基于红外光谱检测技术的高速公路SBS改性沥青性能检测方法分析

徐国珍

（甘肃省嘉峪关公路事业发展中心，甘肃嘉峪关 735100）

0 引言

近年来，随着交通运输需求的增加，高速公路建设得到快速发展。作为高速公路建设的重要组成部分，道路材料的性能直接关系到公路的安全性和耐久性。沥青作为一种常用的道路材料，广泛应用于公路建设中。为提高沥青的性能，SBS 改性沥青被广泛应用。然而，传统的沥青性能检测方法存在一些问题，如测试时间长、操作复杂、数据分析困难等。因此，研究一种高效、准确且非破坏性的SBS 改性沥青性能检测方法尤为重要。

1 SBS 改性沥青的性能特点

SBS 改性沥青是将SBS 聚合物（苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物）与沥青进行混合改性而成。SBS 改性沥青通过添加SBS 聚合物，使其具有出色的弹性特性。在高温条件下，SBS 改性沥青能够保持较高的弹性模量，有效抵抗车辆的动态荷载和交通流量的影响。在低温环境下，其仍然能够保持较高的弹性，不易发生脆性断裂，有效防止路面龟裂和冷裂。此外，SBS 改性沥青具有出色的抗老化性能，能够抵御紫外线、氧气、水分和氧化剂等外界因素的侵蚀和破坏，这使SBS 改性沥青在长期使用过程中能够保持稳定的性能，延长路面的使用寿命。由于SBS 聚合物的加入，SBS 改性沥青在抗裂方面表现出色，能够有效抵抗路面的剪切力、张拉力和反弯曲应力，减少裂缝的产生和扩展，提高路面的抗裂性能。SBS 改性沥青还具有良好的黏附性，能够与路面基层和骨料紧密结合，形成坚固的复合体系，这种良好的黏附性能保证了路面层之间的紧密结合，提高了路面的耐久性和稳定性[1]。

2 传统的SBS 改性沥青性能检测方法

传统的SBS 改性沥青性能检测方法主要包括软化点测试、黏度测试和弹性恢复率测试等。这些方法通过对沥青样品进行破坏性试验操作，评估其性能特征。

2.1 软化点测试

软化点测试是一种常用的评估沥青柔软性的方法，该测试通过将沥青样品加热并观察其变软时的温度来确定软化点。软化点通常用于评估沥青在高温条件下的稳定性和抗变形性能，特别是在高温季节和炎热气候下，这些性能对于沥青路面的耐久性至关重要。软化点测试基于沥青的流变特性，即在加热过程中，沥青从固态转变为可流动状态的温度。这一转变是由于沥青中的组分在加热过程中发生软化和流动，导致沥青的柔软性增加。软化点测试是一种有效的评估沥青柔软性的方法，但也存在一些缺点。首先，软化点测试需要破坏沥青样品，因此无法进行进一步的性能评估。其次，软化点测试通常需要较长的测试时间，特别是对于高黏度的沥青样品，加热过程可能较为耗时。

2.2 黏度测试

黏度测试是评估沥青流动性和工艺性能的重要方法，该测试通过测量沥青在一定温度下的黏度来确定其流动性，黏度是液体流动性的物理特性，反映沥青在施工过程中的黏度和黏性。黏度测试可以通过多种方法进行，其中最常见的是旋转式黏度计，例如Brookfield 黏度计，该方法通过将沥青样品置于旋转的凸盘或圆柱体中，测量在特定温度下沥青在不同转速下所需的剪切力，从而得出黏度值。这种测试方法可以提供不同温度下沥青的黏度参数，如动态剪切黏度和静态剪切黏度。然而，传统的黏度测试方法需要特定的试验设备和操作技能，且测试过程较为繁琐。

2.3 弹性恢复率测试

弹性恢复率测试是评估沥青抗变形性能的一种常用方法。该测试通过对沥青样品施加应力并观察其恢复程度，评估沥青的弹性恢复能力。弹性恢复率测试可用于评估沥青在受力后的变形情况，对于道路结构的稳定性和耐久性具有重要意义。然而，传统的弹性恢复率测试方法需要特定的试验设备和操作技巧，且测试过程较为复杂。

传统的SBS 改性沥青性能检测方法存在一些局限性。首先，这些方法需要对样品进行破坏性试验操作，从而无法对现场施工材料进行直接评估，且样品的准备和处理过程可能对测试结果产生影响。其次，测试过程通常耗时较长，不利于快速准确地获取结果。最后，数据的分析和解释也相对困难，对操作人员的技能和经验要求较高[2]。

3 基于红外光谱检测技术的选择

3.1 ATR 法（全反射红外法）

ATR 法是一种常用的基于红外光谱的SBS 含量检测方法，它利用全反射现象将红外光引入沥青样品中，通过测量光的吸收强度来推断SBS 的含量。在该方法中，沥青样品通常被制成固体片状，并将ATR 晶体与样品接触，使红外光在晶体与样品界面上发生反射。通过分析红外光谱中特定波长处的吸收峰强度，可以计算得到SBS 的含量。

3.2 压片法

压片法是一种简单而有效的基于红外光谱的SBS含量检测方法。该方法将SBS 改性沥青样品制成薄片或薄膜，然后使用红外光谱仪对其进行扫描。通过分析样品在红外光波段的吸收谱图，可以推断出SBS的含量，这种方法适用于样品较薄的情况，并且操作简单快捷。

3.3 涂抹法

涂抹法是一种将红外吸收涂料直接涂抹在沥青样品表面的方法。在该方法中，红外吸收涂料中通常含有一定浓度的SBS，其吸收特性与样品中的SBS 存在一定的相关性。通过在沥青样品表面涂抹一层这样红外吸收涂料，再进行红外光谱扫描，可以间接推断出样品中SBS 的含量。

3.4 液体池法

液体池法是一种将沥青样品溶解在适当的溶剂中，并使用红外光谱仪测量溶液吸收谱的方法。在该方法中，选择合适的溶剂将SBS 改性沥青样品溶解，形成沥青溶液。然后，使用红外光谱仪对沥青溶液进行扫描，通过分析溶液中特定波长处的吸收峰强度来推断出SBS 的含量[3]。

4 红外光谱试验不同制样方式的试验结果

4.1 ATR 法取样方式的确定

在进行ATR 法试验时，可以尝试不同的取样方式，如样品的形态和尺寸，以及ATR 晶体的选择。试验结果应包括对不同取样方式的比较，以评估其对SBS 含量检测的影响。

具体检测情况为：一是比较不同取样方式下SBS含量的吸收峰强度，较高的吸收峰强度可能表示较高的SBS 含量。二是确定所选取样方式下的波数范围，以获得最佳的SBS 含量检测结果。三是进行多次试验，并评估不同取样方式的重复性和稳定性，确保所选取样方式能够提供可重复和稳定的试验结果。

为进一步验证检测结果，选择同一样品，并分别在不同部位进行检测，在上、中、下三个部分检测之后得到表1 的相关数据。通过这些数据可以看出，检测结果具有一定差异性，缺乏代表性。在之后的试验中，重新将沥青融化、搅匀后取样制成小球状样品，目的是改善试验过程中样品的均匀性和离析现象，从而提高检测结果的准确性。根据所记录的结果（见表2），沥青融化后的样品在上、中、下部混合均匀，试验数据的离散度较小，具有代表性。

表2 融化后不同位置取样的SBS 改性沥青红外数据表

这种改进方法可以解决样品不均匀和离析现象对检测结果的影响，提高试验结果的准确性。通过重新将沥青融化并搅拌均匀，可以使样品中的SBS 更加均匀地分布，减小不同位置之间的差异。

在分析这些结果时，应从以下几个方面考虑：

第一，比较沥青融化后制成的小球状样品在不同位置的试验数据的离散度，通过绘制误差棒图或误差线图，可以直观地展示结果的重复性和稳定性。

第二，观察沥青融化后制成的小球状样品在不同位置的红外光谱图中SBS 的吸收峰强度和形状的差异，比较吸收峰的强度和位置，以评估不同位置之间的差异。

第三，将重新制备的小球状样品的试验结果与之前的结果进行比较，评估改进方法对试验结果的影响。可以比较吸收峰强度和形状的变化，以及试验数据的离散度，以确定改进方法的有效性。

通过以上分析，可以得出改进方法的效果，即沥青融化后制成小球状样品能够提高样品的均匀性，减小不同位置之间的差异，从而提高检测结果的准确性和可靠性。需要注意的是，在进行试验和分析之前，需要根据具体的试验条件和设备要求进行相关的试验设计、标定和验证，以确保获得准确和可靠的结果。

4.2 涂抹法测试条件的确定

在涂抹法测试条件的确定中，选择既可以将沥青完全溶解又不会对红外光谱的背景测量产生影响的试剂是至关重要的环节。一种常用的试剂是四氯化碳溶液。选择试剂时，需要确保其具有足够的溶解能力，能够完全溶解沥青中的SBS 成分。四氯化碳作为一种常用的有机溶剂，对沥青中的SBS 具有较好的溶解能力，能够有效将SBS 溶解于溶液中，便于进行红外光谱测试。

此外，涂抹法中所使用的试剂应不会对红外光谱的背景测量产生显著影响。四氯化碳在红外光谱范围内的吸收特性较小，不会对沥青样品的红外光谱背景造成干扰，这使四氯化碳成为一种常用的选择，能够提供清晰且可靠的红外光谱信号。在选择试剂时，还需要考虑其安全性和环境友好性。四氯化碳是一种挥发性有机溶剂，具有毒性和环境污染风险。因此，在使用四氯化碳时，需要遵守安全操作规范，并在试验室中进行。同时，应尽量减少其使用量，以减轻对环境的影响，并寻找替代试剂或方法，以提高试验的环境友好程度。

需要注意的是，涂抹法测试条件的确定还涉及其他因素，如涂布厚度和光谱仪的设置等。在试验中，应选择适当的涂布厚度，以确保获得准确和可重复的结果。此外，根据具体的试验要求和设备规范，对红外光谱仪进行正确设置和校准，以确保测试结果的准确性[4]。

5 结语

总而言之，基于红外光谱检测技术的高速公路SBS 改性沥青性能检测具有重要的意义和潜在的应用价值。通过红外光谱分析，可以实现对SBS 改性沥青中SBS 含量及其他关键性能特征的快速、准确和非破坏性检测。红外光谱方法具有样品制备简单、操作便捷、分析速度快等优点，使其成为高速公路建设领域中SBS 改性沥青性能检测的重要手段，有助于提高沥青材料的质量控制、工程设计和性能评估水平，推动高速公路建设的可持续发展。随着红外光谱技术的不断发展和改进，其在沥青性能检测中的应用将得到更多重视，也将充分发挥自身的优势，推动公路工程的建设。