收峰在960一970 cm-1,范围内有强的反式=CH面摇摆振动吸收峰,以该处吸光度为考察对象,考察波数964 cm-1,处吸光度随SBS掺量的变化。

 

准曲线,其方程为y二105. 18x + 0. 244 6 ( x是吸光度,即吸光度值;y是sBs掺量数值),相关系数R = 0. 994 1。测量未知样品的吸收率,再利用这条标准曲线就可以计算出相应的未知样品的SBS掺量。

 

波数960一970cm-1范围内的吸光度值与SBS掺量存在明显的线性关系,即随着SBS掺量的增加,吸光度逐渐增加。研究也表明,在改性沥青的红外光谱中,波数在964 cm-1处的特征红外吸收峰是SBS改性剂中反式丁二烯的特征吸收峰,并且不受基质沥青等物质干扰,这都为红外光谱法测定SBS的掺量提供了前提条件。

 

改性沥青中SBS含t测试准确性、稳定性分析

 

为了评价上述标准曲线的准确度及稳定性,在实验室按照不同配比方案制备了改性沥青试

样,考察了不同SBS、添加不同增溶剂、添加稳定剂对SBS含量测定结果的影响。

 

a)不同种类SBS对检测结果的影响。

 

采用70号基质石油沥青,YH一791SBS作为改性剂,制备了系列SBS改性沥青标准样品(2% , 3'% , 4%、5% ),对标样进行红外光谱分析并绘制了标准曲线;利用该标准曲线对该批次已知含量的SBS改性沥青(2.5%, 3.5%,4. X9'0)做了含量分析测试。

 

3个样品的sBs含量检测值与真实掺量值均有差别,但相差不大,误差控制在0. 2%之内,属于可接受的范围。

 

采用70号基质石油沥青,采用牌号为4303的SBS作为改性剂,制备了系列SBS改性沥青标准样品(2%、3%、4%、5%),对标样进行红外光谱分析并绘制了标准曲线;利用该标准曲线对该批次已知含量的SBS改性沥青(3.0%,4. 0% , 4. 5%)做了含量分析测试。

 

3个样品的SBS含量检测值与真实掺量值均有差别,但相差不大,误差控制在0.巧%之内,属于可接受的范围。

 

上述分析可知,不同种类的SBS含量检测误差均控制在0. 2%之内,属于可接受的范围。红外光谱法适用于SBS改性沥青的SBS含量的检测,只要确保标准样品和待测样品的改性剂种

类和制备工艺相同,就可以精确检测SBS含量。

 

b)添加剂(橡胶油和芳烃油)对检测结果的影响。

 

采用70号基质石油沥青,YH一791SBS作为改性剂,并添加橡胶油(4. 5%)制备了系列SBS改性沥青标准样品(2%、3%、4%、5%),对标样进行红外光谱分析并绘制了标准曲线;利用该标准曲线对已知含量的SBS改性沥青(2. 5% , 3. 5% , 4. 5%)做了含量分析测试。

 

3个样品的SBS含量检测值与真实掺量值均有差别,但相差不大,误差控制在0.巧%之内,属于可接受的范围。

 

采用70号基质石油沥青,YH一791SBS作为改性剂,并添加芳烃油(4. 5%)制备了系列SBS改性沥青标准样品(2%、3%、4%、5%'),对标样进行红外光谱分析并绘制了标准曲线;利用该标准曲线对该批次已知含量的SBS改性沥青(3. 5% , 4. 5% , 5. 5%)做了含量分析测试。

 

3个样品的SBS含量检测值与真实掺量值均有差别,但相差不大,误差控制在0. O1%之内,属于可接受的范围。

 

上述分析可知,添加不同增溶剂对SBS含量的精确测定没有影响;只要确保标准样品和待测样品的增溶剂种类和制备工艺相同,就可以精确检测SBS含量。

 

c)添加稳定剂对检测结果的影响。

 

采用70号基质石油沥青,YH一791SBS作为改性剂,并添加橡胶油(4. 5%)制备了系列SBS改性沥青标准样品(2%、3%、4 01o、5%),并在制备改性沥青时添加了稳定剂1号。对标样进行红外光谱分析并绘制了标准曲线;利用制备的标准曲线对已知含量的SBS改性沥青(2.5%, 3.0%, 5.0%)做了含量分析测试。

 

上述分析可知,添加稳定剂对SBS含量的精确测定没有影响。

 

改性沥青SBS含且测定标准曲线模型建立方法

 

为检测所生产的改性沥青中SBS改性剂的含量,监控单位根据该工程项目上所用改性沥青清况,进行SBS标准浓度样品的建模,步骤如下:

 

(1)按照1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%和7%(外掺)的SBS改性剂含量配制标准浓度的改性沥青样品;

 

(2)通过SBS改性剂特有的特征峰确定峰值在 966 cm-1处和两个切点为950 cm-1和980cm-1;

 

(3)每个单一的SBS标准浓度样品浇三次模,每一次浇模均扫描5次,从而得出巧个光谱图,并输人相应的SBS改性剂含量,然后存人库中;

 

(4)完成7组不同SBS标准浓度样品光谱图的检测和保存;

 

(5)以所得到的15个光谱图为母本生成一个标准模型。建模完成后,可对平时所取改性沥青进行SBS含量的测定。

 

红外光谱法精确测量改性沥青 SBS含量,分析案例

 

该项技术在2015年五环路部分路段(K28-K80)维修工程中得到了实际应用。工程中分别对门头沟沥青厂、昌平沥青厂、路驰沥青厂、城建沥青厂、路新恒通沥青厂和欣江峰沥青厂,共计六家沥青厂家进行了SBS含量检测。并根据施工所用配方制备不同SBS含量的标准样品,测定其红外光谱,建立标准曲线模型,实地取样检测其红外光谱对应标准曲线得出其SBS含量。

 

红外光谱法精确测量SBS含量,保证了从源头上实现了对改性沥青中SBS掺量的监管,保证了相关工程改性沥青路面施工的质量。通过监控预警,将测定结果及时反馈给业主,业主对不合格产品的截留、退货以及对厂家进行处罚,实现了对质量监控和成本的节约,保证了路面的工程质量,延长路面的会用寿命,降低路面养护成本提供了可靠保障。

 

结语

 

a)经研究分析发现SBS改性沥青红外光谱中,波数964 cm一‘处的特征红外吸收峰是一SBS改性剂中反式丁二烯的特征吸收峰,这为红外光谱法测定SBS的掺量提供了前提条件。

 

b)通过对红外光谱法检测SBS含量的影响因素分析发现:不同种类的SBS、添加剂和稳定剂对SBS含量的精确测定没有影响,只要确保标准样品和待测样品的增溶剂种类和制备工艺相同就可以精确检测SBS含量,测试精度可以达到土0.3%0

 

c)通过五环路K28一K45内环及K45一K80内外环维修工程的应用,证明基于红外光谱技术的改性沥青SBS含量检测技术可靠,满足工程质量控制需要。

 

d)本项目能够对道路石油沥青的质量进行有效监管,从源头上保证沥青材料的质量,保证沥青路面的使用品质,从而大大延长路面的使用寿命,可使其市场规范化,对创建良好的社会、经济效益起到一个积极作用。

 

e)为加强对沥青材料质量的监管,本项目的研究成果需要进一步推广应用,并努力建立沥青源的生产供应厂家、施工单位、拌和厂和检测单位之间的联合认定机制,统一产品的检测标准。


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