楊喜英

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

瀝青作為公路建設(shè)的重要材料，對其進行研發(fā)檢測、質(zhì)量監(jiān)控一直是道路工作者重點關(guān)注的問題。我國現(xiàn)行瀝青材料的檢測方法主要為JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》，存在的問題有：

a.該方法無法甄別目前市場上的“冒牌”瀝青。因公路工程施工瀝青需求量集中，存在中標(biāo)品牌瀝青A無法及時供應(yīng)的情況，有些瀝青廠商便以低價格的品牌瀝青或混兌調(diào)和瀝青B冒充高價格的品牌瀝青A，B瀝青雖滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》相關(guān)技術(shù)要求，但是在服役過程中各種性能遠不如A瀝青優(yōu)良，給工程質(zhì)量的保障帶來負面影響。

b.該方法所需設(shè)備體積大，測試周期長，不適合施工現(xiàn)場對瀝青材料進行實時檢測監(jiān)控。目前JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》試驗方法主要集中在宏觀性能測試分析上，所需設(shè)備全套占地面積需30 m2左右，且對于瀝青樣品的測試從取樣到送樣直至試驗室制樣檢測出具結(jié)果至少需6 h，試驗周期較長，因此不適合施工現(xiàn)場瀝青的實時檢測監(jiān)控。

隨著分析儀器表征技術(shù)的快速發(fā)展和市場對瀝青質(zhì)量檢測要求的提高，快速準(zhǔn)確的瀝青質(zhì)量檢測、評價方法及應(yīng)用研究相應(yīng)而生。

紅外光譜技術(shù)作為有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定的重要手段之一[1],可提供的結(jié)構(gòu)信息豐富、適用范圍廣、儀器使用方便，因此在瀝青化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)分析中受到了一定程度的關(guān)注[2]。已有文獻報道了對多種基質(zhì)瀝青、改性瀝青紅外光譜的分析，并將所有出現(xiàn)的譜峰進行了歸屬[3-5]，然后通過譜峰位置、峰形和峰面積的不同，可以定性、半定量的分析聚合物改性瀝青[6-12]。學(xué)者們也嘗試利用不同老化時間瀝青的紅外光譜，分析瀝青的老化規(guī)律[13-19]。這類研究均停留于瀝青本身結(jié)構(gòu)的分析，而通過不同瀝青的特征結(jié)構(gòu)識別基質(zhì)瀝青，進而應(yīng)用于基質(zhì)瀝青材料的檢測技術(shù)，目前相關(guān)研究較少，數(shù)據(jù)積累不夠，基質(zhì)瀝青紅外譜圖庫尚未建立，不能明確的將基質(zhì)瀝青品質(zhì)、性能與微觀結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)關(guān)系。

紅外光譜類似于人的指紋，不同物質(zhì)對應(yīng)不同的紅外光譜圖。本文通過實驗室大量的試驗及數(shù)據(jù)分析，建立了基質(zhì)瀝青快速檢測方法：對基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品紅外光譜圖進行分析，辨析譜峰位置、峰形、峰高和峰面積的不同，建立紅外譜圖和基質(zhì)瀝青的對應(yīng)關(guān)系，得到不同品牌基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖；比對不同品牌及同一品牌基質(zhì)瀝青的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖，確定瀝青質(zhì)量辨析的相關(guān)性系數(shù)閾值。將上述研究成果應(yīng)用于高速公路工程項目瀝青現(xiàn)場質(zhì)量控制技術(shù)推廣：進場待測基質(zhì)瀝青樣品紅外譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖在全譜圖范圍、特征區(qū)、指紋區(qū)進行譜圖比對，在相關(guān)性系數(shù)及誤差范圍內(nèi)可以對進場待測基質(zhì)瀝青樣品質(zhì)量進行判斷。

1 瀝青質(zhì)量快速檢測技術(shù)方法的建立

1.1 儀器與瀝青樣品

儀器：Nicolet iS5紅外光譜儀(美國 賽默飛世爾)，ATR附件，ZnSe晶體板制樣器。

基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品：不同品牌基質(zhì)瀝青油源和生產(chǎn)工藝不同，組成和組分含量存在差異，表現(xiàn)為紅外光譜圖不同。在確定工地項目中標(biāo)所用基質(zhì)瀝青的品牌、牌號、油源等信息后，根據(jù)項目部提供煉油廠聯(lián)系方式，對基質(zhì)瀝青廠家進行實際考察并獲取基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品。

1.2 儀器參數(shù)的確定(此部分數(shù)據(jù)均為根據(jù)試驗情況調(diào)試儀器所得)

工作條件：工作溫度為16～25 ℃，相對濕度≤50%。

譜圖采集參數(shù)：光譜分辨率4 cm-1，儀器內(nèi)部掃描次數(shù)32次，掃描時自動扣除大氣背景。

光學(xué)臺參數(shù)：儀器采用衰減全反射(ATR)附件，掃描范圍4 000～650 cm-1，增益值為1；空光路干涉峰最大值為：5.0～9.8如圖1所示；放置ZnSe晶體片后干涉峰最大值為：0.7～1.1，若干涉峰最大值小于0.7，說明ZnSe晶體片磨損嚴重，所得紅外譜圖強度衰減嚴重，需重新更換晶體片如圖2所示。

1.3 實驗方法

調(diào)整儀器狀態(tài)至穩(wěn)定，采用衰減全反射(ATR)附件，將瀝青樣品均勻涂抹覆蓋附件上的ZnSn晶體片，利用紅外光譜儀多次反射測試瀝青薄膜試樣，掃描范圍4 000～650 cm-1，掃描次數(shù)32次，分辨率為4 cm-1。

圖1 空光路光學(xué)臺參數(shù)

圖2 放置磨損ZnSe晶體片后光學(xué)臺參數(shù)

紅外光譜圖采用OMNIC處理軟件進行分析，將瀝青樣品紅外譜圖扣除背景后與瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖進行比對分析，判斷是否滿足試驗研究確定的相關(guān)性系數(shù)及誤差要求范圍，用于測試未知瀝青樣本。

1.4 基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖的建立(此部分數(shù)據(jù)均為試驗研究所得)

1.4.1基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)性測試研究

對同一基質(zhì)瀝青同一試驗人員制備樣品3次，按照上述1.3實驗方法進行紅外光譜圖的采集，采集3次譜圖并進行峰位、峰形、峰強比對，在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1范圍內(nèi)進行譜圖靈敏度比對，確定相關(guān)性系數(shù)及重復(fù)性誤差范圍。

經(jīng)對比對結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，同一品牌基質(zhì)瀝青重復(fù)性測試譜圖在上述波數(shù)范圍內(nèi)相關(guān)性系數(shù)≥99.00%，標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.5%見表1。

1.4.2基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品再現(xiàn)性測試研究

對同一基質(zhì)瀝青樣品采用兩個不同試驗人員、不同時間進行制樣，利用不同紅外光譜儀按照上述1.3實驗方法進行紅外光譜測試，分別采集3次譜圖共6組紅外譜圖進行峰位、峰形、峰強比對，在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1范圍內(nèi)進行靈敏度譜圖比對，確定相關(guān)性系數(shù)及再現(xiàn)性誤差范圍。

經(jīng)對比對結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，同一品牌基質(zhì)瀝青再現(xiàn)性測試譜圖在上述波數(shù)范圍內(nèi)相關(guān)性系數(shù)≥99.00%，標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5.0%見表2。

表1 不同品牌基質(zhì)瀝青重復(fù)性測試結(jié)果(部分)Table1 Repeatabilitytestresultsofdifferentasphalt(part)瀝青品牌不同波數(shù)范圍(cm-1)相關(guān)性系數(shù)/%4000^6504000^13501350^650標(biāo)準(zhǔn)偏差/%殼牌70#99.7299.8699.690.29殼牌90#99.8499.9299.610.25SK70#99.6999.7499.580.40SK90#99.7799.8499.720.32加德士70#99.8599.8999.740.27加德士90#99.8199.8699.680.29克拉瑪依90#99.7899.8299.740.32東海70#99.6399.7199.600.43東海90#99.6799.7899.560.44鎮(zhèn)海70#99.7499.7999.680.31鎮(zhèn)海90#99.6599.7399.610.42

表2 不同品牌基質(zhì)瀝青再現(xiàn)性測試結(jié)果(部分)Table2 Reproducibilitytestresultsofdifferentasphalt(part)瀝青品牌不同波數(shù)范圍(cm-1)相關(guān)性系數(shù)/%4000^6504000^13501350^650標(biāo)準(zhǔn)偏差/%殼牌70#99.5299.6699.412.5殼牌90#99.6499.7299.612.3SK70#99.4699.5299.312.7SK90#99.3799.5199.222.9加德士70#99.1599.3999.043.1加德士90#99.2399.4199.083.0克拉瑪依90#99.3899.4299.242.9東海70#99.0999.2599.063.5東海90#99.2799.3499.163.0鎮(zhèn)海70#99.1499.1999.083.2鎮(zhèn)海90#99.0599.3399.013.8

通過對所有收集的同一品牌基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)性測試紅外比對譜圖與再現(xiàn)性測試紅外比對譜圖結(jié)果進行統(tǒng)計分析，在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1相關(guān)性系數(shù)均大于99.00%，標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5.0%，說明利用衰減全發(fā)射紅外光譜法快速檢測瀝青質(zhì)量方法準(zhǔn)確可靠。

1.4.3基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖的確定

將基質(zhì)瀝青重復(fù)性測試紅外譜圖(3組)與再現(xiàn)性測試紅外譜圖(6組)共9組進行譜圖的統(tǒng)計計算，取其平均譜圖作為該品牌基質(zhì)瀝青的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖。

選擇基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖波數(shù)2 050～1 950 cm-1范圍進行噪聲測量，測量結(jié)果用峰-峰噪聲或均方根(RMS)噪聲表示，若二者數(shù)值表示的信噪比大于紅外光譜儀信噪比，說明在上述實驗過程中，光譜儀、檢測器、實驗參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)的物理性能均良好，信噪比大，所得譜圖信息穩(wěn)定，可以區(qū)分所有試驗數(shù)據(jù)中的譜圖特征和噪聲，可將該品牌基質(zhì)瀝青平均譜圖納入基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖數(shù)據(jù)庫，對工程應(yīng)用中的基質(zhì)瀝青進行質(zhì)量比對鑒別。

利用上述研究確定的實驗方法對收集的上百種不同品牌、不同油源地的基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品進行了分析測試，將各品牌基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖納入標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖數(shù)據(jù)庫見圖3，以便于實際工作中對基質(zhì)瀝青質(zhì)量的分析檢測。

1.5 基質(zhì)瀝青質(zhì)量的判定(此部分數(shù)據(jù)均為試驗室試驗研究所得)

1.5.1相關(guān)性系數(shù)閾值的確定

對于基質(zhì)瀝青質(zhì)量的鑒別，待測樣品的紅外譜圖和標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對的相關(guān)性系數(shù)是判斷結(jié)果的重要依據(jù)。通過分析比對標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫中不同品牌、不同油源地的基質(zhì)瀝青紅外譜圖，對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，確定基質(zhì)瀝青質(zhì)量判定的相關(guān)性系數(shù)閾值。

a.同一品牌基質(zhì)瀝青、不同取樣點標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對。

以SK90#基質(zhì)瀝青為例，通過獲取不同取樣點的標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照確定的試驗方法建立、分析標(biāo)準(zhǔn)譜圖，在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1范圍內(nèi)進行譜圖比對，確定相關(guān)性系數(shù)如圖4～圖6所示。

經(jīng)對同一品牌、不同取樣地SK90#基質(zhì)瀝青樣品標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖在規(guī)定波數(shù)范圍進行比對分析，相關(guān)性系數(shù)均大于99.00%。

b.不同品牌基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對。

以殼牌90#和克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青為例，通過獲取不同品牌瀝青的標(biāo)準(zhǔn)樣品，按照確定的試驗方法建立、分析標(biāo)準(zhǔn)譜圖，在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1范圍內(nèi)進行譜圖比對，確定相關(guān)性系數(shù)如圖7～圖9所示。

經(jīng)對不同品牌的殼牌90#與克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青樣品標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖在規(guī)定波數(shù)范圍進行比對分析，相關(guān)性系數(shù)均小于99.00%如表3所示。

根據(jù)表3研究統(tǒng)計結(jié)果可知：同一品牌基質(zhì)瀝青無論取樣點是否相同，標(biāo)準(zhǔn)譜圖在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1相關(guān)性系數(shù)均≥99.00%；不同品牌基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1相關(guān)性系數(shù)均<99%.00。因此確定待測瀝青樣品紅外譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1相關(guān)性系數(shù)閾值為99.00%。

(a)東海70#

(e)SK70#

(m)埃索70#

圖4 SK90#基質(zhì)瀝青不同取樣點4 000～650 cm-1 范圍標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(相關(guān)性系數(shù)99.78%)

圖5 SK90#基質(zhì)瀝青不同取樣點4 000～1 350 cm-1 范圍標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(相關(guān)性系數(shù)99.77%)

圖6 SK90#基質(zhì)瀝青不同取樣點1 350～650 cm-1 范圍標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(相關(guān)性系數(shù)99.92%)

圖7 殼牌90#基質(zhì)瀝青與克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青在4 000～650 cm-1 范圍標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(相關(guān)性系數(shù)98.02%)

圖8 殼牌90#基質(zhì)瀝青與克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青在4 000～1 350 cm-1 范圍標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(相關(guān)性系數(shù)98.26%)

圖9 殼牌90#基質(zhì)瀝青與克拉瑪依90#基質(zhì)瀝青在1 350～650 cm-1 范圍標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對(相關(guān)性系數(shù)93.37%)

續(xù)表3 基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對相關(guān)性系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果(部分)瀝青品牌不同波數(shù)范圍(cm-1)相關(guān)性系數(shù)/%4000^6504000^13501350^650不同品牌SK70#-加德士70#98.5899.1398.87SK70#-克拉瑪依70#97.9798.1893.67SK70#-東海70#97.9198.9597.87SK70#-鎮(zhèn)海70#98.0398.5397.82加德士70#-克拉瑪依70#98.4298.6793.01加德士70#-東海70#95.9996.1394.08加德士70#-鎮(zhèn)海70#98.1498.6799.19克拉瑪依70#-東海70#97.5697.7992.07克拉瑪依70#-鎮(zhèn)海70#98.3198.5592.95東海70#-鎮(zhèn)海70#98.9799.0398.28埃索70#-克拉瑪依70#98.3198.6792.14

在工程應(yīng)用中利用本研究確定試驗方法進行待測瀝青樣品紅外光譜圖采集，比對采集所得紅外譜圖和納入標(biāo)準(zhǔn)譜圖數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖，根據(jù)比對結(jié)果相關(guān)性系數(shù)判斷基質(zhì)瀝青質(zhì)量是否合格。

根據(jù)基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品的重復(fù)性測試與再現(xiàn)性測試結(jié)果誤差范圍，綜合考慮試驗檢測環(huán)境、操作人員不同等因素，在規(guī)定試驗條件下，基質(zhì)瀝青檢測樣品譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對相關(guān)性系數(shù)≥99.00%且在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨立測定結(jié)果的相對誤差不超過5.0%為該樣品質(zhì)量合格；若相關(guān)性系數(shù)<99.00%,則認為基質(zhì)瀝青檢測樣品品牌或油源與標(biāo)準(zhǔn)樣品不相符，不予進場入罐，從而對基質(zhì)瀝青應(yīng)用進行源頭質(zhì)量把關(guān)。

2 實體工程應(yīng)用研究

2.1 依托工程介紹

利用該技術(shù)研究成果對山西省長臨高速進場基質(zhì)瀝青進行質(zhì)量快速檢測技術(shù)服務(wù)。該項目覆蓋長臨高速全線166 km，共3個路面總承包，7個工區(qū)。全線設(shè)置了2個檢測點:位于長治屯留的檢測一中心試驗室和位于臨汾洪洞檢測二中心試驗室。

長臨高速瀝青路面工程項目中面層用東海70#基質(zhì)瀝青，上面層用東海90#和殼牌90#改性瀝青(分別添加4.5%和5.0%的SBS改性劑)。該項目于2017年下半年進場，2017年9月—11月項目組主要對各個標(biāo)段進場的東海70#基質(zhì)瀝青進行現(xiàn)場實時檢測，根據(jù)研究確定的技術(shù)方法判定其質(zhì)量是否合格、是否可以入罐。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用方案(此部分數(shù)據(jù)均現(xiàn)場試驗所得)

a.建立東海70#基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖。

經(jīng)確定，該項目上面層中標(biāo)基質(zhì)瀝青為中國石化齊魯石化公司東海70#基質(zhì)瀝青，項目組隨即前往該瀝青原產(chǎn)地對瀝青進行了現(xiàn)場取樣，根據(jù)前文1.4基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖的建立方法，建立東海70#基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖，并將其納入紅外光譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖數(shù)據(jù)庫，以便對進場基質(zhì)瀝青進行實時比對分析、質(zhì)量監(jiān)控。

70#東?；|(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)性測試紅外比對譜圖與再現(xiàn)性測試紅外比對譜圖(圖10～圖13)，在在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)相關(guān)性系數(shù)均大于99.00%，標(biāo)準(zhǔn)偏差≤3.5%。

圖10 70#東?；|(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)性測試紅外比對譜圖

圖11 70#東海基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)性測試標(biāo)準(zhǔn)偏差紅外譜圖

圖12 70#東?；|(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品再現(xiàn)性測試紅外比對譜圖

圖13 70#東海基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品再現(xiàn)性測試標(biāo)準(zhǔn)偏差紅外譜圖

將上述中國石化齊魯石化公司70#東?；|(zhì)瀝青重復(fù)性測試紅外譜圖(3組)與再現(xiàn)性測試紅外譜圖(6組)共9組進行譜圖的統(tǒng)計計算，取其平均譜圖作為齊魯石化70#東海石油瀝青的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖(見圖14)。

經(jīng)確定該東海70#基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖特征峰為：芳香族化合物的苯環(huán)-C-H-反對稱伸縮振動峰在3 030 cm-1處，其面內(nèi)彎曲振動峰在1 300～1 000 cm-1范圍內(nèi)，面外搖擺振動峰在900～650 cm-1范圍內(nèi)；苯環(huán)骨架的振動峰在1 600 cm-1處。脂肪族化合物中烷烴-C-H-的反對稱伸縮振動峰、對稱伸縮振動峰分別位于2 923 cm-1、2 852 cm-1處，面內(nèi)伸縮振動峰在1 460 cm-1處，對稱變角振動峰在1 380 cm-1處；鏈烴的骨架-C-C-振動峰在1 250～1 150 cm-1范圍內(nèi)，-C=C-振動峰也位于1 600 cm-1處。1 030 cm-1處的譜峰是亞楓基的振動峰，說明瀝青中含有S原子。

圖14 70#東海基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖

選擇該基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖2 050～1 950 cm-1范圍進行噪聲測量，測量結(jié)果：峰-峰噪聲為0.001 96，均方根(RMS)噪聲為0.000 392。[試驗用紅外光譜儀峰-峰噪聲為0.002，均方根(RMS)噪聲為0.000 4]說明在上述實驗過程中，光譜儀、檢測器、實驗參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)的物理性能均良好，信噪比大，所得譜圖信息穩(wěn)定，將該東海70#基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖納入基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖數(shù)據(jù)庫，對工程應(yīng)用中的瀝青質(zhì)量進行比對鑒別。

b.瀝青質(zhì)量現(xiàn)場控制

通過對進場東海70#基質(zhì)瀝青進行實時取樣、紅外光譜技術(shù)檢測分析，在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1與建立的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進行比對，若相關(guān)性系數(shù)≥99.00%即為合格樣品，可以進場入罐；相關(guān)性系數(shù)<99.00%為不合格樣品，暫停入罐，將檢測結(jié)果上報業(yè)主和施工單位，同時結(jié)合瀝青其他物理性能指標(biāo)做綜合判斷處理。

2017年9月—11月該項目全線共抽檢東海70#基質(zhì)瀝青樣品400余車次，檢測合格率為97.89%，基質(zhì)瀝青質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用良好，得到廣泛認可。

c.不合格樣品復(fù)查。

研究抽檢的相關(guān)性系數(shù)小于99.00%的瀝青樣品認為與中國石化齊魯石化公司70#東海石油瀝青不相符，暫停將此瀝青進場入罐。

進一步對不合格樣品復(fù)查，取其中一不符合樣品、編號為2017110701作為代表樣品與東海70#瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖進行分析比對，在4 000～650 cm-1波數(shù)范圍二者相關(guān)性系數(shù)為96.95%，在指紋區(qū)1 350～650 cm-1二者相關(guān)性系數(shù)為93.23%。對比二者的紅外譜圖可以看出，樣品2017110701在1 698 cm-1處的羰基吸收峰面積增大，說明該瀝青存在一定的老化現(xiàn)象；同時在指紋區(qū)1 379 cm-1～919 cm-1范圍內(nèi)，樣品2017110701無論峰形還是峰面積大小均與標(biāo)準(zhǔn)譜圖不同，說明此樣品與東海70#瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)構(gòu)存在差異，綜合上述2個現(xiàn)象判斷其與工程所用東海70#瀝青不相符。

圖15 基質(zhì)瀝青2017110701紅外譜圖與70#東?；|(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對圖

進一步研究不合格基質(zhì)瀝青樣品2017110701的老化程度，根據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》對東海70#基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品進行旋轉(zhuǎn)薄膜老化試驗，分別測試老化5、10、15 h的紅外光譜圖，如圖16、圖17所示。由圖16、圖17可見，東海70#基質(zhì)瀝青在1 698 cm-1處的羰基吸收峰面積隨著老化時間的增加逐漸增大；樣品2017110701在此處有一明顯的吸收峰，其峰面積大于老化10 h、小于老化15 h的峰面積，據(jù)此可推斷該瀝青樣品存在一定程度的老化現(xiàn)象。

圖16 70#東?；|(zhì)瀝青不同老化時間及瀝青樣品2017110701紅外譜圖比對圖

圖17 70#東海基質(zhì)瀝青不同老化時間及瀝青樣品2017110701紅外譜圖局部放大比對圖

為給予業(yè)主及施工單位較全面的技術(shù)咨詢意見，根據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》對70#東?；|(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品和2017110701瀝青樣品進行針入度、軟化點、延度測試，結(jié)果如表4所示。

由表4可看出：70#東海瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品所測指標(biāo)全部滿足JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》相關(guān)技術(shù)要求；而2017110701瀝青樣品所檢項目與標(biāo)準(zhǔn)樣品相比針入度降低，軟化點升高，15 ℃延度不滿足JTG E20-2011相關(guān)技術(shù)要求，測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣品相比說明有老化現(xiàn)象，與紅外光譜法所得結(jié)果一致；但是利用本研究瀝青質(zhì)量快速檢測方法-衰減全反射紅外光譜標(biāo)準(zhǔn)譜圖法只需5 min即可判斷瀝青質(zhì)量，極大地提高了瀝青現(xiàn)場質(zhì)量控制的時效性，這是利用常規(guī)物理性能指標(biāo)進行瀝青質(zhì)量控制無法比擬的優(yōu)勢。

表4 70#東海基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品與2017110701瀝青樣品性能指標(biāo)測試結(jié)果Table4 Performanceindextestresultsof70#Donghaibitumestandardsampleand2017110701sample試驗項目針入度(25℃,5s,100g)/0.1mm軟化點/℃延度(15℃)/cmJTGF40-200470號A級技術(shù)要求60-80≥46≥10070#東海瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品77.850>1002017110701瀝青樣品59.55930

3 結(jié)論

利用衰減全反射紅外光譜技術(shù)對瀝青質(zhì)量的快速檢測方法進行了研究，得出以下結(jié)論：

a.通過考察基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)樣品的試驗方法、重復(fù)性測試誤差、再現(xiàn)性測試誤差、噪聲水平，在誤差范圍內(nèi),此方法對瀝青質(zhì)量控制是可行的。

b.建立了基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖庫，比較了同一品牌基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對的相關(guān)性系數(shù)及不同品牌基質(zhì)瀝青標(biāo)準(zhǔn)譜圖比對的相關(guān)性系數(shù)，得出基質(zhì)瀝青紅外光譜圖比對的相關(guān)性系數(shù)閾值為99.00%；確定了在全譜波數(shù)4 000～650 cm-1、特征區(qū)4 000～1 350 cm-1、指紋區(qū)1 350～650 cm-1范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)譜圖與待測瀝青樣品譜圖比對的結(jié)果判定參數(shù)：相關(guān)性系數(shù)≥99.00%、相對誤差≤5.0%則認為待測瀝青樣品品牌與標(biāo)準(zhǔn)譜圖品牌相符。

c.利用瀝青質(zhì)量快速檢測方法對實體工程的進場瀝青進行了實時應(yīng)用，統(tǒng)計結(jié)果表明項目基質(zhì)瀝青質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用良好。此方法與行標(biāo)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》物理性能指標(biāo)測試方法相比，操作簡便快捷，5 min即可輸出結(jié)果，更適合于公路工程現(xiàn)場瀝青質(zhì)量的實時控制。