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用便攜式漫反射光譜儀檢測瀝青路面的老化情況
2015-01-28
瀝青路面建成之后，由于交通與瀝青成分氧化官能團(tuán)化的緣故，瀝青路面的質(zhì)量會開始退化。一般來說，瀝青路面的氧老化和揮發(fā)物衰減是瀝青脆化的主要原因，從而縮短瀝青路面使用壽命。因此，評價和控制瀝青路面的老化速率對于預(yù)測路面退化趨勢是至關(guān)重要的，有助于道路管理機(jī)構(gòu)制定總體的路面管理計(jì)劃。
美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（SHRP）所研究的高性能瀝青路面，即超級路面系統(tǒng)中介紹，在加速氧化的前后測量瀝青膠結(jié)料的粘彈性參數(shù)，可以預(yù)測其老化指數(shù)和性能等級。在SHRP計(jì)劃第一階段使用了傅里葉變換紅外光譜儀來評價不同原油來源下的瀝青化學(xué)組分的差異對其粘彈性的影響。此過程需要精心制作所有膠結(jié)料的樣本并且對多個路面鉆芯取樣進(jìn)行抽提，以制備一個膠結(jié)料樣本。不僅耗費(fèi)金錢和時間，也危害環(huán)境，而像阿布森瀝青回收法這樣的抽提過程由于使用了高度反應(yīng)性溶劑，還可能改變樣本的化學(xué)結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致其硬化。
多年來的研究結(jié)果表明，瀝青硬度和其羰基含量之間具有高度的相關(guān)性。然而此前的研究并未將瀝青路面的現(xiàn)場監(jiān)控作為目標(biāo)。現(xiàn)在，我們使用一種便攜式漫反射傅里葉變換紅外光譜儀（DRIFTS）對來自于瀝青路面細(xì)小的顆粒化的瀝青混合料樣本測定其氧化程度。直接對瀝青混合料進(jìn)行DRIFTS試驗(yàn)不會改變樣本，與其他檢測對象是抽提膠結(jié)料的紅外技術(shù)相比，能夠?qū)嶋H地反映老化瀝青混合料的化學(xué)變化。使用DRIFTS得到的一個典型的檢測結(jié)果，顯示隨著路面的老化，瀝青路面在不同使用階段的羰基含量不斷增加。
快速和安全的取樣過程，結(jié)合更加迅捷的現(xiàn)場DRIFTS測量方法，僅需簡單的培訓(xùn)，便可以在幾分鐘內(nèi)完成整個檢測和分析。這使得該方法對于道路管理機(jī)構(gòu)和承包商監(jiān)控路面性能和瀝青化學(xué)性能是很有吸引力的。獲取氧化數(shù)據(jù)有助于了解路面的退化情況，而退化情況將影響路面的使用性能。DRIFT可以用來確定路面氧化的臨界水平，以此作為采取路面養(yǎng)護(hù)措施的臨界值，在路面產(chǎn)生大量裂縫等破壞之前進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。總之，DRIFTS技術(shù)可以被道路管理機(jī)構(gòu)采納作為一種非破壞性的離線檢測方法，幫助路面工程師在路面養(yǎng)護(hù)計(jì)劃上做出更加明智的決定。
美國公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（SHRP）所研究的高性能瀝青路面，即超級路面系統(tǒng)中介紹，在加速氧化的前后測量瀝青膠結(jié)料的粘彈性參數(shù)，可以預(yù)測其老化指數(shù)和性能等級。在SHRP計(jì)劃第一階段使用了傅里葉變換紅外光譜儀來評價不同原油來源下的瀝青化學(xué)組分的差異對其粘彈性的影響。此過程需要精心制作所有膠結(jié)料的樣本并且對多個路面鉆芯取樣進(jìn)行抽提，以制備一個膠結(jié)料樣本。不僅耗費(fèi)金錢和時間，也危害環(huán)境，而像阿布森瀝青回收法這樣的抽提過程由于使用了高度反應(yīng)性溶劑，還可能改變樣本的化學(xué)結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致其硬化。
多年來的研究結(jié)果表明，瀝青硬度和其羰基含量之間具有高度的相關(guān)性。然而此前的研究并未將瀝青路面的現(xiàn)場監(jiān)控作為目標(biāo)。現(xiàn)在，我們使用一種便攜式漫反射傅里葉變換紅外光譜儀（DRIFTS）對來自于瀝青路面細(xì)小的顆粒化的瀝青混合料樣本測定其氧化程度。直接對瀝青混合料進(jìn)行DRIFTS試驗(yàn)不會改變樣本，與其他檢測對象是抽提膠結(jié)料的紅外技術(shù)相比，能夠?qū)嶋H地反映老化瀝青混合料的化學(xué)變化。使用DRIFTS得到的一個典型的檢測結(jié)果，顯示隨著路面的老化，瀝青路面在不同使用階段的羰基含量不斷增加。
快速和安全的取樣過程，結(jié)合更加迅捷的現(xiàn)場DRIFTS測量方法，僅需簡單的培訓(xùn)，便可以在幾分鐘內(nèi)完成整個檢測和分析。這使得該方法對于道路管理機(jī)構(gòu)和承包商監(jiān)控路面性能和瀝青化學(xué)性能是很有吸引力的。獲取氧化數(shù)據(jù)有助于了解路面的退化情況，而退化情況將影響路面的使用性能。DRIFT可以用來確定路面氧化的臨界水平，以此作為采取路面養(yǎng)護(hù)措施的臨界值，在路面產(chǎn)生大量裂縫等破壞之前進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。總之，DRIFTS技術(shù)可以被道路管理機(jī)構(gòu)采納作為一種非破壞性的離線檢測方法，幫助路面工程師在路面養(yǎng)護(hù)計(jì)劃上做出更加明智的決定。
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