沥青路面作为现代交通基础设施的核心载体，其材料性能直接影响路网服役安全与运维效率。当前行业质量控制体系面临多重挑战：实验室检测方法的时效性滞后，难以满足动态养护需求；传统指标与材料微观结构演变的关联机制尚未完全明确；破坏性取样方式制约了质量追溯体系的完整性。鉴于此，发展新型快速诊断技术成为提升沥青路面全生命周期管理水平的关键突破口。红外光谱分析技术凭借分子层面物质识别的独特优势，为材料性能评估提供了新的方法论基础。相较于依赖物理性能测试的常规方法，该技术通过特征官能团解析可直接反映沥青氧化老化、组分迁移等微观劣化过程，同时通过建立多源异构光谱数据库，结合机器学习算法构建沥青老化状态智能评价模型，可实现材料性能演变的动态追踪与趋势预测。
1 工程概况
某高速公路工程在铺装材料选择上采取分级应用策略：中、下面层结构统一选用50#-A级石油基质铺路沥青，而承载要求更高的表面层则采用SBSI-D型聚合物改性的70#-A级基质沥青体系。为确保材料性能达标，施工单位严格实施进料管控措施，所有进场沥青均按运输单元进行质量抽检，通过实验室性能测试与红外光谱双重验证后准许投入施工。
2 技术方案设计
2.1 监测系统总体设计
2.1.1 三模协同架构
三模协同架构基于光谱特征解析引擎构建多维度数据处理体系，通过标准数据库模块、实时检测模块、专家决策模块的有机联动实现沥青质量动态管控。标准数据库模块集成实验室预先建立的50#-A、70#-A级石油沥青及SBS改性沥青光谱模型库，采用化学计量学算法对3000～2800 cm-1和1600～1330 cm-1特征峰实施基线校正与噪声过滤处理，形成包含135个特征参数的数字化标准模板[1]。实时检测模块搭载自适应光谱匹配算法，通过移动端检测设备实时采集的沥青光谱数据，在特征频率区执行快速比对运算，同时在指纹区启动二次验证程序，运用动态窗口扫描技术捕捉1330～400 cm-1区间的分子振动特征差异。专家决策模块结合工程实际设定多级质量阈值，当光谱相似度偏离标准值±1.2%时，自动触发三级预警机制并调取历史检测数据进行交叉验证，同时将异常数据实时推送至实验室复检终端。
2.1.2 硬件系统组成
硬件系统以移动检测车为载体，集成傅里叶变换红外光谱核心单元，配置全自动进样装置与恒温控制系统，形成了三位一体的检测体系。车载式光谱分析仪配备了分辨率达0.5 cm-1的高灵敏度干涉仪探测器，并使用了ZnSe晶体材质的水平衰减全反射附件，可在不破坏沥青样本的条件下实现30 s内单次光谱采集。温控模块通过半导体帕尔贴元件将样本仓温度精确控制在（25±0.3）℃，有效抑制沥青样本因热膨胀引起的折射率变化[2]。自动化进样系统搭载六轴机械臂与视觉定位装置，配合特制石英样品杯实现每小时20批次检测通量，其重复定位精度达到±5µm。
2.2 红外光谱快速检测方案
2.2.1 红外光谱快速检测技术优化
通过优化光谱采集参数设置，系统将单次扫描时间压缩至18 s，同时采用动态窗口扫描技术实现4000～400 cm-1全波段连续覆盖。在数据处理算法层面，系统引入自适应基线校正算法，消除沥青样本因制备差异产生的散射干扰，使特征峰识别准确率提升至98.6%[3]。针对改性沥青中SBS特征峰易受基质沥青干扰的难题，系统通过二阶导数光谱，结合移动窗口偏最小二乘法的解析策略，将SBS掺量检测下限拓展至2.3%。通过建立基于马氏距离的光谱相似度量化模型，设定多级质量阈值体系，当3000～2800cm-1区间烷烃特征峰面积偏差超过±1.5%或指纹区相似度低于97%时，系统将自动触发复检程序。
2.2.2 全自动检测流程
系统启动后，机械臂通过视觉定位装置精准抓取样品杯，随后在恒温仓内完成对沥青样本的熔融与均质化处理。预处理后的样本经水平衰减全反射附件自动定位，利用傅里叶变换红外光谱仪在0.5cm-1分辨率下进行全波段扫描，结合动态窗口技术同步捕捉4000～400 cm-1区间特征光谱。采集数据经光纤传输至中央处理器，系统优先调用标准数据库中的光谱模型进行基线校正，运用移动窗口偏最小二乘法对改性剂特征峰实施二次解析[4]。数据处理引擎在30 s内完成光谱相似度计算，通过马氏距离模型自动生成质量评价报告。当异常样本触发三级预警机制时，系统自动启动历史数据追溯功能，将异常光谱与同批次检测数据交叉比对，同时推送复检指令至实验室终端。
2.3 质量控制标准
基于光谱-性能双关联的质量控制标准体系，以特征频率区烷基链C-H伸缩振动峰面积偏差（±1.5%）为一级控制指标，指纹区光谱相似度（≥97%）为核心判定基准，并结合改性沥青在1600～1480 cm-1区间的苯乙烯特征峰强度值建立复合评价模型。对于基质沥青，当红外光谱与标准模板的相关系数r<0.982时，系统自动触发初级预警，同步启动三大指标的实验室复检。若检测到改性剂特征峰偏移量超过±2.3 cm-1或峰强比异常波动，则激活二级质量追溯程序，调取同批次历史光谱数据进行趋势分析。
3 沥青质量检测结果分析
3.1 标准样本图谱的建立
为构建标准样本的红外光谱数据库，笔者选取了50#-A级和70#-A级两种道路石油沥青作为研究对象。在厂区沥青储罐完成样本采集后，采用傅里叶变换红外光谱仪对两种试样分别进行30次重复扫描。通过化学计量学方法对原始光谱数据进行基线校正、平滑处理及标准化运算，构建基于主成分分析的三维光谱响应模型。两种沥青在4000～1330 cm-1特征频率区呈现相似的光谱波动特征，表明其核心官能团组成具有同源性。值得注意的是，在2800～3000 cm-1和1330～1600 cm-1波段范围内，吸收峰强度及峰形参数存在一定差异，这源于不同官能团结构对特定波段的吸收特性差异。在1330～400 cm-1指纹识别区，样本间光谱特征曲线呈现明显分异性，即便同源试样在重复检测中亦表现出细微波动，表明该区域的光谱响应与沥青分子结构间存在精确对应关系，可作为物质鉴别的核心依据。
3.2 红外光谱图检测
在沥青质量监控过程中，笔者对进口50#-A级、70#-A级和国产50#-A级道路石油沥青进行批次抽样分析。采用配备衰减全反射附件的光谱检测系统，分别完成40组进口50#-A级、40组70#-A级和10组国产50#-A级的红外光谱数据采集。通过将实测光谱与预建标准数据库进行峰位匹配度分析和峰强偏差计算，建立基于主成分残差的质量判定依据，检测结果如表1所示。
表1沥青红外光谱试验检测结果
为确保数据可靠性，所有样本均同步开展软化点、针入度、延度3项基础性能测试。针对光谱检测异常样本，除基础指标复核外，额外实施动态剪切流变、旋转薄膜烘箱老化等全项指标验证。值得注意的是，对光谱检测合格的样本按5%比例随机抽检全项指标，形成质量监控双保险机制。
由表2可知，进口50#-A级和70#-A级道路石油沥青质量稳定性表现较好，光谱检测与物理指标测试均100%达标。相较而言，国产50#-A级沥青存在明显质量波动，其30%的样本未达标。主要缺陷体现在旋转薄膜烘箱老化后的延度参数超出《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定的限值。值得注意的是，常规3项指标检测方法可能存在质量误判风险。光谱异常样本经全项测试后，其动态剪切流变参数与压力老化容器试验结果均出现偏离，而光谱合格样本的随机抽检则完全符合规范要求。另外，光谱检测结果与物理化学指标检测数据存在显著相关性，所有通过光谱筛选的样本在弹性恢复率、闪点等18项技术指标中均达标，而光谱异常样本的布氏旋转黏度、蜡含量等关键参数均显示不合格。研究结果验证了红外光谱技术作为沥青质量控制核心手段的可靠性，特别是在识别改性剂掺量异常、老化程度超标等潜在质量缺陷方面具有显著优势。
表2沥青试验检测结果
4 结束语
本研究采用三模协同架构与动态光谱解析策略，实现了从光谱采集到质量判定的全流程智能化，其异常样本追溯机制为工程材料质量追溯提供了可靠技术路径。红外光谱检测结果与传统物化指标具有高度一致性，且在识别材料老化程度、改性剂分布均匀性等隐性质量缺陷方面表现出显著优势。