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红外光谱仪快速测试沥青原理及可靠性检测
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天津市能谱科技有限公司

时间: 2019-04-24 浏览量:

,甘肃省沥青供应市场混乱,进人甘肃沥青市场的厂家(品牌)较多、炼制沥青油源多样、沥青代理商众多(代理商超过20家),存在鱼目混珠,以次充好(以B级沥青代替A级沥青、对达不到规范要求的沥青进行弱改性后作为基质沥青使用、以国内沥青充当进口沥青使用、运输过程随意调换沥青品牌和混兑)等诸多问题,给甘肃公路建设的质量和安全带来了诸多隐患。造成公路沥青路面早期损害的同时,增加了后期养护费用。改性沥青生产质量和技术水平过程控制亟待进一步加强和规范。


目前甘肃省改性沥青的生产主要以现场改性为主,生产过程中存在改性沥青生产设备落后、基质沥青品牌随意调换以次充好、生产配方随意调整、SBS掺加量未达到改性沥青设计要求、沥青快速升温和控温装置不满足要求、溶胀和发育时间普遍不足、疏于生产过程控制等诸多问题,使得改性沥青的关键技术指标如粘度、储存稳定性和改性沥青生产质量的稳定性难以满足要求,改性沥青生产过程存在质量先好后坏、质量过程控制先紧后松现象。可见,甘肃的改性沥青质量不容乐观。


沥青红外光谱仪作为一种先进、快速的沥青检测仪器,在公路路面施工沥青检测中已得到一定的应用。甘肃省省道208线(武山)洛门至礼县二级公路项目也成功将沥青红外光谱检测系统沥青质量鉴定系统应用到沥青质量快速鉴定中。通过分析不同品牌沥青化学结构和组分含量的不同,建立了沥青红外数据库,并且通过软件可自动确定未知沥青的品牌。本文就此做一介绍,供同行参考。


沥青红外光谱测试系统及原理

便携红外光谱仪

甘肃省省道208线(武山)洛礼二级公路(洛门至礼县)项目对便携式傅里叶红外光谱仪进行了性能试验。红外光谱分析法是鉴定有机化合物结构与组成的重要手段。


首先由红外光源发出红外光辐射,经由准直镜准直后变为平行红外光束进入干涉仪,再经调制后得到一束干涉光。光束通过样品后,成为带有样品信息的干涉光被检测器检测,检测器随后将干涉光信号变为电信号,经由计算机采集,得到带有样品信息的时域干涉图,即时域谱。由于谱图难以辨认,所以经由计算机快速计算进行傅里叶变换,将其转换成以透光率(或吸收强度)为纵坐标,以波束为横坐标的红外光谱图。


红外光谱仪快速检测系统将红外光谱分析技术引人到沥青鉴定中,根据光谱图中吸收峰的位置和形状来推测沥青组成,进行定性分析和结构分析;根据吸收峰的强弱与该物质含量的关系进行定量分析,通过比对所测未知沥青样品的谱图与该品牌沥青样品吸收峰的重合度,以判定沥青是否有异常或不属于该品牌浙青。吸收光谱的谱带强度服从郎伯-比尔定律,据此建立标准曲线判定SBS的掺量和生产过程中的配方稳定性。


洛礼二级公路建设过程中,依据沥青红外光谱仪快速识别软件,收集了甘肃市场常见的9个品牌、不同等级的近2000种沥青,建立了沥青“指纹识别数据库”,并将所有的数据库导入沥青红外自动识别软件。操作人员只需采集谱图,检索数据库,该软件即可自动识别沥青的品牌,以及改性沥青改性剂的掺量。


设备测试性能检测


洛礼二级公路所用沥青为中石油“东海牌”90号A级镇海基质沥青。为了从源头上保证沥青质量,杜绝假冒伪劣沥青进场,该项目工地中心试验室(天水通科试验检测有限公司),通过与甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司交流合作,引进美国原装沥青红外光谱仪快速测试仪一台。对每车进行沥青及时进行沥青红外光谱快速扫描,同时工地试验室按照规范要求检测项目进行各项性能试验。


及时性测试


洛礼二级公路建设者对每一车进场沥青都进行红外光谱快速扫描、试验室沥青各项指标性能试验,进行检测双重控制沥青质量。采用沥青红外光谱仪快速测试沥青,从仪器的开机——预热——打开仪器操作平台PMNIC软件运行——安装ATR附件仪器完成自检——采集背景——沾取沥青后到ATR附件的ZnSe水平槽——进行样品测试并保存样品谱图——与数据库镇海90号基质沥青标样谱图进行比对、测试完将ATR附件进行清洗,一共需要不到十分钟时间。如果连续进行样品测试,仅用1分钟时间就能检测一个沥青样品,快速准确的判断基质沥青品牌,筛选不合格或混兑沥青。


工地试验室做沥青常规三大指标试验(沥青针人度、沥青延度、沥青软化点)、沥青老化旋转薄膜加热试验(浙青的质量损失、老化后计人度试验、老化后延度试验)等试验,从沥青加热——浇模——冷却——养生——试验,做完一套试验基本上需要8小时至10小时左右,还不包括清洗试模的时间。


与工地试验室沥青试验测试比较,很明显红外光谱仪快速检测沥青及时性较高。


稳定性测试


红外光谱仪在电压稳定,室温为21±5℃左右、湿度<65%的基本工作环境中,将加热的刮刀插入沥青中约1cm至2cm,只需确保在ATR附件的ZnSe晶体槽上均匀的涂满沥青。操作人员测试的沥青谱图,谱图复现性非常好,证明用红外光谱表征沥青,数据可靠,不同操作对试验结果没有影响。


相比沥青国标试验,如沥青针入度试验中冷却时间、人为误差、试验温度等影响诸多,比如冷却时间太短或太长对试验结果都会有影响;试验人员在针入度试验过程中用沾满水的手扶试杆水会进入试杆,在标准针落下时会形成阻力影响试验结果……这些不稳定因素多对检测结果影响较大。


两种检测方法相比较,红外光谱仪快速检测沥青检测结果稳定性好。


测试结果准确性分析


洛礼二级公路公路在施工检测过程中,红外光谱快速扫描结果谱图不相符有两种情况。


第一种情况,谱图与标样沥青谱图不相符,谱图显示两种沥青轻质组分吸收峰差异明显,谱图不符异常沥青的轻质组分,包括饱和酚和芳香酚的含量明显比标样沥青大,推测该沥青有被轻质组分调和过,且粘度变小、质量损失变大。国标数据测试,90号基质沥青针入度规定值为80至100,实测值为120。沥青针入度大,沥青的弹性相应小,软化点低,粘度小,如用于施工中会导致沥青路面压实度上不去达不到规范及设计要求;因针入度大的沥青在卸人沥青罐后高温储存一定时间,再加上拌和楼温度高沥青容易老化。沥青是个弹性物质,弹性有回复阶段,针入度大的沥青温度升高沥青很软,导致碾压不密实;沥青老化后会失去弹性,承重后沥青就会脱落,影响沥青路面工程质量,造成公路沥青路面的早期损害,增加养护费用。


第二种谱图不符沥青谱图,异常沥青谱图完全与标样沥青谱图不符,有克炼(克拉玛依石化)沥青的特征吸收峰,确定为克炼沥青。克炼沥青各项性能指标都优于镇海沥青,但是配合比不同,影响沥青路面的修筑质量。可见,通过红外光谱技术,可以快速鉴别常规国标检测不能区分的沥青。


通过对沥青红外光谱仪检测数据的及时性、稳定性、准确性和与工地试验室沥青各项指标性能试验检测方法对比测试结果显示,红外光谱仪不仅具有速度快、效率高等优点,而且其测试结果稳定性较好,与工地实验室试验结果相比准确性较高。


沥青红外光谱仪可以结合工地试验室对沥青材料进行更及时、准确、高效的检测。洛礼二级公路改建项目中,有两次沥青退厂情况,沥青供应商了解项目对历青的各项要求和检测标准后,再也没有出现不合格沥青和不属于该品牌沥青的现象发生。通过红外光谱技术的应用,洛礼路项目办杜绝了供应商品牌互换、混兑调和沥青的现象,测试结果得到了施工单位和沥青供应商的一致认可,从源头上把好了沥青质量关。


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