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紅外光譜儀在SBS改性瀝青質(zhì)量控制中的應用
編輯 :

天津市能譜科技有限公司

時間: 2019-05-30 瀏覽量: 289

摘 要

依托某高速公路項目在現(xiàn)場改性瀝青質(zhì)量控制過程中,采用天津能譜科技iCAN 9 傅立葉紅外光譜儀對基質(zhì)瀝青、改性瀝青進行光譜分析,根據(jù)基質(zhì)瀝青、不同改性劑摻量的改性瀝青的波數(shù)965/cm-1和1377/cm-1特征吸收峰的吸光度關(guān)系,建立SBS改性劑含量與特征吸收峰處吸光度的線性回歸模型,以此來定量分析SBS改性劑瀝青中改性劑摻量的穩(wěn)定性,為改性瀝青質(zhì)量控制提供參考。

關(guān)鍵詞

紅外光譜儀 | SBS改性瀝青 | 質(zhì)量控制 | 應用

紅外光譜儀在SBS改性瀝青質(zhì)量控制中的應用

概述

隨著目前公路建設中改性瀝青質(zhì)量的差異性和變異性越來越明顯,也受到更多的關(guān)注和重視,部分高速公路也由于瀝青質(zhì)量的問題導致瀝青路面出現(xiàn)一些早期損壞,鑒于種種原因某高速公路采用現(xiàn)場改性瀝青,嚴格控制基質(zhì)瀝青質(zhì)量、改性劑質(zhì)量和摻量,以保證改性瀝青的質(zhì)量,因此改性瀝青生產(chǎn)過程中SBS改性劑摻量的控制成為質(zhì)量控制的重點。

本試驗依托某高速在現(xiàn)場改性瀝青質(zhì)量控制過程采用天津能譜科技iCAN 9 傅立葉紅外光譜儀(ATR法)對改性瀝青的SBS摻量的穩(wěn)定性進行監(jiān)控,并探索改性瀝青摻量檢測的標準試驗方法。

紅外光譜測試原理

紅外光譜是一種根據(jù)分子內(nèi)部原子間的相對振動和分子轉(zhuǎn)動等信息來確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和鑒別化合物的分析方法。當一束具有連續(xù)波長的紅外光通過某物質(zhì)時,該物質(zhì)分子中某個基團的振動頻率或轉(zhuǎn)動頻率和紅外光的頻率一樣時,分子就吸收能量由原來的基態(tài)振(轉(zhuǎn))動能級躍遷到能量較高的振(轉(zhuǎn))動能級,分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷,該處波長的光就被該物質(zhì)所吸收。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來,就得到紅外光譜圖。組成分子的各種基團都有自己特定的紅外特征吸收峰。不同化合物中,同一種官能團的吸收振動總是出現(xiàn)在一個窄的波數(shù)范圍內(nèi),據(jù)此即能對物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)加以判斷和確定。


紅外光譜定量分析法的依據(jù)是朗伯一比爾定律。與其它定量分析方法相比,紅外光譜定量分析法存在一些缺點,因此只在特殊的情況下使用。它要求所選擇的定量分析峰應有足夠的強度,即摩爾吸光系數(shù)大的峰,且不與其他峰相重疊,同時,只有當吸光度值<1.0時,其定量信息才被認為是可靠的。


道路石油瀝青是復雜的碳氫化合物與其非金屬衍生物組成的混合物。其分子結(jié)構(gòu)中含有-CH3、-CH2-    -C6H5等多種官能團,其中,因  CH3中C-H鍵的面內(nèi)彎曲振動引起的1377/cm處的吸收峰可以看做是僅歸屬為基質(zhì)瀝青的特征峰,而因-CH=CH-中C-H鍵的彎曲振動而引起的966/cm處的紅外吸收峰則對應為SBS中反式丁二烯的特征峰??赏ㄟ^繪制兩者的峰高比或峰面積比與SBS含量之間的對應關(guān)系曲線,進行SBS的定量檢測分析。


SBS改性劑摻入到瀝青中是一種物理的改性方法,并沒有與基質(zhì)瀝青發(fā)生化學反應。所以SBS中所含丁二烯官能團不會因加人到基質(zhì)瀝青中而發(fā)生變化。由此可以認為,通過紅外光譜法得到的不同SBS摻量966/cm處特征峰的吸光度值與其對應的摻量存在一定的線性關(guān)系,從而得出一條標準曲線,對日后改性瀝青樣品進行吸光度掃描后與該曲線進行比對,直接得出樣品中SBS的摻量。

紅外光譜分析

試驗樣品檢測

本試驗使用的基質(zhì)瀝青為70號泰普克道路石油瀝青,SBS改性劑為線型岳陽石化1301-1型改性劑,原材料的檢測結(jié)果見表1和表2。

光譜定性分析

基質(zhì)瀝青青和改性瀝青的紅外吸收峰特征曲線

分別見圖1、圖2。

 

由圖1可見,基質(zhì)瀝青紅外光譜圖中出現(xiàn)了3處吸收峰,其中波數(shù)650-910/cm區(qū)域是苯環(huán)取代區(qū),出現(xiàn)的幾個吸收峰是由苯環(huán)C-H面外搖擺振動形成的[1];而波數(shù)1376/cm和1458/cm處的吸收峰則由C-CH3和CH2中C-H面內(nèi)伸縮振動形成的。

由圖2可知,改性瀝青與基質(zhì)瀝青的吸收峰存在明顯差異,即波數(shù)966/cm處的吸收峰特征更為明顯每種物質(zhì)分子都有一個由其組成和結(jié)構(gòu)所決定的紅外特征吸收峰,它只吸收一些特定波長的紅外光。由于摻入的SBS改性劑與基質(zhì)瀝青并沒有發(fā)生化學反應,亦即聚苯乙烯和聚丁二烯并沒有發(fā)生化學變化,所以SBS改性瀝青的紅外光譜只是在基質(zhì)瀝青的紅外光譜上簡單疊加了聚苯乙烯與聚丁二烯的紅外光譜,而相應的吸收峰位置和強度基本保持不變,是基質(zhì)瀝青和SBS改性劑的紅外光譜的簡單合成圖。與基質(zhì)瀝青比較,SBS改性瀝青的紅外光譜在966/cm處出現(xiàn)了明顯的特征吸收峰,分別由SBS改性劑中的聚苯乙烯苯環(huán)和聚丁二烯雙鍵等特征官能團形成[2]。因此,可通過對基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青紅外光譜圖的對比分析,判別改性瀝青中是否存在苯乙烯和丁二烯,從而實現(xiàn)對SBS改性劑定性分析。

光譜定量分析

(1)標準小樣準備。通過制備不同SBS含量的SBS改性瀝青的小樣(包括:4%、4.3%、4.5%、4.8%、5%),總共五種不同SBS含量的改性瀝青。改性瀝青所采用的基質(zhì)瀝青為泰普克70號道路石油瀝青,SBS改性劑為岳陽石化1301-1型改性劑。


(2)試驗過程描述。①將不同SBS含量的改性瀝青試樣充分攪拌均勻后,分別取1g試樣放人不同的小瓶中。②量取10mL四氯化碳溶于1g試樣中,不斷的搖晃,使試樣充分溶于四氯化碳。③取1滴所得樣品溶液涂于 溴化鉀窗片上,在紅外燈下保持35min將四氯化碳蒸干(見圖3)。④采用紅外光譜儀進行掃描,得出基質(zhì)瀝青和不同SBS含量改性瀝青圖譜。

(3)SBS含量標準曲線確定。根據(jù)《AASHTO運輸材料標準材料規(guī)范與取樣和試驗方法》(T302-2005)131,對圖譜中965/cm和1365/cm波數(shù)的峰高比、峰面積比和SBS摻量進行回歸?;貧w的曲線和方程式見圖4,不同SBS摻量的SBS改性瀝青的峰高比計算見表3。

從圖4可知,該回歸曲線方程相關(guān)系數(shù)達到 0.9935,線性關(guān)系較好??勺鳛楹罄m(xù)SBS改性瀝青中SBS改性劑含量檢測的評判計算標準公式。具體回歸公式如下:y=0.0334元+0.1352(y為峰高比,z為SBS含量)。

樣品測試

為驗證回歸方程的準確性,對實驗室制備的SBS摻量為4.3%的SBS改性瀝青進行光譜分析,計算得出4.3%的SBS改性瀝青峰高比(O.2793)帶入回歸的方程中,反推出SBS含量4.31%,與理論值基本一致。表明該回歸程可 作 為SBS 改 性瀝青 SBS含量檢測的標準計

算方程。 


進一步驗證方法的可行性,同時對現(xiàn)場抽檢的樣品進行大量的檢測和SBS用量進行統(tǒng)計反算?,F(xiàn)場通過采集收集一周的生產(chǎn)改性瀝青的用為量和使用的改性用量(生產(chǎn)1400t改性瀝青,程可作消耗改性劑63t(摻量4.5%)),并每天檢測改算方性劑摻量,通過檢測連續(xù)十天的摻量的檢測結(jié)果與所使用掉的改性劑量進行對比(見表4)。

從檢測結(jié)果和反算結(jié)果對比可知,試驗誤差基本控制在土0.2%的范圍內(nèi),檢測方法比較可靠。

結(jié)論

(1)通過對測試原理的解讀、定性和定量的分析,并且結(jié)合現(xiàn)場大量的試驗證利用紅外光譜儀壓片法測定SBS改性瀝青中改性劑摻量的方法可行。


(2)本方法測試效率高、精度較高,可以有效控制施工過程改性瀝青的生產(chǎn)質(zhì)量。


(3)在改性瀝青中對改性劑摻量的檢測,目前規(guī)范中沒有一種標準方法,因此探索改性瀝青中改性劑摻量的標準檢測方法非常必要,對改性瀝青質(zhì)量控制也至關(guān)重要。



    能譜科技生產(chǎn)的主要產(chǎn)品集中在紅外光譜儀和紅外測油儀兩大類。在紅外光譜上,公司的目標是打造更為簡單智能的儀器,而紅外測油則是以實現(xiàn)自動化、更快更精準為主要方向。未來,能譜科技將集中自己的優(yōu)勢技術(shù),全身心的打造這兩類產(chǎn)品,爭取將其塑造成為一種精品,為各行各業(yè)帶來新的解決方案。




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