基于红外光谱分析的抗剥落剂现场质量快速评价方法研究
水损坏是沥青路面病害的一种主要形式，各国的沥青路面都存在不同程度的水损坏。这种损坏通常的表现是沥青从集料表面剥落，沥青混合料粘结力损失，路面强度和稳定性降低，伴之出现各种病害，严重影响了路面的使用性能与耐久性能。沥青从集料表面剥落，在某些环境下先于其他路面病害发生，它是其他病害发生的诱因之一，因此，预防水损坏，改善沥青混合料水稳定性已经上升到越来越重要的地位。沥青混合料水稳定性可以通过材料选择、混合料设计、路面结构设计、施工等方面来改善，其中材料选择是基础，在众多材料配伍中，不改变原设计配合比，只添加抗剥落剂是简而易行、性价比优良的一项措施。
沥青抗剥落剂的研究始于20世纪40年代，主要包括无机类抗剥落剂、金属皂化物类抗剥落剂、表面活性剂类抗剥落剂和高分子类抗剥落剂。高分子类抗剥落剂因为具有低剂量、高效能、易添加等优点，是目前使用最广泛的抗剥落剂。高分子类抗剥落剂因成分复杂，目前并没有直接有效的测试方法。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)和《沥青混合料改性添加剂第4部分:抗剥落剂》(JT/T860.4-2014)关于抗剥落剂的评价也都是对抗剥落剂改性后的沥青及沥青混合料抗水损害能力的间接评价，具有检测周期长，测试方法复杂，工程现场难以开展等问题。因为缺乏直接快速的评价方法，抗剥落剂在工程现场的质量检测机会为零，质量控制难以开展。
红外光谱分析是有机化合物结构鉴定中的重要手段，红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴别未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与化学基团的含量有关，可用于进行定量分析和纯度鉴定。高分子类抗剥落剂作为有机化合物，其红外光谱采集就像指纹采集一样，将现场逐批采集到的材料红外光谱与经第三方确认质量合格的该材料采集的红外光谱进行比对，如果比对合格该批材料即可认定合格可予入库，如果比对不合格，该批材料即为可疑产品，不予入库。该方法具有检测速度快、结果可信度高、操作简单等优点，可有效服务于抗剥落剂现场质量控制工作中。
原材料及试验方案
原材料性能
试验沥青胶结料为盘锦90号A级道路石油沥青，石料为内蒙古花岗岩，抗剥落剂A和抗剥落B均为为市售不同生产厂家的高分子类抗剥落剂。
通过与石英和钠长石XRD图谱的比对，可以初步判定该石料中石英的含量不低于60%，因此该石料为典型酸性石料。
调制抗剥落剂
对抗剥落剂B进行调制。
试验设备
试验采用美国安捷伦TechnologiesAgilent5500进行样品红外光谱的采集，测量模式为9次衰减全反射傅里叶型红外光谱，波长范围650～4000cm-1，扫描次数32次/s，分辨率4cm-1。
试验方案
依据《沥青混合料改性添加剂第4部分:抗剥落剂》(JT/T860.4-2014)对抗剥落剂A、抗剥落剂B、抗剥落剂B-1、抗剥落剂B-2四种抗剥落剂的性能进行评价。
采用傅里叶红外光谱仪对抗剥落剂A、抗剥落剂B、抗剥落剂B-1、抗剥落剂B-2四种抗剥落剂进行红外光谱扫描。
红外光谱测量原理
将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
抗剥落剂的主要成分为高分子类表面活性剂，属有机物质，可以通过红外光谱分析技术，探测其化学组成结构。当抗剥落剂的成分发生变化后，可以通过红外谱图的比对，明确其成分是否发生变化。此外依据朗白-比尔定律，可以对化学组成进行半定量分析，朗白-比尔定律表示如下:A-εlc式中，A为吸光度；ε为吸光系数或摩尔吸收率；l为光程，即光通过样品的距离；c为为吸光组分在样品中的浓度。
对于同一物质、同一设备，ε和l为定值，c与A呈正比，因此当抗剥落剂被水等低成本物质稀释后，可以通过吸光度的变化，来鉴别抗剥落剂中有效成分含量是否发生变化。
试验结果分析
抗剥落剂常规性能评价
依据“JT/T860.4-2014”中的试验方法对抗剥落剂的含水量、老化前与粗集料的粘附性、老化后与粗集料的粘附性进行评价。
可看出，老化前四种抗剥落剂对沥青都有明显的改性作用，加入抗剥落剂后沥青与粗集料的粘附性由未改性的3级提高至4级或5级；老化后，因为胺类抗剥落剂的热稳定性差，抗剥落剂A改性沥青与粗集料的粘附性由老化前的4级降低至3级。由抗剥落剂B调制出的两种低有效成分抗剥落剂B-1和B-2，因为有效成分含量降低，抗剥落剂B-1的有效成分含量为40%、抗剥落剂B-2的有效成分含量为20%，其改性沥青与粗集料的粘附性为4级，低于抗剥落剂B改性沥青与粗集料的粘附性。
此外，由表2可知，抗剥落剂B-1的含水量为30%、抗剥落剂B-2的含水量为50%。但表3中，抗剥落剂B-1的含水量测试结果仅为2.9%，抗剥落剂B-2的含水量测试结果仅为2.8%，远低于实际的含水量。分析原因，应该是抗剥落剂B和乙二醇有很好的相溶性，二甲苯或甲苯等溶剂很难将水分带出来。因此，该测试方法不能有效反映抗剥落剂中的有效成分含量，给厂家提供了偷工减料的可能。
红外光谱测试结果分析
将由抗剥落剂B调制后抗剥落剂B-1、抗剥落剂B-2和抗剥落剂B进行红外光谱测试。
可见，因为成分比例不同，3种抗剥落剂红外光谱图明显不同，其中2900cm-1和3400cm-1波数下，3种抗剥落剂都出现了明显的红外吸收峰，但峰高不同。2900cm-1处为-CH吸收峰和3400cm-1处为-OH伸缩振动吸收峰，抗剥落剂B-1和抗剥落剂B-2较抗剥落剂B分别加入了不同含量的水和乙二醇，抗剥落剂B-2与抗剥落剂B-1相比，抗剥落剂B-2中的水分含量高，乙二醇含量相同，抗剥落剂B的含量低。已知的水和乙二醇中都含有大量的-OH官能团，抗剥落剂B为有机物，因此抗剥落剂B和乙二醇中都含有大量的-CH官能团。有表2的调制方案可知，-OH官能团的含量:抗剥落剂B-2＞抗剥落剂B-1＞抗剥落剂B；-CH官能团的含量:抗剥落剂B＞抗剥落剂B-1＞抗剥落剂B-2。这一结果与图2中三种抗剥落剂在2900cm-1和3400cm-1处的吸光度大小相一致。
结论
(1)现有沥青抗剥落剂的评价方法“JT/T860.4-2014”中，老化前后沥青与粗集料的粘附性为间接测试方法，单个样品的测试时间为5～6h，测试时间偏长，无法在现场实现逐桶检查；含水量试验为直接测试方法，但结果表明，该试验结果不可靠，不能有效实现抗剥落剂直接的质量控制。
(2)红外光谱测试，可以直接检测出抗剥落剂中有效成分含量的变化，测试时间快，准确度高，可以在现场实现对抗剥落剂的逐桶检查，具有很高的工程应用价值。
(3)依据红外光谱的测试原理，该方法还能应用于温拌剂、抗车辙剂等沥青改性剂的现场质量控制工作中。
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综述
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焦点事件
