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)場樣品與標準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鍵及官能團通過吸收紅外光譜產(chǎn)生振動,由于不同化學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),通過光譜學數(shù)據(jù)進行擬合并分析,檢測瀝青的某些技術(shù)指標,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
針對本項目三個標段品牌瀝青隨機取樣進行標準紅外光譜圖繪制(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,當結(jié)果與標準樣圖譜一致時,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 制作標準樣
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)瀝青標準樣為各標段制作改性瀝青時所用基質(zhì)瀝青。
2.2 測試結(jié)果
各標段基質(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、9標、10標所用的基質(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準樣品一致,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 準確性
為了驗證紅外光譜技術(shù)與現(xiàn)場檢測指標的統(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)果標準差小,表明其結(jié)果精度高,且準確性滿足規(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、標號和成分的瀝青。進場瀝青只要項目指標滿足規(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)的瀝青指標化驗收。
(2)該法優(yōu)質(zhì)高效,與三大指標試驗相比,紅外光譜法檢測從制樣到出結(jié)果只需5~10min,時間遠低于三大指標試驗耗時,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:
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