改性沥青SBS含量的红外光谱分析
基于红外光谱法的SBS沥青光氧老化机理_王寿治

基于红外光谱法的SBS 沥青光氧老化机理王寿治1,朱国军2,肖 敏1,贾军红1(1.湖北省随岳中高速公路建设管理处,随州441300;2北京新桥技术发展有限公司,北京100101)摘 要: 通过AH-70基质沥青及PG76-22改性沥青的短期热氧老化(RT F O)和模拟光氧老化试验,运用红外光谱分析法研究真实环境中太阳光中紫外光对沥青胶结料的影响。
探讨了沥青胶结料在紫外光和氧的双重因素的作用下,化学组分中各官能团的变化规律;从化学结构方面阐述了沥青胶结料的老化机理。
关键词: 红外光谱; 紫外线; 光氧老化; 老化机理Photooxidation Aging Mechanism of SBS Modified AsphaltBased on Infrared Spectra TechniqueWANG Shou -z hi 1,Z H U Guo -j un 2,XIA O Min 1,JI A J un -hong 1(1.T he Co nstruct ion and Administration Department of M iddle Part of Suizhou -yuey ang Expressway ,Suizhou 441300,China;2.Beijing Xinqiao T echnolog y Dev elopment L td,Beijing 100101,China)Abstract: F rom the exper iments of short-term aging (Rolling T est of Film Oxidation(RT FO ))and photoox idation aging of AH -70original asphalt and SBS P G76-22modified asphalt,this paper ex amined the effects of U V -lig ht on asphalt by us -ing F I -IR theory.T he variation rules of function g roup under the dua-l functions of U V -light and ox idation and the aging mechanism of modified asphalt from chemical aspect also was explored.Key words: F I -IR ; U V -light; photoox idation aging; ag ing mechanism 太阳光是一种连续光谱,当通过大气层被部分吸收后到达地球表面的紫外光谱的波长在290~400nm 范围内,这部分紫外辐射约占到达地面太阳总辐射的5%左右[1]。
SBS改性沥青中SBS含量测试方法研究

确 、 快速 测试 .
关 键词 : S B S改性 沥青 ; S B S含 量 ;定量 测试 ; 傅 里叶 变换 红外光 谱 ( F T I R)
中图分 类号 : U4 1 4 文献标 志码 : A d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / i . i s s n . 1 0 0 7 — 9 6 2 9 . 2 0 1 3 . 0 1 . 0 3 4
8 1 0 c m 处特征峰 吸 收面积 比( A 。 。 / A。 。 ) 具 有 显著性 影响 , 且不同 S B S含 量 的 A / A 值之 间存 在 显著 差异 ; A 。 。 / A 。 与S B S含 量呈 现 良好 线 性关 系( 相 关 系数 0 . 9 9 8 3 ) , 可将 A 。 。 / A 作为 S B S 含 量定 量分析 指标 . 应 用傅 里叶 变换红 外光 谱 ( F TI R) 技 术 可 实现 S B S改性 沥 青 中 S B S含 量 的准
Qu a n t i t a t i v e De t e r mi n a t i o n o f S B S C o n t e n t i n S B S Mo d i f i e d As p h a l t
SU N Da — q u an, ZH A N G Li — we T l ( Ke y L a b o r a t o r y o f Ro a d a n d Tr a f f i c En g i n e e r i n g o f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n,To n g j i Un i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 O 1 8 0 4,Ch i n a )
《沥青红外光谱法相似度识别与SBS含量试验检测规程》

沥青红外光谱法相似度识别与SBS含量试验检测规程1 范围本文件规定了红外光谱法识别沥青相似度与SBS含量试验检测的仪器设备和材料、沥青相似度识别、SBS含量测试、数据处理和结果判定、检测记录和报告等要求。
本文件适用于傅里叶变换红外光谱法识别沥青相似度与测定改性沥青中SBS含量。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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/T21186 傅里叶变换红外光谱仪JTG E20 公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG F40 公路沥青路面施工技术规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)styrene-butadiene-styrene copolymer一种高分子聚合物,可用作沥青改性剂。
3.2沥青相似度检测基准样品reference sample for asphalt similarity identification用于评价沥青相似度的基准道路石油沥青或SBS改性沥青样品。
注:基准样品是指供需双方共同认可的沥青样品。
3.3SBS改性沥青基准样品reference sample of SBS modified asphalt按照供应厂家生产工艺制备的SBS改性剂含量已知的SBS改性沥青样品。
3.4ATR附件attenuated total reflectance accessory用A TR(衰减全反射)技术进行红外光谱试验的晶体。
3.5基准光谱reference spectra for sample对沥青相似度基准样品进行红外光谱检测获得的红外光谱母本。
4 仪器设备和材料4.1 一般规定4.1.1 傅里叶变换红外光谱仪作业环境温度应为15℃~35℃、相对湿度不大于65%。
4.1.2 傅里叶变换红外光谱仪等仪具应经法定计量部门检校合格并在有效期内。
简析改性沥青SBS掺量的检测方法与应用

简析改性沥青SBS掺量的检测方法与应用由于SBS 改性剂具有显著提高沥青混合料抗高温变形、抗低温开裂、疲劳和老化等性能,因此,从上世纪90 年代迄今,SBS 改性沥青在机场道面工程及公路工程中得到了广泛应用。
年消耗量从1998 年的8 万吨增加到2002 年的89 万吨,2005 年消耗了130 万吨,可以说,SBS 改性沥青在我国机场道面工程和高速公路中得到了普遍应用。
为了确保沥青路面使用质量,改性沥青混合料中的改性沥青、集料及级配均有着严格的规定,但是,对改性效果影响显著的改性剂部分的控制却没有,在采用路改方式加工改性沥青中,还可通过数袋子的粗放式方式进行控制,但是,目前改性沥青加工以厂改方式为主流,对此方面的控制由加工企业自行控制,对于控制改性剂这一重要指标却无法进行,缺乏有效地测试方法是造成此现象的主要原因。
1 SBS改性机理及改性效果影响因素1.1 SBS改性机理SBS,热塑性弹性体,是以1,3—丁二烯和苯乙烯为单体,采用阴离子聚合制得的线型或星型嵌段共聚物,呈白色爆米花状,质轻多孔,分子量一般在几万到几十万之间。
SBS改性剂与沥青作用机理如图1-1所示。
从作用机理示意图可以看出,将SBS(黑色)投入沥青(白色)中,剪切打碎SBS,对流作用使其分散。
若SBS小块没有充分扩散,那么从微观来看,SBS 和沥青没有充分混合,仍是两种物质微粒各自聚集在一起,相当于图a~c阶段—宏观混合阶段。
此后,沥青中轻质油分继续向SBS扩散、逐渐溶胀,边缘模糊,直到达到稳定状态,如图f所示,图c~f阶段—稳定混合阶段1.2 SBS改性效果影响因素实践证明,SBS 改性剂能否满足最小掺量(见表1-1),加工质量能否形成空间网状结构,以及SBS 颗粒的磨细程度、均匀性(见表1-2)对改性沥青质量影响程度至关重要。
从表1-1中可以看出,SBS剂量在3%以上效果开始显著,在3%~5%之间软化点大幅上升,在4%~6%范圍内抗车辙能力有较大提高,6%以上时,改性效果几乎没有变化。
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
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
DB33T989-2015改性沥青中SBS含量的测定红外光谱法

DB33/T 989—2015 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。 5.2 仪具及技术要求 5.2.1 傅里叶变换红外光谱仪:分辨率不低于 0.5 cm-1,波数范围 4000 cm-1~400 cm-1。 5.2.2 高速剪切设备: 不锈钢工作头, 转速可任意调节, 最大转速不小于 10000 r/min, 处理能力 0.5 L~ 5 L。 5.2.3 恒温烘箱:工作温度为室温~250 ℃,控温精度为± 2 ℃。 5.2.4 盛样容器:可加热的、密封带盖的广口金属容器(如罐、桶等),容量 100 mL、1000 mL,各 不少于 5 个。 5.2.5 天平:最大称量 200 g、精度 0.0001 g,1 台;最大称量 1000 g、精度 0.1 g,1 台。 5.2.6 水银温度计:测温范围 0 ℃~200 ℃或 0 ℃~300 ℃、分度值 1 ℃。 5.2.7 其它仪具:红外干燥灯、电热套、量筒等。 5.3 材料及要求 5.3.1 四氯化碳:分析纯。 5.3.2 溴化钾:晶体片。 6 方法与步骤 6.1 改性沥青标样制作与测定 6.1.1 标样的原料采集 依据附录A要求采集制作标样的原料,标样中基质沥青、SBS改性剂及其他添加剂应与送检改性沥 青试样一致。 6.1.2 标样制作 标样制作应按下列要求: a) 标样中 SBS 含量按式(1)计算:
6.2.2 试样红外光谱检测 用溴化钾作为红外透光窗片,按照GB/T 6040 中固体薄膜法制备试样薄膜。分别测量吸收峰966 cm 、1377 cm-1的峰面积S966、S1377,按式(2)计算A值。
-1
6.2.3 平均 A 值计算 平均A值计算应按下列要求: a) 按式(4)计算 Am。
SBS改性沥青中SBS含量测试方法研究_孙大权

1 81
(GPC)分析了改性沥 青 中 的 SBS 含 量,但 沥 青 中 大 分子的 沥 青 质 以 及 在 SBS 改 性 沥 青 加 工 过 程 中 SBS 的 降 解 、SBS 与 沥 青 的 交 联 同 样 影 响 测 试 结 果 .
SBS含量的 准 确 测 定 是 SBS 改 性 沥 青 生 产 与 应用过程 中 质 量 控 制 的 关 键,但 目 前 缺 失 简 单、快 速、准确的测试 方 法.本 文 研 究 了 基 质 沥 青、SBS 及 SBS改性沥青的红外光谱特征,分析了 SBS 含量对 SBS改性沥青特 征 峰 吸 收 面 积 的 影 响,试 图 建 立 基 于傅里叶变换红 外 光 谱(FTIR)技 术 的 SBS 含 量 测 试方法.
第 16 卷 第 1 期 201 1830年 2 月
建筑材料学报
JOURNA建L O筑F BU材ILD料ING学 MAT报ERIALS
Vol.16,No.1
F第eb1.6,2卷01 3
文 章 编 号 :1007-9629(2013)01-0180-05
SBS 改 性 沥 青 中 SBS 含 量 测 试 方 法 研 究
0.5
1.2 SBS 改 性 沥 青 样 品 制 备 将 基 质 沥 青 加 热 至 180 ℃ ,启 动 高 速 剪 切 机 ,分
别加 入 占 基 质 沥 青 质 量 2%,3%,4%,5%,6% 和 7%的 SBS,在低速状态下搅拌5min使 SBS均匀分 散于沥 青 中 后,在 (180±5)℃,3 000r/min 条 件 下 剪切 40 min,制 得 6 种 SBS 含 量 的 SBS 改 性 沥 青 样品. 1.3 红 外 光 谱 分 析
挥发后形成红外 光 谱 样 品.采 用 傅 里 叶 变 换 红 外 光 谱仪(美 国 Nicolet 380)进 行 测 试,光 谱 采 集 区 间 400~4 000cm-1,扫 描 次 数 32 次 ,分 辨 率 4cm-1.
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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。
复合改性沥青:称取一定量的基质沥青,快速升温到180℃、剪切30 min,剪切
的同时加入对应SBS和胶粉改性沥青母液,然后加入稳定剂搅拌发育,制得复合
改性沥青。
1.3试验设备及样品制备。
ATR—FTIR制样过程:取约5.0g基质沥青或改性沥
青试样,置于(10 X 10)cm2防黏纸中间,将防黏纸对半折叠,然后放于平整的桌
面上,将一个1kg的砝码放于不黏纸上,室温下进行压片24h,然后将样品紧贴
于光谱仪的反射孔表面进行测量。
仪器:傅里叶变换红外光谱仪(FIIR);型号:Spectrum 100;生产商:Perkin Elmer公司;光谱范围为7800—350cm,分辨率优于0.4cm;试验在干燥环境下进行。
2试验原理
ATR—FIIR测定改性沥青中橡胶含量的原理:根据Lambert—Beer定律一光吸
收基本定律,被测物质的含量与其特征吸收峰的面积呈线性关系,因此,分别对SBS和基质沥青进行红外测试,得出SBS和基质沥青的特征吸收峰,再对已知的
不同SBS含量的改性沥青进行红外测试,建立标准曲线测定未知试样的SBS含量。
SBS为苯乙烯一丁二烯一苯乙烯三嵌段聚合物,其特征吸收峰分别为:
966cm-1。
处的聚丁二烯反式l、4结构=C—H键特征吸收峰,699cm-1处的苯环
上的C—H单键特征吸收峰。
基质沥青的特征吸收峰为810cm-1基质沥青中芳香
族的面外振动峰。
随着SBS含量的增加,SBS的特征吸收峰面积增加,沥青特征
吸收峰面积下降,根据Lambert—Beer定律,吸光度A与含量成正比,所以可以
根据已知SBS含量的试样,做出吸光度A与SBS含量的标准曲线。
3结果与讨论
3.1SBS特征吸收峰的选择。
采用ATR—FFIR,测得一系列SBS改性沥青试样的ATR—FTIR光谱图,如图所示。
从图可知,随着SBS含量的增加,波数为699cm-1、966cm-1处的峰高度增加,810cm处的峰高度降低,说明了SBS的特征吸收峰为699cm-1、966cm-1,基质沥青的特征吸收峰为810cm-1。
接下来,要进一步分析哪一个峰为最佳的SBS特征
吸收峰。
根据Lambert—Beer定律,A=lg(1/T)式中:A——吸光度;T——透光率。
分别计算出各样在966cm-1,699cm-1,810cm-1的吸光度,以SBS含量为横
坐标,以A966/(A966+A810)、A699/(A699+A810)为纵坐标,分别做出966cm-1,699cm-1峰位的拟合曲线波数966cm-1的相关系数R2=0.971,波数699cm-1的相
关系数R2=0.950,R2越接近于l表明曲线拟合越好,波数966cm-1、699cm-1都
可作为SBS的特征吸收峰,966cm-1更加准确。
由于基质沥青中含有966cm-1、699cm-1特征峰,会对SBS的特征吸收峰的强度产生干扰,不同研究者都采用了
不同特征峰。
3.2面积法测定改性沥青中SBS含量的分析。
通过吸光度与SBS含量的拟合曲
线表明,SBS可以采用699cm-1、966cm-1作为其特征吸收峰,基质沥青采用
810cm一作为其特征吸收峰定义A966为966cm-1的峰面积,A810为810 cm-1的峰面积,A699研为699cm-1的峰面积,面积的计算方法采用基线矫正后的峰面积,以Y=0为基线,包围区域的面积即为峰面积。
采用A966面积的砰为0.978,相关
系数比吸光度曲线高。
采用面积计算法测得待测样中SBS含量为4.3%,复合改
性沥青中类SBS含量为5.O%;当采用A699面积时的舻=0.979,测得待测样中SBS含量为4.3%,复合改性沥青中类SBS含量为4.5%。
A966和A699面积测
出的SBS含量均为4.3%,而待测样中SBS实际含量为5%,表明ATR—FTIR测
改性沥青中SBS的含量,比测出的实际含量偏低。
这可能一方面受材料均匀性的
影响,另一方面受到SBS官能团与沥青官能团之间的相互作用影响。
A966和
A699面积测出的复合改性沥青中SBS的含量则相差0.5%,原因是胶粉对699 cm-1。
和966cm-1的峰强产生了影响。
为了证实这种推测,进行了后续试验。
3.3胶粉改性沥青中类SBS含量的测定。
对胶粉改性沥青中的类SBS物质含量
进行测定,得到ATR—FTIR光谱图,胶粉改性沥青中类SBS含量与胶粉含量关系
如图所示。
由胶粉改性沥青在699cm-1几乎没有吸收峰,而在966cm-1。
处随着胶粉含
量的增加逐渐增加,按照966cm-1的标准曲线计算改性沥青中SBS的含量结果见表,类SBS含量占胶粉的20%左右。
轮胎胶粉中有约50%的橡胶,橡胶中有30%左右合成橡胶,这与实际使用轮胎胶粉的含量有较好的相关性。
4结论
衰减全反射傅里叶变换红外光谱分析法(ATR一FTIR),具有制样简单,扫描速
度快,重复性高,准确度高,适合测定SBS改性沥青中SBS的含量。
测定SBS改性沥青中SBS含量时,966cm-1,699cm-1,均可作为SBS的特征吸收峰。
SBS/胶粉复合改性沥青中,由于胶粉的存在会对SBS含量产生一定的影响,而对699cm-1的峰强度影响较小。
参考文献:
[1]张伟民,陈宥之.SBS改性沥青混凝土路面质量控制[J].筑路机械与施工机械化,2013,(12).。