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摘要：红外光谱分析法是鉴定有机化合物结构的重要手段，近年红外光谱成为分析石油沥青微观结构的有效方法之一。沥青红外吸收峰的位置、数目、强度和形状等参数可以对沥青的组成和包含的官能团进行定性分析和鉴定。由于沥青的组成十分复杂，一些官能团的特征吸收峰可能会被其他吸收峰所掩盖和影响，所以仅靠红外光谱难以得到有关沥青组成和结构的全部信息，但是红外光谱可以研究不同沥青的特性；研究沥青老化前后成分的变化，分析氧化反应机理的解析：根据特征吸收峰，确定改性沥青改性剂含量等方面已经具有广泛的应用价值。
关键词：红外光谱 沥青 官能团
1.红外光谱原理
将一束连续的红外光照射到物质上，会引起物质的振动－转动能级跳跃，一些特定波长的红外光会被物质吸收，红外光谱就是记录反映不同波长处的吸光度变化的曲线图。由于各种分子都有其特定的组成和结构，这就决定其具有独特的红外吸收光谱，据此可对分子的特征吸收进行结构判别[3]。
红外光谱分析法的原理是，通过标准浓度（已知浓度）样品（称其为校正集样品）的红外光谱，以此来建立校正模型，同时通过检测标准浓度范围内的样品（称其为验证集样品），由此来验证校正模型，如果验证集样品的浓度检测结果在允许的误差范围内，则表明所建立的校正模型可用来检测未知浓度的样品[4]。
1.1 沥青定性分析
采用红外光谱对物质进行定性分析主要应用在以下一些领域：（1）特定官能团与特征吸收峰的对应关系，（2）化合物定性，（3）测定带有旋光性的物质，（4）检测物质的纯净程度，（5）在线观察反应过程等。
通过对不同沥青红外光谱的红外峰值进行分析，发现大部分沥青所含有的官能团结构相似，但是其组成和含量的不同导致不同种类的沥青在物理性能上区别很大，其中壳牌-70 和双龙-70 易于被氧化，在短期加热的制备过程中就出现了 C=O 的官能团，但是对于沥青具体的结构的区分通过简单的红外图谱的峰值很难进行细分。进一步对沥青各个官能团的含量进行比较，但是在测试时由于红外光谱受浓度影响较大，测试只能达到半定量，谱线峰面积的绝对含量比较意义不大，需要通过计算相对含量来对官能团的峰面积进行定量的分析。
1.2沥青定量分析
改性沥青中改性剂的掺量对改性沥青使用性能影响显著，现有的改性剂掺量测试方法仅仅局限于宏观路用性能方面，测试手段繁琐复杂，而利用红外光谱可以快速的对改性剂掺量进行测试[6]。
徐志荣[4]通过测定不同含量的SBS改性沥青中波数
处的吸光度值，利用回归分析法建立SBS改性剂含量与该处吸光度的关系式，即校正模型，以此来确定验证集改性沥青中SBS改性剂的含量。
张祚强[7]配制一系列含有不同SBR含量的橡胶沥青标准样品，测定了其在
处的吸光度，得到样品浓度与吸光度关系的标准曲线。
钟科[8]在同一试验条件下测得未知样品的吸光度，由标准曲线查得样品的浓度，或计算出吸光度与浓度的回归方程，由回归方程计算得到未知样品的浓度，由此就可以定量测定改性沥青中的改性剂的含量，因此测定改性剂含量的关键就是找改性沥青的特征峰。
蔡菊香[9]在以红外光谱法分析橡胶沥青中SBR含量的研究中，以SBR的反式丁二烯特征谱峰
和沥青中芳香族面外振动吸收峰
的吸光度比为分析基准，得到该比值与SBR含量关系的标准曲线，进而求得SBR含量。
裴建军[10]等则在涂膜法制备的SBR改性沥青红外光谱图中，通过该比值与SBR含量的线性方程来计算改性沥青中SBR的含量。
1.3研究改性沥青共混机理
王涛[11]通过研究SBS共混机理，说明由于SBS与基质沥青在强剪切力作用下的溶混炼以及稳定剂的添加，其中少量的SBS发生断裂，产生大分子自由基，从而与基质沥青发生化学反应，SBS之间发生交联反应而SBS与基质沥青之间发生了化学反应[6]。
肖鹏[12]基于红外光谱法对SBS改性沥青共混机理进行分析，结果表明 SBS 物理改性沥青的红外光谱图为基质沥青与SBS红外光谱图的简单叠加，说明SBS物理改性沥青中 SBS与基质沥青只是简单的物理共混共容.而SBS化学改性沥青红外光谱图和SBS物理改性沥青红外光谱图比较却有略微变化，这是由于沥青与SBS在强剪切力作用下的溶混炼以及稳定剂的添加，有少量的聚合物大分子发生断裂，产生大分子自由基，从而与沥青发生化学反应
李斌[13]发现有机化蒙脱土OMMT与沥青的复合体系的红外光谱仅仅是两者的叠加或者是图谱发生定向位移，并未出现新的官能团震动谱带，这说明它们之间并未形成新的共价键。其原因可能是沥青大分子插层进入OMMT层间导致层间距变大的同时使层间结构发生变化导致官能团键长键角发生变化，使得对称性降低和化学键力常数变小，从而使得频率增大或者减小。
全旭东[14]认为废胎胶粉改性沥青的图谱是基质沥青与胶粉图谱的简单叠加，二者间并没有发生较为明显的化学反应。但是对比加入改性剂和硫化剂的废胎胶粉改性沥青在
附近的峰强度有所减弱，将其归结为改性剂的加入促使胶粉中已经打开的Ｓ＝Ｓ 键和Ｏ结合，形成了活性极强的含氧基团，使胶粉颗粒的活性大为增强促进了二者的融合。
1.4研究沥青老化行为与老化机理
沥青老化是影响道路沥青使用性能的重要因素。沥青的老化主要有四个方面，即氧化老化、挥发物的衰减、自然硬化和渗流硬化 氧化引起的硬化则一直被认为是沥青老化的主要原因。在老化过程中，由于氧的介入生成了酮和亚砜等含氧官能团，使得沥青分子间相互作用力增加，破坏了原有沥青的组成与结构，导致沥青的针入度下降，各种性质发生明显变化。
沥青氧化是沥青老化的主要原因，沥青中的羰基既是沥青氧化的催化剂又是沥青氧化后的产物。因此，利用红外光谱测定沥青老化前后
左右处羰基吸收峰的红外光谱，并计算其吸光度的比值，可以定量分析沥青的老化程度；
处是亚砜基的伸缩振动峰，在沥青老化过程中亚砜官能团很容易由含硫化合物的氧化而形成，也是常用的表征沥青氧化的特征峰[6]。
2 结束语
综上所述，红外光谱法是研究沥青微观结构，测定改性沥青含量从而确定其改性机理解析沥青老化过程的有效手段，对于这方面工作，有待进一步探讨与深入研究。
论文作者:毕飞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/14
标签：沥青论文; 光谱论文; 官能团论文; 含量论文; 光度论文; 改性沥青论文; 样品论文; 《基层建设》2018年第12期论文;