沥青里到底掺了什么？——红外光谱快速鉴定改性沥青

“十四五”规划提出，我国需要建设现代化综合交通运输体系，提升城市圈的交通一体化进程。截至2021年底，中国公路桥梁的数量已达到528.07万km，较2020年增加约8.26万km。我国公路建设规模日益扩大、通行量有增无减的趋势，要求公路建设材料要有良好的耐久性及高强的性能。沥青作为一种不可以再生的石油资源，资源短缺且价格日益昂贵。很多商家为了谋取利益的*大化，选择掺入其他添加剂，以次充好，短期内可提高沥青样品的力学性能，但长期使用会影响沥青路面的耐久性能。为了避免和预防因沥青质量问题而出现的路面病害，对沥青的现场质量检测是十分有必要的。

傅里叶红外光谱作为“沥青的指纹”，被广泛应用于沥青组成和各组分含量的现场检测中。当红外射线照在沥青上，会引起沥青中分子的振动，不同频率的光由不同的基团吸收，形成了红外吸收光谱。

沥青的主要组分为烃类、羰基化合物和其他有机含氧化合物。沥青样品质量若存在差异，红外吸收峰位置基本一致，大部分情况也不会出现新的特征峰。而针对SBS改性剂，不管是星型、线型，由于其主要成分基本相同，因此特征峰的位置基本一致。以基质沥青和SBS沥青为例，沥青红外光谱中不同波数对应的化学官能团特征峰如表1和表2所示。

SBS改性沥青的红外光谱图与基质沥青、SBS改性剂叠加的光谱图效果类似，其中966cm^-1及1377cm^-1处特征峰基本保持一致。因此，可以认为SBS改性沥青的红外谱图可以等效为基质沥青图与SBS改性剂图的叠加。

实际工程中常使用渣油、增粘剂、地炼沥青、增硫剂等添加剂进行掺假，分别对改性沥青进行红外光谱试验，分析添加剂掺量变化对相似度指标的影响，可以确定红外光谱试验方法的可行性。

掺加渣油的鉴别

将渣油样品掺进SBS改性沥青中，掺量设为0%、4%、6%、8%、10%，不同渣油产量下进行了红外光谱试验，以未掺渣油的改性沥青为标准样，计算不同渣油掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。

随着渣油掺量的增加，相似度指标呈下降趋势，当渣油掺量为4%时，相似度降为97.53%，不满足98%的控制标准；含量超过4%后，相似度下降明显，对改性沥青的性能不利。因此可以得出，该红外光谱试验方法可以有效鉴别出渣油掺量超过4%的SBS改性沥青。

掺加增粘剂的鉴别

将高聚增粘剂样品掺进SBS改性沥青中，掺量设为0%、4%、6%、8%，不同增粘剂掺量下进行了红外光谱试验，以未掺增粘剂的改性沥青为标准样，计算不同增粘剂掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。

随着增粘剂掺量的增加，相似度指标呈下降趋势，当增粘剂掺量为2%时仍能达到98%以上；当相似度为4%时，相似度降为97.09%，不满足98%的控制标准；含量超过4%后，相似度下降明显，对改性沥青的配伍性不利。因此可以得出，该红外光谱试验方法可以有效鉴别出增粘剂掺量超过4%的SBS改性沥青。

掺加地炼沥青的鉴别

将地炼沥青样品掺进SBS改性沥青中，掺量设为0%、10%、20%、30%、40%，不同地炼沥青掺量下进行了红外光谱试验，以未掺地炼沥青的改性沥青为标准样，计算不同地炼沥青掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。

随着地炼沥青掺量的增加，相似度指标呈下降趋势，当地炼沥青掺量为20%时，相似度仍可以达到98%以上，当掺量增至30%，相似度降为97.18%，不满足98%的控制标准；含量超过30%后，相似度下降明显。因此可以得出，该红外光谱试验方法可以有效鉴别出地炼沥青掺量超过30%的SBS改性沥青。

掺加增硫剂的鉴别

将增硫剂样品，掺进宝利SBS改性沥青中，掺量设为0‰、2‰、4‰、6‰、8‰，不同增硫剂掺量下进行了红外光谱试验，以未掺增硫剂的改性沥青为标准样，计算不同增硫剂掺量下的改性样品与对照样品的相似度指标变化。

虽然增硫剂的掺量较低，但相似度指标下降得*为明显，随着增硫剂掺量的增加，相似度指标呈下降趋势。当增硫剂掺量为2‰时，仍可达到98%的指标；当掺量为4‰时，相似度降为97.71%，不满足98%的控制标准；含量超过4‰后，相似度持续下降，导致改性沥青反应剧烈，对其路用性能不利。因此可以得出，该红外光谱试验方法可以有效鉴别出增硫剂掺量超过4‰的SBS改性沥青。

通过对以上4种改性材料的鉴别试验可以看出，以98%的相似度为控制标准，有效鉴别了渣油、增粘剂、地炼沥青和增硫剂的掺假现象，掺量分别为4%、30%及4‰以上，红外光谱检测方法对于此类添加剂具有较高的检测敏感性。

红外光谱分析优势

1.操作简单：采用布鲁克傅里叶变换红外光谱仪ALPHA II，对沥青进行红外光谱分析，ALPHA II具有易于携带、操作简单、实时监测的优点。测试人员只需经过简单培训就可掌握系统的相关操作，施工现场可及时、有效地监控沥青质量，进行现场监测。

2.检测快速：检测时可自动进行比对，从生成红外谱图到生成沥青质量结果的判断，耗时2min左右，快速地判定沥青品牌，鉴别混兑调和沥青，能够满足施工现场对时间的把控。

3.智能识别：使用ATR附件，沥青无须加热溶化，可即时进行数据采集测试，远程传输至项目管理者，做到实时监控，可评价每一车沥青的质量状况。如有异常情况，及时进行异常报警，并以短信形式通知管理者，实时发现并解决问题，实现实时动态监控。

4.沥青指纹识别：传统的沥青质量控制是在实验室内完成的，存在耗时长、检测效率低的局限性，不能很好地分辨出以次充好、相互混兑等现象，给工程建设带来很多隐患。因此，国内外对沥青含量检测做了大量的研究，对其品质的提高有很大帮助。

而通过红外光谱扫描未知沥青样品，可快速生成其官能团特征峰位置及大小，通过系统内光谱数据库、自动采集和比对、数据统计分析三大模块，实现数据的实时采集、上传与统计分析的功能，最终辨别出是否掺入其他添加剂。