CN104819950A - 一种sbs改性沥青中sbs含量高精度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法包括以下步骤：制备多种已知SBS含量的SBS改性沥青；分别对上述SBS改性沥青进行基于傅里叶变换的红外光谱测试，计算出各SBS改性沥青中SBS改性剂的特征吸收峰面积A1与SBS改性剂的特征吸收峰面积A1和基质沥青的特征吸收峰面积A2之和的比值A，将各SBS改性沥青的A值对应其SBS含量建立一条标准曲线方程；利用基于傅里叶变换的红外光谱测试待检SBS改性沥青并计算出对应A值，代入标准曲线方程得出待检SBS改性沥青中SBS含量，其优点在于，不仅测试方法简单，且利用特征吸收峰面积之比来消除改性沥青测试样品厚度对测试结果带来的影响，独创红外光谱特征吸收峰面积区间选取，实现改性沥青中SBS含量快速、精确检测。

Description

一种SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法

技术领域

本发明涉及一种道路工程材料质量合格检测技术领域，具体涉及一种SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法。

背景技术

沥青作为一种应用非常广泛的道路工程材料，为路面长期正常使用提供必不可少的性能，如防渗、防漏，稳定性、柔韧性以及路面的平稳性等。然而由于沥青自身结构的特征，决定了它对温度、荷载作用等因素较为敏感，缺乏优良的工程性能，弹性和耐老化性能较差。将普通沥青进行改性后，能明显弥补其多项表现性能缺陷，最具有代表性的就是加入高聚物(SBS)的方法，采用一定的技术手段使基质沥青与改性剂共混，从而得到一种全新的、优性能的改性沥青。

SBS是一种聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段式聚合物，它具有橡胶的弹性，又有树脂的热塑性两种性能，因而具有弹性好、抗拉强度高、低温变形性能好等优点。事实证明，普通沥青与聚合物共混改性能有效改善沥青材料挠性和抗永久变形能力、降低感温性，改性沥青道路的工程性能表现出明显的增强。目前我国60％以上的路用改性沥青均为SBS高聚物改性沥青，实际应用中SBS掺量一般为4％～5％，但由于SBS改性剂目前的市场价格偏高，促使部分厂家在生产SBS改性沥青的过程中为节约成本擅自减少SBS改性剂的掺量，使得实际生产出的SBS改性沥青性能指标并不合格，对诸多项目工程造成了不可逆的损失。而现有的一些SBS含量检测方法尚未成熟，主要包括以下几种：

(1)荧光显微法，通过荧光显微技术及MATLAB软件编制相应程序计算得出SBS荧光面积/观测总面积，并以此反应改性沥青中SBS含量，但此方法无法避免SBS分子中的活性基团之间发生交联、接枝反应影响SBS荧光面积所带来的误差，且制样要求过于苛刻，人为因素过大；

(2)凝胶渗透色谱法(GPC)，通过分离不同大小分子后得出改性沥青试样的色谱图从而计算SBS含量，但由于SBS改性沥青在制作过程中的剪切、搅拌和加热等因素易造成SBS聚合物大分子的破裂，导致SBS峰的面积变小，易使所测SBS含量偏低，且相对来说，大分子与小分子的区分依据并无一个统一的标准，故此方法亦无法实现SBS含量的准确测试；

(3)红外光谱法，最初的试验思路为通过测试不同含量SBS改性沥青的SBS特征吸收峰处吸光度来反应SBS含量，但此方法经多次试验后并不可行，原因是其吸光度受试样薄膜的厚度所影响。

目前大多数SBS改性沥青生产方法均为将基质沥青与SBS改性剂物理混合，SBS改性剂掺入后并不与基质沥青发生化学反应，SBS改性沥青经红外分析后得到的红外光谱为基质沥青与SBS改性剂各自的红外光谱简单的物理叠加。根据Lambert-Beer定律，当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度(A)与溶液的浓度(c)和厚度(b)的乘积成正比。利用此定律，将SBS改性剂视为溶质，基质沥青视为溶剂，SBS改性沥青则为溶液，其浓度(c)即为SBS的含量，故此利用红外光谱分析来检测SBS改性沥青中SBS含量是完全可行的。

发明内容

本发明目的是：提供一种SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，不仅测试方法简单，而且利用特征吸收峰面积之比来消除改性沥青测试样品厚度对测试结果带来的影响，独创红外光谱特征吸收峰面积区间选取，实现改性沥青中SBS含量快速、精确检测。

本发明的技术方案是：一种SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，包括以下步骤：

(1)制备多种已知SBS含量的SBS改性沥青；

(2)分别对上述SBS改性沥青进行基于傅里叶变换的红外光谱测试，计算出各SBS改性沥青中SBS改性剂的特征吸收峰面积A1与SBS改性剂的特征吸收峰面积A1和基质沥青的特征吸收峰面积A2之和的比值A，将各SBS改性沥青的A值对应其SBS含量建立一条标准曲线方程；

(3)利用基于傅里叶变换的红外光谱测试待检SBS改性沥青并计算出对应A值，代入步骤(2)中的标准曲线方程得出待检SBS改性沥青中SBS含量。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中SBS改性沥青中已知SBS含量分别为2％、3％、4％、5％、6％。

作为优选的技术方案，步骤(2)中所述SBS改性剂的特征吸收峰为967±15cm^-1，此为SBS改性剂聚丁二烯C＝C键振动吸收峰；所述基质沥青的特征吸收峰为1377±15cm^-1，此为基质沥青-CH-剪式振动吸收峰；同时所述SBS改性剂和所述基质沥青的特征吸收峰互不干扰，且峰形明显、规整。

作为优选的技术方案，所述步骤(1)中已知SBS含量的SBS改性沥青制备方法如下：

(1)将基质沥青加热到175℃，采用内掺法加入对应质量分数的SBS改性剂，用高速剪切搅拌仪搅拌90mins，搅拌温度为175±5℃；

(2)缓慢加入稳定剂硫磺，剂量为SBS改性剂质量分数的5％，继续搅拌15mins；

(3)移至175℃烘箱中保温发育2h，期间每隔30mins搅拌一次，每次搅拌时间为2～3mins。

作为优选的技术方案，步骤(2)和步骤(3)中在利用基于傅里叶变换的红外光谱测试前，对SBS改性沥青进行测试样品预处理，具体方法如下：

(1)将SBS改性沥青加热至流动状，搅拌均匀后按SBS改性沥青与沥青溶剂质量比为1：30制成SBS改性沥青溶液试样；

(2)待上述SBS改性沥青溶液试样完全溶解后用滴管滴2～3滴于KBr窗片上，待沥青溶剂完全挥发后得到测试样品。

作为优选的技术方案，所述沥青溶剂为CS₂；其满足以下3点要求：(1)不与SBS改性沥青发生化学反应；(2)对SBS改性沥青中SBS改性剂和基质沥青的特征吸收峰无干扰；(3)易挥发。

作为优选的技术方案，所述步骤(2)和步骤(3)中采用傅里叶红外光谱仪进行基于傅里叶变换的红外光谱测试，测试前提前预热至少30mins，将光谱采集区间设置为400～4000cm^-1，扫描次数为32次，分辨率为4cm^-1。

本发明的优点是：

1.本发明不仅测试方法简单，而且利用特征吸收峰面积之比来消除改性沥青测试样品厚度对测试结果带来的影响，独创红外光谱特征吸收峰面积区间选取，实现改性沥青中SBS含量快速、精确检测；

2.本发明SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法所测A值离散性低，其平均变异系数为0.89％，测试结果具有良好稳定性；同时SBS含量与其对应A值相关系数达0.9991，说明二者具有极好的线性关系；用测试结果与实际SBS含量计算平均相对误差为1.12％，检测精度高达98.88％。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为SBS改性剂的特征吸收峰选取图；

图2为基质沥青的特征吸收峰选取图；

图3为特征峰面积区间选取示例图；

图4为根据不同SBS含量改性沥青的A值与其对应SBS含量绘制的标准曲线图。

具体实施方式

实施例：

一、原材料及试验仪器

原材料主要为壳牌沥青有限公司生产的YH-791-H型SBS改性剂、70#石油沥青；稳定剂硫磺，沥青溶剂(CS₂)。

试验仪器主要为傅里叶红外光谱仪及上海佛鲁克公司生产的FM300高速剪切搅拌仪、电炉、烘箱、天平等。

二、样品制作与红外分析

(1)已知SBS含量的SBS改性沥青制备：

将基质沥青置于175℃烘箱中加热软化，取出后用内掺法加入SBS改性剂用以制取SBS含量分别为2％、3％、4％、5％、6％的SBS改性沥青，用玻璃棒搅拌至无明显大颗粒后，置于剪切搅拌仪搅拌90mins，转速控制在4500r/min、剪切搅拌温度控制在180℃以防沥青发生老化，再加入质量为SBS改性剂5％的稳定剂硫磺，搅拌15mins后放入175℃烘箱发育溶胀2h，期间每隔30mins搅拌一次，每次搅拌时间为2～3mins，最后制得SBS改性沥青。

(2)建立标准曲线方程：

将已知SBS含量的SBS改性沥青加热至流动状，取少量搅拌均匀的SBS改性沥青与CS₂溶剂相溶(SBS改性沥青与CS₂质量比为1：30)制成SBS改性沥青溶液试样，待其完全溶解后滴于KBr窗片上，待溶剂完全挥发后即可放入样品槽。

傅里叶红外光谱仪需提前预热至少30mins，试验时，将光谱采集区间设置为400～4000cm^-1，扫描次数为32次，分辨率为4cm^-1。

测试数据见表1，其中光谱特性参数①为SBS改性剂的特征吸收峰面积A1，光谱特性参数②为基质沥青的特征吸收峰面积A2。

表1 基于傅里叶变换的红外光谱特性测试参数表

      

得到标准曲线方程为y＝0.0394x+0.062，相关系数R²＝0.9991。

图1为SBS改性剂的特征吸收峰选取图。

图2为基质沥青的特征吸收峰选取图。

上述SBS改性剂和基质沥青的特征吸收峰选取应遵循以下原则：

1、所选的SBS改性剂与基质沥青的特征吸收峰应互不干扰；

2、所选特征吸收峰峰形明显、规整。

因此此处SBS改性剂的特征吸收峰为967±15cm^-1，基质沥青的特征吸收峰为1377±15cm^-1。

图3为特征峰面积区间选取示例图。

上述具体实施方式为面积区间起始波数为波峰前后15cm^-1处。

图4为根据不同SBS含量改性沥青吸收峰面积比值与其对应SBS含量绘制的标准曲线图。

上述具体实施方式中各已知SBS含量的SBS改性沥青分别测试3次吸收峰值，并取平均值。

(3)三种测试样品预处理及测试：

将三种待检SBS改性沥青加热至流动状，取少量搅拌均匀的SBS改性沥青与CS₂溶剂相溶(SBS改性沥青与CS₂质量比为1：30)制成SBS改性沥青溶液试样，待其完全溶解后滴于KBr窗片上，待溶剂完全挥发后即可放入样品槽。

傅里叶红外光谱仪需提前预热至少30mins，试验时，将光谱采集区间设置为400～4000cm^-1，扫描次数为32次，分辨率为4cm^-1。

测试数据见表2，其中光谱特性参数①为SBS改性剂的特征吸收峰面积A1，光谱特性参数②为基质沥青的特征吸收峰面积A2。

表2 三种待检SBS改性沥青的SBS含量测定值

      

      

由表2数据可知，三种待测样品SBS含量为4.55％，4.50％，4.60％。

上述具体实施方式中各待检的SBS改性沥青分别测试3次吸收峰值，并取平均值。

利用本发明所得成果：各已知SBS含量的SBS改性沥青样品所测A值离散性低，其平均变异系数为0.89％，说明本方法所得测试结果具有良好稳定性；SBS含量与对应A值相关系数达0.9991，说明二者具有极好的线性关系；利用此标准曲线方程对3批待测沥青进行反测以验证，测试结果与实际SBS含量(4.5％)计算平均相对误差为1.12％，检测精度高达98.88％。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备多种已知SBS含量的SBS改性沥青；

（2）分别对上述SBS改性沥青进行基于傅里叶变换的红外光谱测试，计算出各SBS改性沥青中SBS改性剂的特征吸收峰面积A1与SBS改性剂的特征吸收峰面积A1和基质沥青的特征吸收峰面积A2之和的比值A，将各SBS改性沥青的A值对应其SBS含量建立一条标准曲线方程；

（3）利用基于傅里叶变换的红外光谱测试待检SBS改性沥青并计算出对应A值，代入步骤（2）中的标准曲线方程得出待检SBS改性沥青中SBS含量。

2.根据权利要求1所述的SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中SBS改性沥青中已知SBS含量分别为2%、3%、4%、5%、6%。

3.根据权利要求1所述的SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，其特征在于，步骤（2）中所述SBS改性剂的特征吸收峰为967±15 cm^-1；

所述基质沥青的特征吸收峰为1377±15cm^-1。

4.根据权利要求1所述的SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中已知SBS含量的SBS改性沥青制备方法如下：

（1）将基质沥青加热到175℃，采用内掺法加入对应质量分数的SBS改性剂，用高速剪切搅拌仪搅拌90mins，搅拌温度为175±5℃；

（2）缓慢加入稳定剂硫磺，剂量为SBS改性剂质量分数的5%，继续搅拌15mins；

（3）移至175℃烘箱中保温发育2h，期间每隔30mins搅拌一次，每次搅拌时间为2~3mins。

5.根据权利要求1所述的SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，其特征在于，步骤（2）和步骤（3）中在利用基于傅里叶变换的红外光谱测试前，对SBS改性沥青进行测试样品预处理，具体方法如下：

（1）将SBS改性沥青加热至流动状，搅拌均匀后按SBS改性沥青与沥青溶剂质量比为1：30制成SBS改性沥青溶液试样；

（2）待上述SBS改性沥青溶液试样完全溶解后用滴管滴2~3滴于KBr窗片上，待沥青溶剂完全挥发后得到测试样品。

6.根据权利要求5所述的SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，其特征在于，所述沥青溶剂为CS₂。

7.根据权利要求1所述的SBS改性沥青中SBS含量高精度检测方法，其特征在于，所述步骤（2）和步骤（3）中采用傅里叶红外光谱仪进行基于傅里叶变换的红外光谱测试，测试前提前预热至少30mins，将光谱采集区间设置为400~4000cm^-1，扫描次数为32次，分辨率为4cm^-1。