基于紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的高速公路SBS改性瀝青性能檢測(cè)方法分析

徐國珍

（甘肅省嘉峪關(guān)公路事業(yè)發(fā)展中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

0 引言

近年來，隨著交通運(yùn)輸需求的增加，高速公路建設(shè)得到快速發(fā)展。作為高速公路建設(shè)的重要組成部分，道路材料的性能直接關(guān)系到公路的安全性和耐久性。瀝青作為一種常用的道路材料，廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)中。為提高瀝青的性能，SBS 改性瀝青被廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的瀝青性能檢測(cè)方法存在一些問題，如測(cè)試時(shí)間長、操作復(fù)雜、數(shù)據(jù)分析困難等。因此，研究一種高效、準(zhǔn)確且非破壞性的SBS 改性瀝青性能檢測(cè)方法尤為重要。

1 SBS 改性瀝青的性能特點(diǎn)

SBS 改性瀝青是將SBS 聚合物（苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物）與瀝青進(jìn)行混合改性而成。SBS 改性瀝青通過添加SBS 聚合物，使其具有出色的彈性特性。在高溫條件下，SBS 改性瀝青能夠保持較高的彈性模量，有效抵抗車輛的動(dòng)態(tài)荷載和交通流量的影響。在低溫環(huán)境下，其仍然能夠保持較高的彈性，不易發(fā)生脆性斷裂，有效防止路面龜裂和冷裂。此外，SBS 改性瀝青具有出色的抗老化性能，能夠抵御紫外線、氧氣、水分和氧化劑等外界因素的侵蝕和破壞，這使SBS 改性瀝青在長期使用過程中能夠保持穩(wěn)定的性能，延長路面的使用壽命。由于SBS 聚合物的加入，SBS 改性瀝青在抗裂方面表現(xiàn)出色，能夠有效抵抗路面的剪切力、張拉力和反彎曲應(yīng)力，減少裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，提高路面的抗裂性能。SBS 改性瀝青還具有良好的黏附性，能夠與路面基層和骨料緊密結(jié)合，形成堅(jiān)固的復(fù)合體系，這種良好的黏附性能保證了路面層之間的緊密結(jié)合，提高了路面的耐久性和穩(wěn)定性[1]。

2 傳統(tǒng)的SBS 改性瀝青性能檢測(cè)方法

傳統(tǒng)的SBS 改性瀝青性能檢測(cè)方法主要包括軟化點(diǎn)測(cè)試、黏度測(cè)試和彈性恢復(fù)率測(cè)試等。這些方法通過對(duì)瀝青樣品進(jìn)行破壞性試驗(yàn)操作，評(píng)估其性能特征。

2.1 軟化點(diǎn)測(cè)試

軟化點(diǎn)測(cè)試是一種常用的評(píng)估瀝青柔軟性的方法，該測(cè)試通過將瀝青樣品加熱并觀察其變軟時(shí)的溫度來確定軟化點(diǎn)。軟化點(diǎn)通常用于評(píng)估瀝青在高溫條件下的穩(wěn)定性和抗變形性能，特別是在高溫季節(jié)和炎熱氣候下，這些性能對(duì)于瀝青路面的耐久性至關(guān)重要。軟化點(diǎn)測(cè)試基于瀝青的流變特性，即在加熱過程中，瀝青從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪鲃?dòng)狀態(tài)的溫度。這一轉(zhuǎn)變是由于瀝青中的組分在加熱過程中發(fā)生軟化和流動(dòng)，導(dǎo)致瀝青的柔軟性增加。軟化點(diǎn)測(cè)試是一種有效的評(píng)估瀝青柔軟性的方法，但也存在一些缺點(diǎn)。首先，軟化點(diǎn)測(cè)試需要破壞瀝青樣品，因此無法進(jìn)行進(jìn)一步的性能評(píng)估。其次，軟化點(diǎn)測(cè)試通常需要較長的測(cè)試時(shí)間，特別是對(duì)于高黏度的瀝青樣品，加熱過程可能較為耗時(shí)。

2.2 黏度測(cè)試

黏度測(cè)試是評(píng)估瀝青流動(dòng)性和工藝性能的重要方法，該測(cè)試通過測(cè)量瀝青在一定溫度下的黏度來確定其流動(dòng)性，黏度是液體流動(dòng)性的物理特性，反映瀝青在施工過程中的黏度和黏性。黏度測(cè)試可以通過多種方法進(jìn)行，其中最常見的是旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，例如Brookfield 黏度計(jì)，該方法通過將瀝青樣品置于旋轉(zhuǎn)的凸盤或圓柱體中，測(cè)量在特定溫度下瀝青在不同轉(zhuǎn)速下所需的剪切力，從而得出黏度值。這種測(cè)試方法可以提供不同溫度下瀝青的黏度參數(shù)，如動(dòng)態(tài)剪切黏度和靜態(tài)剪切黏度。然而，傳統(tǒng)的黏度測(cè)試方法需要特定的試驗(yàn)設(shè)備和操作技能，且測(cè)試過程較為繁瑣。

2.3 彈性恢復(fù)率測(cè)試

彈性恢復(fù)率測(cè)試是評(píng)估瀝青抗變形性能的一種常用方法。該測(cè)試通過對(duì)瀝青樣品施加應(yīng)力并觀察其恢復(fù)程度，評(píng)估瀝青的彈性恢復(fù)能力。彈性恢復(fù)率測(cè)試可用于評(píng)估瀝青在受力后的變形情況，對(duì)于道路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性具有重要意義。然而，傳統(tǒng)的彈性恢復(fù)率測(cè)試方法需要特定的試驗(yàn)設(shè)備和操作技巧，且測(cè)試過程較為復(fù)雜。

傳統(tǒng)的SBS 改性瀝青性能檢測(cè)方法存在一些局限性。首先，這些方法需要對(duì)樣品進(jìn)行破壞性試驗(yàn)操作，從而無法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工材料進(jìn)行直接評(píng)估，且樣品的準(zhǔn)備和處理過程可能對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。其次，測(cè)試過程通常耗時(shí)較長，不利于快速準(zhǔn)確地獲取結(jié)果。最后，數(shù)據(jù)的分析和解釋也相對(duì)困難，對(duì)操作人員的技能和經(jīng)驗(yàn)要求較高[2]。

3 基于紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的選擇

3.1 ATR 法（全反射紅外法）

ATR 法是一種常用的基于紅外光譜的SBS 含量檢測(cè)方法，它利用全反射現(xiàn)象將紅外光引入瀝青樣品中，通過測(cè)量光的吸收強(qiáng)度來推斷SBS 的含量。在該方法中，瀝青樣品通常被制成固體片狀，并將ATR 晶體與樣品接觸，使紅外光在晶體與樣品界面上發(fā)生反射。通過分析紅外光譜中特定波長處的吸收峰強(qiáng)度，可以計(jì)算得到SBS 的含量。

3.2 壓片法

壓片法是一種簡單而有效的基于紅外光譜的SBS含量檢測(cè)方法。該方法將SBS 改性瀝青樣品制成薄片或薄膜，然后使用紅外光譜儀對(duì)其進(jìn)行掃描。通過分析樣品在紅外光波段的吸收譜圖，可以推斷出SBS的含量，這種方法適用于樣品較薄的情況，并且操作簡單快捷。

3.3 涂抹法

涂抹法是一種將紅外吸收涂料直接涂抹在瀝青樣品表面的方法。在該方法中，紅外吸收涂料中通常含有一定濃度的SBS，其吸收特性與樣品中的SBS 存在一定的相關(guān)性。通過在瀝青樣品表面涂抹一層這樣紅外吸收涂料，再進(jìn)行紅外光譜掃描，可以間接推斷出樣品中SBS 的含量。

3.4 液體池法

液體池法是一種將瀝青樣品溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，并使用紅外光譜儀測(cè)量溶液吸收譜的方法。在該方法中，選擇合適的溶劑將SBS 改性瀝青樣品溶解，形成瀝青溶液。然后，使用紅外光譜儀對(duì)瀝青溶液進(jìn)行掃描，通過分析溶液中特定波長處的吸收峰強(qiáng)度來推斷出SBS 的含量[3]。

4 紅外光譜試驗(yàn)不同制樣方式的試驗(yàn)結(jié)果

4.1 ATR 法取樣方式的確定

在進(jìn)行ATR 法試驗(yàn)時(shí)，可以嘗試不同的取樣方式，如樣品的形態(tài)和尺寸，以及ATR 晶體的選擇。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)包括對(duì)不同取樣方式的比較，以評(píng)估其對(duì)SBS 含量檢測(cè)的影響。

具體檢測(cè)情況為：一是比較不同取樣方式下SBS含量的吸收峰強(qiáng)度，較高的吸收峰強(qiáng)度可能表示較高的SBS 含量。二是確定所選取樣方式下的波數(shù)范圍，以獲得最佳的SBS 含量檢測(cè)結(jié)果。三是進(jìn)行多次試驗(yàn)，并評(píng)估不同取樣方式的重復(fù)性和穩(wěn)定性，確保所選取樣方式能夠提供可重復(fù)和穩(wěn)定的試驗(yàn)結(jié)果。

為進(jìn)一步驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果，選擇同一樣品，并分別在不同部位進(jìn)行檢測(cè)，在上、中、下三個(gè)部分檢測(cè)之后得到表1 的相關(guān)數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)可以看出，檢測(cè)結(jié)果具有一定差異性，缺乏代表性。在之后的試驗(yàn)中，重新將瀝青融化、攪勻后取樣制成小球狀樣品，目的是改善試驗(yàn)過程中樣品的均勻性和離析現(xiàn)象，從而提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)所記錄的結(jié)果（見表2），瀝青融化后的樣品在上、中、下部混合均勻，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散度較小，具有代表性。

表2 融化后不同位置取樣的SBS 改性瀝青紅外數(shù)據(jù)表

這種改進(jìn)方法可以解決樣品不均勻和離析現(xiàn)象對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過重新將瀝青融化并攪拌均勻，可以使樣品中的SBS 更加均勻地分布，減小不同位置之間的差異。

在分析這些結(jié)果時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

第一，比較瀝青融化后制成的小球狀樣品在不同位置的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散度，通過繪制誤差棒圖或誤差線圖，可以直觀地展示結(jié)果的重復(fù)性和穩(wěn)定性。

第二，觀察瀝青融化后制成的小球狀樣品在不同位置的紅外光譜圖中SBS 的吸收峰強(qiáng)度和形狀的差異，比較吸收峰的強(qiáng)度和位置，以評(píng)估不同位置之間的差異。

第三，將重新制備的小球狀樣品的試驗(yàn)結(jié)果與之前的結(jié)果進(jìn)行比較，評(píng)估改進(jìn)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響?？梢员容^吸收峰強(qiáng)度和形狀的變化，以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散度，以確定改進(jìn)方法的有效性。

通過以上分析，可以得出改進(jìn)方法的效果，即瀝青融化后制成小球狀樣品能夠提高樣品的均勻性，減小不同位置之間的差異，從而提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。需要注意的是，在進(jìn)行試驗(yàn)和分析之前，需要根據(jù)具體的試驗(yàn)條件和設(shè)備要求進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)、標(biāo)定和驗(yàn)證，以確保獲得準(zhǔn)確和可靠的結(jié)果。

4.2 涂抹法測(cè)試條件的確定

在涂抹法測(cè)試條件的確定中，選擇既可以將瀝青完全溶解又不會(huì)對(duì)紅外光譜的背景測(cè)量產(chǎn)生影響的試劑是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。一種常用的試劑是四氯化碳溶液。選擇試劑時(shí)，需要確保其具有足夠的溶解能力，能夠完全溶解瀝青中的SBS 成分。四氯化碳作為一種常用的有機(jī)溶劑，對(duì)瀝青中的SBS 具有較好的溶解能力，能夠有效將SBS 溶解于溶液中，便于進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。

此外，涂抹法中所使用的試劑應(yīng)不會(huì)對(duì)紅外光譜的背景測(cè)量產(chǎn)生顯著影響。四氯化碳在紅外光譜范圍內(nèi)的吸收特性較小，不會(huì)對(duì)瀝青樣品的紅外光譜背景造成干擾，這使四氯化碳成為一種常用的選擇，能夠提供清晰且可靠的紅外光譜信號(hào)。在選擇試劑時(shí)，還需要考慮其安全性和環(huán)境友好性。四氯化碳是一種揮發(fā)性有機(jī)溶劑，具有毒性和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，在使用四氯化碳時(shí)，需要遵守安全操作規(guī)范，并在試驗(yàn)室中進(jìn)行。同時(shí)，應(yīng)盡量減少其使用量，以減輕對(duì)環(huán)境的影響，并尋找替代試劑或方法，以提高試驗(yàn)的環(huán)境友好程度。

需要注意的是，涂抹法測(cè)試條件的確定還涉及其他因素，如涂布厚度和光譜儀的設(shè)置等。在試驗(yàn)中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)耐坎己穸?，以確保獲得準(zhǔn)確和可重復(fù)的結(jié)果。此外，根據(jù)具體的試驗(yàn)要求和設(shè)備規(guī)范，對(duì)紅外光譜儀進(jìn)行正確設(shè)置和校準(zhǔn)，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。

5 結(jié)語

總而言之，基于紅外光譜檢測(cè)技術(shù)的高速公路SBS 改性瀝青性能檢測(cè)具有重要的意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。通過紅外光譜分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SBS 改性瀝青中SBS 含量及其他關(guān)鍵性能特征的快速、準(zhǔn)確和非破壞性檢測(cè)。紅外光譜方法具有樣品制備簡單、操作便捷、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，使其成為高速公路建設(shè)領(lǐng)域中SBS 改性瀝青性能檢測(cè)的重要手段，有助于提高瀝青材料的質(zhì)量控制、工程設(shè)計(jì)和性能評(píng)估水平，推動(dòng)高速公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著紅外光譜技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，其在瀝青性能檢測(cè)中的應(yīng)用將得到更多重視，也將充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)公路工程的建設(shè)。