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沥青质量快速检测技术方法及应用研究

作者:admin     发布日期: 2020-10-07     二维码分享

沥青质量快速检测技术方法及应用研究

利用衰减全反射红外光谱技术对沥青质量快速检测方法进行了研究。通过考察基质沥青标准样品的试验方法、重复性测试误差、再现性测试误差、噪声水平,分析了此技术对沥青质量控制的可行性;通过建立基质沥青标准红外谱图,确定了比对谱图相关性系数阈值。研究结果表明:待测样品谱图与标准谱图在全谱图范围、特征区、指纹区相关系数≥99.00%,标准偏差≤5.0%,认为待测沥青样品与标准沥青样品相符。利用该检测技术方法对在建高速公路进场沥青进行实时质量监控,结合沥青物理性能指标对品牌不符合沥青进行分析研究,给施工单位提供全面的咨询意见。此方法与行标JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》物理性能指标测试方法相比,操作简便快捷,结果输出迅速,更适合于公路工程现场沥青质量的控制。

沥青作为公路建设的重要材料,对其进行研发检测、质量监控一直是道路工作者重点关注的问题。我国现行沥青材料的检测方法主要为JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,存在的问题有:

a.该方法无法甄别目前市场上的“冒牌”沥青。因公路工程施工沥青需求量集中,存在中标品牌沥青A无法及时供应的情况,有些沥青厂商便以低价格的品牌沥青或混兑调和沥青B冒充高价格的品牌沥青A,B沥青虽满足JTGF40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相关技术要求,但是在服役过程中各种性能远不如A沥青优良,给工程质量的保障带来负面影响。

b.该方法所需设备体积大,测试周期长,不适合施工现场对沥青材料进行实时检测监控。目前JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》试验方法主要集中在宏观性能测试分析上,所需设备全套占地面积需30m^2左右,且对于沥青样品的测试从取样到送样直至试验室制样检测出具结果至少需6h,试验周期较长,因此不适合施工现场沥青的实时检测监控。

随着分析仪器表征技术的快速发展和市场对沥青质量检测要求的提高,快速准确的沥青质量检测、评价方法及应用研究相应而生。

红外光谱技术作为有机化合物结构鉴定的重要手段之一[1],可提供的结构信息丰富、适用范围广、仪器使用方便,因此在沥青化学组成、结构分析中受到了一定程度的关注[2]。已有文献报道了对多种基质沥青、改性沥青红外光谱的分析,并将所有出现的谱峰进行了归属[3-5],然后通过谱峰位置、峰形和峰面积的不同,可以定性、半定量的分析聚合物改性沥青[6-12]。学者们也尝试利用不同老化时间沥青的红外光谱,分析沥青的老化规律[13-19]。这类研究均停留于沥青本身结构的分析,而通过不同沥青的特征结构识别基质沥青,进而应用于基质沥青材料的检测技术,目前相关研究较少,数据积累不够,基质沥青红外谱图库尚未建立,不能明确的将基质沥青品质、性能与微观结构建立相应关系。

红外光谱类似于人的指纹,不同物质对应不同的红外光谱图。本文通过实验室大量的试验及数据分析,建立了基质沥青快速检测方法:对基质沥青标准样品红外光谱图进行分析,辨析谱峰位置、峰形、峰高和峰面积的不同,建立红外谱图和基质沥青的对应关系,得到不同品牌基质沥青标准红外谱图;比对不同品牌及同一品牌基质沥青的标准红外谱图,确定沥青质量辨析的相关性系数阈值。将上述研究成果应用于高速公路工程项目沥青现场质量控制技术推广:进场待测基质沥青样品红外谱图与标准谱图在全谱图范围、特征区、指纹区进行谱图比对,在相关性系数及误差范围内可以对进场待测基质沥青样品质量进行判断。

基质沥青标准样品:不同品牌基质沥青油源和生产工艺不同,组成和组分含量存在差异,表现为红外光谱图不同。在确定工地项目中标所用基质沥青的品牌、牌号、油源等信息后,根据项目部提供炼油厂联系方式,对基质沥青厂家进行实际考察并获取基质沥青标准样品。

实验方法

调整仪器状态至稳定,采用衰减全反射(ATR)附件,将沥青样品均匀涂抹覆盖附件上的ZnSn晶体片,利用红外光谱仪多次反射测试沥青薄膜试样,扫描范围4000~650cm^-1,扫描次数32次,分辨率为4cm^-1 。

红外光谱图采用OMNIC处理软件进行分析,将沥青样品红外谱图扣除背景后与沥青标准红外谱图进行比对分析,判断是否满足试验研究确定的相关性系数及误差要求范围,用于测试未知沥青样本。

(1)基质沥青标准样品重复性测试研究

对同一基质沥青同一试验人员制备样品3次,按照上述1.3实验方法进行红外光谱图的采集,采集3次谱图并进行峰位、峰形、峰强比对,在全谱波数4000~650cm^-1、特征区4000~1350cm^-1、指纹区1350~650cm^-1范围内进行谱图灵敏度比对,确定相关性系数及重复性误差范围。

经对比对结果进行数据统计分析,同一品牌基质沥青重复性测试谱图在上述波数范围内相关性系数≥99.00%,标准偏差≤0.5%。

(2)基质沥青标准样品再现性测试研究

对同一基质沥青样品采用两个不同试验人员、不同时间进行制样,利用不同红外光谱仪按照上述1.3实验方法进行红外光谱测试,分别采集3次谱图共6组红外谱图进行峰位、峰形、峰强比对,在全谱波数4000~650cm^-1、特征区4000~1350cm^-1、指纹区1350~650cm^-1范围内进行灵敏度谱图比对,确定相关性系数及再现性误差范围。

经对比对结果进行数据统计分析,同一品牌基质沥青再现性测试谱图在上述波数范围内相关性系数≥99.00%,标准偏差≤5.0%见表2。

通过对所有收集的同一品牌基质沥青标准样品重复性测试红外比对谱图与再现性测试红外比对谱图结果进行统计分析,在全谱波数4000~650cm^-1、特征区4000~1350cm^-1、指纹区1350~650cm^-1相关性系数均大于99.00%,标准偏差≤5.0%,说明利用衰减全发射红外光谱法快速检测沥青质量方法准确可靠。

(3)基质沥青标准谱图的确定

将基质沥青重复性测试红外谱图(3组)与再现性测试红外谱图(6组)共9组进行谱图的统计计算,取其平均谱图作为该品牌基质沥青的标准红外谱图。

选择基质沥青标准红外谱图波数2050~1950cm^-1范围进行噪声测量,测量结果用峰-峰噪声或均方根(RMS)噪声表示,若二者数值表示的信噪比大于红外光谱仪信噪比,说明在上述实验过程中,光谱仪、检测器、实验参数设置和系统的物理性能均良好,信噪比大,所得谱图信息稳定,可以区分所有试验数据中的谱图特征和噪声,可将该品牌基质沥青平均谱图纳入基质沥青标准谱图数据库,对工程应用中的基质沥青进行质量比对鉴别。

利用上述研究确定的实验方法对收集的上百种不同品牌、不同油源地的基质沥青标准样品进行了分析测试,将各品牌基质沥青标准红外谱图纳入标准红外谱图数据库见图3,以便于实际工作中对基质沥青质量的分析检测。

基质沥青质量的判定

(1)相关性系数阈值的确定

对于基质沥青质量的鉴别,待测样品的红外谱图和标准谱图比对的相关性系数是判断结果的重要依据。通过分析比对标准谱图库中不同品牌、不同油源地的基质沥青红外谱图,对数据进行统计分析,确定基质沥青质量判定的相关性系数阈值。

a.同一品牌基质沥青、不同取样点标准谱图比对。

以SK90#基质沥青为例,通过获取不同取样点的标准样品,按照确定的试验方法建立、分析标准谱图,在全谱波数4000~650cm^-1、特征区4000~1350cm^-1、指纹区1350~650cm^-1范围内进行谱图比对,确定相关性系数如图4~图6所示。

经对同一品牌、不同取样地SK90#基质沥青样品标准红外谱图在规定波数范围进行比对分析,相关性系数均大于99.00%。

以上就是沥青质量检查的一部分方法,希望对您有所帮助!


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