1、,沥青质量控制新技术赵静卓甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司 2015年1月,施工现场沥青质量控制,1,2,4,汇 报 主 要 内 容,改性沥青质量控制技术,3,沥青评价新技术,沥青路面全过程质量控制系统,沥青质量 缺陷,高温性能差,粘附性差,低温性能差,一 沥青评价新技术,沥青质量控制面临的问题,化学方法快速评价沥青质量,沥青物理力学指标检测已经不能完全鉴别沥青,沥青指纹识别原理,红外光谱分析技术引入到沥青鉴定中，分子中某个振动频率与红外光的某一频率的光相同时（振= 红外光），分子就吸收此频率光发生振动能级跃迁产生红外吸收光谱，根据红外谱图的红外特征吸收峰的位置、数目、相对强度和形状等参数，
2、可以推断沥青的组成和各组成的含量。,沥青指纹识别谱图,1.1 沥青指纹快速识别技术,组分差异!,油源不同 加工工艺不同,确定沥青品牌筛选混兑掺假沥青,采用衰减全反射附件（ ATR ），沥青无须预先溶解，只需涂抹在附件上，制样到测试只需要1min就完成,衰减全反射(ATR)测试原理,红外光在晶体内表面发生全反射时,反射光强等于入射光强。事实入射角并不是全部被反射回来，而是穿透到试样表面内一定深度后再返回表面。试样在入射光频率区域有选择吸收，反射光强度减弱。,1.1 沥青指纹快速识别技术,测样视频 清洗视频,表 工程实际应用情况列表,1.1沥青指纹快速识别技术,指纹识别监查的项目包括10条高速公路
3、以及17条二级公路，快速及时的判定了各个项目段沥青的质量，对帮助质监局和公路局肃清甘肃沥青市场起到了积极的作用。,沥青指纹快速识别软件,1.1 沥青指纹快速识别技术,项目依托2011-2014年全省高速公路和二级公路沥青原材料检查，合计对比分析沥青3000多个，对谱图进行对比分析建立了沥青指纹识别库。将沥青数据库导入软件,分析视频,用户只需在软件中调用识别仪采集的待检测沥青光谱，选定对应品牌的沥青数据库，点击确定后软件会将待测谱图与相应谱图库中已有的标准沥青谱进行对比，并在用户界面显示结果，操作简单。,国标不合格沥青,1.1沥青指纹快速识别技术,为同一品牌沥青，由于加工工艺的变动、或者运输过程
4、的老化导致国标不合格,沥青指纹识别技术解决案例1,不合格沥青冒充合格沥青,大部分不合格沥青都是老化指标不合格，通过国标检测可以鉴别出来 但是不能做到车车抽检，老化指标耗时长,1.1沥青指纹快速识别技术,沥青指纹识别技术解决案例2,品牌调换沥青,沥青供应商从价格差中谋取利润 某种品牌沥青供应不上，用其它品牌沥青代替,1.1沥青指纹快速识别技术,沥青指纹识别技术解决案例3,混兑调和沥青冒充合格品牌沥青,轻质油调和沥青，对应的国标数据与标准沥青存在差异,1.1 沥青指纹快速识别技术,沥青指纹识别技术解决案例4,不合格沥青调和改性,将不合格沥青加入SBS、和轻质油简单改性后，国标数据优良 沥青容易离析
5、,1.1沥青指纹快速识别技术,沥青指纹识别技术解决案例3,沥青指纹识别技术解决案例5,两种品牌沥青混兑,1.1沥青指纹快速识别技术,两种不同品牌指标合格，价格有差异的沥青混兑，供应商谋取差价 不同油源沥青，容易离析，与配合比设计不符,沥青指纹识别技术解决案例6,胶质,芳香份,1.2沥青四组分分析方法-SARA,利用沥青各组分的溶解性不同，通过液固吸附色谱，是按分子极性大小进行分离。因样品中各组分的极性强弱不同，故其对吸附剂的吸附能力不同，在选择不同类型溶剂进行洗提时，样品中极性最弱的组分首先流出，随后按极性由弱到强依次分离沥青。,试验原理:,实验方法,区别和改进：,溶解沥青质选用异辛烷正庚烷
6、洗脱饱和份选用正庚烷正庚烷 洗脱胶质选用甲苯：甲醇=1:1甲苯：乙醇 用布氏漏斗过滤沥青质 用氮气置换过的真空干燥箱回收溶剂和干燥组分 采用紫外光度计检测组分的洗出 流量泵控制洗脱液的量和流速,1.2沥青四组分分析方法-SARA,改进的Corbett 层析装置： a-样品; b-增加极性的流动性溶剂; c-溶剂计量泵; d-中性氧化铝填充的玻璃液相色谱柱; e-石英流通池; f-紫外分光光度计; g-收集流出液的量筒.,试验仪器,1.2沥青四组分分析方法-SARA,紫外谱图,1.2沥青四组分分析方法-SARA,1.3高温气相色谱模拟蒸馏,气相色谱是将沥青溶解，高温气化后，当汽化后的沥青被载气带
7、入色谱柱中运行时，色谱柱由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同， 虽然载气流速相同，各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定时间的流动后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。 根据出峰位置，确定组分的名称，根据峰面积确定浓度大小。,高温气相色谱模拟蒸馏试验分析基质沥青组分,不同品牌沥青气相色谱比对图,1.3高温气相色谱模拟蒸馏,1.3高温气相色谱模拟蒸馏,正构烷烃质量分数,沥青C44-下正构烷烃的含量明显比异构烷烃大。 三种沥青含C44-下正构烷烃和异构烷烃的种类和含量均不相同。 西石化含C44-下轻质油分比较多，含最轻油份为C17。
8、SK不含C36和C44链的异构烷烃，可以以此来区别SK和镇海沥青。,异构烷烃质量分数,SK-90#沥青气相色谱图,1.3高温气相色谱模拟蒸馏,1.4凝胶色谱法测定分子量,凝胶色谱（Gel Permeation Chromatography，简称GPC）它是一种按分子体积大小分离的液相色谱。凝胶是一种表面惰性具有一定孔径范围的多孔物质。当不同尺寸的样品通过此类色谱柱时，不同体积大小的分子就得以分离。主要用于聚合物的分子量大小及分子量分布检测,色谱分离原理,不同分子量与物理性质的相关性： Mn与流动性有关 Mw与强度有关，如张力和抗冲击力 Mz与延伸和柔顺性有关 Mz+1与挤出膨胀有关 沥青的D值
9、越大，表明分子量分布较宽，分子大小差别较大。分子量分布越窄，分子性质越接近，沥青的性质更为稳定。,样品GPC谱图,1.4凝胶色谱法测定分子量子量,不同品种沥青GPC曲线对比,通过对比不同沥青的GPC谱图和相对分子量可以达到区别沥青的目的。 通过相对分子量分布可以建立与沥青性能的相关性。,1.4凝胶色谱法测定分子量子量,施工现场沥青质量控制,1,2,4,汇 报 主 要 内 容,改性沥青质量控制技术,3,沥青指纹快速识别技术,沥青路面全过程质量控制系统,二 施工现场沥青质量控制,沥青指纹识别快速检测系统，由便携式沥青指纹识别仪（以下简称识别仪）和沥青红外光谱快速识别软件（Aisas软件）两部分组成
10、。,测试系统,软件判定系统,尺寸：35cm28cm26cm 重量：10kg,施工现场使用技术优势：,采用红外光谱分析技术，从沥青的微观化学组成入手，通过特定官能团的特征吸收峰确定、辨别和区分沥青，数据真实可靠,适合在移动实验室和现场使用测样；沥青无须加热溶化，测试到分析一个样品只需2分钟，特别适用于施工现场及时、有效的监控沥青质量。,测试人员只需经过简单培训就可掌握该系统的相关操作,二 施工现场沥青质量控制,二 施工现场沥青质量控制,？,？,？,？,沥青库,运输,快速检测,留样,规范沥青库要求建立出样数据库,采用GPS定位并对业主开放,指纹识别快速检测系统,规范检测指标留样要求,留样,施工,二
11、 施工现场沥青质量控制,规范沥青出库基本信息要求,基本信息 ：油品名称存储罐号及检测报告生产单位分析单号提货车辆司机姓名并签字铅封号装车提货时间：过磅员签字,二 施工现场沥青质量控制,全程GPS监控,二 施工现场沥青质量控制,可对业主开放相应窗口,二 施工现场沥青质量控制,二 施工现场沥青质量控制,（一）送检标样沥青，确定使用沥青品牌,（二）建设项目安装沥青指纹快速识别系统,施工单位 见证取样：监理单位中心实验室,（三）部署系统数据库服务器 ，实现数据远程传输监控,施工现场沥青质量控制,1,2,4,汇 报 主 要 内 容,改性沥青质量控制技术,3,沥青指纹快速识别技术,沥青路面全过程质量控制系
12、统,三 改性沥青质量控制技术,原材料,生产过程,SBS掺量,留样,指纹识别,黑匣子 指纹识别,SBS含量,快速确定是否离析,成品,三 改性沥青质量控制技术,红外指纹识别技术原材料在线监控,基质沥青监控,助溶剂监控,国标数据差异大，影响改性沥青性能沥青快速检测系统确保使用原材料不变,不同助溶剂谱图差异,溶胀1h,剪切15min,剪切完搅拌1h,加稳定剂搅拌2h-3h,不加稳定剂搅拌1h,生产过程,改性剂含量趋于稳定,判定： 生产过程中SBS的特征吸收峰递增，吸收峰面积趋于恒定，判定稳定剂发育时间足够。,红外指纹识别技术在线监控改性沥青生产过程,三 改性沥青质量控制技术,三 改性沥青质量控制技术,
13、使用雷达液位计监测发育罐液位，通过分析液位的改变，确定改性发育时间符合设计要求; 采集温度传感器数据，监测改性沥青全过程中温度是否符合设计要求; SBS称量时采集重量传感器数据，监测每批次发育过程SBS添加量是否符合设计要求;,改性沥青生产QCS,可靠性,功能,方便性,低功耗嵌入式硬件系统 高实时嵌入式操作系统(Montavista),拌合以及改性过程原始数据的忠实Copy 支持GPRS通信、RFID检测 支持扩展温度检测、液位检测模块,丰富的连接接口，使其接入到拌合站的过程完全透明，对正常的工作影响几乎为0,黑匣子控制改性沥青生产过程,黑匣子监控模块,“黑匣子”改性沥青监控界面,三 改性沥青
14、质量控制技术,黑匣子控制改性沥青生产过程,三 改性沥青质量控制技术,红外指纹识别技术成品改性沥青SBS掺量测定,沥青四组分分子结构,SBS分子结构式,SBS特有结构,三 改性沥青质量控制技术,SBS改性沥青具有优良的高低温性能、抗车辙和抗疲劳性。其中SBS的含量对改性沥青的路用性能起着决定性的作用。由于添加SBS成本较高，且多采用现场改性的方法，因此极有必要开发一种快速、高效监控SBS含量的方法，规范改性沥青市场，杜绝不法商人非法牟利。红外光谱法通过测定沥青中SBS的特征吸收峰，可以快速确定SBS掺量。,不同掺量SBS改性沥青红外谱图,根据朗伯比尔定律：吸收峰面积与物质的浓度成正比 因此，SB
15、S特征吸收峰的峰面积随着SBS掺量的增多而增大,以不同SBS掺量下SBS特征吸收峰处的积分面积值拟合得标准曲线，R2=0.994。可以通过测试未知掺量的改性沥青的红外谱图，与标准曲线对比，确定SBS掺量。,图 SBS掺量标准曲线,三 改性沥青质量控制技术,识别成品改性沥青是否离析,凝固状态 熔化后上层 溶化后下层 搅拌均匀,合 格 沥 青,不 合 格 沥 青 离析14.5,不合格改性沥青，凝固状态SBS在下层，在熔化状态SBS在最上层符合离析上层软化点大于下层,三 改性沥青质量控制技术,合格改性沥青熔化前后，SBS特征吸收峰的面积变化不大，而离析不合格沥青上下层取样SBS 吸收峰面积差异大。,
16、施工现场沥青质量控制,1,2,4,汇 报 主 要 内 容,改性沥青质量控制技术,3,沥青指纹快速识别技术,沥青路面全过程质量控制系统,四 沥青路面全过程质量控制系统,沥青路面全过程监控系统由沥青指纹识别快速检测系统、GPS定位系统、沥青混合料动态质量远程监控系统（黑匣子）三部分组成，实现了以下四个方面的监控,指纹识别系统,GPS系统,黑匣子系统,基质沥青品牌,改性沥青原材料,改性沥青生产过程,改性沥青SBS掺量,改性沥青成品检测,基质沥青运输,沥青混合料运输,改性沥青生产监控,混合料拌合站监控界面,路面摊铺监控,1.从改性沥青的源头开始-改性沥青原料来源的监控-改性沥青SBS添加量监控 -改性
17、沥青发育过程温度监控-改性沥青产品运输途中的监控2. 混合料拌合的监控-混合料原料来源的监控-混合料热料配比的监控-混合料油石比的监-混合料温度的监控 -混合料运输途中的监控3.路面摊铺的监控 -施工混合料来源的监控-施工路面混合料摊铺温度监控-施工路面摊铺厚度、密度监控-施工路面压实遍数监控,系统以沥青为主线，全程监控、记录生产和施工过程的动态数据。,四 沥青路面全过程质量控制系统,四 沥青路面全过程质量控制系统,混合料级配监控,路面摊铺监控,摊铺过程实时告警短信界面,四 沥青路面全过程质量控制系统,四 沥青路面全过程质量控制系统,沥青路面施工过程质量控制系统流程图,沥青路面全过程质量控制系统特点,四 沥青路面全过程质量控制系统,
