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
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。
红外分析实例
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
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]。
改性沥青中SBS含量的测定红外光谱法标准》宣贯
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
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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
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
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
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。
红外光谱快速检测沥青质量的试验方法分析
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。
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有机蛭石与Sasobit复合改性沥青红外光谱分析
发表时间：2019-05-13T15:50:45.497Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：杜彬
[导读] 本文利用红外光谱的定性及定量分析，研究机蛭石（Organic Expanded Vermiculite，OEVMT）改性温拌沥青的老化性能，通过微观实验表征短期老化和长期老化后复合改性沥青中羰基变化评价沥青老化性能。
天津市市政工程设计研究院天津 300051
摘要：本文利用红外光谱的定性及定量分析，研究机蛭石（Organic Expanded Vermiculite，OEVMT）改性温拌沥青的老化性能，通过微观实验表征短期老化和长期老化后复合改性沥青中羰基变化评价沥青老化性能。
关键词：红外光谱；有机蛭石；温拌沥青；老化性能
随着交通量不断增长，超载、重载等现象的普遍发生，使得沥青路面在服役过程中面临着严峻的考验。
沥青材料在路面建设和服役过程中受到热、水、氧及光等环境因素的作用下会发生老化现象，沥青老化严重影响沥青路面的使用品质与服役寿命。
而红外光谱分析是有机化合物结构鉴定中的一个重要手段，在研究聚合物化学结构分析研究中广泛应用。
一、实验材料
试验沥青采用阿尔法70#沥青，温拌剂为德国Sasol-Wax公司生产的Sasobit，其性能指标为：熔点115℃，闪点286℃，密度0.9g/cm。
二、红外光谱试验结果分析
实验采用3% OEVMT+3% Sasobit复合改性沥青，并经过旋转薄膜烘箱老化（RTFO）与压力老化（PA V），采用红外光谱实验分析结果如下图1~3。
图3 OEVMT改性温拌沥青老化前后红外图谱
从图1~3可以看出，图谱中最为明显的是2923cm-1、2850cm-1、1602cm-1、1455cm-1、1375cm-1、1024cm-1以及735cm-1附近吸收峰，其中2923cm-1与2850cm-1处是分别沥青亚甲基中C=H的不对称伸缩和对称伸缩振动的吸收峰；1602cm-1是芳香族化合物环内C=C的骨架振动的吸收峰；由于亚甲基C=H弯曲振动的频率位于1465cm-1左右，而甲基C=H不对称弯曲振动的频率在1460 cm-1附近，两者非常接近，这两个频率带通常会叠加在一起．因此1455cm-1处是亚甲基C=H弯曲振动和甲基C=H不对称弯曲振动叠加的吸收峰；1375cm-1是甲基C=H对称弯曲振动的吸收峰；1020cm-1处是亚砜基（S=O）官能团的振动的吸收峰；865cm-1与813cm-1处是由苯环上1,2,4或者1,4取代引起的吸收峰；735cm-1处是由芳香族支链的弯曲振动所引起的吸收峰。
这些吸收峰充分说明沥青是由多种饱和长链烷烃、芳香族、带长链的碳氢化合物组成的混合物，组成和结构复杂。
如图1所示，加入OEVMT后温拌沥青在2923cm-1、2850cm-1处吸收峰的吸收强度增大，由此可以推断出改性沥青中甲基和亚甲基基团都有不同程度增加，而其他基团有所减少。
OEVMT改性温拌沥青红外图谱中590cm-1与429cm-1处吸收峰消失，在448cm-1处出现新的吸收
峰，对应OEVMT骨架八面体中Si-0-Si的弯曲振动。
图2结果表明，经RTFO和PA V试验得出的老化温拌沥青，在2923cm-1、2850cm-1处吸收峰的吸收强度增大，而在1602cm-1、1455cm-1、1375cm-1、1024cm-1以及735cm-1附近吸收峰强度均有不同程度减弱，说明在老化的过程有些高分子长链化合物发生了断链分解，双键或者三键断裂生成了饱和甲基基团，而有一些小分子化合物由于脱氢缩合生成了长链化合物，双键或者三键发生加成反应生成了亚甲基基团，从而引起这两种基团的浓度上升，吸收加强。
表明温拌沥青在老化过程中，沥青中发生了诸多化学反应。
而诸多反应中以氧化反应为
主，沥青中部分碳和硫被氧化形成羰基和亚砜基，由于亚砜基的热稳定性较差在1030cm-1吸收峰并不明显。
如图3所示，OEVMT改性温拌沥青，经RTFO和PA V老化后在2923cm-1和2850cm-1处吸收峰变化并不明显，RTFO后OEVMT改性温拌沥青吸收峰均有所增强，其中1602cm-1、735cm-1以及448cm-1增强较为明显，OEVMT导致温拌沥青老化后其芳香族化合物与OEVMT骨架八面体中Si-0-Si增强，PA V老化后官能团强度均有所削弱。
本文通过对温拌沥青过老化前后羰基等含氧官能团吸收峰的变化可以用来探讨沥青老化程度。
特征吸收峰面积采用红外分析软件Omnic 进行，羰基指数的计算公式见式2.1。
温拌沥青老化前后羰基指数如表1所示，温拌沥青的羰基指数随老化程度提高而增大，而OEVMT改性温拌沥青老化后羰基所占比例减少，表明OEVMT能够有效地阻止沥青被氧化。
结论
（1）沥青在老化过程中发生了诸多化学反应，其中以氧化反应为主；
（2）OEVMT对短期老化和长期老化后改性沥青中羰基的生成抑制效果明显，表现出较好的短期和长期耐热氧老化性能；
参考文献
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