黃雅婷 葉超強

摘要：文章以廣西南寧經(jīng)欽州至防城港段改擴建工程項目為依托，采用紅外光譜快速檢測方法對改擴建項目的瀝青質(zhì)量進行檢測，并對應(yīng)用過程中的優(yōu)缺點進行總結(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建工程項目全長86.659km，本項目的設(shè)計速度為120km/h，全線利用24.5m（四車道）、28m（四車道）、33.5m（六車道）寬度的既有路基兩側(cè)加寬為42m（八車道），水泥混凝土路面改擴建為瀝青混凝土路面。因為路線長，車道寬，車流量大，工期緊張，瀝青需求量大，如何保證瀝青路面工程質(zhì)量，加快施工進度，對瀝青原材進行快速準(zhǔn)確檢測對本項目具有重要意義。

傳統(tǒng)瀝青檢測往往采用工地試驗室法，該法效率低、成本高，且對瀝青中各種添加劑混合物敏感，檢測結(jié)果不精確。紅外光譜瀝青檢測法有著優(yōu)質(zhì)高效的優(yōu)點，在瀝青道路工程方面應(yīng)用廣泛。近年來，國內(nèi)眾多學(xué)者對紅外光譜瀝青檢測進行了深入研究，劉鵬等[1]基于紅外光譜瀝青檢測法，研究了SBS摻量對改性瀝青質(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;李[HTXH1]喆[2]提出了一種現(xiàn)場樣品與標(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結(jié)果不準(zhǔn)確的問題;劉建洋[3]通過紅外光譜檢測技術(shù)，將不同瀝青品牌與其檢測結(jié)果的吸收峰建立了一一對應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征關(guān)系，最終實現(xiàn)了快速鑒定瀝青品牌、判定瀝青質(zhì)量是否達標(biāo)的目的。

綜上所述，紅外光譜瀝青檢測結(jié)果全面，數(shù)據(jù)精確。南欽防改擴建項目采用紅外光譜技術(shù)對瀝青進行快速鑒別，大大縮短了備料周期，為現(xiàn)場工程質(zhì)量及周期提供了保障。

1 紅外光譜法簡介

該法基于傅里葉紅外光譜技術(shù)，瀝青中有機分子的化學(xué)鍵及官能團通過吸收紅外光譜產(chǎn)生振動，由于不同化學(xué)鍵及官能團對吸收光譜強度的能力不同，最終在紅外光譜中反饋不同位置，以此來區(qū)分和獲取分子中化學(xué)鍵和官能團信息，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的類型和數(shù)量具有一定的穩(wěn)定性，通過紅外光譜掃描對比和多元相關(guān)性分析，可以定性地分析瀝青的品質(zhì)，通過光譜學(xué)數(shù)據(jù)進行擬合并分析，檢測瀝青的某些技術(shù)指標(biāo)，為道路工程用瀝青檢測提供了新方法。瀝青紅外識別方法與傳統(tǒng)光譜技術(shù)還有所區(qū)別，它通過近、中紅外與待測物質(zhì)取得關(guān)聯(lián)，通過建立模型多元分析進行檢測，具有操作簡單、時效性強、分析速率快等特點。

2 紅外光譜法在本工程中的應(yīng)用

針對本項目三個標(biāo)段品牌瀝青隨機取樣進行標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖繪制（如表1所示），再對樣品進行試驗室針入度、延度、軟化點試驗，并記錄相應(yīng)編號瀝青的數(shù)據(jù)。將光譜數(shù)據(jù)以及三大指標(biāo)進行多元關(guān)聯(lián)建模，讓紅外光譜圖可對抽檢瀝青進行一致性檢測，并推算三大指標(biāo)的數(shù)據(jù)。瀝青進場時，在相關(guān)單位見證下，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（2004）要求，對基質(zhì)瀝青運輸車進行隨機取樣，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。取樣后對樣品立刻進行紅外光譜檢測比對，當(dāng)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣圖譜一致時，允許瀝青卸車至拌和站瀝青儲存罐中;若檢測結(jié)果不一致，則暫停瀝青卸車入罐，加大抽樣數(shù)量，如最終仍不合格者需清場退樣。檢測流程如圖1所示。

2.1 制作標(biāo)準(zhǔn)樣

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

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

2.2 測試結(jié)果

各標(biāo)段基質(zhì)瀝青真實性測試結(jié)果如表2所示。

經(jīng)過圖譜分析對比，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，說明機制瀝青四組分穩(wěn)定;脂肪族長鏈基本沒有太大變化，說明瀝青長鏈化合物組分穩(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)檢測方式與紅外光譜檢測的應(yīng)用對比情況

3.1 時效性

常規(guī)三大指標(biāo)試驗需要對原材進行取樣、脫水、澆模、保溫、試驗等工序，全部流程從運輸車取樣到檢測結(jié)果出來加起來大概需要9h，如果要進行老化試驗，則仍需要9h。

紅外光譜儀采用ATR測試平臺，對于流體狀態(tài)或者凝固狀態(tài)樣品均可檢測。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，直接涂抹在測試平臺上。從取樣至數(shù)據(jù)出來，只需要5～10min，縮短了原材的檢測時間，提高了檢測工效，對工程質(zhì)量及周期提供了有力保障。

3.2 準(zhǔn)確性

為了驗證紅外光譜技術(shù)與現(xiàn)場檢測指標(biāo)的統(tǒng)一程度，在相關(guān)單位的見證下進行紅外光譜法與常規(guī)檢測法的比對試驗。樣品由監(jiān)理隨機抽取3組，參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》規(guī)范，對瀝青針入度和軟化點進行檢測，并根據(jù)編號記錄相應(yīng)數(shù)據(jù);采用紅外光譜設(shè)備對相同瀝青進行針入度和軟化點的推算，并對兩種方法檢測數(shù)據(jù)進行對比。具體結(jié)果見表3和下頁表4。

分析實驗結(jié)果可知：常規(guī)針入度試驗與紅外光譜法檢測結(jié)果偏差范圍為0.2～1.0，軟化點偏差范圍為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)工地試驗檢測方法通常對瀝青三大指標(biāo)進行檢測，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，無法判斷瀝青是否為同一廠家、標(biāo)號和成分的瀝青。進場瀝青只要項目指標(biāo)滿足規(guī)范要求就能用于施工，而對于瀝青溯源則難以實現(xiàn)，無法對瀝青溯源和質(zhì)量波動進行評價，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、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行逐一比對，判斷瀝青的成分、基團是否可靠，對瀝青進行溯源，從根本上有效地抑制和解決瀝青造假、以次充好的問題。

4 結(jié)語

結(jié)合南欽防改擴建項目的實際工程應(yīng)用，紅外光譜快速檢測方法具有如下優(yōu)點：

（1）具有溯源性，紅外光譜快速檢測法基于分子結(jié)構(gòu)，對官能團、鍵位等進行確定、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)化驗收。

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

（3）紅外光譜法所用儀器設(shè)備便于攜帶，且使用操作簡單，便于上手。

（4）檢測結(jié)果準(zhǔn)確性高，時間短，有效節(jié)約工程成本。

總之，紅外光譜法對瀝青檢測是高效率且較為有效的新型方法，可以解決瀝青檢測難、出結(jié)果效率低、廠家瀝青質(zhì)量不達標(biāo)等問題。紅外光譜瀝青檢測法應(yīng)用于本項目，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建項目瀝青的質(zhì)量，為路面工程質(zhì)量奠定了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]劉 鵬，史福泉，王 鵬，等.SBS改性瀝青紅外光譜快速檢測方法研究[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報，2018，33（4）：13-18.

[2]李 [HTXH1]喆.基于紅外光譜的SBS改性瀝青現(xiàn)場檢測改進方法研究[J].內(nèi)蒙古公路與運輸，2018（4）：10-12，17.

[3]劉建洋.基于紅外光譜技術(shù)的瀝青品牌辨識推廣應(yīng)用[J].公路交通科技：應(yīng)用技術(shù)版，2018，14（9）：136-137.