有机蛭石与Sasobit复合改性沥青红外光谱分析

红外光谱分析法在沥青研究中的应用作者：张兆斌来源：《中国科技纵横》2014年第10期【摘要】红外光谱分析法是鉴定有机化合物结构的重要手段，近年红外光谱成为分析石油沥青微观结构的有效方法之一。

沥青红外吸收峰的位置、数目、强度和形状等参数可以对沥青的组成和包含的官能团进行定性分析和鉴定。

由于沥青的组成十分复杂，一些官能团的特征吸收峰可能会被其他吸收峰所掩盖和影响，所以仅靠红外光谱难以得到有关沥青组成和结构的全部信息，但是红外光谱可以研究不同沥青的特性；研究沥青老化前后成分的变化，分析氧化反应机理的解析：根据特征吸收峰，确定改性沥青改性剂含量等方面已经具有广泛的应用价值。

【关键词】红外光谱分析法沥青应用1 红外光谱概述1.1 红外光谱原理当红外光照射样品时，此辐射不足以引起分子中电子能级的跃迁，但可以被分子吸收引起振动能级的跃迁，当分子中某个振动频率与红外光的某一频率的光相同时（v振=v红外光），分子就吸收此频率光发生振动能级跃迁，用仪器记录对应的吸光度的变化而得到的光谱图为红外吸收光谱[1]。

不同物质对红外辐射吸收频率不同，形成的谱带位置也不一样。

物质数量的不同，形成的谱带强度和形状也不同。

因此每个官能团，都具有特征红外吸收峰，特别是在1600-650cm-1区域内，各种化合物都有自己的特征吸收，称为指纹区。

由红外光谱仪收集红外数据，确定各种物质的红外特征吸收峰的位置、数目、相对强度和形状等参数，可推断试样物质中存在哪些基团，确定其分子结构。

1.2 傅里叶红外光谱仪傅里叶变换红外光谱仪是采集红外光谱的工具，是第三代光谱仪，它不同于色散型红外分光的原理，是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，主要由红外光源、光阑、迈克尔逊干涉仪干涉仪（分束器、动镜、定镜）、样品室、检测器以及各种红外反射镜、激光器、控制电路板和电源组成。

迈克尔逊干涉仪是它区别于光栅扫描的最主要核心构件。

其工作原理如图1所示，由红外光源发出的红外辐射经准直镜准直后变为平行红外光束进入干涉仪，经调制后得到一束干涉光；该干涉光通过试样后成为带有试样信息的的干涉光被检测器检测，检测器将干涉光信号变为电信号，由计算机采集，得到带有试样信息的时域干涉图，即时域谱，时域谱难以辨认，经过计算机进行傅里叶变换的快速计算，将其转换成以透光率或吸收强度为纵坐标，以波束为横坐标的红外光谱图。

图1 是SBS 红外光谱图, 可以看出2921cm-1、2846cm-1为- CH2- 的伸缩振动吸收峰, 1601cm-1、1493cm-1为苯核的动吸收峰, 699cm-1、757cm-1为单取代苯环的振动吸收峰, 966cm-1为C=C 的扭曲振动吸收峰, 911cm-1为=CH2面外摇摆振动吸收峰。

从图2、图 3 可以看出各特征峰所对应的基团:2924cm-1、2853cm-1为- CH2- 的伸缩振动吸收峰, 2960cm-1为- CH3伸缩振动吸收峰,1460cm-1为- CH2- 的剪式振动吸收峰, 1377cm-1为- CH3剪式振动吸收峰。

由图1可见，基质沥青红外光谱图中出现了3处吸收峰，其中波数650～910cm-1区域是苯环取代区，出现的几个吸收峰是由苯环上C-H面外摇摆振动形成的；而波数1375cm-1和1458cm-1处的吸收峰则由C-CH3和-CH2-中C-H面内伸缩振动形成的；波数2800～3000cn-1范围内的吸收峰比较强，是环烷烃和烷烃的C-H 伸缩振动的结果，由-CH2-伸缩振动形成的。

由全波段的红外光谱（图3）可知，改性沥青与基质沥青在2800～3000cm-1左右出现的强吸收峰带基本相同，吸收峰的位置没有发生变化。

就改性沥青而言，整个功能团没有发现新的吸收峰，但吸收峰的强度随SBD改性剂含量的增大而略有增强。

由650～1100cm-1波区的红外光谱（图\4、图5）可知，在指纹区改性沥青与基质沥青的吸收峰存在明显差异，即在波数690～710cm-1和950～980cm-1处，SBS改性沥青的红外波区吸收相对较强，并在966.1cm-1和698cm-1处出现了吸收峰，虽然波数698cm-1的绝对吸收峰值较波966.1cm-1处的大，但波数966.1cm-1处的吸峰特征更为明显。

每种物质分子都有一个由其组成和结构所决定的红外特征吸收峰，它只吸收一些特定波长的红外光。

基于红外光谱分析的改性沥青SBS含量快速测定技术应用摘要：沥青的性能在公路建设中对路面的质量影响巨大，而SBS改性沥青在应用过程中表现出良好的路用性能，对道路质量有着一定保证，由此广泛运用于我国高速公路建设上。

大量研究表明，SBS改性剂含量对改性沥青的各项性能起着关键影响，因此，依托湛江机场高速公路项目，采用红外光谱法快速检测改性沥青中SBS改性剂含量，确保路面沥青原材料质量。

关键词：SBS检测；红外光谱法；快速检测应用引言SBS改性沥青对比于普通沥青有着较好的抗车辙能力和低温抗裂性能[1]，因此大量运用在道路建设中，以提升道路的路面质量，而SBS改性剂含量影响了改性沥青的各项性能[2]。

因此，针对改性沥青中SBS含量进行快速检测成为项目控制改性沥青质量重要手段之一[3]。

本文依据湛江机场高速项目，对运用红外光谱快速检测改性沥青SBS含量的原理、应用及实际效果进行分析，以提高项目沥青路面质量。

1.工程概况湛江机场高速项目路面主线、枢纽、一般互通立交匝道及服务区匝道采用4厘米SMA-13+6厘米AC-20C+8厘米AC-25C沥青路面结构层，其中中上面层采用SBS改性沥青。

2.项目红外光谱快速检测应用情况2.1红外光谱分析的改性沥青SBS含量快速测定的原理红外光谱法是测定改性沥青中SBS含量的主要检测方法之一，其具有样品用量小、仪器使用简单、数据结果可靠等优点[4]，主要的测定原理是根据朗伯·比耳定律，仪器红外光源发射一束红外光照射到被测物品，其有机物因其官能团性质吸收特定波长的红外光[5]，由此得出红外光谱图。

因此，可通过测量SBS特有官能团对红外光的吸光度，也就是特征吸收峰的峰高，然后通过吸光度与特征官能团的相关关系进行深入的定量分析。

2.2原材料2.2.1 沥青项目基质沥青为壳牌70号沥青。

2.2.2 改性剂SBS改性剂为燕山石化SBS1301。

2.3改性沥青SBS含量曲线标定相关研究表明，SBS改性沥青特征官能团对965cm-1处红外光具有明显吸收反应，并且其吸光度与SBS含量呈线性正相关关系[6]。

4) 按厂家提供的配合比加入稳定剂和其它添加剂（称准至0.1 mg ），以4000 r/min～6000 r/min剪切45 min；
5) 自然冷却至室温。
警告——如果剪切速度变化，可能会产生高温液体溅射现象，危害人身安全。
c) 标样数量
不同SBS含量的标样应不少于5个。
35
6 方法与步骤
6.1.3 标样测定 标样测定应按下列要求： a) 标样处理 1）将标样在恒温烘箱中加热至140 ℃～160 ℃，标样呈均 匀流动、粘稠液体状时，称取约2.0 g（称准至0.1 g）置 于100 mL盛样容器中； 2）待标样温度降至低于40 ℃后，加入量取的四氯化碳20 mL～30 mL；玻璃棒搅拌至没有块状物，密封，室温放 置2 h～3 h。
征吸收峰面积（S966和S1377），计算两峰面积的比值（A），
以比值（A）与SBS含量建立线性标准曲线。通过对待测改性沥
青试样进行红外光谱检测、两特征峰面积测量以及比值（A）的
计算，对照标准曲线，确定试样中SBS的含量。
21
原理说明
基质沥青 SBS
SBS改性沥青
22
5 仪具与材料要求
5.1 一般规定 ➢ 5.1.1 傅里叶变换红外光谱仪工作环境为温度25 ℃±3 ℃、湿 度≤65%。 ➢ 5.1.2 傅里叶变换红外光谱仪、天平、温度计等仪具应经国家 计量部门标定合格并在有效期内。
公路，一级公路，以及重型车比例大、超载较多的主干 线公路； ✓ 再次，SBS改性沥青加工工艺简单，成本低，来源广泛。
SBS改性沥青是目前公路工程中用量最大的改性沥青品种
3
SBS改性沥青介绍
2%SBS 含量的SBS 改性沥 青荧光显微镜图
6%SBS 含量的SBS 改性沥

改性沥青SBS 含量检测方法
目前我国的改性沥青的现状是造价高，石油沥青占路面工程造价40％左右，普通沥青与优质石油沥青（重交通道路石油沥青）差价达20％以上；用量大，石油沥青在沥青混合料中占比4％左右；造假手段时有发生，以次充好,勾兑造假。

1、红外光谱沥青快速检测法
红外光谱法分析是有机物结构鉴定中一个重要手段，特别SBS中官能团的鉴定。

让沥青通过红外光谱沥青快速检测系统与数据库中的沥青样本进行对比分析，从而准确判断沥青真假。

2、荧光显微法
SBS、PE等聚合物改性剂却有明显的黄绿荧光被激发出来。

通过SBS的荧光信号来观察改性沥青的微观物理特性。

3、凝胶渗透色谱法
改性沥青的GPC曲线有两个几乎完全分隔的特征峰，分别对应SBS以及基质沥青，SBS的峰的面积相对于两个峰的总面积的比值A/(A+B)应该等于SBS在改性沥青中的含量。

4、热失重分析法
高聚物的热失重主要是由于分子间链段的断裂，分解气体挥发所致。

分子量小的链段先断裂、分子量大的链段后断裂。

沥青质与SBS的分子量差异很大，因而以沥青质为核心的链段先分解、SBS-沥青接枝物后分解。

5、化学分析法
化学分析法是利用淀粉指示剂（遇碘变蓝色）指示化学反应的终点,以此来检测改性沥青中SBS 的含量。

在空白滴定时，由于无背景颜色的干扰，在滴定前后溶液颜色变化还是比较明显；但是沥青溶液滴定时，由于沥青自身颜色很深，滴定前后溶液颜色变化不明显，同时可能产生沉淀，使得滴定终点判断误差较大，从而影响检测的准确性。

改性沥青SBS含量的红外光谱分析摘要：沥青是由多种化合物组成的混合物, 主要由碳、氢两种化学元素组成, 称碳氢化合物。

苯乙烯一丁二烯一苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)或废旧轮胎胶粉等橡胶材料大量用于改善高等级沥青路面性能，为保证工程质量，准确测定改性沥青中橡胶的含量十分必要。

利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱分析法(ATR—FTIR)对基质沥青、SBS改性沥青、胶粉改性沥青及其SBS／胶粉复合改性沥青进行分析，建立了改性沥青中SBS、胶粉含量的特征吸收峰强度的标准曲线，进而得到改性沥青中橡胶的含量。

结果表明，该方法可用于SBS、SBS／胶粉复合改性沥青中橡胶含量的测定。

关键词：SBS改性沥青；红外光谱法；SBS；胶粉引言SBS能显著改善沥青路面的抗车辙、抗开裂、抗老化性能，其中SBS的用量对沥青各方面的性能影响很大。

[1]利用透射红外光谱法，采用标准曲线法测定改性沥青中SBS的含量，即先对一系列已知SBS含量的改性沥青标准样品进行测试，建立标准曲线，在相同条件下，根据吸收峰面积，测定未知试样的SBS含量。

但该法受试样用量、样品涂抹的厚度、涂抹的均匀程度及溶剂的挥发程度影响，易造成试验误差。

利用ATR—FTIR，分别研究了改性沥青中SBS、胶粉、沥青基质的特征吸收峰，建立特征峰面积与含量的标准曲线，探索了一种测定改性沥青中SBS含量的方法。

1 试验1.1原材料。

牌号LG501，S／B质量比31／69。

胶粉：该公司耐磨胶粉材料，卡车轮胎全胎胶粉(30目)。

经热重分析胶粉成分：操作油10.4％、橡胶烃51．8％、炭黑30．1％、无机残留物7．7％。

沥青：70#基质沥青。

1.2 改性沥青的制备SBS改性沥青：称取一定量的基质沥青，快速升温到180℃、剪切30min，剪切的同时加人对应量的SBS，然后加入稳定剂搅拌发育，制得SBS改性沥青样品。

胶粉改性沥青：称取一定量的基质沥青，快速升温到190℃、剪切30 min，剪切的同时加入对应量的胶粉，然后加入稳定剂搅拌发育，制得胶粉改性沥青样品。

红外光谱法定量分析SBS改性沥青的方法研究李智;邵申申【摘要】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966 cm-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;1 377 cm-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.【期刊名称】《公路与汽运》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P77-81)【关键词】公路;红外光谱;SBS改性沥青;吸光度比【作者】李智;邵申申【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广东广州 510640;华南理工大学土木与交通学院,广东广州 510640【正文语种】中文【中图分类】U416.217SBS改性沥青是基质沥青中加入聚合物改性剂SBS混合而成，因具有良好的高低温性能、耐久性、抗老化性能，在沥青路面中得到广泛应用。

相关研究表明，SBS改性沥青路面使用性能主要由SBS剂量决定。

因此，确保SBS改性沥青的质量，SBS用量控制是关键。

为测试SBS改性沥青中的SBS含量，BahiaH.U.、SoheeKim等以溶解-过滤方法来分析改性沥青的含量，但这仅适用于特定的改性沥青，不能普及；LoucksD.A.采用凝胶渗透色谱技术GPC分析了SBS含量，但是制备沥青方法的不同会导致测试结果的不同。

目前，国内外对红外光谱的研究基本触及物质分析和应用化学的各个领域。

为了获得一种快速、简单、精度相对较高的能满足工程质量控制的改性沥青剂量检测方法，该文运用红外光谱法，通过分析基质沥青、SBS和SBS改性沥青的红外光谱图，研究特征峰的吸光度与SBS改性剂量之间的关系，建立基于傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术的SBS掺量检测方法。

黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJINo ．2,2021(Sum No. 324)202)年第2期(总第324期)红外光谱快速检测沥青质量的试验方法分析张宗兵，戚智勇,钟佑明，高永峰,常龙博(云南建投路面工程有限公司，云南昆明954240)摘要:对红外光谱快速检测的试验流程、沥青取样方式、涂抹方式及数据采集参数等进行分析,提出红外光谱快速检测沥青质量的试验方法;并设计不同的外光 测,确定出沥青加 、加热温度、试验人员及短期老化对红外光测结果的。

关键词:红外光谱;采集参数;加热温度;快速检测中图分类号:U412.3文献标识码：A文章编号：108 -3383(202))02 -016)-030引言沥青路面是我国的 路结构 ，而在沥青路面的组成中，沥青作为粘结材料，其 的质对沥青路面的使用 的和服役寿命有着重要的 ，已有的工程 表明，车辙、开裂、松散等害往往是 沥 的质 所 。

对沥 质 有 的 是 路面使用 的 手段2 沥青的组成复杂，如何对沥 价与鉴别，一直是道路工程的重点和难点。

用红外光谱分析沥青的 结构成为 I沥青质量的有效手段之一，红外光谱分析技术是根 沥 外光谱图的红外 位置、数目、对强 状等 ，推断出沥青的组成和各组分的含量。

采用红外光 仪器开展沥青质量的评定2 外光 法的研究，对试流程、试验条件等展开研究，分析不对检测结果的 ，以 测结果的稳定，减少人为 成的误差。

1红外光谱快速检测试验方法研究1.1 试验流程(1) 采用红外光谱仪 沥青质 速评定2 开红外光谱仪 2.5 h,连接仪 笔电脑2 电 网。

(2) 设 ，对背景光谱进行扫描，确定 测样晶体是否干净。

(3) 加 ，将沥 均匀的涂在ATR 测晶体表面，待沥青冷却后方可 的红外光采。

(4) 根据设定的试验参数，对样品进行红外光采集2 光谱图相减2 羊品最终的吸光度图谱，通过与目 的标准图 对，可以识 的 、SBS 含量等。

沥青 ９ ６ ５ ｅ ｍ 处的吸收峰 的峰 高具有 显著的影响 。根据改性 沥青红 外光谱 中９ ６ ５ ｃ ｍ 处的
吸收峰峰 高及其峰 高的影响 因素分析 ， 说 明红 外光谱 法检测 改性 沥青 中 Ｓ Ｂ Ｓ 掺量是可行的。
关键词 ：Ｓ Ｂ Ｓ 改性沥青 Ｓ Ｂ Ｓ掺量 红 外光谱 图
０． ０ ４
独山子 Ｔ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ６ １ Ｂ（ 星型结 构 ） 、中石 化燕 化 ４ ３ ０ ３
石
油
沥
青
２ ０ １ ４年第 ２ ８卷
泰国 Ｉ Ｒ Ｐ Ｃ ９ ０号 Ａ级 沥 青 、中石 化 金 陵 ７ Ｏ号 Ａ
的含 量不 同。因此 ，不 同品牌 、批号 的基质 沥青
级沥青 、中石化镇海 ９ Ｏ号 Ａ级沥青 ，泰州 ５ ０ 号
Ａ级 沥青 。
红外光谱图中出现特征峰的位置是相同的 ， 但是 特征峰的峰高不同。
性能 的唯一 方法 ，基质 沥青 的种 类 、Ｓ Ｂ Ｓ改性 沥 青制 备方法 、相 态结构 、添加 剂 等因素均 能对 改 性 沥青 的常 规性 能造 成显著 的影响 ，因此 采用 改
探讨基质沥青的种类、Ｓ Ｂ Ｓ 种类及掺量等因素对
改性 沥青 中 Ｓ Ｂ Ｓ特 征 峰 峰 高 的 影 响 情 况 。进 一
摘 要 ：准确地 测定 改性 沥青 中Ｓ Ｂ Ｓ的掺量对工程 中控制改性沥青的质量至 关重要。选取 六种 不同的基质沥青 、五种 不 同的 Ｓ Ｂ Ｓ改性剂刺备 改性沥青 ，然后对其进行红外光谱 测试及
分析 。通过对基质沥青 、 Ｓ Ｂ Ｓ以及改性沥青红外光谱 图的吸收峰 分析可 以得 出，基质 沥青 的 种类 、Ｓ Ｂ Ｓ 的种 类不同均不会对改性沥 青吸收峰 出现的位 置造成影 响。 同时分析 结果表明 ， 基质 沥青种类 、Ｓ Ｂ Ｓ 种类 均不会对 ９ ６ ５ ｃ ｍ 处 的吸收峰峰 高造成影响 ，而 Ｓ Ｂ Ｓ 的掺 量对改性

2021年2月石油沥青PET10LEUMASPHALT第35卷第1期基于红外光谱分析的SBS改性沥青含量现场快速检测方法的优化研究半卞，輿亮，專永振，周圣杰(山东省交通科学研究院，济南250102)摘要：红外光谱技术在检测沥青含量、判定沥青种类等方面发挥积极作用，但此技术应 用目前没有相关规范，且地方标准中没有明确其试验细节，各单位存在操作差异，检测结果误差大。

本研究旨在探讨红外光谱现场快速检测中的操作方法，为精准确定SBS改性沥青中SBS改性剂含量提供理论依据和技术指导。

对检测方式、标样制作以及仪器操作进行试验，建立一套完善的操作体系。

并以此为基础，达到对沥青产品质量监控的目的。

结果表明：采用剪切法制备标样，利用涂抹透射法，选择2 h的溶解时间、15倍的溶解倍数、新玻片玻片背景或旧玻片空气背景的试验条件，所得到的结果误差最小，为最优试验方案。

关键词：红外光谱SBS含量优化试验快速检测SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，其中的嵌段比，SBS形状结构以及分子量都 不尽相同，故SBS改性剂种类较多:1]。

SBS之所 以应用广泛是由于其制备成的SBS改性沥青在 一定摻量下兼具优越的高低温性能:2_5]，且可以降低沥青的感温性能，同时可提高抗老化性能>7]和弹性恢复性能且有较好的热储存稳定 性:^11]而被广泛应用。

随着公路建设的不断开展，新建和养护公路 里程不断增加，改性沥青及SBS改性剂的需求 剧增，SBS改性剂成本增加，出现虚假标注SBS 含量的现象，致使路用寿命降低，后期维护费用 增多。

因此公路行业引用红外光谱技术，对SBS 改性沥青进行改性剂含量识别的试验研究:12—13]。

红外光谱技术具有检测速度快、判断 科学的优势，可以利用SBS中某种特征吸收峰 的相对峰面积的变化确定其含量，但此方法目前 没有相关规范，仅有地方标准，且标准中关于红 外光谱法的沥青样品制备没有详细说明，各单位 操作方法存在差异，对于SBS含量的现场快速 检测存在一定误差。

红外光谱法在沥青方面的应用研究进展摘要：红外光谱分析法是鉴定有机化合物结构的重要手段，近年红外光谱成为分析石油沥青微观结构的有效方法之一。

沥青红外吸收峰的位置、数目、强度和形状等参数可以对沥青的组成和包含的官能团进行定性分析和鉴定。

由于沥青的组成十分复杂，一些官能团的特征吸收峰可能会被其他吸收峰所掩盖和影响，所以仅靠红外光谱难以得到有关沥青组成和结构的全部信息，但是红外光谱可以研究不同沥青的特性；研究沥青老化前后成分的变化，分析氧化反应机理的解析：根据特征吸收峰，确定改性沥青改性剂含量等方面已经具有广泛的应用价值。

关键词：红外光谱沥青官能团1.红外光谱原理将一束连续的红外光照射到物质上，会引起物质的振动－转动能级跳跃，一些特定波长的红外光会被物质吸收，红外光谱就是记录反映不同波长处的吸光度变化的曲线图。

由于各种分子都有其特定的组成和结构，这就决定其具有独特的红外吸收光谱，据此可对分子的特征吸收进行结构判别[3]。

红外光谱分析法的原理是，通过标准浓度（已知浓度）样品（称其为校正集样品）的红外光谱，以此来建立校正模型，同时通过检测标准浓度范围内的样品（称其为验证集样品），由此来验证校正模型，如果验证集样品的浓度检测结果在允许的误差范围内，则表明所建立的校正模型可用来检测未知浓度的样品[4]。

1.1 沥青定性分析采用红外光谱对物质进行定性分析主要应用在以下一些领域：（1）特定官能团与特征吸收峰的对应关系，（2）化合物定性，（3）测定带有旋光性的物质，（4）检测物质的纯净程度，（5）在线观察反应过程等。

通过对不同沥青红外光谱的红外峰值进行分析，发现大部分沥青所含有的官能团结构相似，但是其组成和含量的不同导致不同种类的沥青在物理性能上区别很大，其中壳牌-70 和双龙-70 易于被氧化，在短期加热的制备过程中就出现了 C=O 的官能团，但是对于沥青具体的结构的区分通过简单的红外图谱的峰值很难进行细分。

进一步对沥青各个官能团的含量进行比较，但是在测试时由于红外光谱受浓度影响较大，测试只能达到半定量，谱线峰面积的绝对含量比较意义不大，需要通过计算相对含量来对官能团的峰面积进行定量的分析。

如何通过红外光谱进行沥青检测?
一、红外光谱沥青快速检测技术的优点
1.快速
一分钟出结果；
2.准确
识别沥青品牌、型号；
3.智能
定性定量沥青中关键组成物质；
定性定量分析改性沥青中的添加剂（SBS 、SBR 等）以及 常见掺假物质； 定性沥青的老化程度。

4.经济
二、检测方法
基本原理：每种品牌型号的沥青都有其特殊的指纹图谱，通过谱图对比确定品牌、型号； 通过对指纹图谱的特征吸收峰进行分析，判断SBS 、SBR 等添加剂，掺假物质，老化程度。

使用方法如下图（图片来源：依恩驰官网）
三、可以鉴别的指标
• 识别沥青品牌、型号
• 定性定量检测改性添加剂（SBS 、SBR 等）以及常见掺假物质
•定性沥青的老化程度•。

沥青热老化红外光谱分析周燕;吉鹏飞;张凯;郭红梅【摘要】选取90基质沥青和加入一定比例SBS、SBR和稳定剂分别形成改性沥青,按照老化前后共分为8组样品,采用红外光谱试验,从微观官能团角度分析沥青的热老化作用原理和稳定剂对改性沥青老化的影响.分析结果表明：改性沥青老化过程中C=C双键发生断裂和氧化反应,但是反应不完全,部分改性剂发生降解,老化后C=C双键依旧存在.稳定剂的加入抑制了改性剂中长链物质的分解,使得SBS和SBR发生交联反应,改性沥青老化后性质更加稳定.【期刊名称】《天津城建大学学报》【年(卷),期】2016(022)002【总页数】4页(P109-112)【关键词】热老化;红外光谱;官能团;稳定剂;抗老化【作者】周燕;吉鹏飞;张凯;郭红梅【作者单位】[1]天津城建大学土木工程学院，天津300384;[2]天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津300384;[3]天津市市政工程设计研究院天津市赛英工程建设咨询管理有限公司,天津300051;[4]天津市市政工程设计研究院天津市基础设施耐久性企业重点实验室,天津300051【正文语种】中文【中图分类】U416.217沥青材料在沥青混合料的拌和、摊铺、碾压过程中及以后沥青路面使用过程中都存在老化现象［1］，而沥青老化最主要的原因是发生了“氧化”［2-3］.谭学章［4］通过红外光谱实验，采用羰基指数及其亚砜指数对沥青及其改性剂的老化程度进行评价，认为基质沥青老化过程中起始阶段氧化反应剧烈.马莉骍［5］通过红外光谱分析表明沥青分子中的活性基团在老化过程中与氧反应，生成了含羰基官能团的极性分子.陈锋［6］通过红外光谱实验验证了“基质沥青是由酮、羰基等含氧官能团形成引起”的结论.赵斌［7］则认为沥青短期老化的发生是由热氧化反应所需的自由基在具备热氧反应条件时引发的自由基链式反应.冯新军［8］等通过稳定剂对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青技术性能的影响研究，表明加入稳定剂可明显提高SBS改性沥青的抗老化性能.国内对于利用红外光谱实验研究沥青的老化方面有一定进展，特别是对于SBS改性沥青的研究较多，但是利用红外光谱实验对于丁苯橡胶（SBR）改性沥青的研究较少，从微观官能团角度研究改性剂及稳定剂对于沥青抗老化性能的研究较少.本文选取基质沥青和加入一定比例SBS、SBR和稳定剂等形成的改性沥青作为对比，通过红外光谱实验，从微观官能团角度分析沥青热老化的机理，并且分析研究改性剂及稳定剂对改性沥青老化的影响，为沥青抗老化研究和沥青路面的养护提供参考.本实验选用90#基质沥青，并且分别在基质沥青中加入3.5%，的SBS改性剂、4.5%，的SBR改性剂、3.5%，的SBS改性剂＋4.5%，的SBR改性剂＋0.2%，的稳定剂在170，℃，7，000，r/min条件下剪切1，h，并在150，℃条件下溶胀3，h得到4种改性沥青，采用旋转薄膜烘箱试验，试验温度163，℃，将得到的改性沥青加热，转盘转动速度为15，r/min，同时通入4，000，mL/min空气进行老化试验，得到4种老化改性沥青.按上述试验得到8组改性沥青，分别取出少量改性沥青样品与CCL4以1∶19的比例做成溶剂，待完全融合，采用压片法将得到的溶剂涂抹在KBr晶片上，置于红外光谱仪（美国热电公司NICOLET380）中进行红外光谱实验.红外光谱试验可以应用于化合物分子结构的测定、未知物鉴定以及混合物成分分析.根据光谱中吸收峰的位置和形状可以推断未知物的化学结构，根据特征吸收峰的强度对比可以推测混合物中各组分含量的改变.图1-4分别为4种沥青样品老化前和短期老化在红外光谱仪中的红外光谱图，从图中可以看到不同改性沥青得到的光谱起伏状态以及峰值，由此判断每组沥青在老化前和短期老化后各个官能团的变化情况，从而判断老化对沥青性质的影响.2.1 基质沥青红外光谱分析目前，对于沥青的组成我国通常采用四组分法，认为沥青由饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个组分构成.胶质作为沥青胶体的分散剂，其组成结构包括链烷-环烷-芳香烃多环结构及其含有S、O、N等元素组成的化合物；沥青质是沥青最重要的组成部分，组成结构包括链烷-环烷-芳香烃缩合环结构及其含有S、O、N等元素组成的化合物.基于基质沥青组成结构，结合图1基质沥青老化前后特征峰的变化，对基质沥青老化前后官能团变化进行分析.由图1可以看出，基质沥青老化前后，基质沥青的吸收特征峰基本相同，只是吸收的相对强度不同.1，375.28 cm− 1处是—CH3的对称弯曲振动吸收峰，该峰为基质沥青特征峰［9-10］.1，456.20 1cm−是—CH2—弯曲振动和—CH3—不对称弯曲振动叠加形成的峰，这个峰说明沥青中含有长链烷烃、芳香族和碳氢化合物等成分.1，620.22 cm−1是C＝C伸缩振动形成的峰，证明芳香族化合物的存在. 2，360.78cm− 1是未全部扣除背景中的二氧化碳形成的峰.3，415.80cm− 1和3，687.75cm− 1附近主要发生氧化反应，3，415.80cm− 1附近是—OH的伸缩振动，3，687.75cm− 1附近是羟基的吸收峰，经分析应该是在老化的过程中有些高分子长链化合物发生了断链分解，沥青发生了诸多化学反应，其中以氧化反应为主，沥青中的硫和部分碳被氧化成—S＝O—和—C＝O—基团，生成了亚砜、酮类和羧酸，含氧基团的增加改变了沥青的组成和结构，芳香分和胶质向沥青质的转化使得芳香分和胶质的含量减少，沥青质的含量增加，最终导致沥青胶体结构类型发生变化，图1中表现为老化前与老化后峰值位置与吸收强度的变化.2.2 基质沥青＋SBS红外光谱分析基质沥青＋SBS沥青是指在基质沥青中掺加一定比例的SBS改性剂，经过高温剪切、搅拌等加工工艺制作形成的，SBS改性剂主要成分为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，它以物理的方式作为分散相分散到作为连续相的基质沥青中.SBS物理改性沥青红外光谱图是基质沥青红外光谱图与SBS改性剂红外光谱图的简单叠加［11］.对比图1与图2中老化前基质沥青与基质沥青＋SBS红外光谱图发现，SBS改性剂加入后，二者的谱图基本一致，没有出现新的吸收峰.而图2 中973.02cm− 1附近出现新的吸收峰为改性剂SBS中聚丁二烯嵌段的C＝C的特征峰，对比老化前后特征峰没有明显变化，老化后C＝C峰的吸收强度变大，说明部分改性剂发生降解［12］，C＝C没有全部反应完，改性剂中长链物质发生断裂，同时也有C＝C生成.2，923.97cm− 1附近吸收峰的吸收强度很大程度上表征沥青质分子中饱和烃的存在，加入SBS改性剂，老化后较老化前吸收量增大，饱和烃含量减少，沥青的老化现象明显.3，415.80cm− 1和3，687.75cm− 1附近发生氧化反应，改性沥青老化前后峰值位置与吸收强度表现出明显的变化.2.3 基质沥青＋SBR红外光谱分析基质沥青＋SBR沥青是指在基质沥青中掺加一定比例的SBR改性剂，经过高温剪切、搅拌等加工工艺制作形成的.SBR改性剂主要成分为苯乙烯与丁二烯的共聚物，同样，它也是以物理的方式作为分散相分散到作为连续相的基质沥青中.SBR物理改性沥青红外光谱图是基质沥青红外光谱图与SBR改性剂红外光谱图的简单叠加. 对比图1与图3中老化前基质沥青与基质沥青＋SBR红外光谱图发现，SBR改性剂加入后，二者的谱图基本一致，没有出现新的吸收峰.与图2中类似，图3中973.02 cm− 1附近出现新的吸收峰为改性剂SBR中聚丁二烯嵌段的C＝C的特征峰，对比老化前后特征峰没有明显变化，老化后C＝C峰的吸收强度变大，说明部分改性剂发生降解，C＝C没有全部反应完，改性剂中长链物质发生断裂，同时也有C＝C生成.3，408.08cm− 1和3，647.25cm− 1附近发生氧化反应，改性沥青老化前后峰值位置与吸收强度表现出明显的变化.2.4 基质沥青＋SBS＋SBR＋稳定剂红外光谱分析为了满足现代交通的施工和应用要求，改性沥青除了应具有较好的高温和低温稳定性、耐久性外，还应具有较好的热储存稳定性和相容性.SBS改性沥青具有较强的高温稳定性和低温黏韧性而被广泛应用，SBR改性沥青具有突出的低温延展性而被广泛应用于寒冷区公路路面.而SBS和SBR改性剂与基质沥青混合过程难以形成热力学稳定体系，稳定剂的加入能有效改善聚合物之间的界面能，改善改性剂与基质沥青之间的相容性，促进改性剂与基质沥青的结合，同时改善改性沥青的老化性能，使得老化后的改性沥青抗老化性能更加稳定.图4为SBS改性剂和SBR改性剂与基质沥青复合得到的改性沥青，再加入一定比例的稳定剂通过红外光谱仪得到的红外光谱图，与图2和图3对比，973.02cm− 1附近出现的C＝C吸收峰由于改性剂的加入，老化后较老化前峰值的变化明显减弱，表明稳定剂的加入，抑制了改性剂中长链物质的分解，改性沥青的性质更加稳定.2，923.97cm− 1附近吸收峰的吸收强度很大程度上表征沥青质分子中饱和烃的存在，与图2相比，图4加入稳定剂，饱和烃的吸收强度老化前后变化不明显，说明稳定剂的加入，使得改性沥青结构更加稳定.3，410.01cm− 1和3，627.96cm− 1附近主要发生氧化反应，对比图1-3，老化后较老化前峰值位置与吸收强度变化较大，图4添加稳定剂，老化后较老化前峰值位置与吸收强度变化不明显，证明稳定剂的加入，抑制氧化反应的发生，沥青老化前后结构和组成更加稳定.对比图2、图3和图4，SBS和SBR改性剂的加入，使得沥青老化前后的性质和组成结构均有不同的变化，而稳定剂的加入使得SBS和SBR发生交联反应，基质沥青与改性沥青之间形成了稳定的相界面吸附层，明显改善了改性剂与沥青的相溶性和界面稳定性，在一定程度上提高了改性沥青的热储存稳定性能［13］，改性沥青老化前后性质和结构组成更加稳定，从而提高改性沥青的抗老化性能.研究表明，SBS和SBR复合改性沥青具备SBS改性沥青和SBR改性沥青的优异性能，且抗老化性能有一定改善［14］，稳定剂加入改性沥青为沥青的抗老化研究以及SBS和SBR复合改性沥青的研究提供了参考.（1）改性沥青老化过程中C＝C双键发生断裂和氧化反应生成羰基等含氧官能团，造成含氧基团含量增加，但是反应不完全，C＝C双键依旧存在，沥青老化后部分改性剂发生降解，稳定剂的加入，抑制了改性剂中长链物质的分解.（2）稳定剂的加入，使得SBS和SBR发生交联反应，改性沥青老化前后性质和组成结构更加稳定，为改性沥青的抗老化研究和复合改性沥青研究提供参考.【相关文献】［1］周燕. 应力吸收层结合料性能及其关键评价指标研究［D］. 西安：长安大学，2010：7-9. ［2］ HAGEN A P，JOHNSON M P，RANDOLPH B B. 13/sub C/ NMR studies on roadway asphalts ［J］. Fuel Science Technology International，1989，7（9）：1289-1326.［3］ PETERSEN J C，HARNSBERGER P M，ROBERTSON R E. Factors affecting the kinetics and mechanisms of asphalt oxidation and the relative effects of oxidation products onage hardening ［J］. Preprints of Papers，American Chemical Society，Division of Fuel Chemistry，1996，41：1232-1244.［4］谭学章. SBS改性沥青及再生利用研究［D］. 西安：长安大学，2010：25-26.［5］骍马莉. 道路沥青老化动力学研究［D］. 武汉：武汉理工大学，2008：37-48.［6］陈峰. 基质沥青和SBS改性沥青老化行为与机理研究［D］. 西安：长安大学，2012：45-48.［7］赵斌. 沥青混合料热再生机理及技术性能研究［D］.西安：长安大学，2012：12-18.［8］冯新军，折广兵，朱自强. 增溶剂和稳定剂对SBS改性沥青技术性能的影响研究［J］. 公路，2015（3）：159-163.［9］高妮妮. 改性沥青SBS剂量快速检测方法［D］. 西安：长安大学，2013：20-33.［10］欧阳言嵩. 沥青结合料的热老化机理研究［D］. 西安：长安大学，2014：20-25.［11］肖鹏，康爱红，李雪峰. 基于红外光谱法的SBS改性沥青共混机理［J］. 江苏大学学报（自然科学版），2005，26（6）：529-532.［12］周燕，张凯，尹金华，等. 基于GPC的改性沥青热稳定性分析［J］. 铁道建筑，2013（8）：146-148.［13］王铁宝，贾鹏，李亚娟. 稳定剂对SBS改性沥青性能影响的研究［J］. 石油沥青，2008，22（5）：6-9.［14］王志祥，何创，李建阁. SBS-SBR复合改性乳化沥青混合料耐久性研究［J］. 石油沥青，2015，29（2）：19-24.。

改性沥青中SBS改性剂含量检测 红外光谱法警告—使用本标准的人员应有正规实验室工作的实践经验。

本标准并未指出所有可能的安全问题。

使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1 范围本标准规定了采用红外光谱法检测改性沥青中SBS改性剂含量的术语和定义、原理、材料和仪器设备、试验环境条件要求、标定曲线、含量检测、结果判定和检测报告。

本标准适用于红外光谱法检测SBS改性沥青中SBS改性剂含量。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 6040 红外光谱分析方法通则GB/T 14666 分析化学术语GB/T 21186 傅里叶变换红外光谱仪3 术语和定义GB/T 6040、GB/T 21186 和 GB/T 14666 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1SBS含量 SBS contentSBS改性沥青中SBS改性剂质量占改性沥青（基质沥青、SBS改性剂和其他添加剂）总质量的百分比。

4 原理根据 Lambert-Beer 定律，利用待测物质特征官能团在特定波长（波数）处的红外吸收强度与物质浓度的正比关系，进行改性沥青中 SBS 含量测定。

5 材料和仪器设备5.1 材料5.1.1 清洗剂。

宜采用四氯化碳等有机溶剂，不得使用酒精等含水溶剂。

5.1.2 晶体片。

溴化钾涂层。

5.1.3 其他。

石棉垫、玻璃棒、棉签、酒精棉。

5.2 仪器设备5.2.1 傅里叶变换红外光谱仪。

应满足GB/T 21186要求，波数分辨率不应低于0.5 cm -1，波数范围：400 cm -1～4000 cm -1。

5.2.2 胶体磨。

应采用高强度不锈钢动、静磨盘，最大转速不低于9000 r/min，生产能力不低于2.5 L/h。

5.2.3 烘箱。

工作温度为室温～200 ℃，控温精度为±1 ℃。

改性沥青中SBS改性剂含量检测 红外光谱法警告—使用本标准的人员应有正规实验室工作的实践经验。

本标准并未指出所有可能的安全问题。

使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。

1 范围本标准规定了采用红外光谱法检测改性沥青中SBS改性剂含量的术语和定义、原理、材料和仪器设备、试验环境条件要求、标定曲线、含量检测、结果判定和检测报告。

本标准适用于红外光谱法检测SBS改性沥青中SBS改性剂含量。

2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 6040 红外光谱分析方法通则GB/T 14666 分析化学术语GB/T 21186 傅里叶变换红外光谱仪3 术语和定义GB/T 6040、GB/T 21186 和 GB/T 14666 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1SBS含量 SBS contentSBS改性沥青中SBS改性剂质量占改性沥青（基质沥青、SBS改性剂和其他添加剂）总质量的百分比。

4 原理根据 Lambert-Beer 定律，利用待测物质特征官能团在特定波长（波数）处的红外吸收强度与物质浓度的正比关系，进行改性沥青中 SBS 含量测定。

5 材料和仪器设备5.1 材料5.1.1 清洗剂。

宜采用四氯化碳等有机溶剂，不得使用酒精等含水溶剂。

5.1.2 晶体片。

溴化钾涂层。

5.1.3 其他。

石棉垫、玻璃棒、棉签、酒精棉。

5.2 仪器设备5.2.1 傅里叶变换红外光谱仪。

应满足GB/T 21186要求，波数分辨率不应低于0.5 cm -1，波数范围：400 cm -1～4000 cm -1。

5.2.2 胶体磨。

应采用高强度不锈钢动、静磨盘，最大转速不低于9000 r/min，生产能力不低于2.5 L/h。

5.2.3 烘箱。

工作温度为室温～200 ℃，控温精度为±1 ℃。