紅外光譜瀝青檢測(cè)在高速公路項(xiàng)目中的應(yīng)用

黃雅婷 葉超強(qiáng)

摘要：文章以廣西南寧經(jīng)欽州至防城港段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目為依托，采用紅外光譜快速檢測(cè)方法對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目的瀝青質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：紅外光譜;瀝青;公路工程

0 引言

廣西南寧經(jīng)欽州至防城港段改擴(kuò)建工程項(xiàng)目全長(zhǎng)86.659km，本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)速度為120km/h，全線利用24.5m（四車(chē)道）、28m（四車(chē)道）、33.5m（六車(chē)道）寬度的既有路基兩側(cè)加寬為42m（八車(chē)道），水泥混凝土路面改擴(kuò)建為瀝青混凝土路面。因?yàn)槁肪€長(zhǎng)，車(chē)道寬，車(chē)流量大，工期緊張，瀝青需求量大，如何保證瀝青路面工程質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，對(duì)瀝青原材進(jìn)行快速準(zhǔn)確檢測(cè)對(duì)本項(xiàng)目具有重要意義。

傳統(tǒng)瀝青檢測(cè)往往采用工地試驗(yàn)室法，該法效率低、成本高，且對(duì)瀝青中各種添加劑混合物敏感，檢測(cè)結(jié)果不精確。紅外光譜瀝青檢測(cè)法有著優(yōu)質(zhì)高效的優(yōu)點(diǎn)，在瀝青道路工程方面應(yīng)用廣泛。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)紅外光譜瀝青檢測(cè)進(jìn)行了深入研究，劉鵬等[1]基于紅外光譜瀝青檢測(cè)法，研究了SBS摻量對(duì)改性瀝青質(zhì)量的影響，研究表明改性瀝青紅外吸收峰的位置受改性劑、基質(zhì)瀝青的影響可忽略不計(jì);李[HTXH1]喆[2]提出了一種現(xiàn)場(chǎng)樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜相似度分析的優(yōu)化方法，解決了由于改性劑分布不均使得紅外光譜檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題;劉建洋[3]通過(guò)紅外光譜檢測(cè)技術(shù)，將不同瀝青品牌與其檢測(cè)結(jié)果的吸收峰建立了一一對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)了快速鑒定瀝青品牌、判定瀝青質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的目的。

綜上所述，紅外光譜瀝青檢測(cè)結(jié)果全面，數(shù)據(jù)精確。南欽防改擴(kuò)建項(xiàng)目采用紅外光譜技術(shù)對(duì)瀝青進(jìn)行快速鑒別，大大縮短了備料周期，為現(xiàn)場(chǎng)工程質(zhì)量及周期提供了保障。

1 紅外光譜法簡(jiǎn)介

該法基于傅里葉紅外光譜技術(shù)，瀝青中有機(jī)分子的化學(xué)鍵及官能團(tuán)通過(guò)吸收紅外光譜產(chǎn)生振動(dòng)，由于不同化學(xué)鍵及官能團(tuán)對(duì)吸收光譜強(qiáng)度的能力不同，最終在紅外光譜中反饋不同位置，以此來(lái)區(qū)分和獲取分子中化學(xué)鍵和官能團(tuán)信息，從而分析物質(zhì)的成分。瀝青是成分復(fù)雜的高分子物質(zhì)，但是同一油源瀝青其基團(tuán)的類(lèi)型和數(shù)量具有一定的穩(wěn)定性，通過(guò)紅外光譜掃描對(duì)比和多元相關(guān)性分析，可以定性地分析瀝青的品質(zhì)，通過(guò)光譜學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合并分析，檢測(cè)瀝青的某些技術(shù)指標(biāo)，為道路工程用瀝青檢測(cè)提供了新方法。瀝青紅外識(shí)別方法與傳統(tǒng)光譜技術(shù)還有所區(qū)別，它通過(guò)近、中紅外與待測(cè)物質(zhì)取得關(guān)聯(lián)，通過(guò)建立模型多元分析進(jìn)行檢測(cè)，具有操作簡(jiǎn)單、時(shí)效性強(qiáng)、分析速率快等特點(diǎn)。

2 紅外光譜法在本工程中的應(yīng)用

針對(duì)本項(xiàng)目三個(gè)標(biāo)段品牌瀝青隨機(jī)取樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖繪制（如表1所示），再對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)室針入度、延度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)，并記錄相應(yīng)編號(hào)瀝青的數(shù)據(jù)。將光譜數(shù)據(jù)以及三大指標(biāo)進(jìn)行多元關(guān)聯(lián)建模，讓紅外光譜圖可對(duì)抽檢瀝青進(jìn)行一致性檢測(cè)，并推算三大指標(biāo)的數(shù)據(jù)。瀝青進(jìn)場(chǎng)時(shí)，在相關(guān)單位見(jiàn)證下，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（2004）要求，對(duì)基質(zhì)瀝青運(yùn)輸車(chē)進(jìn)行隨機(jī)取樣，取樣采用廣口帶密封金屬容器，取樣質(zhì)量為4L，樣品為2份，一份留樣，一份檢測(cè)。取樣后對(duì)樣品立刻進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)比對(duì)，當(dāng)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣圖譜一致時(shí)，允許瀝青卸車(chē)至拌和站瀝青儲(chǔ)存罐中;若檢測(cè)結(jié)果不一致，則暫停瀝青卸車(chē)入罐，加大抽樣數(shù)量，如最終仍不合格者需清場(chǎng)退樣。檢測(cè)流程如圖1所示。

2.1 制作標(biāo)準(zhǔn)樣

基質(zhì)瀝青真實(shí)性采用布魯克紅外光譜儀檢測(cè)，對(duì)基質(zhì)瀝青中官能團(tuán)在紅外光譜圖的特征峰進(jìn)行分析，通過(guò)紅外光譜圖特征峰分析瀝青官能團(tuán)指數(shù)和圖譜相似度，定量確定基質(zhì)瀝青的真實(shí)性。其中瀝青脂肪族官能團(tuán)指數(shù)采用IB表示，芳香官能團(tuán)采用IAR表示，脂肪族長(zhǎng)鏈指數(shù)采用In≥4表示。

本次試驗(yàn)采用基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣為各標(biāo)段制作改性瀝青時(shí)所用基質(zhì)瀝青。

2.2 測(cè)試結(jié)果

各標(biāo)段基質(zhì)瀝青真實(shí)性測(cè)試結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過(guò)圖譜分析對(duì)比，綜合8標(biāo)、9標(biāo)、10標(biāo)所用的基質(zhì)瀝青的芳香化合物、脂肪烴比例穩(wěn)定，說(shuō)明機(jī)制瀝青四組分穩(wěn)定;脂肪族長(zhǎng)鏈基本沒(méi)有太大變化，說(shuō)明瀝青長(zhǎng)鏈化合物組分穩(wěn)定，且未出現(xiàn)老化斷鏈現(xiàn)象，可以判斷所檢樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品一致，瀝青原材質(zhì)量穩(wěn)定。

3 工地傳統(tǒng)檢測(cè)方式與紅外光譜檢測(cè)的應(yīng)用對(duì)比情況

3.1 時(shí)效性

常規(guī)三大指標(biāo)試驗(yàn)需要對(duì)原材進(jìn)行取樣、脫水、澆模、保溫、試驗(yàn)等工序，全部流程從運(yùn)輸車(chē)取樣到檢測(cè)結(jié)果出來(lái)加起來(lái)大概需要9h，如果要進(jìn)行老化試驗(yàn)，則仍需要9h。

紅外光譜儀采用ATR測(cè)試平臺(tái)，對(duì)于流體狀態(tài)或者凝固狀態(tài)樣品均可檢測(cè)。為了避免樣品反復(fù)加熱老化，采用取樣附件取凝固狀態(tài)樣品，直接涂抹在測(cè)試平臺(tái)上。從取樣至數(shù)據(jù)出來(lái)，只需要5～10min，縮短了原材的檢測(cè)時(shí)間，提高了檢測(cè)工效，對(duì)工程質(zhì)量及周期提供了有力保障。

3.2 準(zhǔn)確性

為了驗(yàn)證紅外光譜技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)指標(biāo)的統(tǒng)一程度，在相關(guān)單位的見(jiàn)證下進(jìn)行紅外光譜法與常規(guī)檢測(cè)法的比對(duì)試驗(yàn)。樣品由監(jiān)理隨機(jī)抽取3組，參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)范，對(duì)瀝青針入度和軟化點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)編號(hào)記錄相應(yīng)數(shù)據(jù);采用紅外光譜設(shè)備對(duì)相同瀝青進(jìn)行針入度和軟化點(diǎn)的推算，并對(duì)兩種方法檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。具體結(jié)果見(jiàn)表3和下頁(yè)表4。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：常規(guī)針入度試驗(yàn)與紅外光譜法檢測(cè)結(jié)果偏差范圍為0.2～1.0，軟化點(diǎn)偏差范圍為1.0～1.4，兩種方法的偏差范圍較小，結(jié)果接近。但紅外光譜法檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差小，表明其結(jié)果精度高，且準(zhǔn)確性滿足規(guī)范誤差要求。

3.3 溯源性

傳統(tǒng)工地試驗(yàn)檢測(cè)方法通常對(duì)瀝青三大指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果具有局限性，僅適用于判斷瀝青是否滿足技術(shù)規(guī)范，無(wú)法判斷瀝青是否為同一廠家、標(biāo)號(hào)和成分的瀝青。進(jìn)場(chǎng)瀝青只要項(xiàng)目指標(biāo)滿足規(guī)范要求就能用于施工，而對(duì)于瀝青溯源則難以實(shí)現(xiàn)，無(wú)法對(duì)瀝青溯源和質(zhì)量波動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，導(dǎo)致瀝青廠家有以次充好、勾兌造假的利益空間。

紅外光譜法是以物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)、鍵位為基礎(chǔ)，能快速分析物質(zhì)的組成成分，并與原瀝青樣品成分進(jìn)行逐一比對(duì)，判斷瀝青的成分、基團(tuán)是否可靠，對(duì)瀝青進(jìn)行溯源，從根本上有效地抑制和解決瀝青造假、以次充好的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合南欽防改擴(kuò)建項(xiàng)目的實(shí)際工程應(yīng)用，紅外光譜快速檢測(cè)方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）具有溯源性，紅外光譜快速檢測(cè)法基于分子結(jié)構(gòu)，對(duì)官能團(tuán)、鍵位等進(jìn)行確定、辨別、分析，能夠溯源瀝青的源頭組分，區(qū)別于常規(guī)的瀝青指標(biāo)化驗(yàn)收。

（2）該法優(yōu)質(zhì)高效，與三大指標(biāo)試驗(yàn)相比，紅外光譜法檢測(cè)從制樣到出結(jié)果只需5～10min，時(shí)間遠(yuǎn)低于三大指標(biāo)試驗(yàn)耗時(shí)，大大提高了南欽防改擴(kuò)建項(xiàng)目質(zhì)量監(jiān)控效率，確保了項(xiàng)目施工質(zhì)量及周期，可廣泛應(yīng)用于其他實(shí)際工程。

（3）紅外光譜法所用儀器設(shè)備便于攜帶，且使用操作簡(jiǎn)單，便于上手。

（4）檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性高，時(shí)間短，有效節(jié)約工程成本。

總之，紅外光譜法對(duì)瀝青檢測(cè)是高效率且較為有效的新型方法，可以解決瀝青檢測(cè)難、出結(jié)果效率低、廠家瀝青質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。紅外光譜瀝青檢測(cè)法應(yīng)用于本項(xiàng)目，其效果得到了各參建單位的認(rèn)可，該法保證了南欽防改擴(kuò)建項(xiàng)目瀝青的質(zhì)量，為路面工程質(zhì)量奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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