红外光谱法定量分析SBS改性沥青的方法研究

SBS掺量是控制改性沥青质量、保证改性沥青路面路用性能的关键指标,现阶段迫切需要形成一种快速、高精度的量化检测方法。文中通过对基质沥青、SBS改性剂和SBS改性沥青红外光谱图的分析,得出966cm~(-1)是SBS结构中反式丁二烯的特征峰,可作为SBS定量检测的特征参数;1 377cm~(-1)是基质沥青特有的吸收峰,可作为标准使用;利用朗伯-比尔定律测量SBS改性沥青光谱图的特征峰,建立了A966/A1377评价指标,通过5种不同SBS掺量试验结果的线性回归分析,形成了SBS含量的检测方法,精度分析显示其相对误差较小,精确度可达1%以上。     

SBS改性沥青改性剂含量测定方法研究

为解决SBS沥青改性剂添加含量的质量控制问题,采用红外光谱仪对SBS改性剂不同掺量(沥青质量的2%、3%、4%、5%、6%)下的改性沥青样本的特征吸收峰进行了红外扫描测试,以表征SBS改性剂和基质沥青的966cm-1和813cm-1特征吸收峰面积S966和S813为分析对象,利用统计分析方法将S966、S966/S813、S966/(S966+S813)分别与SBS改性剂掺量进行曲线拟合,研究发现S966/(S966+S813)与SBS改性剂掺量的线性回归相关系数最高,达到0.9874,可以作为SBS改性剂含量测定的标准曲线。利用标准曲线可以对实际工程中未知待检样改性沥青的SBS改性剂含量进行计算,实现改性沥青路面的有效施工与质量控制。     

外加剂对多聚磷酸复配SBS改性沥青性能的影响

采用高速剪切机以基质沥青、改性剂、抽出油、稳定剂、多聚磷酸(PPA)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为原材料制备了PPA复配SBS改性沥青,通过进行基本性能试验和红外光谱试验,探讨了PPA与DBP对其相关性能的影响。结果表明:(1)PPA复配SBS改性沥青随着PPA掺量的增加,针入度降低、软化点升高、延度降低、黏度升高、波数为966cm-1时的C=C特征吸收峰、1 030cm-1时的S=O特征吸收峰先增强后减弱,其他官能团无显著变化;(2)随着DBP掺量的增加,针入度升高、软化点降低、延度增大、黏度减小、波数为966cm-1时的C=C特征吸收峰、1 030cm-1时的S=O特征吸收峰先增强后减弱,当DBP掺量为1%时,1 600cm-1的C-C特征吸收峰有明显的增强,其他官能团无明显变化;(3)0.75%PPA+1.0%DBP为PPA与DBP的最佳掺配比例。     

基于FTIR衰减全反射法的SBS含量快速测试方法研究

SBS改性沥青因可显著提高沥青路面的使用性能从而得以大范围推广应用。工厂化改性方式使得SBS改性沥青生产与使用环节分离,改性沥青SBS含量及质量监控成为难点。基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)衰减全反射法提出一种SBS含量快速检测方法,该方法采用点滴法成型沥青试样,应用衰减全反射ATR附件采集试样的红外光谱,以(C_(SBS),A_(966)/A_(1377))集合经线性拟合得到标准曲线计算未知样的SBS含量。与规范JTG E20-2019 T 0673方法相比,该方法具有制样简单、测试时间短和结果精准等特点,可用于施工项目现场的SBS含量快速检测。     

基于红外光谱的改性沥青SBS含量测定可行性分析

通过傅里叶红外光谱中SBS特征吸收峰强度和SBS特征吸收峰面积与基质沥青特征吸收峰面积比值分析改性沥青中SBS含量。试验结果表明,采用不同的分析参数得到的SBS含量检测结果差异较大,同一样品平行检测结果复现性差,制样的质量分数对于检测结果的影响较大。采用红外光谱只宜用于定性分析,难达到精确的定量分析。     

胶粉与SBS复合改性沥青制备与性能研究

为优化胶粉与SBS复合改性沥青制备参数,通过正交试验探讨SBS嵌段比、胶粉目数、SBS掺量及胶粉掺量对复合改性沥青高、低温性能及黏度的影响,进行影响因素与沥青性能Pearson相关性分析,最后采用傅里叶变换红外光谱分析仪研究改性机理。结果表明,高嵌段比SBS与高胶粉掺量会提升复合改性沥青的高温性能,但不利于复合改性沥青的低温性能;提高胶粉目数可降低复合改性沥青的黏度,提高SBS掺量对改善复合改性沥青的高、低温性能均能起到积极作用;SBS嵌段比对复合改性沥青的高温性能影响显著,胶粉掺量对沥青黏度影响显著;胶粉与SBS对沥青的改性过程主要为物理改性。     

基于红外光谱的改性沥青稳定性快速评价方法

改性沥青由于制备工艺不同，且在施工过程中存在长距离运输等情况，会对其储存稳定性产生一定的影响。采用基于红外光谱法的特征峰面积离散系数值来表征SBS改性剂分布的均匀情况，从而快速预判改性沥青稳定性。分析了不同发育时间下改性沥青试样面积离散系数与均匀性的相关关系，可以利用特征峰面积离散系数值的大小来表征改性沥青SBS分布均匀情况。对特征峰面积离散系数值与离析指标进行相关性分析，结果表明：不同SBS掺量的改性沥青在不同发育时间下面积离散系数与离析指标相关性较好，R²均在0.9以上，在实际生产过程中，可将其作为预判SBS改性沥青均匀稳定性的快速评价方法，从生产阶段开始，做到严格质量把控。     

基于红外光谱的沥青老化时程预测

为了准确全面分析沥青材料不同老化状态,探寻最佳的定量分析方法,实现沥青老化时程的快速、无损、实时判别。该文首先选取泰普克70~#和金陵70~#两种基质沥青以及两种不同基质沥青的SBS(I-D)改性沥青,通过旋转薄膜烘箱(RTFOT)方法来模拟不同老化时程沥青;再采用傅里叶变换红外光谱仪的衰减全反射附件采集红外光谱图,对比分析不同老化时程沥青的红外光谱的变化;最后利用主成分分析法,对定量分析数据进行降维处理,建立沥青老化时程预测模型并验证。结果表明:基质沥青和改性沥青最大的区别是改性沥青谱图在699 cm^-1和966 cm^-1处附近多了两个明显特征吸收峰,可据此进行基质沥青和改性沥青的判别;4种沥青的羰基(1 700 cm^-1)和亚砜基(1 030 cm^-1)均随老化时间延长而增大,二者可以表征沥青的老化;以吸收峰两侧最低点的切线为基线计算峰面积,650~1 400 cm^-1范围指纹区域作为参考基准,是所选沥青的最佳定量分析方法;基质沥青和改性沥青的综合指标F值分别与老化时间呈线性关系,预测精度高,可实现基质、改性沥青的老化时程预测。     

基于TFOT试验的SBS改性剂掺量检测方法研究

为准确检测SBS改性剂的掺量,保证SBS改性沥青的性能,通过163、168、173、178、183℃的TFOT试验,研究改性剂掺量分别为1%、2%、3%、4%、5%的SBS改性沥青的针入度、软化点、5℃延度、135℃运动黏度、弹性恢复随老化温度的变化规律,得出不同改性剂掺量的SBS改性沥青的延度随老化温度变化规律一致,因此采用5℃延度-老化温度曲线检测SBS改性剂掺量。结果表明:利用5℃延度-老化温度曲线检测SBS改性剂掺量的方法是合理的。     

胶粉对SBS改性沥青流变特性及微观结构的影响

基于CR/SBS复合改性沥青的基本性能指标确定废旧胶粉的适宜掺量,采用DSR、BBR试验、扫描电镜试验和红外光谱试验分别对SBS改性沥青和CR/SBS复合改性沥青的流变特性以及微观结构进行对比研究。试验结果表明:掺加18%废旧胶粉的CR/SBS复合改性沥青的高温流变特性、低温流变特性优于SBS改性沥青和CR沥青,抗疲劳特性与SBS改性沥青基本相当。胶粉与SBS改性剂产生了部分化学反应,废旧胶粉在体系中起到了填充作用;同时整个体系形成了改性剂相和沥青相双连续相,形成了致密的空间网络结构,从而使得CR/SBS复合改性沥青的性能优良。     

SBS/橡胶粉复合改性SH型混合生物沥青工艺及机理

为探究复合改性技术提升混合生物沥青路用性能的工艺及机理,针对特定来源的SH型生物沥青,将其与石油沥青共混制备混合生物沥青后进行SBS/橡胶粉复合改性,研究改性顺序及改性剂掺量对复合改性沥青常规路用性能的影响、生物沥青掺量对改性剂溶胀特性与复合改性沥青高温及低温性能的影响,由此确定混合生物沥青复合改性工艺;利用多应力重复蠕变恢复（MSCR）、弯曲梁流变（BBR）和频率扫描（FS）试验评价复合改性沥青的流变特性;借助红外光谱（IR）化学官能团分析以及荧光显微镜（FM）和原子力显微镜（AFM）微观形貌观测分析揭示混合生物沥青复合改性机理。研究结果表明：SBS掺量为2.5%,橡胶粉掺量为18%（内掺）时,按照先SBS改性后橡胶粉改性的顺序制备的复合改性沥青的常规路用性能均较优;生物沥青掺量为15%时改性剂溶胀特性与复合改性沥青的高温及低温性能均较佳;SBS/橡胶粉复合改性在显著提升混合生物沥青弹性恢复率与m值的同时还降低了其不可恢复柔量与劲度模量,即改善了混合生物沥青的高温稳定性与低温抗裂性,且此结果与FS复数模量主曲线结果相一致;生物沥青可有效增溶聚合物改性剂并增强聚合物相网络结构,从而显著提升沥青复合改性效果;对混合生物沥青进行SBS/橡胶粉复合改性后未出现新的特征吸收峰,此复合改性过程属于物理变化;沥青厂生产的复合改性沥青性能优于实验室水平制备的复合改性沥青。     

石墨烯对SBS改性沥青流变性能的影响研究

采用熔融共混法制备了石墨烯/SBS改性沥青(GSMB),研究了石墨烯对SBS改性沥青压力老化(PAV)前后动态剪切流变性能的影响，并利用红外光谱(FTIR)分析了GSMB老化前后化学结构的变化。结果表明：石墨烯提高了SBS改性沥青的复数剪切模量，降低了相位角，增强了SBS改性沥青的抗永久形变能力；相比SBS改性沥青，GSMB在PAV老化后的复数剪切模量老化指数明显降低；FTIR显示SBS改性沥青老化后的羰基指数变化率、亚砜基指数变化率和碳碳双键指数变化率均随石墨烯掺量增加而减小，表明石墨烯能够有效改善SBS改性沥青的耐老化性能。     

复合再生剂对老化SBS改性沥青性能和结构的影响研究

将复合再生剂和普通沥青再生剂分别用于老化SBS改性沥青的再生,通过再生沥青的物理性能、化学组成分析和红外光谱测试研究了两种再生剂对老化SBS改性沥青性能和结构组成的影响。物理性能测试结果表明:复合再生剂对老化SBS改性沥青物理性能的恢复作用优于普通再生剂,当复合再生剂的掺量达到老化沥青质量的8%时,再生SBS改性沥青的性能基本接近老化前SBS改性沥青的性能;红外光谱和化学组成测试结果显示:普通再生剂只能调节老化SBS改性沥青中基质沥青的化学组成,无法修复SBS断裂的分子链,而复合再生剂不仅能调节老化SBS改性沥青中基质沥青的化学组成,还可通过其分子结构中的极性环氧基团与SBS的降解产物发生化学反应以修复SBS因老化发生降解的分子链。     

在役轨道交通矮塔斜拉桥检测与评估

通过三大指标试验、旋转粘度试验、高温PG分级试验和多应力重复蠕变回复试验(MSCR)对不同SBS掺量(0、1%、2%、3%、4%、5%)的高掺量胶粉改性沥青(内掺35%)的基本性能和高温性能进行研究,全面研究SBS掺量对高掺量胶粉改性沥青高温性能的影响,探究高温法制备高掺量胶粉改性沥青的可行性。研究结果表明：随着SBS掺量的提高,高掺量胶粉改性沥青的针入度不断减小,软化点、延度和运动粘度不断增大；高温PG分级试验和MSCR试验均表明,高掺量胶粉改性沥青高温性能差,复配SBS后,其高温性能提升明显,当SBS掺量为3%时,复合改性沥青的高温PG分级为76℃,弹性性能也十分优越；当SBS掺量较高时,继续增加SBS掺量对复合改性沥青高温性能的提升贡献很小,所以从性能和经济角度综合考虑, 35%高掺量胶粉改性沥青的推荐掺量为3%、4%。     

再生剂对SBS改性沥青宏观性能与微观结构的影响

通过制备SBS改性剂掺量为0～5.0%的改性沥青并测试针入度、软化点、5℃延度、弹性恢复以及旋转黏度，研究了改性沥青宏观指标与SBS改性剂掺量间的联系。改性沥青再生试验表明：含SBS改性剂成分的B再生剂比普通A再生剂对老化改性沥青再生效果更好，抗老化能力也更为优异。采用红外光谱测试以及荧光显微镜成像对改性沥青中SBS改性剂含量进行定量以及定性的测定，并与改性沥青宏观指标相对应。改性沥青老化后其SBS改性剂含量降低，仅使用再生剂对其进行再生并不能恢复SBS改性剂含量，A/B新旧混合沥青中SBS改性剂含量进一步提升，可以达到3.05%的较高含量。采用动态剪切流变(DSR)试验研究改性沥青的高温抗车辙能力，老化后回收沥青的高温稳定性增强，掺入再生剂会降低其高温抗车辙能力，再生沥青、新旧混合沥青与新改性沥青的高温特性相似。     

改性沥青中SBS改性剂掺量的热重分析

SBS是一种高分子橡塑类聚合物,将其掺人普通沥青中进行改性,可以充分发挥它的高温稳定性、低温抗裂的优势,显著地提升道路沥青的质量和使用性能。通常SBS改性沥青的含量为3％-5％,当SBS含量不足时,难以形成连续空间网状结构,从而导致改性沥青的性能无法达到预期的目标,大打折扣,严重时会导致改性沥青的不稳定或者在使用过程中的降解,严重的影响工程质量。然而,目前还没有一个准确的快速方便的进行SBS改性剂掺量的检测方法。本文将利用热重法对SBS改性沥青进行分析,得到并分析了不同SBS含量的改性沥青的热重曲线。研究发现,改性沥青热重曲线的第三失重峰所对应温度随着SBS含量的升高而线性地增大,因此可以作为一种检测改性沥青中SBS掺量的快速可行的方法,在高速公路行业推广应用。     

基于红外光谱的改性沥青SBS含量检测的可靠性分析

目前SBS改性沥青的质量控制主要是通过对改性沥青的常规指标的检测结果进行评价。影响改性沥青的性能的关键因素之一是SBS改性剂含量。目前,改性沥青中SBS含量的检测方法便捷、有效的方法是红外光谱法。但是红外光谱法易受样品制备方式、样品浓度和环境的影响,尤其是在定量分析中采用的制样方式各不相同,这使得现有的试验结果之间无法比对分析,相互没有参考性。鉴于此,本文通过试样制备方式对红外光谱SBS含量检测的影响,得出适用于红外光谱的制样方法 -涂抹法和ATR法的标准制样方式,以消除不利因素对检测结果的影响,便于红外光谱沥青质量控制方法的推广运用。     

SBR/PP复合聚合物及SBS改性沥青混合料疲劳特性研究

为提高沥青路面的承载能力与耐久性,通过复合聚合物改性改善沥青混合料的强度及抗疲劳性能。采用丁苯橡胶(SBR)与聚丙烯(PP)比例为75∶25、50∶50、25∶75的复合聚合物和SBS聚合物,分别以4%、5%、6%的掺量对70^#基质沥青进行改性,通过强度试验确定聚合物最佳掺量,开展最佳掺量下聚合物改性沥青混合料间接拉伸疲劳试验和直接拉伸疲劳试验,对复合聚合物与SBS改性沥青混合料的疲劳特性进行对比分析。结果表明,复合聚合物与SBS的最佳掺量均为5%;复合聚合物中SBR与PP掺配比例为75∶25、50∶50时,复合聚合物改性沥青混合料的强度高于同掺量下SBS改性沥青混合料;最佳掺量下,SBR与PP掺配比例为75∶25的复合聚合物改性沥青混合料的疲劳性能最佳,与SBS改性沥青混合料相比提高约40%。     

基于全套检测指标的改性沥青中SBS掺量评估分析

在工程实际SBS加工改性检测数据基础上,分析了不同SBS改性剂掺量对两种不同基质沥青加工而成的改性沥青的性能指标变化趋势及敏感性,并运用灰色关联分析法,以SBS改性剂掺量作为参考数列,以我国行业规范规定的改性沥青老化前后全套性能指标作为比较数列,计算SBS掺量与各个性能指标的关联度,并对结果进行对比、分析和排序处理。通过对绝对关联度系数归一化处理,计算得到性能指标所占权重,建立SBS掺量与性能指标间的关系式,提出基于全套指标的SBS改性剂掺量的检测方法,并采用已知SBS改性剂掺量的样品进行验证。分析结果表明:与SBS改性剂掺量关联度显著的指标分别为弹性恢复、溶解度、针入度指数,该方法对两种改性沥青的SBS掺量检测绝对偏差均小于0.1%。     

季冻区橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料工厂化生产工艺及性能研究

为了改善季冻区重载交通沥青路面病害突出的问题,通过对橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料性能的系统研究,确定了橡胶粉与SBS适宜的掺配比例,系统评价了复合改性沥青混合料的路用性能,并将其与SBS改性沥青混合料进行了对比。试验研究结果表明:用于季冻区的橡胶粉与SBS复合改性沥青中,推荐的橡胶粉掺量为18%~22%,SBS适宜的掺量为2%~2.5%,掺加橡胶粉可减少SBS改性剂掺量,橡胶粉/SBS复合改性沥青可大幅改善沥青混合料的高低温性能,其抗疲劳耐久性优于SBS改性沥青混合料。试验段检测结果表明,橡胶粉与SBS复合改性沥青混合料对于解决季冻区重载交通的车辙和开裂等路面问题病害具有较高的应用价值,采用橡胶粉与SBS复合改性沥青混凝土延长了道路的使用寿命。