2019-06-26
 
改性瀝青中SBS含量檢測技術應用研究
改性瀝青中SBS含量檢測技術應用研究 瀝青網,sinoasphalt.com


摘要:對基質瀝青和SBS進行了紅外光譜瀏試,結果表明SBS改性瀝青紅外光譜中964cm-1處SBS基團特征吸收峰可作為SBS定性和定量分析依據。在改性瀝青中SBS含量側試準確性、穩定性分析的基礎上,結合實體工程,開展紅外光語法精確測量改性瀝青SBS含量案例分析。

 

關鍵詞:SBS改性瀝青 SBS劑量 傅里葉變換紅外光語法

 

瀝青是公路工程建設的關鍵原材料,其質量好壞直接決定瀝青路面工程的質量,影響瀝青路面的使用性能及其使用壽命中國瀝青網sinoasphalt.com瀝青網sinoasphalt.com。在一份對中國瀝青道路壽命的調查研究中發現:我國超過92%的公路,平均壽命周期大約是7一8a,比美國和加拿大道路瀝青平均壽命低了一半。而相關技術報告和資料指出,瀝青路面如達到施工規范和瀝青材料質量控制要求,其壽命應該能維持在10a以上甚至15 a,與歐美國家相近,但研究報告的結果讓人震驚。

 

雖然我國制定了道路石油瀝青技術規范,但是隨著市場競爭日趨激烈,受經濟利益驅使,市場上存在著質量低劣或冒牌的瀝青產品。近年來問題主要集中在以下幾個方面:1)目前市場上存在大量質量不過關的瀝青產品;2)道路石油瀝青質量不穩定容易導致工程質量的無法控制;3)未建立有效的快速檢測鑒定瀝青品質的高效方法。綜上所述,嚴峻的現實迫切需要提高我們的瀝青的質量,深化瀝青的質量控制水平。本項目開發了一種改性瀝青sBs劑量測定方法,能夠有效檢測改性瀝青中的sBs含量,以對道路瀝青材料的質量進行有效監管,保證進場和工程實際使用的瀝青材料質量,從而提高路面質量,延長道路使用壽命。

 

SBS改性瀝青中改性劑摻里與瀝青性能的關系

 

關于SBS改性瀝青研究很多,SBS用量究竟多少合適一直是困擾研究者的問題。國外也做過很多研究,SBS摻量低于3%時改性效果不顯著;3%一5%軟化點開始顯著升高;在SBS摻量4% } 6%范圍內改性瀝青的抗車轍能力明顯提高。當SBS含量在4%一6%左右時此時往往是個臨界點,形成SBS相與瀝青相兩相連續的狀態,此狀態不穩定容易相互變化。SBS在瀝青中的分散從“島狀”結構到“互穿網絡”結構到連續相;當SBS摻量很高時(一般大于7% )則形成了以SBS為連續相瀝青作為分散相分散在其中,此時改性瀝青表現出聚合物SBS的性質,SBS改性瀝青的熱儲存穩定性變好。找到SBS的合適的劑量從而在成本和性能比最低的情況下獲得良好的改性瀝青,即制備出的改性瀝青結構穩定,改性劑和瀝青間具有較好的配伍性,此時改性瀝青具有較為優良的性能指標。

 

改性瀝青中SBS含,檢測技術研究

 

紅外光譜技術具有檢測速度快、精度高、技術成熟和穩定性高等優勢,在有機化學分析領域廣泛應用。光譜法能夠提供基質瀝青和SBS改性劑組成的詳細信息。但在國內,利用光譜技術對SBS改性瀝青的研究較少,但光譜技術出色的定量定性功能和質量控制快速、準確的發展趨勢決定了光譜技術在改性瀝青質量控制技術方向的發展前景。因此,基于光譜技術開發一種能快速準確分析SBS改性瀝青中SBS含量的檢測方法,將對改性瀝青的質量管理和改性瀝青行業大發展具有巨大推動作用。

 

傅里葉變換紅外光譜儀(FT一IR )

 

紅外光譜儀是一種測量物質對紅外輻射的吸收率(或透過率)的分析儀器。由于每種物質都有一個特征吸收譜一它只吸收某些波長而不吸收其它的波長,所以可利用特征的吸收譜來進行物質的定性分析。此外,物質的總量與吸收總量成正比,因此利用吸收譜還可以進行物質的定量分析。為利用傅里葉變換紅外光譜采集基質瀝青的特征紅外光譜。

 

不同SBS摻且的改性瀝青紅外光譜測試和分析

 

首先,以基質瀝青公共吸收峰所在吸收頻率1 376 cm-1、1 456 cm-l、2 852 cm-1, 1 602cm-1,和2 921 cm-1,處的吸光度為研究對象,制備一系列SBS摻量2%、4%、6%、8%和10%的改性瀝青樣品,考察不同波數處吸光度隨SBS摻量的變化情況。試驗結果發現,1 376 cm-1、1 456 cm-1、2 852 cm-1、1 602 cm-1和2 921cm-1處吸光值變化與SBS摻量不存在線形關系。隨后,選取SBS改性劑中反式丁二烯的特征吸收峰,該特征吸收峰在960一970 cm-1,范圍內有強的反式=CH面搖擺振動吸收峰,以該處吸光度為考察對象,考察波數964 cm-1,處吸光度隨SBS摻量的變化。

 

準曲線,其方程為y二105. 18x + 0. 244 6 ( x是吸光度,即吸光度值;y是sBs摻量數值),相關系數R = 0. 994 1。測量未知樣品的吸收率,再利用這條標準曲線就可以計算出相應的未知樣品的SBS摻量。

 

波數960一970cm-1范圍內的吸光度值與SBS摻量存在明顯的線性關系,即隨著SBS摻量的增加,吸光度逐漸增加。研究也表明,在改性瀝青的紅外光譜中,波數在964 cm-1處的特征紅外吸收峰是SBS改性劑中反式丁二烯的特征吸收峰,并且不受基質瀝青等物質干擾,這都為紅外光譜法測定SBS的摻量提供了前提條件。

 

改性瀝青中SBS含t測試準確性、穩定性分析

 

為了評價上述標準曲線的準確度及穩定性,在實驗室按照不同配比方案制備了改性瀝青試

樣,考察了不同SBS、添加不同增溶劑、添加穩定劑對SBS含量測定結果的影響。

 

a)不同種類SBS對檢測結果的影響。

 

采用70號基質石油瀝青,YH一791SBS作為改性劑,制備了系列SBS改性瀝青標準樣品(2% , 3'% , 4%、5% ),對標樣進行紅外光譜分析并繪制了標準曲線;利用該標準曲線對該批次已知含量的SBS改性瀝青(2.5%, 3.5%,4. X9'0)做了含量分析測試。

 

3個樣品的sBs含量檢測值與真實摻量值均有差別,但相差不大,誤差控制在0. 2%之內,屬于可接受的范圍。

 

采用70號基質石油瀝青,采用牌號為4303的SBS作為改性劑,制備了系列SBS改性瀝青標準樣品(2%、3%、4%、5%),對標樣進行紅外光譜分析并繪制了標準曲線;利用該標準曲線對該批次已知含量的SBS改性瀝青(3.0%,4. 0% , 4. 5%)做了含量分析測試。

 

3個樣品的SBS含量檢測值與真實摻量值均有差別,但相差不大,誤差控制在0.巧%之內,屬于可接受的范圍。

 

上述分析可知,不同種類的SBS含量檢測誤差均控制在0. 2%之內,屬于可接受的范圍。紅外光譜法適用于SBS改性瀝青的SBS含量的檢測,只要確保標準樣品和待測樣品的改性劑種

類和制備工藝相同,就可以精確檢測SBS含量。

 

b)添加劑(橡膠油和芳烴油)對檢測結果的影響。

 

采用70號基質石油瀝青,YH一791SBS作為改性劑,并添加橡膠油(4. 5%)制備了系列SBS改性瀝青標準樣品(2%、3%、4%、5%),對標樣進行紅外光譜分析并繪制了標準曲線;利用該標準曲線對已知含量的SBS改性瀝青(2. 5% , 3. 5% , 4. 5%)做了含量分析測試。

 

3個樣品的SBS含量檢測值與真實摻量值均有差別,但相差不大,誤差控制在0.巧%之內,屬于可接受的范圍。

 

采用70號基質石油瀝青,YH一791SBS作為改性劑,并添加芳烴油(4. 5%)制備了系列SBS改性瀝青標準樣品(2%、3%、4%、5%'),對標樣進行紅外光譜分析并繪制了標準曲線;利用該標準曲線對該批次已知含量的SBS改性瀝青(3. 5% , 4. 5% , 5. 5%)做了含量分析測試。

 

3個樣品的SBS含量檢測值與真實摻量值均有差別,但相差不大,誤差控制在0. O1%之內,屬于可接受的范圍。

 

上述分析可知,添加不同增溶劑對SBS含量的精確測定沒有影響;只要確保標準樣品和待測樣品的增溶劑種類和制備工藝相同,就可以精確檢測SBS含量。

 

c)添加穩定劑對檢測結果的影響。

 

采用70號基質石油瀝青,YH一791SBS作為改性劑,并添加橡膠油(4. 5%)制備了系列SBS改性瀝青標準樣品(2%、3%、4 01o、5%),并在制備改性瀝青時添加了穩定劑1號。對標樣進行紅外光譜分析并繪制了標準曲線;利用制備的標準曲線對已知含量的SBS改性瀝青(2.5%, 3.0%, 5.0%)做了含量分析測試。

 

上述分析可知,添加穩定劑對SBS含量的精確測定沒有影響。

 

改性瀝青SBS含且測定標準曲線模型建立方法

 

為檢測所生產的改性瀝青中SBS改性劑的含量,監控單位根據該工程項目上所用改性瀝青清況,進行SBS標準濃度樣品的建模,步驟如下:

 

(1)按照1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%和7%(外摻)的SBS改性劑含量配制標準濃度的改性瀝青樣品;

 

(2)通過SBS改性劑特有的特征峰確定峰值在 966 cm-1處和兩個切點為950 cm-1和980cm-1;

 

(3)每個單一的SBS標準濃度樣品澆三次模,每一次澆模均掃描5次,從而得出巧個光譜圖,并輸人相應的SBS改性劑含量,然后存人庫中;

 

(4)完成7組不同SBS標準濃度樣品光譜圖的檢測和保存;

 

(5)以所得到的15個光譜圖為母本生成一個標準模型。建模完成后,可對平時所取改性瀝青進行SBS含量的測定。

 

紅外光譜法精確測量改性瀝青 SBS含量,分析案例

 

該項技術在2015年五環路部分路段(K28-K80)維修工程中得到了實際應用。工程中分別對門頭溝瀝青廠、昌平瀝青廠、路馳瀝青廠、城建瀝青廠、路新恒通瀝青廠和欣江峰瀝青廠,共計六家瀝青廠家進行了SBS含量檢測。并根據施工所用配方制備不同SBS含量的標準樣品,測定其紅外光譜,建立標準曲線模型,實地取樣檢測其紅外光譜對應標準曲線得出其SBS含量。

 

紅外光譜法精確測量SBS含量,保證了從源頭上實現了對改性瀝青中SBS摻量的監管,保證了相關工程改性瀝青路面施工的質量。通過監控預警,將測定結果及時反饋給業主,業主對不合格產品的截留、退貨以及對廠家進行處罰,實現了對質量監控和成本的節約,保證了路面的工程質量,延長路面的會用壽命,降低路面養護成本提供了可靠保障。

 

結語

 

a)經研究分析發現SBS改性瀝青紅外光譜中,波數964 cm一‘處的特征紅外吸收峰是一SBS改性劑中反式丁二烯的特征吸收峰,這為紅外光譜法測定SBS的摻量提供了前提條件。

 

b)通過對紅外光譜法檢測SBS含量的影響因素分析發現:不同種類的SBS、添加劑和穩定劑對SBS含量的精確測定沒有影響,只要確保標準樣品和待測樣品的增溶劑種類和制備工藝相同就可以精確檢測SBS含量,測試精度可以達到土0.3%0

 

c)通過五環路K28一K45內環及K45一K80內外環維修工程的應用,證明基于紅外光譜技術的改性瀝青SBS含量檢測技術可靠,滿足工程質量控制需要。

 

d)本項目能夠對道路石油瀝青的質量進行有效監管,從源頭上保證瀝青材料的質量,保證瀝青路面的使用品質,從而大大延長路面的使用壽命,可使其市場規范化,對創建良好的社會、經濟效益起到一個積極作用。

 

e)為加強對瀝青材料質量的監管,本項目的研究成果需要進一步推廣應用,并努力建立瀝青源的生產供應廠家、施工單位、拌和廠和檢測單位之間的聯合認定機制,統一產品的檢測標準。


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