依托某高速公路項(xiàng)目在現(xiàn)場改性瀝青質(zhì)量控制過程中，采用天津能譜科技iCAN 9 傅立葉紅外光譜儀對基質(zhì)瀝青、改性瀝青進(jìn)行光譜分析，根據(jù)基質(zhì)瀝青、不同改性劑摻量的改性瀝青的波數(shù)965/cm-1和1377/cm-1特征吸收峰的吸光度關(guān)系，建立SBS改性劑含量與特征吸收峰處吸光度的線性回歸模型，以此來定量分析SBS改性劑瀝青中改性劑摻量的穩(wěn)定性，為改性瀝青質(zhì)量控制提供參考。

紅外光譜儀 | SBS改性瀝青 | 質(zhì)量控制 | 應(yīng)用

隨著目前公路建設(shè)中改性瀝青質(zhì)量的差異性和變異性越來越明顯，也受到更多的關(guān)注和重視，部分高速公路也由于瀝青質(zhì)量的問題導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)一些早期損壞，鑒于種種原因某高速公路采用現(xiàn)場改性瀝青，嚴(yán)格控制基質(zhì)瀝青質(zhì)量、改性劑質(zhì)量和摻量，以保證改性瀝青的質(zhì)量，因此改性瀝青生產(chǎn)過程中SBS改性劑摻量的控制成為質(zhì)量控制的重點(diǎn)。

本試驗(yàn)依托某高速在現(xiàn)場改性瀝青質(zhì)量控制過程采用天津能譜科技iCAN 9 傅立葉紅外光譜儀（ATR法）對改性瀝青的SBS摻量的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)控，并探索改性瀝青摻量檢測的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。

紅外光譜是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對振動和分子轉(zhuǎn)動等信息來確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。當(dāng)一束具有連續(xù)波長的紅外光通過某物質(zhì)時，該物質(zhì)分子中某個基團(tuán)的振動頻率或轉(zhuǎn)動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態(tài)振（轉(zhuǎn)）動能級躍遷到能量較高的振（轉(zhuǎn)）動能級，分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，該處波長的光就被該物質(zhì)所吸收。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來，就得到紅外光譜圖。組成分子的各種基團(tuán)都有自己特定的紅外特征吸收峰。不同化合物中，同一種官能團(tuán)的吸收振動總是出現(xiàn)在一個窄的波數(shù)范圍內(nèi)，據(jù)此即能對物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)加以判斷和確定。

紅外光譜定量分析法的依據(jù)是朗伯一比爾定律。與其它定量分析方法相比，紅外光譜定量分析法存在一些缺點(diǎn)，因此只在特殊的情況下使用。它要求所選擇的定量分析峰應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即摩爾吸光系數(shù)大的峰，且不與其他峰相重疊，同時，只有當(dāng)吸光度值＜1.0時，其定量信息才被認(rèn)為是可靠的。

道路石油瀝青是復(fù)雜的碳?xì)浠衔锱c其非金屬衍生物組成的混合物。其分子結(jié)構(gòu)中含有-CH3、-CH2-    -C6H5等多種官能團(tuán)，其中，因  CH3中C-H鍵的面內(nèi)彎曲振動引起的1377/cm處的吸收峰可以看做是僅歸屬為基質(zhì)瀝青的特征峰，而因-CH=CH-中C-H鍵的彎曲振動而引起的966/cm處的紅外吸收峰則對應(yīng)為SBS中反式丁二烯的特征峰?？赏ㄟ^繪制兩者的峰高比或峰面積比與SBS含量之間的對應(yīng)關(guān)系曲線，進(jìn)行SBS的定量檢測分析。

SBS改性劑摻入到瀝青中是一種物理的改性方法，并沒有與基質(zhì)瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。所以SBS中所含丁二烯官能團(tuán)不會因加人到基質(zhì)瀝青中而發(fā)生變化。由此可以認(rèn)為，通過紅外光譜法得到的不同SBS摻量966/cm處特征峰的吸光度值與其對應(yīng)的摻量存在一定的線性關(guān)系，從而得出一條標(biāo)準(zhǔn)曲線，對日后改性瀝青樣品進(jìn)行吸光度掃描后與該曲線進(jìn)行比對，直接得出樣品中SBS的摻量。

本試驗(yàn)使用的基質(zhì)瀝青為70號泰普克道路石油瀝青，SBS改性劑為線型岳陽石化1301-1型改性劑，原材料的檢測結(jié)果見表1和表2。

基質(zhì)瀝青青和改性瀝青的紅外吸收峰特征曲線

分別見圖1、圖2。

由圖1可見，基質(zhì)瀝青紅外光譜圖中出現(xiàn)了3處吸收峰，其中波數(shù)650-910/cm區(qū)域是苯環(huán)取代區(qū)，出現(xiàn)的幾個吸收峰是由苯環(huán)C-H面外搖擺振動形成的［1］；而波數(shù)1376/cm和1458/cm處的吸收峰則由C-CH3和CH2中C-H面內(nèi)伸縮振動形成的。

由圖2可知，改性瀝青與基質(zhì)瀝青的吸收峰存在明顯差異，即波數(shù)966/cm處的吸收峰特征更為明顯每種物質(zhì)分子都有一個由其組成和結(jié)構(gòu)所決定的紅外特征吸收峰，它只吸收一些特定波長的紅外光。由于摻入的SBS改性劑與基質(zhì)瀝青并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，亦即聚苯乙烯和聚丁二烯并沒有發(fā)生化學(xué)變化，所以SBS改性瀝青的紅外光譜只是在基質(zhì)瀝青的紅外光譜上簡單疊加了聚苯乙烯與聚丁二烯的紅外光譜，而相應(yīng)的吸收峰位置和強(qiáng)度基本保持不變，是基質(zhì)瀝青和SBS改性劑的紅外光譜的簡單合成圖。與基質(zhì)瀝青比較，SBS改性瀝青的紅外光譜在966/cm處出現(xiàn)了明顯的特征吸收峰，分別由SBS改性劑中的聚苯乙烯苯環(huán)和聚丁二烯雙鍵等特征官能團(tuán)形成[2]。因此，可通過對基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青紅外光譜圖的對比分析，判別改性瀝青中是否存在苯乙烯和丁二烯，從而實(shí)現(xiàn)對SBS改性劑定性分析。

(1)標(biāo)準(zhǔn)小樣準(zhǔn)備。通過制備不同SBS含量的SBS改性瀝青的小樣（包括：4%、4.3%、4.5%、4.8%、5%），總共五種不同SBS含量的改性瀝青。改性瀝青所采用的基質(zhì)瀝青為泰普克70號道路石油瀝青，SBS改性劑為岳陽石化1301-1型改性劑。

(2)試驗(yàn)過程描述。①將不同SBS含量的改性瀝青試樣充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，分別取1g試樣放人不同的小瓶中。②量取10mL四氯化碳溶于1g試樣中，不斷的搖晃，使試樣充分溶于四氯化碳。③取1滴所得樣品溶液涂于 溴化鉀窗片上，在紅外燈下保持35min將四氯化碳蒸干（見圖3）。④采用紅外光譜儀進(jìn)行掃描，得出基質(zhì)瀝青和不同SBS含量改性瀝青圖譜。

(3)SBS含量標(biāo)準(zhǔn)曲線確定。根據(jù)《AASHTO運(yùn)輸材料標(biāo)準(zhǔn)材料規(guī)范與取樣和試驗(yàn)方法》（T302-2005)131，對圖譜中965/cm和1365/cm波數(shù)的峰高比、峰面積比和SBS摻量進(jìn)行回歸。回歸的曲線和方程式見圖4，不同SBS摻量的SBS改性瀝青的峰高比計(jì)算見表3。

從圖4可知，該回歸曲線方程相關(guān)系數(shù)達(dá)到 0.9935，線性關(guān)系較好。可作為后續(xù)SBS改性瀝青中SBS改性劑含量檢測的評判計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)公式。具體回歸公式如下：y=0.0334元＋0.1352(y為峰高比，z為SBS含量）。

為驗(yàn)證回歸方程的準(zhǔn)確性，對實(shí)驗(yàn)室制備的SBS摻量為4.3%的SBS改性瀝青進(jìn)行光譜分析，計(jì)算得出4.3%的SBS改性瀝青峰高比(O.2793）帶入回歸的方程中，反推出SBS含量4.31%，與理論值基本一致。表明該回歸方程可 作 為SBS 改 性瀝青 SBS含量檢測的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)

算方程。 

進(jìn)一步驗(yàn)證方法的可行性，同時對現(xiàn)場抽檢的樣品進(jìn)行大量的檢測和SBS用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)反算。現(xiàn)場通過采集收集一周的生產(chǎn)改性瀝青的用為量和使用的改性用量（生產(chǎn)1400t改性瀝青，程可作消耗改性劑63t（摻量4.5%）），并每天檢測改算方性劑摻量，通過檢測連續(xù)十天的摻量的檢測結(jié)果與所使用掉的改性劑量進(jìn)行對比（見表4）。

從檢測結(jié)果和反算結(jié)果對比可知，試驗(yàn)誤差基本控制在土0.2%的范圍內(nèi)，檢測方法比較可靠。

(1)通過對測試原理的解讀、定性和定量的分析，并且結(jié)合現(xiàn)場大量的試驗(yàn)證利用紅外光譜儀壓片法測定SBS改性瀝青中改性劑摻量的方法可行。

(2)本方法測試效率高、精度較高，可以有效控制施工過程改性瀝青的生產(chǎn)質(zhì)量。

(3)在改性瀝青中對改性劑摻量的檢測，目前規(guī)范中沒有一種標(biāo)準(zhǔn)方法，因此探索改性瀝青中改性劑摻量的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法非常必要，對改性瀝青質(zhì)量控制也至關(guān)重要。