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紅外光譜儀快速测试瀝青原理及可靠性检测
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天津市能譜科技有限公司

时间: 2019-04-24 浏览量:

,甘肅省瀝青供應市場混亂,進人甘肅瀝青市場的廠家(品牌)較多、煉制瀝青油源多樣、瀝青代理商衆多(代理商超過20家),存在魚目混珠,以次充好(以B級瀝青代替A級瀝青、對達不到規範要求的瀝青進行弱改性後作爲基質瀝青使用、以國內瀝青充當進口瀝青使用、運輸過程隨意調換瀝青品牌和混兌)等諸多問題,給甘肅公路建設的質量和安全帶來了諸多隱患。造成公路瀝青路面早期損害的同時,增加了後期養護費用。改性瀝青生産質量和技術水平過程控制亟待進一步加強和規範。


目前甘肅省改性瀝青的生産主要以現場改性爲主,生産過程中存在改性瀝青生産設備落後、基質瀝青品牌隨意調換以次充好、生産配方隨意調整、SBS摻加量未達到改性瀝青設計要求、瀝青快速升溫和控溫裝置不滿足要求、溶脹和發育時間普遍不足、疏于生産過程控制等諸多問題,使得改性瀝青的關鍵技術指標如粘度、儲存穩定性和改性瀝青生産質量的穩定性難以滿足要求,改性瀝青生産過程存在質量先好後壞、質量過程控制先緊後松現象。可見,甘肅的改性瀝青質量不容樂觀。


瀝青紅外光譜儀作为一种先进、快速的瀝青检测仪器,在公路路面施工瀝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瀝青红外光谱检测系统瀝青质量鉴定系统应用到瀝青质量快速鉴定中。通过分析不同品牌瀝青化学结构和组分含量的不同,建立了瀝青红外数据库,并且通过软件可自动确定未知瀝青的品牌。本文就此做一介绍,供同行参考。


瀝青红外光谱测试系统及原理

便携紅外光譜儀

甘肅省省道208線(武山)洛禮二級公路(洛門至禮縣)項目對便攜式傅里叶紅外光譜儀進行了性能試驗。紅外光譜分析法是鑒定有機化合物結構與組成的重要手段。


首先由紅外光源發出紅外光輻射,經由准直鏡准直後變爲平行紅外光束進入幹涉儀,再經調制後得到一束幹涉光。光束通過樣品後,成爲帶有樣品信息的幹涉光被檢測器檢測,檢測器隨後將幹涉光信號變爲電信號,經由計算機采集,得到帶有樣品信息的時域幹涉圖,即時域譜。由于譜圖難以辨認,所以經由計算機快速計算進行傅裏葉變換,將其轉換成以透光率(或吸收強度)爲縱坐標,以波束爲橫坐標的紅外光譜圖。


紅外光譜儀快速检测系统将红外光谱分析技术引人到瀝青鉴定中,根据光谱图中吸收峰的位置和形状来推测瀝青组成,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,通过比对所测未知瀝青样品的谱图与该品牌瀝青样品吸收峰的重合度,以判定瀝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的掺量和韩国高清过程中的配方稳定性。


洛礼二级公路建设过程中,依据瀝青紅外光譜儀快速识别软件,收集了甘肃市场常见的9个品牌、不同等级的近2000种瀝青,建立了瀝青“指纹识别数据库”,并将所有的数据库导入瀝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瀝青的品牌,以及改性瀝青改性剂的掺量。


設備測試性能檢測


洛礼二级公路所用瀝青为中石油“东海牌”90号A级镇海基质瀝青。为了从源头上保证瀝青质量,杜绝假冒伪劣瀝青进场,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,引进美国原装瀝青紅外光譜儀快速测试仪一台。对每车进行瀝青及时进行瀝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。


及時性測試


洛礼二级公路建设者对每一车进场瀝青都进行红外光谱快速扫描、试验室瀝青各项指标性能试验,进行检测双重控制瀝青质量。采用瀝青紅外光譜儀快速测试瀝青,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——沾取瀝青后到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号基质瀝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瀝青样品,快速准确的判断基质瀝青品牌,筛选不合格或混兑瀝青。


工地试验室做瀝青常规三大指标试验(瀝青针人度、瀝青延度、瀝青软化点)、瀝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,从瀝青加热——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。


与工地试验室瀝青试验测试比较,很明显紅外光譜儀快速检测瀝青及时性较高。


穩定性測試


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


相比瀝青国标试验,如瀝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,紅外光譜儀快速检测瀝青检测结果稳定性好。


測試結果准確性分析


洛禮二級公路公路在施工檢測過程中,紅外光譜快速掃描結果譜圖不相符有兩種情況。


第一种情况,谱图与标样瀝青谱图不相符,谱图显示两种瀝青轻质组分吸收峰差异明显,谱图不符异常瀝青的轻质组分,包括饱和酚和芳香酚的含量明显比标样瀝青大,推测该瀝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号基质瀝青针入度规定值为80至100,实测值为120。瀝青针入度大,瀝青的弹性相应小,软化点低,粘度小,如用于施工中会导致瀝青路面压实度上不去达不到规范及设计要求;因针入度大的瀝青在卸人瀝青罐后高温储存一定时间,再加上拌和楼温度高瀝青容易老化。瀝青是个弹性物质,弹性有回复阶段,针入度大的瀝青温度升高瀝青很软,导致碾压不密实;瀝青老化后会失去弹性,承重后瀝青就会脱落,影响瀝青路面工程质量,造成公路瀝青路面的早期损害,增加养护费用。


第二种谱图不符瀝青谱图,异常瀝青谱图完全与标样瀝青谱图不符,有克炼(克拉玛依石化)瀝青的特征吸收峰,确定为克炼瀝青。克炼瀝青各项性能指标都优于镇海瀝青,但是配合比不同,影响瀝青路面的修筑质量。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瀝青。


通过对瀝青紅外光譜儀检测数据的及时性、稳定性、准确性和与工地试验室瀝青各项指标性能试验检测方法对比测试结果显示,紅外光譜儀不仅具有速度快、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。


瀝青紅外光譜儀可以结合工地试验室对瀝青材料进行更及时、准确、高效的检测。洛礼二级公路改建项目中,有两次瀝青退厂情况,瀝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瀝青和不属于该品牌瀝青的现象发生。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、混兑调和瀝青的现象,测试结果得到了施工单位和瀝青供应商的一致认可,从源头上把好了瀝青质量关。


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