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(guī)劃提出，我國需要建設(shè)現(xiàn)代化綜合交通運(yùn)輸體系，提升城市圈的交通一體化進(jìn)程。截至2021年底，中國公路橋梁的數(shù)量已達(dá)到528.07萬km，較2020年增加約8.26萬km。我國公路建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大、通行量有增無減的趨勢，要求公路建設(shè)材料要有良好的耐久性及高強(qiáng)的性能。瀝青作為一種****的石油資源，資源短缺且價(jià)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(nèi)可提高瀝青樣品的力學(xué)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(yù)防因?yàn)r青質(zhì)量問題而出現(xiàn)的路面病害，對瀝青的現(xiàn)場質(zhì)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(yīng)用于瀝青組成和各組分含量的現(xiàn)場檢測中。當(dāng)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(tuán)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(jī)含氧化合物。瀝青樣品質(zhì)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(xiàn)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(zhì)瀝青和SBS瀝青為例，瀝青紅外光譜中不同波數(shù)對應(yīng)的化學(xué)官能團(tuán)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(zhì)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(rèn)為SBS改性瀝青的紅外譜圖可以等效為基質(zhì)瀝青圖與SBS改性劑圖的疊加。

實(shí)際工程中常使用渣油、增粘劑、地?zé)挒r青、增硫劑等添加劑進(jìn)行摻假，分別對改性瀝青進(jìn)行紅外光譜試驗(yàn)，分析添加劑摻量變化對相似度指標(biāo)的影響，可以確定紅外光譜試驗(yàn)方法的可行性。

摻加渣油的鑒別

將渣油樣品摻進(jìn)SBS改性瀝青中，摻量設(shè)為0%、4%、6%、8%、10%，不同渣油產(chǎn)量下進(jìn)行了紅外光譜試驗(yàn)，以未摻渣油的改性瀝青為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算不同渣油摻量下的改性樣品與對照樣品的相似度指標(biāo)變化。

隨著渣油摻量的增加，相似度指標(biāo)呈下降趨勢，當(dāng)渣油摻量為4%時(shí)，相似度降為97.53%，不滿足98%的控制標(biāo)準(zhǔn)；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(yàn)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(jìn)SBS改性瀝青中，摻量設(shè)為0%、4%、6%、8%，不同增粘劑摻量下進(jìn)行了紅外光譜試驗(yàn)，以未摻增粘劑的改性瀝青為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)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(biāo)變化。

隨著增粘劑摻量的增加，相似度指標(biāo)呈下降趨勢，當(dāng)增粘劑摻量為2%時(shí)仍能達(dá)到98%以上；當(dāng)相似度為4%時(shí)，相似度降為97.09%，不滿足98%的控制標(biāo)準(zhǔn)；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(yàn)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?zé)挒r青的鑒別

將地?zé)挒r青樣品摻進(jìn)SBS改性瀝青中，摻量設(shè)為0%、10%、20%、30%、40%，不同地?zé)挒r青摻量下進(jìn)行了紅外光譜試驗(yàn)，以未摻地?zé)挒r青的改性瀝青為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算不同地?zé)挒r青摻量下的改性樣品與對照樣品的相似度指標(biāo)變化。

隨著地?zé)挒r青摻量的增加，相似度指標(biāo)呈下降趨勢，當(dāng)?shù)責(zé)挒r青摻量為20%時(shí)，相似度仍可以達(dá)到98%以上，當(dāng)摻量增至30%，相似度降為97.18%，不滿足98%的控制標(biāo)準(zhǔn)；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(yàn)方法可以有效鑒別出地?zé)挒r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(jìn)寶利SBS改性瀝青中，摻量設(shè)為0‰、2‰、4‰、6‰、8‰，不同增硫劑摻量下進(jìn)行了紅外光譜試驗(yàn)，以未摻增硫劑的改性瀝青為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)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(biāo)變化。

雖然增硫劑的摻量較低，但相似度指標(biāo)下降得*為明顯，隨著增硫劑摻量的增加，相似度指標(biāo)呈下降趨勢。當(dāng)增硫劑摻量為2‰時(shí)，仍可達(dá)到98%的指標(biāo)；當(dāng)摻量為4‰時(shí)，相似度降為97.71%，不滿足98%的控制標(biāo)準(zhǔn)；含量超過4‰后，相似度持續(xù)下降，導(dǎo)致改性瀝青反應(yīng)劇烈，對其路用性能不利。因此可以得出，該紅外光譜試驗(yàn)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(yàn)可以看出，以98%的相似度為控制標(biāo)準(zhǔn)，有效鑒別了渣油、增粘劑、地?zé)挒r青和增硫劑的摻假現(xiàn)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(yōu)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(jìn)行紅外光譜分析，ALPHA II具有易于攜帶、操作簡單、實(shí)時(shí)監(jiān)測的優(yōu)點(diǎn)。測試人員只需經(jīng)過簡單培訓(xùn)就可掌握系統(tǒng)的相關(guān)操作，施工現(xiàn)場可及時(shí)、有效地監(jiān)控瀝青質(zhì)量，進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。

2.檢測快速：檢測時(shí)可自動進(jìn)行比對，從生成紅外譜圖到生成瀝青質(zhì)量結(jié)果的判斷，耗時(shí)2min左右，快速地判定瀝青品牌，鑒別混兌調(diào)和瀝青，能夠滿足施工現(xiàn)場對時(shí)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(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集測試，遠(yuǎn)程傳輸至項(xiàng)目管理者，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，可評價(jià)每一車瀝青的質(zhì)量狀況。如有異常情況，及時(shí)進(jìn)行異常報(bào)警，并以短信形式通知管理者，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控。

4.瀝青指紋識別：傳統(tǒng)的瀝青質(zhì)量控制是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成的，存在耗時(shí)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(xiàn)象，給工程建設(shè)帶來很多隱患。因此，國內(nèi)外對瀝青含量檢測做了大量的研究，對其品質(zhì)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(tuán)特征峰位置及大小，通過系統(tǒng)內(nèi)光譜數(shù)據(jù)庫、自動采集和比對、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析三大模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、上傳與統(tǒng)計(jì)分析的功能，*終辨別出是否摻入其他添加劑。