一种基于SBS改性沥青全过程定量注射红外光谱剂量检测方法与流程

本发明属于SBS改性沥青质量控制技术领域，具体涉及一种基于SBS改性沥青全过程定量注射红外光谱剂量检测方法。

背景技术：

我国沥青评价指标体系以针入度、软化点和延度作为主要评价指标，此外包括针入度指数、粘度、脆点、粘附等级、弯曲蠕变劲度、动态剪切模量和相位角、沥青破坏应力和破坏应变、老化后质量损失、残留针入度、残留软化点、残留延度等。针对改性沥青提出5℃延度、沥青粘韧性及离析试验等指标。对于SBS改性沥青，主要采用针入度指数来评价感温性；软化点、60℃粘度、当量软化点来评价高温稳定性、5℃延度、当量脆点来评价低温抗裂性；旋转薄膜烘箱后的残留针入度比评价抗老化性能；采用25℃弹性恢复评价弹性性能。

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)根据不同改性沥青的特点，分别对EVA、PE树脂类、SBR橡胶类和SBS热塑性橡胶类聚合物改性沥青提出不同具有代表性的评价指标，由于SBS政性沥青具有较高的高温、低温性能和良好的弹性恢复能力，主要采用软化点、低温延度和回弹率作为评价指标。

各国的评价指标中，针入度、软化点、粘附性试验方法与普通沥青相同，而非考虑改性沥青的特殊性。针对改性沥青的技术指标包括扭转恢复、弹性恢复、粘韧性、重复蠕变试验、时间扫描试验、临界断裂温度和测力延度等。

除了以上的常规经验型指标，越来越多的化学分析方法应用到SBS改性沥青技术性质的评价中。由于SBS改性沥青属于热力学不相容体系，SBS在沥青相中分散的均匀性、稳定性决定了SBS改性沥青的技术性质，研究SBS改性沥青的微观结构显得尤为重要。因此大量实验通过荧光显微镜、电镜、凝胶色谱、红外光谱、核磁共振以及热差示扫描量热法分析技术来研究SBS改性沥青的化学组成、分子量变化、SBS分布情况，以及存储、老化过程中各组分的变化情况，研究SBS改性沥青微观结构与沥青技术性质之间的关系。

关于SBS改性沥青中SBS剂量检测方法主要分为两种，一种是根据SBS与基质沥青存在的差异，通过红外光谱仪等化学仪器进行胶含量检测；另一种是根据SBS改性沥青流变性能随SBS剂量变化呈现的规律，测量未知样中SBS剂量。

1994年浙江大学蔡菊香提出一种以红外光谱法检测SBR改性沥青中SBR含量的测试方法，制备样品时采用溶剂直接溶解一定比例的SBR与沥青，忽略了SBR与沥青在改性过程中相互作用；2005年河海大学肖鹏等通过红外光谱法研究SBS改性沥青的共混机理，提出根据SBS特征峰处吸光度检测SBS剂量的可行性，但并未提出具体的检测方法，且在试验过程中采用压片法制备试验样品，样品制备过程中误差较大；2010年长安大学李炜光等采用溶液法制备样品，通过红外光谱仪检测SBS特征峰处的吸光度，计算SBS剂量，但误差较高，如在SBS剂量为2.0％时，采用红外测量相对误差为5.46％，不能够满足使用要求；2011年长安大学林杰等采用薄膜法制各样品，通过检测SBS特征峰的吸光度，用最小二乘法计算SBS剂量。

2011年长安大学杨朝晖等提出根据不同剂量SBS改性沥青粘温曲线图呈规律性变化，将己知剂量的SBS改性沥青粘温曲线绘制成标准图，通过对比未知样的粘温曲线，计算未知样中SBS剂量；2011年刘登武等提出根据不同剂量SBS改性沥青针入度－温度曲线呈规律性变化，将已知剂量的SBS改性沥青针入度－温度曲线绘制成标准图，通过对比未知样的针入度－温度曲线，计算未知样中SBS剂量。但到目前为止，仍没有形成一个公认的SBS改性剂检测方法。

技术实现要素：

本发明主要解决SBS改性沥青红外光谱试验过程中，SBS改性沥青改性剂检测精度不高及样品制作方法不合理的问题。

本发明提供了一种基于SBS改性沥青全过程定量注射红外光谱剂量检测方法，包括以下步骤：

(1)制作用于标定曲线的SBS改性沥青样品，SBS改性剂质量分数为3％至6％；

(2)压制KBr压片；

(3)制作校正样品；

(4)在透射红外光谱上扫描16次，设备自动扣除本底，平行试验进行3次；

(5)红外光谱图谱基线校正、寻峰、698cm^-1处特征峰高度与966cm^-1处特征峰高度计算；

(6)建立SBS改性剂光谱峰高度与SBS剂量之间的关系，形成SBS改性剂剂量标准曲线；

(7)对未知剂量的SBS改性沥青进行3次透射红外光谱试验；

(8)对未知剂量的SBS改性沥青698cm^-1处光谱峰高度与966cm^-1处光谱峰高度各自的平均值分别代入SBS改性剂剂量校正曲线，求出未知剂量SBS改性沥青的改性剂剂量，最后对两峰高计算得SBS改性沥青剂量取平均值作为最终结果。

优选的，步骤(1)中，分别制备质量分数为3％、4％、5％、6％的SBS改性沥青样品，首先盛取4份1kg基质沥青，基质沥青加热到180℃后，分别加入沥青质量3％、4％、5％、6％的SBS改性剂，普通搅拌机搅拌30～60min，再运用高速剪切机剪切30～60min，最后发育30～60min。

优选的，步骤(3)中，在制作样品前，首先对KBr片本底进行扫描，试验时扣除本底；分别盛取1～10g不同剂量的SBS改性沥青，用10～100ml三氯乙烯充分溶解，再使用移液枪在KBr片上注射20～200ul沥青溶液，随后以倾角30～300度的角度进行圆周旋转3～10圈，使SBS改性沥青溶液充分浸润KBr片；最后在红外灯下烘干1～2分钟，使三氯乙烯充分挥发。

优选的，步骤(5)中，运用Origin软件对测试光谱进行基线校正、寻峰、峰高计算，698cm^-1处特征峰高度与966cm^-1处特征峰高度个别值与平均值之差不得超过平均值的20％～50％，当有数据超过20％～50％的要求时，进行补充试验，直至符合要求。

优选的，步骤(8)中，如果698cm^-1处与966cm^-1处光谱特征峰中各自3次峰高的个别值与平均值之差均不大于平均值的20％～50％，则数据取平均值作为未知剂量的SBS改性沥青对应峰的峰高，如果检测中一个数值与平均值之差大于平均值的20％～50％，则增加试验次数，再与已测试3个数据中选择2个数值再进行判断，直至3个数据的个别值与平均值之差均不大于平均值的20％～50％为止。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：一种基于全过程定量注射的红外光谱SBS改性沥青剂量检测方法，克服了红外光谱试验过程中不同研究人员制作样品的不规格性，克服了不同试验人员SBS改性沥青样品采用热沥青涂抹法、沥青溶液涂膜法产生的透光性不均或不透光而引起的红外光谱光程差的不同，进而导致红外光谱峰高的巨大变异。同时，采用精密度控制要求控制SBS改性剂特征峰高的变异程度，进一步提高了SBS改性沥青剂量的检测准确度。该处理方法简单、有效，可大面积推广使用。

附图说明

图1是基线校正曲线图。

图2是不同剂量的SBS改性沥青特征峰与SBS改性剂剂量的关系图。

具体实施方式

一种基于SBS改性沥青全过程定量注射红外光谱剂量检测方法，包括以下步骤：

(1)分别制备3％、4％、5％、6％的SBS改性沥青样品，用于制作标定曲线。首先盛取4份1kg基质沥青，基质沥青加热到180℃后，分别加入沥青质量3％、4％、5％、6％的SBS改性剂，普通搅拌机搅拌30～60min，再运用高速剪切机剪切30～60min，最后发育30～60min。

(2)KBr压片。运用万分之一天平盛取10～100mg烘干的KBr，在压片机上压制KBr片。

(3)校正样品的制作。在制作样品前，首先对KBr片本底进行扫描，试验时扣除本底。运用万分之一天平分别盛取1～10g不同剂量的SBS改性沥青，用10～100ml三氯乙烯充分溶解，再使用微升级定量移液枪在KBr片上注射20～200ul沥青溶液，随后手动以倾角30～300度的角度进行圆周旋转3～10圈，使SBS改性沥青溶液充分浸润KBr片。最后在红外灯下烘1～2分钟，使三氯乙烯充分挥发。

(4)在透射红外光谱上扫描16次，作为一次测试结果，设备自动扣除本底。平行试验进行3次。

(5)运用Origin软件对测试光谱进行基线校正、寻峰、峰高计算，在698cm^-1处特征峰高度与966cm^-1处特征峰高度个别值与各自平均值之差不得超过平均值的20％～50％，如有数据超过20％～50％的要求，则需补充试验。

(6)建立SBS改性剂光谱峰高度与SBS剂量之间的关系，形成SBS改性剂剂量校正曲线。

(7)对未知剂量的SBS改性沥青进行3次透射红外光谱试验，如果698cm^-1处与966cm^-1处光谱峰高各自个别值与平均值之差均不大于平均值的20％～50％，则数据取平均值作为未知剂量的SBS改性沥青剂量的峰高，如果检测中一个数值与平均值之差大于平均值的20％～50％，则增加试验次数，再与已测试3个数据中选择2个数值再进行判断，直至3个数据的个别值与平均值之差均不大于平均值的20％～50％为止。

(8)对未知剂量的SBS改性沥青698cm^-1处光谱峰高度与966cm^-1处光谱峰高度平均值代入SBS改性剂剂量校正曲线即可求出未知剂量SBS改性沥青的改性剂剂量。最后对两峰高计算得SBS改性沥青剂量取平均值作为最终结果。

具体的，首先运用三氯乙烯作为SBS改性沥青的溶剂，溶解SBS改性沥青，其次，制作透光性好的KBr片，再次，采用定量移液枪注射的方式在水平放置的KBr片上定量注射SBS改性沥青溶液，以一定角度旋转3～10圈，平置后通过红外灯加热1～2分钟，最后，进行红外光谱扫描、基线较正、扣除基线、测定698cm^-1处特征峰高度与966cm^-1处特征峰高度。图1中最上边曲线为原始红外光谱图谱，中间缓和的曲线为基线，下边面曲线为扣除基线后的光谱图。

通过基线校正后，对不同剂量的SBS改性沥青红外光谱高度测定，采用“个别值与平均值之差大于平均值的20％～50％”的原则，选择符合要求的3个数值，取平均值，最后绘制标准校正曲线，见图2。

标定剂量代入较正曲线，计算698cm^-1处、966cm^-1处扣除基线、个别值数据偏差取舍后的实测SBS剂量的实测剂量、绝对误差、相对误差，见表1、表2。

表1 698cm^-1处扣除基线、偏差取舍数据后的峰高计算值

表2 966cm^-1处扣除基线、偏差取舍数据后的峰高计算值

采用峰高个别值与平均值之差不超平均值的20％～50％的要求剔除异常数据后，698cm^-1处测定的SBS改性剂剂量的绝对误差为-0.2％～+0.1％，相对误差为-4.0％～+1.7％；966cm^-1处测定的SBS改性剂剂量的绝对误差为-0.2％～+0.1％，相对误差为-4.0％～+3.3％。根据误差传递理论，此试验方法测定的SBS剂量绝对误差为-0.2％～+0.1％，相对误差为-4.0％～+2.5％。此方法明显突破了文献中透射光谱不能准确运用于SBS改性沥青剂量检测的问题，且全过程定量注射红外光谱法测定结果具有测定相对误差小、计算结果精度高的特点，可以用于现场及试验室SBS改性剂剂量的质量控制。

可以理解的是，以上是为了阐述本发明的原理和可实施性的示例，本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。