红外光谱沥青检测在高速公路项目中的应用

黄雅婷 叶超强

摘要：文章以广西南宁经钦州至防城港段改扩建工程项目为依托，采用红外光谱快速检测方法对改扩建项目的沥青质量进行检测，并对应用过程中的优缺点进行总结。

关键词：红外光谱;沥青;公路工程

0 引言

广西南宁经钦州至防城港段改扩建工程项目全长86.659km，本项目的设计速度为120km/h，全线利用24.5m（四车道）、28m（四车道）、33.5m（六车道）宽度的既有路基两侧加宽为42m（八车道），水泥混凝土路面改扩建为沥青混凝土路面。因为路线长，车道宽，车流量大，工期紧张，沥青需求量大，如何保证沥青路面工程质量，加快施工进度，对沥青原材进行快速准确检测对本项目具有重要意义。

传统沥青检测往往采用工地试验室法，该法效率低、成本高，且对沥青中各种添加剂混合物敏感，检测结果不精确。红外光谱沥青检测法有着优质高效的优点，在沥青道路工程方面应用广泛。近年来，国内众多学者对红外光谱沥青检测进行了深入研究，刘鹏等[1]基于红外光谱沥青检测法，研究了SBS掺量对改性沥青质量的影响，研究表明改性沥青红外吸收峰的位置受改性剂、基质沥青的影响可忽略不计;李[HTXH1]喆[2]提出了一种现场样品与标准样品光谱相似度分析的优化方法，解决了由于改性剂分布不均使得红外光谱检测结果不准确的问题;刘建洋[3]通过红外光谱检测技术，将不同沥青品牌与其检测结果的吸收峰建立了一一对应的结构特征关系，最终实现了快速鉴定沥青品牌、判定沥青质量是否达标的目的。

综上所述，红外光谱沥青检测结果全面，数据精确。南钦防改扩建项目采用红外光谱技术对沥青进行快速鉴别，大大缩短了备料周期，为现场工程质量及周期提供了保障。

1 红外光谱法简介

该法基于傅里叶红外光谱技术，沥青中有机分子的化学键及官能团通过吸收红外光谱产生振动，由于不同化学键及官能团对吸收光谱强度的能力不同，最终在红外光谱中反馈不同位置，以此来区分和获取分子中化学键和官能团信息，从而分析物质的成分。沥青是成分复杂的高分子物质，但是同一油源沥青其基团的类型和数量具有一定的稳定性，通过红外光谱扫描对比和多元相关性分析，可以定性地分析沥青的品质，通过光谱学数据进行拟合并分析，检测沥青的某些技术指标，为道路工程用沥青检测提供了新方法。沥青红外识别方法与传统光谱技术还有所区别，它通过近、中红外与待测物质取得关联，通过建立模型多元分析进行检测，具有操作简单、时效性强、分析速率快等特点。

2 红外光谱法在本工程中的应用

针对本项目三个标段品牌沥青随机取样进行标准红外光谱图绘制（如表1所示），再对样品进行试验室针入度、延度、软化点试验，并记录相应编号沥青的数据。将光谱数据以及三大指标进行多元关联建模，让红外光谱图可对抽检沥青进行一致性检测，并推算三大指标的数据。沥青进场时，在相关单位见证下，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（2004）要求，对基质沥青运输车进行随机取样，取样采用广口带密封金属容器，取样质量为4L，样品为2份，一份留样，一份检测。取样后对样品立刻进行红外光谱检测比对，当结果与标准样图谱一致时，允许沥青卸车至拌和站沥青储存罐中;若检测结果不一致，则暂停沥青卸车入罐，加大抽样数量，如最终仍不合格者需清场退样。检测流程如图1所示。

2.1 制作标准样

基质沥青真实性采用布鲁克红外光谱仪检测，对基质沥青中官能团在红外光谱图的特征峰进行分析，通过红外光谱图特征峰分析沥青官能团指数和图谱相似度，定量确定基质沥青的真实性。其中沥青脂肪族官能团指数采用IB表示，芳香官能团采用IAR表示，脂肪族长链指数采用In≥4表示。

本次试验采用基质沥青标准样为各标段制作改性沥青时所用基质沥青。

2.2 測试结果

各标段基质沥青真实性测试结果如表2所示。

经过图谱分析对比，综合8标、9标、10标所用的基质沥青的芳香化合物、脂肪烃比例稳定，说明机制沥青四组分稳定;脂肪族长链基本没有太大变化，说明沥青长链化合物组分稳定，且未出现老化断链现象，可以判断所检样品和标准样品一致，沥青原材质量稳定。

3 工地传统检测方式与红外光谱检测的应用对比情况

3.1 时效性

常规三大指标试验需要对原材进行取样、脱水、浇模、保温、试验等工序，全部流程从运输车取样到检测结果出来加起来大概需要9h，如果要进行老化试验，则仍需要9h。

红外光谱仪采用ATR测试平台，对于流体状态或者凝固状态样品均可检测。为了避免样品反复加热老化，采用取样附件取凝固状态样品，直接涂抹在测试平台上。从取样至数据出来，只需要5～10min，缩短了原材的检测时间，提高了检测工效，对工程质量及周期提供了有力保障。

3.2 准确性

为了验证红外光谱技术与现场检测指标的统一程度，在相关单位的见证下进行红外光谱法与常规检测法的比对试验。样品由监理随机抽取3组，参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规范，对沥青针入度和软化点进行检测，并根据编号记录相应数据;采用红外光谱设备对相同沥青进行针入度和软化点的推算，并对两种方法检测数据进行对比。具体结果见表3和下页表4。

分析实验结果可知：常规针入度试验与红外光谱法检测结果偏差范围为0.2～1.0，软化点偏差范围为1.0～1.4，两种方法的偏差范围较小，结果接近。但红外光谱法检测结果重复性结果标准差小，表明其结果精度高，且准确性满足规范误差要求。

3.3 溯源性

传统工地试验检测方法通常对沥青三大指标进行检测，其结果具有局限性，仅适用于判断沥青是否满足技术规范，无法判断沥青是否为同一厂家、标号和成分的沥青。进场沥青只要项目指标满足规范要求就能用于施工，而对于沥青溯源则难以实现，无法对沥青溯源和质量波动进行评价，导致沥青厂家有以次充好、勾兑造假的利益空间。

红外光谱法是以物质分子结构中的基团、键位为基础，能快速分析物质的组成成分，并与原沥青样品成分进行逐一比对，判断沥青的成分、基团是否可靠，对沥青进行溯源，从根本上有效地抑制和解决沥青造假、以次充好的问题。

4 结语

结合南钦防改扩建项目的实际工程应用，红外光谱快速检测方法具有如下优点：

（1）具有溯源性，红外光谱快速检测法基于分子结构，对官能团、键位等进行确定、辨别、分析，能够溯源沥青的源头组分，区别于常规的沥青指标化验收。

（2）该法优质高效，与三大指标试验相比，红外光谱法检测从制样到出结果只需5～10min，时间远低于三大指标试验耗时，大大提高了南钦防改扩建项目质量监控效率，确保了项目施工质量及周期，可广泛应用于其他实际工程。

（3）红外光谱法所用仪器设备便于携带，且使用操作简单，便于上手。

（4）检测结果准确性高，时间短，有效节约工程成本。

总之，红外光谱法对沥青检测是高效率且较为有效的新型方法，可以解决沥青检测难、出结果效率低、厂家沥青质量不达标等问题。红外光谱沥青检测法应用于本项目，其效果得到了各参建单位的认可，该法保证了南钦防改扩建项目沥青的质量，为路面工程质量奠定了坚实基础。

参考文献：

[1]刘 鹏，史福泉，王 鹏，等.SBS改性沥青红外光谱快速检测方法研究[J].山东建筑大学学报，2018，33（4）：13-18.

[2]李 [HTXH1]喆.基于红外光谱的SBS改性沥青现场检测改进方法研究[J].内蒙古公路与运输，2018（4）：10-12，17.

[3]刘建洋.基于红外光谱技术的沥青品牌辨识推广应用[J].公路交通科技：应用技术版，2018，14（9）：136-137.