紅外光譜瀝青檢測在高速公路項目中的應用

黃雅婷 葉超強

摘要：文章以廣西南寧經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量進行檢測，并對應用過程中的優缺點進行總結。

關鍵詞：紅外光譜;瀝青;公路工程

0 引言

廣西南寧經欽州至防城港段改擴建工程項目全長86.659km，本項目的設計速度為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，檢測結果不精確。紅外光譜瀝青檢測法有著優質高效的優點，在瀝青道路工程方面應用廣泛。近年來，國內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、基質瀝青的影響可忽略不計;李[HTXH1]喆[2]提出了一種現場樣品與標準樣品光譜相似度分析的優化方法，解決了由于改性劑分布不均使得紅外光譜檢測結果不準確的問題;劉建洋[3]通過紅外光譜檢測技術，將不同瀝青品牌與其檢測結果的吸收峰建立了一一對應的結構特征關系，最終實現了快速鑒定瀝青品牌、判定瀝青質量是否達標的目的。

綜上所述，紅外光譜瀝青檢測結果全面，數據精確。南欽防改擴建項目采用紅外光譜技術對瀝青進行快速鑒別，大大縮短了備料周期，為現場工程質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，瀝青中有機分子的化學鍵及官能團通過吸收紅外光譜產生振動，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，以此來區分和獲取分子中化學鍵和官能團信息，從而分析物質的成分。瀝青是成分復雜的高分子物質，但是同一油源瀝青其基團的類型和數量具有一定的穩定性，通過紅外光譜掃描對比和多元相關性分析，可以定性地分析瀝青的品質，通過光譜學數據進行擬合并分析，檢測瀝青的某些技術指標，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光譜技術還有所區別，它通過近、中紅外與待測物質取得關聯，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，并記錄相應編號瀝青的數據。將光譜數據以及三大指標進行多元關聯建模，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據。瀝青進場時，在相關單位見證下，根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（2004）要求，對基質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;若檢測結果不一致，則暫停瀝青卸車入罐，加大抽樣數量，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

基質瀝青真實性采用布魯克紅外光譜儀檢測，對基質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和圖譜相似度，定量確定基質瀝青的真實性。其中瀝青脂肪族官能團指數采用IB表示，芳香官能團采用IAR表示，脂肪族長鏈指數采用In≥4表示。

本次試驗采用基質瀝青標準樣為各標段制作改性瀝青時所用基質瀝青。

2.2 測試結果

各標段基質瀝青真實性測試結果如表2所示。

經過圖譜分析對比，綜合8標、9標、10標所用的基質瀝青的芳香化合物、脂肪烴比例穩定，說明機制瀝青四組分穩定;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定，且未出現老化斷鏈現象，可以判斷所檢樣品和標準樣品一致，瀝青原材質量穩定。

3 工地傳統檢測方式與紅外光譜檢測的應用對比情況

3.1 時效性

常規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，對于流體狀態或者凝固狀態樣品均可檢測。為了避免樣品反復加熱老化，采用取樣附件取凝固狀態樣品，直接涂抹在測試平臺上。從取樣至數據出來，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與現場檢測指標的統一程度，在相關單位的見證下進行紅外光譜法與常規檢測法的比對試驗。樣品由監理隨機抽取3組，參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》規范，對瀝青針入度和軟化點進行檢測，并根據編號記錄相應數據;采用紅外光譜設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據進行對比。具體結果見表3和下頁表4。

分析實驗結果可知：常規針入度試驗與紅外光譜法檢測結果偏差范圍為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，結果接近。但紅外光譜法檢測結果重復性結果標準差小，表明其結果精度高，且準確性滿足規范誤差要求。

3.3 溯源性

傳統工地試驗檢測方法通常對瀝青三大指標進行檢測，其結果具有局限性，僅適用于判斷瀝青是否滿足技術規范，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范要求就能用于施工，而對于瀝青溯源則難以實現，無法對瀝青溯源和質量波動進行評價，導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分子結構中的基團、鍵位為基礎，能快速分析物質的組成成分，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 結語

結合南欽防改擴建項目的實際工程應用，紅外光譜快速檢測方法具有如下優點：

（1）具有溯源性，紅外光譜快速檢測法基于分子結構，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，區別于常規的瀝青指標化驗收。

（2）該法優質高效，與三大指標試驗相比，紅外光譜法檢測從制樣到出結果只需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量監控效率，確保了項目施工質量及周期，可廣泛應用于其他實際工程。

（3）紅外光譜法所用儀器設備便于攜帶，且使用操作簡單，便于上手。

（4）檢測結果準確性高，時間短，有效節約工程成本。

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、出結果效率低、廠家瀝青質量不達標等問題。紅外光譜瀝青檢測法應用于本項目，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量，為路面工程質量奠定了堅實基礎。

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].山東建筑大學學報，2018，33（4）：13-18.

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

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