基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法

1.本发明涉及一种废旧沥青混合料循环利用与绿色低碳相关技术领域，尤其涉及一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法。


背景技术：

2.随着我国交通事业的蓬勃发展，各等级沥青路面相继进入大、中修阶段或改扩建阶段，由此产生的废旧沥青混合料逐年增多，如不加以有效再生利用必将造成沥青、集料等资源的巨大浪费，同时这些废旧沥青混合料还需大量土地资源堆放，导致自然环境的极大污染。目前我国废旧沥青混合料再生技术中关于旧沥青的老化程度和有效性的研究成果严重缺失，再生技术设计规范也未考虑废旧沥青混合料中旧沥青的有效性；在设计过程中仍然以旧沥青和基质沥青具有完全相同的路用性能为前提，这导致了再生混合料的油石比偏低，路用性能不佳，再生混合料的实际路用性能与废旧沥青混合料的掺量仍存在此消彼长的矛盾问题，导致废旧沥青混合料无法得到有效推广应用。
3.因此，对于废旧沥青混合料的有效再生利用已迫在眉睫，寻求一种科学评价废旧沥青混合料中旧沥青的有效性方法，不仅能实现废旧沥青混合料的有效再生利用，还能有效改善现有再生混合料中部分关键路用性能，具有显著的经济与环境效益。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，解决当下再生沥青混合料设计理念的偏差带来的技术问题，随着沥青路面服役年限的延长，作为胶结料的沥青不断老化，对集料的粘附性持续下降，且这种劣化趋势是不可逆的，因此，在再生混合料的设计中很有必要考虑废旧沥青混合料中旧沥青的性能劣化问题，即有效率的问题，本发明提出一种废旧沥青混合料中旧沥青的有效率概念，用于评价沥青的宏观路用性能，为客观科学地设计热再生混合料配比提供数据支持，确保了再生沥青混合料路用性能。
5.本发明提供的一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，包括以下步骤：
6.s1.在废旧沥青混合料中提取出旧沥青；
7.s2.收集与旧沥青型号相同的基质沥青，并用基质沥青制备完全老化沥青；
8.s3.采用溴化钾压片法制作旧沥青、基质沥青和完全老化沥青的红外光谱样品；
9.s4.使用红外光谱仪测定旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基和c-h的红外光谱图及特征吸收峰；
10.s5.通过红外光谱分析软件对旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的红外光谱图进行基线校正，并计算校正后的旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基特征吸收峰面积和c-h特征吸收峰面积；
11.s6.将羰基特征吸收峰面积与对应沥青的c-h特征吸收峰面积相比，得到旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数；
12.s7.根据旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数计算得到旧
沥青的有效率。
13.进一步，步骤s1中，通过离心分离法提取出废旧沥青混合料中的旧沥青。
14.进一步，步骤s2中，通过沥青旋转薄膜加热试验rtfot对基质沥青进行短期老化，然后通过压力老化容器加速沥青老化试验对短期老化后的基质沥青进行长期老化，将长期老化完成后的基质沥青作为完全老化沥青。
15.进一步，步骤s7中，通过如下公式计算旧沥青的有效率：
[0016][0017]
其中，re表示旧沥青的有效率，ri
c＝o
表示完全老化沥青的羰基指数，wi
c＝
o表示旧沥青的羰基指数，ni
c＝o
表示基质沥青的羰基指数。
[0018]
本发明的有益效果：本发明提出的废旧沥青混合料中旧沥青有效率的计算方法，通过计算旧沥青、基质沥青和完全老化沥青的羰基指数计算有效率，为科学客观的确定再生混合料中的油石比和基质沥青用量提供数据支持，保证了再生混合料的路用性能。
附图说明
[0019]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
[0020]
图1为本发明流程图。
具体实施方式
[0021]
以下结合说明书附图对本发明作出进一步说明：
[0022]
本发明提供的一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，包括以下步骤：
[0023]
s1.在废旧沥青混合料中提取出旧沥青；
[0024]
s2.收集与旧沥青型号相同的基质沥青，并用基质沥青制备完全老化沥青；
[0025]
s3.采用溴化钾压片法制作旧沥青、基质沥青和完全老化沥青的红外光谱样品；
[0026]
s4.使用红外光谱仪测定旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基和c-h的红外光谱图及特征吸收峰；
[0027]
s5.通过红外光谱分析软件对旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的红外光谱图进行基线校正，并计算校正后的旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基特征吸收峰面积和c-h特征吸收峰面积；
[0028]
s6.将羰基特征吸收峰面积与对应沥青的c-h特征吸收峰面积相比，得到旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数；
[0029]
s7.根据旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数计算得到旧沥青的有效率。通过上述方法，能够简单、快捷地计算出废旧沥青混合料中的旧沥青有效率，为科学地设计再生混合料配比提供数据支持，有助于提高废旧沥青混合料的再生利用率。
[0030]
本实施例中，步骤s1中，选取三种废旧沥青混合料，分别取自江西樟吉(樟树至吉安)高速公路改扩建工程a2标、重庆渝遂(重庆至遂宁)高速大修工程及重庆渝武(重庆至武胜)高速公路养护工程；分别对三种废旧沥青混合料进行离心抽提，得到三种旧沥青，依次标记为旧沥青a、旧沥青b和旧沥青c，其中选取的三种废旧沥青型号均为ah-70，型号参照
《公路沥青路面施工技术规范》中的规定，ah表示重交石油沥青，70表示沥青的针入度，70号沥青的针入度在60-80之间。
[0031]
本实施例中，步骤s2中，收集与旧沥青型号相同的基质沥青，本技术中收集的是ah-70基质沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程jtge20-2011》所述试验方法对ah-70基质沥青进行完全老化：
[0032]
首先，通过沥青旋转薄膜加热试验对ah-70基质沥青进行短期老化，然后将短期老化后的ah-70基质沥青进行80h的压力老化容器加速沥青老化试验，将经过短期老化和80h压力老化的ah-70基质沥青作为完全老化沥青，其中，沥青旋转薄膜加热试验和压力老化容器加速沥青老化试验为现有技术，在此不加以赘述。
[0033]
本实施例中，步骤s3中，按照gb/t 6040-2019试验标准制作旧沥青a、旧沥青b、旧沥青c、ah-70基质沥青和完全老化沥青的红外光谱样品，制作红外光谱样品采用溴化钾压片法，其中，溴化钾压片法为现有技术，在此不加以赘述。
[0034]
本实施例中，步骤s4中，采用ftir-8400s型傅里叶变换红外光谱仪分别测定三种旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品在红外光谱图中的羰基和c-h特征吸收峰，得到三种旧沥青样品的羰基和c-h的红外光谱图及特征吸收峰、基质沥青样品的羰基和c-h的红外光谱图及特征吸收峰，以及完全老化沥青样品的羰基和c-h的红外光谱图及特征吸收峰，其中，ftir-8400s型傅里叶变换红外光谱仪波数扫描范围为4000～400cm-1
，c-h特征吸收峰是指波数在3000～2800cm-1
范围内的吸收峰；羰基特征吸收峰是指波数在1700cm-1
附近的吸收峰。通过上述方法，能够降低物质间的相互感染，提高羰基指数分析的准确性。
[0035]
本实施例中，步骤s5中，使用红外光谱分析软件omnic对三种旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的红外光谱图进行基线校正，并通过红外光谱分析软件omnic计算三种旧沥青样品中的羰基特征吸收峰面积和波数范围在3000～2800cm-1
之间的c-h特征吸收峰面积、基质沥青样品中的羰基特征吸收峰面积和波数范围在3000～2800cm-1
之间的c-h特征吸收峰面积，以及完全老化沥青样品中的羰基特征吸收峰面积和波数范围在3000～2800cm-1
之间的c-h特征吸收峰面积。
[0036]
本实施例中，步骤s6中，分别将三种旧沥青的羰基特征吸收峰面积与对应沥青的c-h特征吸收峰面积相比，即将旧沥青样品的羰基特征吸收峰面积与旧沥青样品c-h特征吸收峰面积相比，得到旧沥青样品的羰基指数；将基质沥青样品的羰基特征吸收峰面积与基质沥青样品的c-h特征吸收峰面积相比，得到基质沥青样品的羰基指数；将完全老化沥青样品的羰基特征吸收峰面积与完全老化沥青样品的c-h特征吸收峰面积相比，得到完全老化沥青样品的羰基指数；
[0037]
本实施例中的不同沥青的羰基指数如表1所示：
[0038]
表1不同沥青的羰基指数
[0039]
沥青类型旧沥青a旧沥青b旧沥青cah-70基质沥青完全老化沥青羰基指数0.4790.5470.4460.0811.138
[0040]
本实施例中，步骤s7中，根据旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数计算得到旧沥青的有效率，有效率计算公式为：
[0041][0042]
其中，re表示旧沥青的有效率，ri
c＝o
表示完全老化沥青的羰基指数，wi
c＝o
表示旧沥青的羰基指数，ni
c＝o
表示基质沥青的羰基指数；
[0043]
本实施例中，以旧沥青a样品为例，有效率计算过程如下：
[0044][0045]
旧沥青a样品的有效率为62.3％，旧沥青b样品的有效率为55.9％，旧沥青c样品的有效率为65.5％，基质沥青的有效率是100％，完全老化沥青的有效率是0％，旧沥青a样品的有效率为62.3％表示旧沥青a的宏观路用性能下降明显，也就是旧沥青a与基质沥青相比宏观路用性能下降明显，其中，基质沥青是指用于生产改性沥青，掺加沥青改性剂进行改性的基础沥青；根据旧沥青的有效率可以科学合理的设计再生混合料中基质沥青的掺量，保证再生混合料的路用性能。
[0046]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.在废旧沥青混合料中提取出旧沥青；s2.收集与旧沥青型号相同的基质沥青，并用基质沥青制备完全老化沥青；s3.采用溴化钾压片法制作旧沥青、基质沥青和完全老化沥青的红外光谱样品；s4.使用红外光谱仪测定旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基和c-h的红外光谱图及特征吸收峰；s5.通过红外光谱分析软件对旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的红外光谱图进行基线校正，并计算校正后的旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基特征吸收峰面积和c-h特征吸收峰面积；s6.将羰基特征吸收峰面积与对应沥青的c-h特征吸收峰面积相比，得到旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数；s7.根据旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数计算得到旧沥青的有效率。2.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，其特征在于：步骤s1中，通过离心分离法提取出废旧沥青混合料中的旧沥青。3.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，其特征在于：步骤s2中，通过沥青旋转薄膜加热试验rtfot对基质沥青进行短期老化，然后通过压力老化容器加速沥青老化试验对短期老化后的基质沥青进行长期老化，将长期老化完成后的基质沥青作为完全老化沥青。4.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，其特征在于：步骤s7中，通过如下公式计算旧沥青的有效率：其中，r
e
表示旧沥青的有效率，ri
c＝o
表示完全老化沥青的羰基指数，wi
c＝
表示旧沥青的羰基指数，ni
c＝o
表示基质沥青的羰基指数。

技术总结
一种基于红外光谱的旧沥青有效率计算方法，包括以下步骤：S1.提取出旧沥青；S2.收集与旧沥青型号相同的基质沥青，并用基质沥青制备完全老化沥青；S3.制作旧沥青、基质沥青和完全老化沥青的红外光谱样品；S4.测定旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基和C-H的红外光谱图及特征吸收峰；S5.计算校正后的旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基吸收峰面积和C-H特征吸收峰面积；S6.计算旧沥青样品、基质沥青样品和完全老化沥青样品的羰基指数；S7.计算得到旧沥青的有效率。通过上述方法，能够简单、快捷地计算出废旧沥青混合料中的旧沥青有效率，为科学地设计再生混合料配比提供数据支持，有助于提高废旧沥青混合料的再生利用率。合料的再生利用率。合料的再生利用率。


技术研发人员：王朝南 陈辉强 李春强 杨杰 杨洁 胡显彬 卢基安 李廷元 王以正
受保护的技术使用者：重庆交通大学 中铁十八局集团第五工程有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/19