基于紅外光譜檢測技術的高速公路SBS改性瀝青性能檢測方法分析

徐國珍

（甘肅省嘉峪關公路事業發展中心，甘肅嘉峪關 735100）

0 引言

近年來，隨著交通運輸需求的增加，高速公路建設得到快速發展。作為高速公路建設的重要組成部分，道路材料的性能直接關系到公路的安全性和耐久性。瀝青作為一種常用的道路材料，廣泛應用于公路建設中。為提高瀝青的性能，SBS 改性瀝青被廣泛應用。然而，傳統的瀝青性能檢測方法存在一些問題，如測試時間長、操作復雜、數據分析困難等。因此，研究一種高效、準確且非破壞性的SBS 改性瀝青性能檢測方法尤為重要。

1 SBS 改性瀝青的性能特點

SBS 改性瀝青是將SBS 聚合物（苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物）與瀝青進行混合改性而成。SBS 改性瀝青通過添加SBS 聚合物，使其具有出色的彈性特性。在高溫條件下，SBS 改性瀝青能夠保持較高的彈性模量，有效抵抗車輛的動態荷載和交通流量的影響。在低溫環境下，其仍然能夠保持較高的彈性，不易發生脆性斷裂，有效防止路面龜裂和冷裂。此外，SBS 改性瀝青具有出色的抗老化性能，能夠抵御紫外線、氧氣、水分和氧化劑等外界因素的侵蝕和破壞，這使SBS 改性瀝青在長期使用過程中能夠保持穩定的性能，延長路面的使用壽命。由于SBS 聚合物的加入，SBS 改性瀝青在抗裂方面表現出色，能夠有效抵抗路面的剪切力、張拉力和反彎曲應力，減少裂縫的產生和擴展，提高路面的抗裂性能。SBS 改性瀝青還具有良好的黏附性，能夠與路面基層和骨料緊密結合，形成堅固的復合體系，這種良好的黏附性能保證了路面層之間的緊密結合，提高了路面的耐久性和穩定性[1]。

2 傳統的SBS 改性瀝青性能檢測方法

傳統的SBS 改性瀝青性能檢測方法主要包括軟化點測試、黏度測試和彈性恢復率測試等。這些方法通過對瀝青樣品進行破壞性試驗操作，評估其性能特征。

2.1 軟化點測試

軟化點測試是一種常用的評估瀝青柔軟性的方法，該測試通過將瀝青樣品加熱并觀察其變軟時的溫度來確定軟化點。軟化點通常用于評估瀝青在高溫條件下的穩定性和抗變形性能，特別是在高溫季節和炎熱氣候下，這些性能對于瀝青路面的耐久性至關重要。軟化點測試基于瀝青的流變特性，即在加熱過程中，瀝青從固態轉變為可流動狀態的溫度。這一轉變是由于瀝青中的組分在加熱過程中發生軟化和流動，導致瀝青的柔軟性增加。軟化點測試是一種有效的評估瀝青柔軟性的方法，但也存在一些缺點。首先，軟化點測試需要破壞瀝青樣品，因此無法進行進一步的性能評估。其次，軟化點測試通常需要較長的測試時間，特別是對于高黏度的瀝青樣品，加熱過程可能較為耗時。

2.2 黏度測試

黏度測試是評估瀝青流動性和工藝性能的重要方法，該測試通過測量瀝青在一定溫度下的黏度來確定其流動性，黏度是液體流動性的物理特性，反映瀝青在施工過程中的黏度和黏性。黏度測試可以通過多種方法進行，其中最常見的是旋轉式黏度計，例如Brookfield 黏度計，該方法通過將瀝青樣品置于旋轉的凸盤或圓柱體中，測量在特定溫度下瀝青在不同轉速下所需的剪切力，從而得出黏度值。這種測試方法可以提供不同溫度下瀝青的黏度參數，如動態剪切黏度和靜態剪切黏度。然而，傳統的黏度測試方法需要特定的試驗設備和操作技能，且測試過程較為繁瑣。

2.3 彈性恢復率測試

彈性恢復率測試是評估瀝青抗變形性能的一種常用方法。該測試通過對瀝青樣品施加應力并觀察其恢復程度，評估瀝青的彈性恢復能力。彈性恢復率測試可用于評估瀝青在受力后的變形情況，對于道路結構的穩定性和耐久性具有重要意義。然而，傳統的彈性恢復率測試方法需要特定的試驗設備和操作技巧，且測試過程較為復雜。

傳統的SBS 改性瀝青性能檢測方法存在一些局限性。首先，這些方法需要對樣品進行破壞性試驗操作，從而無法對現場施工材料進行直接評估，且樣品的準備和處理過程可能對測試結果產生影響。其次，測試過程通常耗時較長，不利于快速準確地獲取結果。最后，數據的分析和解釋也相對困難，對操作人員的技能和經驗要求較高[2]。

3 基于紅外光譜檢測技術的選擇

3.1 ATR 法（全反射紅外法）

ATR 法是一種常用的基于紅外光譜的SBS 含量檢測方法，它利用全反射現象將紅外光引入瀝青樣品中，通過測量光的吸收強度來推斷SBS 的含量。在該方法中，瀝青樣品通常被制成固體片狀，并將ATR 晶體與樣品接觸，使紅外光在晶體與樣品界面上發生反射。通過分析紅外光譜中特定波長處的吸收峰強度，可以計算得到SBS 的含量。

3.2 壓片法

壓片法是一種簡單而有效的基于紅外光譜的SBS含量檢測方法。該方法將SBS 改性瀝青樣品制成薄片或薄膜，然后使用紅外光譜儀對其進行掃描。通過分析樣品在紅外光波段的吸收譜圖，可以推斷出SBS的含量，這種方法適用于樣品較薄的情況，并且操作簡單快捷。

3.3 涂抹法

涂抹法是一種將紅外吸收涂料直接涂抹在瀝青樣品表面的方法。在該方法中，紅外吸收涂料中通常含有一定濃度的SBS，其吸收特性與樣品中的SBS 存在一定的相關性。通過在瀝青樣品表面涂抹一層這樣紅外吸收涂料，再進行紅外光譜掃描，可以間接推斷出樣品中SBS 的含量。

3.4 液體池法

液體池法是一種將瀝青樣品溶解在適當的溶劑中，并使用紅外光譜儀測量溶液吸收譜的方法。在該方法中，選擇合適的溶劑將SBS 改性瀝青樣品溶解，形成瀝青溶液。然后，使用紅外光譜儀對瀝青溶液進行掃描，通過分析溶液中特定波長處的吸收峰強度來推斷出SBS 的含量[3]。

4 紅外光譜試驗不同制樣方式的試驗結果

4.1 ATR 法取樣方式的確定

在進行ATR 法試驗時，可以嘗試不同的取樣方式，如樣品的形態和尺寸，以及ATR 晶體的選擇。試驗結果應包括對不同取樣方式的比較，以評估其對SBS 含量檢測的影響。

具體檢測情況為：一是比較不同取樣方式下SBS含量的吸收峰強度，較高的吸收峰強度可能表示較高的SBS 含量。二是確定所選取樣方式下的波數范圍，以獲得最佳的SBS 含量檢測結果。三是進行多次試驗，并評估不同取樣方式的重復性和穩定性，確保所選取樣方式能夠提供可重復和穩定的試驗結果。

為進一步驗證檢測結果，選擇同一樣品，并分別在不同部位進行檢測，在上、中、下三個部分檢測之后得到表1 的相關數據。通過這些數據可以看出，檢測結果具有一定差異性，缺乏代表性。在之后的試驗中，重新將瀝青融化、攪勻后取樣制成小球狀樣品，目的是改善試驗過程中樣品的均勻性和離析現象，從而提高檢測結果的準確性。根據所記錄的結果（見表2），瀝青融化后的樣品在上、中、下部混合均勻，試驗數據的離散度較小，具有代表性。

表2 融化后不同位置取樣的SBS 改性瀝青紅外數據表

這種改進方法可以解決樣品不均勻和離析現象對檢測結果的影響，提高試驗結果的準確性。通過重新將瀝青融化并攪拌均勻，可以使樣品中的SBS 更加均勻地分布，減小不同位置之間的差異。

在分析這些結果時，應從以下幾個方面考慮：

第一，比較瀝青融化后制成的小球狀樣品在不同位置的試驗數據的離散度，通過繪制誤差棒圖或誤差線圖，可以直觀地展示結果的重復性和穩定性。

第二，觀察瀝青融化后制成的小球狀樣品在不同位置的紅外光譜圖中SBS 的吸收峰強度和形狀的差異，比較吸收峰的強度和位置，以評估不同位置之間的差異。

第三，將重新制備的小球狀樣品的試驗結果與之前的結果進行比較，評估改進方法對試驗結果的影響。可以比較吸收峰強度和形狀的變化，以及試驗數據的離散度，以確定改進方法的有效性。

通過以上分析，可以得出改進方法的效果，即瀝青融化后制成小球狀樣品能夠提高樣品的均勻性，減小不同位置之間的差異，從而提高檢測結果的準確性和可靠性。需要注意的是，在進行試驗和分析之前，需要根據具體的試驗條件和設備要求進行相關的試驗設計、標定和驗證，以確保獲得準確和可靠的結果。

4.2 涂抹法測試條件的確定

在涂抹法測試條件的確定中，選擇既可以將瀝青完全溶解又不會對紅外光譜的背景測量產生影響的試劑是至關重要的環節。一種常用的試劑是四氯化碳溶液。選擇試劑時，需要確保其具有足夠的溶解能力，能夠完全溶解瀝青中的SBS 成分。四氯化碳作為一種常用的有機溶劑，對瀝青中的SBS 具有較好的溶解能力，能夠有效將SBS 溶解于溶液中，便于進行紅外光譜測試。

此外，涂抹法中所使用的試劑應不會對紅外光譜的背景測量產生顯著影響。四氯化碳在紅外光譜范圍內的吸收特性較小，不會對瀝青樣品的紅外光譜背景造成干擾，這使四氯化碳成為一種常用的選擇，能夠提供清晰且可靠的紅外光譜信號。在選擇試劑時，還需要考慮其安全性和環境友好性。四氯化碳是一種揮發性有機溶劑，具有毒性和環境污染風險。因此，在使用四氯化碳時，需要遵守安全操作規范，并在試驗室中進行。同時，應盡量減少其使用量，以減輕對環境的影響，并尋找替代試劑或方法，以提高試驗的環境友好程度。

需要注意的是，涂抹法測試條件的確定還涉及其他因素，如涂布厚度和光譜儀的設置等。在試驗中，應選擇適當的涂布厚度，以確保獲得準確和可重復的結果。此外，根據具體的試驗要求和設備規范，對紅外光譜儀進行正確設置和校準，以確保測試結果的準確性[4]。

5 結語

總而言之，基于紅外光譜檢測技術的高速公路SBS 改性瀝青性能檢測具有重要的意義和潛在的應用價值。通過紅外光譜分析，可以實現對SBS 改性瀝青中SBS 含量及其他關鍵性能特征的快速、準確和非破壞性檢測。紅外光譜方法具有樣品制備簡單、操作便捷、分析速度快等優點，使其成為高速公路建設領域中SBS 改性瀝青性能檢測的重要手段，有助于提高瀝青材料的質量控制、工程設計和性能評估水平，推動高速公路建設的可持續發展。隨著紅外光譜技術的不斷發展和改進，其在瀝青性能檢測中的應用將得到更多重視，也將充分發揮自身的優勢，推動公路工程的建設。