[发明专利]一种基于光学特性的手持式沥青蜡含量快速定量仪

说明书

本发明属于沥青胶结料中蜡含量定量领域，公开了一种基于光学特性的手持式沥青蜡含量快速定量仪，包括光谱硬件设备、移动终端系统和云端服务器，其中光谱硬件设备包括光谱信息采集单元、控制单元、外壳单元和供电单元。光谱信息采集单元根据合适的光学模型采集沥青的反射光，控制单元将光谱信息转化为数字信号传递至移动终端系统，移动终端系统对信号进行预处理后发送至云端服务器，服务器通过调用光泽度数学模型以及已知蜡含量与沥青光泽度的线性方程对接收的数据进行分析与鉴定，将蜡含量的分析结果返回至移动终端系统。其目的在于，提供一种方便、快捷、精确度高且实用性强的蜡含量定量仪器以及定量方法。

技术领域

本发明涉及沥青胶结料中蜡含量定量技术，具体涉及一种基于光学特性的手持式沥青蜡含量快速定量仪。

背景技术

沥青胶结料是一种粘弹性材料，由于其固体蜡(成分主要为C20-C40直链烷烃类)含量较高，通常会导致沥青路面性能较差。由于固体蜡对道路建设中使用的典型集料的亲和力较低，含蜡粘合剂很容易从大石头上剥离，从而导致松脱、开裂和水分损害。沥青胶结料中的蜡结晶也促进相分离，这直接导致抗裂性降低。此外，蜡对分散在轻组分中的沥青质起到絮凝剂的作用，因此当沥青胶结料在低温和老化时，沥青质含量增加，从而导致胶态体系处于不稳定状态。

在20世纪80年代还没有准确和实用的方法来量化沥青胶结料的原位蜡含量，这个问题一直持续到现在。沥青的热可逆老化现象对沥青胶结料的低温性能有较为严重的影响，Superpave的主要缺陷是它在很大程度上忽视了与结晶蜡相关的热可逆老化对沥青胶结料低温等级的影响。石蜡分解、自由体积坍缩、蜡结晶和伴随形成的刚性非晶相和沥青质聚集被认为是导致低温下沥青胶结料热可逆老化的四种因素。然而应该注意的是，这些机制是相互关联的，因为当蜡结晶时，自由体积减少，当蜡存在时，沥青质沉淀。因此预防热可逆老化现象的最有效的方法将是找到一个准确和精确的方法来量化沥青胶结料中的晶体蜡含量。在确定沥青胶结料蜡含量的条件下，可以采取一定的措施对蜡的含量进行限制。

随着现代化学分析技术的发展，Xiaohu Lu开发了火焰离子化检测(TLC-FID)薄层色谱法，用于测定沥青胶结料中的蜡含量。该技术相对快速、经济，但由于高分子量石蜡在分离过程中所使用的溶剂中溶解性差，缺乏重现性，且仅在一个温度(通常为-20℃)下获得蜡含量。

另一种测定蜡含量的简单方法是由许多研究者提出的差示扫描量热法。根据蜡的来源不同，用来计算固体蜡在沥青胶结料中含量的熔融焓值可以在100～300J/g之间变化，随着粘结剂温度从-15℃下降到-30℃，沉淀蜡的累积量迅速趋于稳定，而不是像预期的那样增加，这可能是由于低温下扩散的限制。质子核磁共振是由Saxena开发的，用于预测原油和石油馏分中固体蜡的含量，但该方法成本昂贵，而且对于低温下的沥青胶结料来说可能存在技术挑战。

因此鉴于光谱检测是无损非接触、高效率、高精度且成本低，基于沥青胶结料的光泽度来确定沥青胶结料的蜡含量是一种很有前途的技术，本发明旨在开发出一种基于沥青胶结料光学特性的手持式沥青蜡含量快速定量仪。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明开发的一种基于光学特性的手持式沥青蜡含量快速定量的设备，相比于已有的定量方法，本发明可以快速、准确且便捷地对沥青胶结料的蜡含量进行确定。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于光学特性的手持式沥青蜡含量快速定量仪，包括依次通信连接的光谱硬件设备、移动终端设备以及云端服务器，其特征在于，所述光谱硬件设备包括用于采集沥青的反射光数据的光谱信息采集单元以及用于将光反射光数据转化为数字信号传递至移动终端系统的控制单元。

采用上述技术方案，光谱信息采集单元根据合适的光学模型采集沥青的反射光数据，控制单元将光反射光数据转化为数字信号传递至移动终端系统，移动终端系统对信号进行处理后发送至云端服务器，服务器通过调用光泽度数学模型以及已知蜡含量与沥青光泽度的线性方程对接收的数据进行分析与鉴定，将蜡含量的分析结果返回至移动终端系统；通过基于沥青的光学特性对沥青中蜡含量进行定量的方式或手段，解决了现有技术中沥青蜡含量定量程序复杂且成本高的技术问题，实现了快速、准确且便捷地对沥青胶结料的蜡含量进行定量的技术效果。