CN114594240A - 基于表面形貌参数检测改性沥青中sbs改性剂掺量的方法 - Google Patents

基于表面形貌参数检测改性沥青中sbs改性剂掺量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，借助表面形貌测量仪器测量改性沥青的表面形貌参数，并通过其建立表面形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量关系模型，从而直接检测得到改性沥青中SBS改性剂掺量。本发明基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法能够实现对改性沥青中SBS改性剂掺量进行直接检测，该方法设计合理、且易于操作、比较直观、经过检验验证，本方法的检测误差不超过4.5％，误差较小，具有良好的推广应用价值。

Description

基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法
技术领域
本发明涉及一种检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法,特别是一种基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法。
背景技术
SBS是苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物，它独特的结构使沥青的韧性和软化点提高、渗透性降低，能在一定程度上提高沥青的刚性、抗拉强度、延性和弹性，在国内外沥青路面修筑中得到了广泛的应用。而SBS改性剂的掺量对改性沥青的各项物理、力学性能均具有重要影响，在一定的SBS改性剂掺量范围内，SBS改性沥青的高温稳定性、低温抗裂性、耐老化性能均发生了不同程度的提高，沥青混合料的各项路用性能也能得到提升。因此，在生产SBS改性沥青时，对SBS改性剂的掺量进行严格的控制，对保障沥青路面耐久性具有重要作用。对改性沥青中SBS改性剂掺量进行检测，也成为沥青路面原材料检测的重要组成部分。
由于SBS改性沥青中的SBS改性剂掺量较少，一般在沥青质量比的3％～5％，且难以通过通过肉眼识别，通过测量沥青针入度、软化点、延度等物理指标的方法难以实现对沥青中SBS改性剂的有效识别。对于SBS改性沥青中改性剂掺量检测方法，目前主要采用滴定法、红外光谱法和热重分析法等。这些方法虽然在很大程度上完善了SBS改性沥青中改性剂的掺量检测手段，但都是通过间接方法获取，存在不直观、误差大、不易推广的缺陷。
因此，迫切需要一种能够直观、量化地对改性沥青中SBS改性剂掺量进行检测的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法。该方法设计合理，易于操作，能够实现对改性沥青中SBS改性剂掺量进行检测。
本发明的技术方案：基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，借助表面形貌测量仪器测量改性沥青的表面形貌参数，并通过其建立表面形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量关系模型，从而直接检测得到改性沥青中SBS改性剂掺量。
前述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法中，所述表面形貌参数的测量精度应至少达到微米级。
前述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法中，所述表面形貌测量仪器包括原子力显微镜、共聚焦显微镜或轮廓测量仪。
前述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法中，所述建立表面形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量关系模型过程中，应在实验室内制备不同SBS改性剂掺量的改性沥青标准试样，并测试标准试样的表面形貌参数，继而建立表面形貌参数与SBS改性剂掺量的关系模型。
前述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法中，具体包括有以下步骤：
步骤一：对基质沥青和SBS改性剂进行取样；
步骤二：在室内制备不同改性剂掺量的SBS改性沥青标准试样，SBS改性剂掺量至少应包含质量比为2％、4％和6％；
步骤三：利用原子力显微镜测量各掺量的改性沥青试样的表面形貌参数，测试方法如下：
(1)准备载玻片；
(2)将被测沥青加热至融化，并取一定量滴定在载玻片上；
(3)用镊子轻夹载玻片边缘，并将载玻片置于加热炉上再次加热，使沥青均匀平躺在载玻片表面；
(4)将制备好的试件置于阴凉、洁净的带盖容器内，在常温下保存24h后用于测试；
(5)利用原子力显微镜的轻敲模式，测试样品的表面形貌参数；
步骤四：分析各形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量的关联度，并选择关联度最高的1～2个参数作为建模参数；
步骤五：建立标准试件表面形貌参数与SBS改性剂掺量关系模型；
步骤六：对沥青路面施工所用SBS改性沥青进行取样，并按照步骤三的方法，测量所取样品表面形貌参数；
步骤七：将所取样品的表面形貌参数代入至表面形貌参数与SBS改性剂掺量关系模型中，计算得到SBS改性剂掺量，多个关系模型计算得到的SBS改性剂掺量均值即为所取样品中的SBS改性剂掺量。
前述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法中，所述步骤四中，选择粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq作为建模参数，所建立的粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq与SBS改性剂掺量P的关系模型如式(8)和式(9)所示：
Sa＝4×10-5×P2-2×10-5×P+0.0009 (8)
Sq＝4×10-5×P2-2×10-5×P+0.0015 (9)。
前述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法中，所述步骤四的具体步骤如下：
将SBS改性剂掺量分别为0％、2％、4％和6％的标准试件形貌参数列于表1中，并确定第一行的SBS改性剂掺量为参考序列，每个数值记作：X0(k),k＝1,2,…,m；第二行到第六行为比较序列，每个数值记作Xi(k),k＝1,2,…,m；i＝1,2,…,n；采用式(1)和式(2)对表中数值进行无量纲化处理，并将计算结果记录在表2中；对表2中的结果按照式(3)、式(4)、式(5)和式(6)计算关联系数，结果记录在表3中；最后，采用式(7)计算表3中各表面形貌参数与SBS改性剂掺量的关联度，结果记录在表4中，从表4中选择关联度最高的1～2个参数作为建模参数；
Figure BDA0003552039610000031
Figure BDA0003552039610000041
Figure BDA0003552039610000042
Figure BDA0003552039610000043
Figure BDA0003552039610000044
Δ0i(k)＝|Y0(k)-Yi(k)| (6)
Figure BDA0003552039610000045
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法能够实现对改性沥青中SBS改性剂掺量进行直接检测，该方法设计合理、且易于操作、比较直观、经过检验验证，本方法的检测误差不超过4.5％，误差较小，具有良好的推广应用价值。
附图说明
图1为利用原子力显微镜对改性沥青表面形貌进行测试的原理图；
图2为利用原子力显微镜对改性沥青表面形貌的沥青试件图；
图3为轮廓粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq与SBS改性剂掺量关系模型图。
具体实施方式
基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法
下面结合附图1-3和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例：采用本发明的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法对改性沥青中SBS改性剂掺量进行测量时，具体施工步骤如下：
步骤一：对基质沥青和SBS改性剂进行取样，基质沥青和SBS改性剂为所对应沥青路面工程所采用的SBS改性沥青生产原材料。
步骤二：在室内制备不同改性剂掺量的SBS改性沥青标准试样，SBS改性剂掺量至少应包含质量比为2％、4％和6％，制备工艺应与所采购的SBS改性沥青生产厂家工艺一致。
步骤三：利用原子力显微镜测量各掺量的改性沥青试样的表面形貌参数，除了可以使用原子力显微镜外，还可以使用共聚焦显微镜或轮廓测量仪测量得到改性沥青试样的表面形貌参数。测试原理如图1所示。测试方法如下：
(1)将载玻片裁剪成约2×2cm的正方形，并置于干燥、洁净处备用。
(2)将被测沥青加热至融化，并取约10微升滴定在裁剪好的正方形载玻片上，如图2-a所示。
(3)用镊子轻夹载玻片边缘，并将载玻片置于加热炉上再次加热，使沥青均匀平躺在载玻片表面，如图2-b所示。
(4)将制备好的试件置于阴凉、洁净的带盖容器内，在常温下保存24h后用于测试。
(5)利用原子力显微镜的轻敲模式，测试样品的表面形貌参数。
步骤四：分析各形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量的关联度，并选择关联度最高的1～2个参数作为建模参数。
在此采用灰色关联理论分析各形貌参数与SBS改性剂掺量的关联度，具体过程如下：
将SBS改性剂掺量分别为0％、2％、4％和6％的标准试件形貌参数列于表中，如表1所示。表面形貌参数的测量精度应至少达到微米级，从而保证最终计算得到的SBS改性剂掺量与真实值之间的误差较小。
表1各SBS掺量下标准试件的表面形貌参数
掺量/％ 0 2 4 6
sq(um) 0.0015 0.0031 0.0056 0.0047
Sp(um) 0.0235 0.0341 0.0453 0.0438
Sv(um) 0.0235 0.0371 0.0442 0.042
Sz(um) 0.047 0.0712 0.0895 0.0858
Sa(um) 0.0009 0.0021 0.0045 0.0044
并确定第一行的SBS改性剂掺量为参考序列，每个数值记作：X0(k),k＝1,2,…,m；第二行到第六行为比较序列，每个数值记作Xi(k),k＝1,2,…,m；i＝1,2,…,n。采用式(1)和式(2)对表1数值进行无量纲化处理，结果如表2所示。
Figure BDA0003552039610000061
Figure BDA0003552039610000062
表2无量纲化处理后结果
Y0 0 0.666666667 1.333333333 2
Y1 0.402684564 0.832214765 1.503355705 1.261744966
Y2 0.640763463 0.929788684 1.235173824 1.194274029
Y3 0.640326975 1.010899183 1.204359673 1.144414169
Y4 0.640545145 0.970357751 1.219761499 1.169335605
Y5 0.302521008 0.705882353 1.512605042 1.478991597
按照式(3)、式(4)、式(5)和式(6)计算关联系数，结果如表3所示。
Figure BDA0003552039610000071
Figure BDA0003552039610000072
Figure BDA0003552039610000073
Δ0i(k)＝|Y0(k)-Yi(k)| (6)
表3关联系数计算结果
ξ01 0.562337467 0.78708296 0.781192138 0.400505487
ξ02 0.437046291 0.675927787 0.887929364 0.378598663
ξ03 0.43722489 0.604913495 0.838787065 0.36388993
ξ04 0.437135603 0.638439941 0.862650555 0.371096101
ξ05 0.639462821 1 0.769289765 0.492209056
最后，采用式(7)计算各表面形貌参数与SBS改性剂掺量的关联度，结果如表4所示。
Figure BDA0003552039610000074
表4各表面形貌参数与SBS改性剂掺量的关联度计算结果
表面形貌参数 关联度
sq(um) 0.632779513
Sp(um) 0.594875526
Sv(um) 0.561203845
Sz(um) 0.57733055
Sa(um) 0.72524041
从表4的各表面形貌参数与SBS改性剂掺量的关联度计算结果可以看出，粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq与SBS改性剂掺量的关联度最高，因此选择标准试件的粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq作为建模参数。
步骤五：建立标准试件表面形貌参数与SBS改性剂掺量关系模型。
在此采用Excel软件建立粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq与SBS改性剂掺量的关系模型，如图3所示。
从图3可以看出，粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq与SBS改性剂掺量均满足二次多项式关系，其相关性系数较高。所建立的粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq与SBS改性剂掺量P的关系模型如式(8)和式(9)所示。
Sa＝4×10-5×P2-2×10-5×P+0.0009 (8)
Sq＝4×10-5×P2-2×10-5×P+0.0015 (9)
步骤六：对沥青路面施工所用SBS改性沥青进行取样，并按照步骤三的方法，测量所取样品的粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq。
步骤七：将所取样品的粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq代入到式(8)和式(9)中，计算SBS改性剂掺量P(取正解)，并取式(8)和式(9)计算结果的均值，即可检测出所取样品中的SBS改性剂掺量。
下面结合具体的实施例对本发明做进-步详细的说明,但本发明不限于以下实施例。
实施例1：对某SBS改性剂掺量为3.5的样品，采用步骤一到步骤七的方法检测其SBS改性剂掺量。
实施例2：对某SBS改性剂掺量为4.5的样品，采用步骤一到步骤七的方法检测其SBS改性剂掺量。
实施例3：对某SBS改性剂掺量为5.5的样品，采用步骤一到步骤七的方法检测其SBS改性剂掺量。
表5各实施例测量结果
Figure BDA0003552039610000081
Figure BDA0003552039610000091
从表5可以看出，采用本发明的检测结果与SBS改性剂真实掺量之间有些许误差，误差小于4.5％，本发明的方法具有良好的推广应用价值。
尽管以上对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (7)

1.基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，其特征在于：借助表面形貌测量仪器测量改性沥青的表面形貌参数，并通过其建立表面形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量关系模型，从而直接检测得到改性沥青中SBS改性剂掺量。
2.根据权利要求1所述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，其特征在于：所述表面形貌参数的测量精度应至少达到微米级。
3.根据权利要求1所述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，其特征在于：所述表面形貌测量仪器包括原子力显微镜、共聚焦显微镜或轮廓测量仪。
4.根据权利要求1所述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，其特征在于：所述建立表面形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量关系模型过程中，应在实验室内制备不同SBS改性剂掺量的改性沥青标准试样，并测试标准试样的表面形貌参数，继而建立表面形貌参数与SBS改性剂掺量的关系模型。
5.根据权利要求4所述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
步骤一：对基质沥青和SBS改性剂进行取样；
步骤二：在室内制备不同改性剂掺量的SBS改性沥青标准试样，SBS改性剂掺量至少应包含质量比为2％、4％和6％；
步骤三：利用原子力显微镜测量各掺量的改性沥青试样的表面形貌参数，测试方法如下：
(1)准备载玻片；
(2)将被测沥青加热至融化，并取一定量滴定在载玻片上；
(3)用镊子轻夹载玻片边缘，并将载玻片置于加热炉上再次加热，使沥青均匀平躺在载玻片表面；
(4)将制备好的试件置于阴凉、洁净的带盖容器内，在常温下保存24h后用于测试；
(5)利用原子力显微镜的轻敲模式，测试样品的表面形貌参数；
步骤四：分析各形貌参数与改性沥青中SBS改性剂掺量的关联度，并选择关联度最高的1～2个参数作为建模参数；
步骤五：建立标准试件表面形貌参数与SBS改性剂掺量关系模型；
步骤六：对沥青路面施工所用SBS改性沥青进行取样，并按照步骤三的方法，测量所取样品表面形貌参数；
步骤七：将所取样品的表面形貌参数代入至表面形貌参数与SBS改性剂掺量关系模型中，计算得到SBS改性剂掺量，多个关系模型计算得到的SBS改性剂掺量均值即为所取样品中的SBS改性剂掺量。
6.根据权利要求5所述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，其特征在于：所述步骤四中，选择粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq作为建模参数，所建立的粗糙度Sa、表面轮廓均方根偏差Sq与SBS改性剂掺量P的关系模型如式(8)和式(9)所示：
Sa＝4×10-5×P2-2×10-5×P+0.0009 (8)
Sq＝4×10-5×P2-2×10-5×P+0.0015 (9)。
7.根据权利要求5所述的基于表面形貌参数检测改性沥青中SBS改性剂掺量的方法，其特征在于：所述步骤四的具体步骤如下：
将SBS改性剂掺量分别为0％、2％、4％和6％的标准试件形貌参数列于表1中，并确定第一行的SBS改性剂掺量为参考序列，每个数值记作：X0(k),k＝1,2,…,m；第二行到第六行为比较序列，每个数值记作Xi(k),k＝1,2,…,m；i＝1,2,…,n；采用式(1)和式(2)对表中数值进行无量纲化处理，并将计算结果记录在表2中；对表2中的结果按照式(3)、式(4)、式(5)和式(6)计算关联系数，结果记录在表3中；最后，采用式(7)计算表3中各表面形貌参数与SBS改性剂掺量的关联度，结果记录在表4中，从表4中选择关联度最高的1～2个参数作为建模参数；
Figure FDA0003552039600000031
Figure FDA0003552039600000032
Figure FDA0003552039600000033
Figure FDA0003552039600000034
Figure FDA0003552039600000035
Δ0i(k)＝|Y0(k)-Yi(k)| (6)
Figure FDA0003552039600000036
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