《改性沥青中SBS含量的测定红外光谱法标准》宣贯.ppt

报告人：单岗浙江顺畅高等级公路养护有限公司,浙江省地方标准宣贯,改性沥青中SBS含量的测定 红外光谱法宣贯,2015年11月 中国 浙江,一、公路改性沥青使用现状二、SBS改性沥青质量体系评定现状与标准三、红外光谱分析测定原理四、改性沥青中SBS含量的测定 红外光谱法标准介绍五、工程应用,宣贯内容,一、公路改性沥青使用现状,SBS改性沥青是目前公路工程中用量最大的改性沥青品种,公路建设和养护对改性沥青的需求量呈上升趋势，沥青改性技术也得到了日新月异的发展。SBS改性沥青的技术性能在众多的改性沥青中脱颖而出，主要由于SBS具有以下特点：首先，它能满足高温和低温性能的要求；其次，它能用于各种公路，包括轻型车辆的道路，高速公路，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。,6%SBS 含量的SBS 改性沥青荧光显微镜图,2%SBS 含量的SBS 改性沥青荧光显微镜图,SBS改性沥青介绍,SBS改性沥青简介,SBS改性沥青的结构,S：聚苯乙烯交联和高硬度,B：聚丁二烯高弹性,SBS的掺入，提高了沥青的高低温性能和弹性恢复性能，其中高温性能的改善尤其明显。随着SBS掺入量的增加，沥青的软化点、延伸度逐渐增大，当掺入量达到一定程度后，这种变化随之趋缓。如果SBS掺入量较低，SBS颗粒被沥青介质分散，此时，SBS颗粒的内聚力不足以抵抗由于热引起的形变或拉伸引起的形变，导致改性沥青性能较差。只有当掺入量达到合适的比例，SBS颗粒互相接触，使体系内聚力增大，抵抗形变的能力增加，形成一种弹性稳定体系，才能具有良好的路用性能。,SBS改性沥青的性能,SBS改性沥青简介,SBS的含量对SBS改性沥青的路用性能起着决定性影响,二、SBS改性沥青质量体系评定现状,1,SBS改性沥青经过近二十年的发展，技术指标及试验方法已经形成了比较通用的行业规范，建立了以物理指标为基础的质量检测体系。,美国AASHTOAGCARTBA改性沥青建议标准（1995年版）,日本道路协会改性沥青标准（日本沥青杂志190期P37）,我国聚合物改性沥青技术要求（2004年）,实践证明物理指标合格不能完全代表路用性能合格。物理指标的检测，难以准确地检验SBS改性沥青成品中的有效改性剂含量，因而无法监管SBS改性沥青的质量。随行业竞争的加剧，聚合物SBS售价的波动，现行的SBS改性沥青的检验方法将面临新的问题。SBS含量检测一直是个空白。,主要问题,本标准旨在利用红外光谱法检测SBS改性沥青中SBS的含量，从而完善现有的SBS改性沥青质量评价体系。,三、红外光谱分析测定原理,1,红外光谱分析方法简介,原理说明 红外光谱是由于分子的振动能级跃迁而产生的吸收光谱。红外光谱分析法是一种通用的光谱分析方法。由于各种化合物具有其特征的红外光谱，因此可以用红外光谱对物质进行结构分析和定量测定。,红外光谱具有高度特征性,纯SBS红外光谱,SBS红外光谱，不同的分子结构具有不同的红外光谱。,SBS和基质沥青具有不同的红外光谱。,SBS、基质沥青、SBS改性沥青具有不同的红外光谱。,（1）全面性的分子结构信息 包括所有分子结构信息，其中归属为SBS和基质沥青的特征峰都在红外谱图上出现。（2）不重叠性的特征峰 具有分别归属为SBS和基质沥青的、互不重叠的红外特征峰。（3）信息的代表性 有相对较强的代表特征峰。,SBS改性沥青红外光谱特点,四、改性沥青中SBS含量的测定 红外光谱法标准介绍,1,前言1范围2规范性引用文件3术语和定义4原理5仪具与材料要求6方法与步骤7精密度8 检测报告附录,1 范围,本标准规定了红外光谱法测定改性沥青中SBS含量的仪具与材料、方法与步骤、精密度和检测报告等要求。本标准适用于红外光谱法测定改性沥青中SBS含量。,本条规定了本标准的适用范围。,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,3 术语和定义,GB/T 6040、GB/T 14666界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 SBS styrene-butadiene-styrene copolymer 苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物，一种高分子聚合物，可以用作沥青改性剂。,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。本方法选取改性沥青红外光谱图中966 cm-1处的C=C基团上碳氢键弯曲振动特征吸收峰，和1377 cm-1处的CH3基团上碳氢键弯曲振动特征吸收峰，作为SBS含量测定的特征吸收峰。分别测量特征吸收峰面积（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。,原理说明,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。,5 仪具与材料要求,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-1400 cm-1。,5 仪具与材料要求,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 L5 L。,5 仪具与材料要求,5.2.3 恒温烘箱：工作温度为室温250，控温精度为2。,5 仪具与材料要求,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。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 仪具与材料要求,水银温度计：测温范围0 200 或0 300、分度值1。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。,5 仪具与材料要求,红外测试,峰参数计算,涂膜,试样红外光谱检测过程示意图,A值计算,1,2,3,4,定量结果,取样,制样,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。,附录A,6 方法与步骤,6.1.2 标样制作标样制作应按下列要求：标样中SBS含量按式（1）计算：(1)式中：CSBS标样中SBS含量（%）；mSBS标样中SBS质量（g）；mBIT标样中基质沥青质量（g）；mADD标样中稳定剂和其它添加剂质量（g）。,6 方法与步骤,制作步骤1)称量基质沥青约600.0 g（称准至0.1 g）；用电热套加热并保持温度在180 185；2)用高速剪切设备以2000 r/min3000 r/min剪切10 min；3)加入SBS（称准至0.1 mg），以4000 r/min6000 r/min剪切45 min。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/min6000 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。,标样数量不同SBS含量的标样应不少于5个。,6 方法与步骤,6.1.3 标样测定标样测定应按下列要求：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 mL30 mL；玻璃棒搅拌至没有块状物，密封，室温放置2 h3 h。,6 方法与步骤,标样红外光谱检测用溴化钾作为红外透光窗片，按照GB/T 6040中固体薄膜法制备标样薄膜。分别测量吸收峰966 cm-1、1377 cm-1的峰面积S966、S1377，按式（2）计算A值：(2)式中：A吸收峰966 cm-1、1377 cm-1的峰面积比值（精确到0.001）；S966966 cm-1吸收峰的峰面积；S13771377 cm-1吸收峰的峰面积。,6 方法与步骤,标准A值计算按式（3）计算As。(3)As标准A值，即标样经平行检测得到A的算术平均值；Ai第i次检测标样得到的A值；n平行检测次数，n不小于5。,Ai与As相对偏差不超过5%。若Ai与As相对偏差超过5%，则重新检测。,6.1.4 标准曲线绘制 标样曲线绘制应按下列要求：以CSBS为横坐标，对应的As为纵坐标，绘制不同标样的坐标点（CSBS，As）集合，经线性拟合绘制标准曲线，拟合曲线的线性相关系数应大于0.99。标准曲线的适用范围应满足所采用标样SBS含量范围。,6 方法与步骤,R2=0.997,标准曲线（考虑稳定剂的影响）,六、验证性试验实例分析,6 方法与步骤,6.2 改性沥青试样测定6.2.1 试样处理试样处理应按下列要求：将试样在恒温烘箱中加热至140 160，试样呈均匀流动、粘稠液体状时，称取约2 g试样（记为ms，称准至0.1 mg）置于100 mL盛样容器中；待试样温度降至低于40 后，加入量取的四氯化碳20 mL30 mL；玻璃棒搅拌至没有块状物，密封室温放置2 h3 h。将上述溶液过滤，用四氯化碳洗至滤液无色；收集不溶物，在80 下干燥5 h，并称量不溶物质量（记为mb，称准至0.1 mg）。收集滤液用于红外光谱检测。,6 方法与步骤,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-1、1377 cm-1的峰面积S966、S1377，按式（2）计算A值。6.2.3 平均A值计算平均A值计算应按下列要求：按式（4）计算Am。(4)式中：Am平均A值，即试样经平行检测得到A的算术平均值；Aj第j次检测试样得到的A值；n平行检测次数，n不小于5。Aj与Am相对偏差不超过5%。若Aj与Am相对偏差超过5%，则重新检测。,6 方法与步骤,6.2.4 校正A值计算对Am进行校正，按式（5）计算Aa。(5)式中：Aa校正A值；mb试样中不溶物质量（g）；ms试样质量（g）；Am平均A值。,6 方法与步骤,6.2.5 试样中SBS含量分析将试样Aa与标准曲线比对，从标准曲线上获得对应CSBS值，即为试样中SBS含量（wt%）。,R2=0.997,标准曲线（考虑稳定剂的影响）,*,A3,B3,C3,6 方法与步骤,6.3 检测记录对标样的制作和测定、试样的测定应按附录B记录。,附录B,附录B（续）,7 精密度,在重复性条件下获得的两次独立测定结果的相对误差不超过5%。,8 检测报告,8.1 按附录C填写检测报告。8.2 检测报告中附图可参照附录D样图绘制。,附录C,附录D,五、工程应用,检测应用：2011年和2015年浙江省高速公路养护工程改性沥青工程应用：应用于杭金衢（达10年）、金丽温高速公路养护工程，设计的沥青混合料AC-13，SMA-13在防高温车辙、抗水损害及路面耐久性方面综合性能优越。合同约定：技术条款 商务条款抽样检测：物理指标（按批次），重点检测软化点 红外光谱法测定SBS含量质量互动：施工应用过程及时沟通，进行质量互动（质量反馈和质量回访），改性沥青质量稳定。,质量效果：SBS含量达5%左右的改性沥青，综合性能优良，是有效防止路面病害，提高路面长期耐久的基础，是行业主管部门、业主和施工单位所共同期待的目标。本标准建立的“红外光谱测定改性沥青中SBS含量”技术是实现这一目标的重要手段之一，在浙江省取得了良好的应用效果，确保了沥青路面的质量。,五、工程应用,市场效果：SBS含量是改性沥青价格的重要组成部分，通过红外光谱检测SBS含量，将引领SBS改性沥青走向统一技术平台的市场竞争，达到改性沥青技术与经济的和谐统一。,谢谢！,