沥青材料的快速识别与分析方法研究

摘要

沥青是高速公路的基本建筑材料，其质量的优劣直接影响着其路用性能和公路寿命。一般道路设计寿命为15年，而劣质或掺假沥青产品会导致路面2年后就进入维护期，给高速公路建设和维护带来巨大经济损失。因此，道路沥青生产、流通和道路施工等过程中沥青产品质量的有效监控至关重要。蜡含量、软化点、针入度和SBS改性沥青中SBS含量是沥青重要的工程质量指标。其现行的标准方法分析过程繁冗耗时，无法满足实际过程中沥青质量检测与监管需求。目前也缺乏快速的沥青产品溯源方法。因此研究建立上述沥青质量指标的快速分析技术和产品溯源方法已经成为该领域中亟待解决的重大课题。
　　分子光谱结合化学计量学，具有分析快速和测量方便等优点。本课题旨在运用傅里叶变换红外光谱和化学计量学，建立沥青重要质量指标和油源产地识别快速分析方法。
　　首先，本文提出了一种利用衰减全反射傅里叶红外光谱技术(FTIR-ATR)实现沥青性质快速准确检测的方法。实验共收集了不同公司、不同时间生产的沥青样品220个，其蜡含量、软化点和针入度标准值已依照标准方法SH/T0425-2003、GB/T4507-2014、GB/T4509-2010测定。研究了沥青取样、光谱内部扫描次数和重复装样次数对沥青光谱测量精度的影响，确定了最佳光谱采集条件。分别采用相关系数法和CARS选择波长变量，采用偏最小二乘法(PLS)建立了蜡含量、软化点和针入度的红外光谱定量模型，交互验证标准误差(SECV)分别为0.13、0.88、2.84，预测标准偏差(SEP)分别为0.14、1.06、3.02，均不大于标准方法的再现性误差。使用该方法对任意选取不同厂家所生产的3个样品进行重复性测试，精密度不大于标准方法的精密度误差。
　　其次，本文提出了一种利用衰减全反射傅里叶红外光谱技术(FTIR-ATR)实现沥青油源产地快速准确判别的方法。实验共收集了220个包括南美重油、西北局原油、欢喜岭原油和新疆稠油四个不同油源产地的沥青样品。利用PCA和SIMCA方法对沥青油源产地进行判别，PCA模型有效的识别了以欢喜岭原油和新疆稠油为油源的沥青样品油源信息，无法区分以南美重油和西北局原油为油源的沥青样品油源信息。SIMCA方法在PCA方法的基础上实现了以南美重油和西北局原油为油源的沥青样品的油源信息判别，实现了不同油源产地沥青样品100％的识别率。
　　最后，本文制备了SBS含量为4.0％-6.0％一系列浓度梯度的SBS改性沥青样品，通过多元曲线分辨交替最小二乘结合斜投影建立标准曲线，其预测结果的标准偏差为0.096，能够实现改性沥青的质量控制。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 道路沥青

1．1．1 我国道路沥青的现状

1．1．2 蜡含量及其检测方法

1．1．3 针入度及其检测方法

1．1．4 软化点及其检测方法

1．2 SBS改性沥青

1．2．1 SBS改性沥青的重要性及质量控制

1．2．2 SBS改性道路沥青SBS含量的测试方法及局限性

1．3 分子光谱分析技术

1．3．1 傅里叶变换红外光谱的原理

1．3．2 衰减全反射红外光谱

1．3．3 化学计量学

1．3．4 分子光谱技术在沥青等重质油品检测方面的应用

1．4 课题研究的主要内容和目的

1．5 本课题的创新点

第二章 衰减全反射红外光谱法快速检测沥青性质的研究

2．1 实验部分

2．1．1 样品收集

2．1．2 基质沥青样品红外光谱采集

2．1．3 道路沥青性质定量模型的建立

2．2 结果与讨论

2．2．1 沥青光谱采集量佳条件

2．2．2 沥青红外光谱分析

2．2．3 沥青的定量分析

2．2．4 PLS方法的重复性沥青的定量分析

本章小结

第三章 光谱分析法判定沥青油源产地信息的研究

3．1 实验部分

3．1．1 样品收集

3．1．2 沥青红外光谱采集

3．1．3 沥青油源产地聚类分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 PCA定性分析

3．2．2 SIMCA定性分析

本章小结

第四章 FTIR-ATR测定改性沥青中SBS含量的可行性分析

4．1 实验部分

4．1．1 样品收集

4．1．2 实验室条件下SBS改性沥青制备工艺探究

4．1．3 SBS及SBS改性沥青红外光谱采集

4．1．4 数据分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 SBS红外光谱分析

4．2．2 实验室SBS改性沥青最佳生产工艺

4．2．3 SBS改性沥青红外光谱分析

4．2．4 SBS改性沥青SBS含量的定量分析

本章小结

第五章 论文结论及前景展望

5．1 论文结论

5．2 前景展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师和作者简介