硫磺改性劑在瀝青改性技術(shù)中的性能研究

摘 要：介紹了硫磺改性劑在瀝青改性技術(shù)的應(yīng)用背景及研究必要性，在分析和研究國內(nèi)外硫磺改性劑應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，闡述了硫磺改性劑的作用原理及在現(xiàn)階段使用過程中的優(yōu)勢，并提出了其在改性技術(shù)中應(yīng)用的主要問題。

關(guān)鍵詞：硫磺改性劑；改性技術(shù)；拌合

1 研究背景和必要性

硫磺改性技術(shù)，也被稱為SEAM技術(shù)，上世紀(jì)70年代廣泛應(yīng)用在北美地區(qū)。近年出現(xiàn)的硫磺改性混合料技術(shù)就是SEAM技術(shù)在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)用的體現(xiàn)，硫磺對于瀝青有著非常好的強化作用，同時還能在瀝青混合料中起到粘結(jié)和填充作用，歐洲、美國、加拿大等地多年前已經(jīng)應(yīng)用。

殼牌公司推出的專利產(chǎn)品Thiopave（賽歐鋪）改性劑，在使用過程中直接被加入到拌合倉，改性劑作為添加劑與瀝青、骨料粘結(jié)，在物理層面上作為18～26%的瀝青成分，化學(xué)層面添加劑在高溫狀態(tài)下可溶解到瀝青里，起到降低瀝青粘度，并改善瀝青混合料的流動性，達到拌合更加均勻，并在SBS改性瀝青混合料中，生產(chǎn)溫度和壓實溫度降低20-30℃的情況下，硫磺改性劑作為交聯(lián)劑使得不飽和鍵交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。除了歐美地區(qū)，中國遼、蘇、兩廣和京津一帶也都成功了應(yīng)用此技術(shù)。[1]

文章將系統(tǒng)全面地研究SEAM改性瀝青混合料路面的馬歇爾性能指標(biāo)、高溫、低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和疲勞性能，影響SEAM改性瀝青混合料性能的因素。研究成果對SEAM改性瀝青混合料路面的推廣應(yīng)用、優(yōu)化瀝青路面材料和路面結(jié)構(gòu)、節(jié)約瀝青路面投資具有一定參考價值。并針對性試驗分析與理論研究的基礎(chǔ)上，研究和實踐有效的SEAM硫磺改性劑添加工藝。建立切實可行的評價體系，形成適合于遼寧省實際的SEAM改性瀝青混合料路面性能評價指標(biāo)。[2]

2 硫磺改性劑的特性

SEAM改性瀝青混合料與其他改性瀝青相比，因硫磺能夠代替一部分瀝青，使得在經(jīng)濟成本上低于普通瀝青混合料。但我國在優(yōu)質(zhì)的重交通瀝青和改性瀝青技術(shù)的研究上起步相對較晚，自1992年首次應(yīng)用改性瀝青鋪設(shè)機場跑道以來，改性瀝青技術(shù)得到較大的發(fā)展。近年來，首都機場高速、八達嶺高速、珠海F1方程式賽車跑道等項目分別應(yīng)用了殼牌、Novophalt等改性瀝青，國內(nèi)的盤錦、歡喜嶺、蘭亭、東海等品牌改性瀝青也被國內(nèi)外的高等級道路中應(yīng)用。[3]

SEAM作為一種新型的瀝青混合料改性劑，是在硫磺里加入了煙霧抑制劑和增塑劑的成分。150℃的環(huán)境下，因為煙霧抑制劑的存在，有害氣體的排量減少。增塑劑的加入，使得硫磺在強度和耐久性能上得到提升。硫磺以顆粒的形式均勻分散于瀝青混合料里，部分硫磺作為瀝青稀釋劑的角色，粘稠的瀝青因硫磺與瀝青化學(xué)的結(jié)合而得到稀釋。

SEAM改性，從原理上分析主要分為兩部分，一為硫磺與瀝青的作用，二為硫磺與集料的作用。硫磺對瀝青的高低溫性能有所提升，對石料的粘附性也有所改善，此外游離的硫磺對瀝青混合料起到整體增強的作用。硫磺是在瀝青混合料生產(chǎn)過程中直接投入到拌合機的拌缸中，骨料加熱剪切實現(xiàn)其在混合料中的分散，硫磺改性劑在礦料表面形成一層薄膜，隨后的攪拌過程使改性劑膜的厚度逐漸變成微米數(shù)量級，它們很好的滲透、擴散、互溶、結(jié)合，因此在攪拌過程中骨料的摩擦、碰撞、剪切等都是加速瀝青與硫磺相融、擴散的有利因素，瀝青薄膜與SEAM改性劑膜緊密接觸，提供了強大的界面力，分子在相互滲透時形成了過渡層，因此SEAM的加入，抗剝落能力大幅度提高，甚至對于花崗巖等的酸性礦料，也不需要另摻加抗剝落劑。[4]

現(xiàn)代的公路因外界的交通密度大、車輛軸載重、合在作用頻率高等特點，在使用過程中易出現(xiàn)高溫車轍、低溫裂縫、抗滑性能衰降快、使用年限時間變短等問題。因此為了使瀝青路面在高溫狀態(tài)下不推移、低溫狀態(tài)下不開裂、道路安全快速的行車、使用壽命延長。因此提高瀝青的流變性能、改善瀝青與集料的粘附性、延長瀝青的耐久性，能更好的適應(yīng)現(xiàn)代交通的要求。硫磺改性瀝青因其造價低、施工方便等優(yōu)點，以往工程修筑的改性瀝青混合料試驗路，效果良好。

針對遼寧省的現(xiàn)今公路在運營期間出現(xiàn)的各種病害問題上來看，在部分路線、路段上分別出現(xiàn)了不同程度的車轍、水損害、網(wǎng)裂和低溫裂縫等病害，這些問題的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了路面的行車安全、服務(wù)水平及使用壽命。硫磺改性劑的出現(xiàn)可以顯著提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能以及低溫開裂性能，在工程造價不過多增加的基礎(chǔ)之上，降低瀝青路面產(chǎn)生車轍等病害的風(fēng)險，因此研究硫磺改性劑對瀝青混合料性能和施工工藝的影響對遼寧省公路建設(shè)有積極的意義。

3 硫磺改性劑在改性技術(shù)中的性能研究

SEAM瀝青混合料適用于各種瀝青面層，以其彈性模量高、強度高、抗剪切及溫度穩(wěn)定性好等特點，更常在重載交通多、軸載重或者是車輛啟動頻繁的路段使用，比如機場跑道、平交道口、道路爬坡等優(yōu)先考慮使用SEAM瀝青混合料。

硫磺在拌合過程中，以顆粒的形式均勻分散，相容于瀝青，粘結(jié)集料，部分還與瀝青化學(xué)結(jié)合，稀釋瀝青，結(jié)晶直至改性的效果，通過實驗室的室內(nèi)實驗以及實際鋪筑的路段效果來看，在抗壓性能、抗裂性能以及高溫車轍、低溫抗裂幾個方面都有所改善，抗水穩(wěn)效果也都加強。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)展，SEAM技術(shù)現(xiàn)階段研究的都是單一的影響性能，但相互之間的影響關(guān)系還未深入的研究過。[5]

還有針對硫磺改性技術(shù)的施工環(huán)境上，硫磺以“硫磺強化瀝青改性劑”顆粒的成分進入到熱拌瀝青混合料中，熔化過程中由于添加了煙霧抑制劑成分，在150℃以下的高溫環(huán)境里不產(chǎn)生硫化氫、二氧化硫等成分，硫蒸汽的濃度也很低，氣溫對人無副作用，增塑劑提高了改性混合料強度和耐久性，因此在施工的細節(jié)問題上亟待研究。[6]

SEAM技術(shù)除了能夠在瀝青含量上利用了大量的硫磺，節(jié)省了大量的瀝青，為瀝青的存儲和運輸節(jié)省了很大的成本，也為瀝青這種不可再生資源短缺提供了新的節(jié)省方式。按照比例上計算，如大規(guī)模使用SEAM技術(shù)，20%～40%的瀝青將被減少消耗，這對于公路行業(yè)路面材料的可持續(xù)發(fā)展上，將會帶了廣泛的使用空間和無限的推廣前景。

4 結(jié)束語

從研究的結(jié)果來看，總得來說硫磺改性瀝青混合料有諸多優(yōu)點：提高瀝青臘含量，改善瀝青混合料的性能，其中包括模量、抗壓性能、抗水損害性能、高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，在各個性能上都有不同效果的體現(xiàn)。與其他改性技術(shù)相比，經(jīng)濟效益也不錯。

（1）摻量合理情況下的SEAM瀝青膠漿和SEAM瀝青混合料的性能都有所改善。（2）硫磺降低瀝青粘度，70℃軟化為膠體，115℃液化降低瀝青粘度，使混合料易拌合、攤鋪、碾壓。因此135℃-145℃為最適合的拌合溫度。（3）硫磺改性劑技術(shù)使瀝青混凝土結(jié)構(gòu)增強。隨著溫度的升高與瀝青部分化學(xué)結(jié)合形成結(jié)晶，增強結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定度。改善高溫穩(wěn)定性比較明顯，而且不產(chǎn)生泛油。低溫性能也相應(yīng)改善，裂縫減少。（4）硫磺改性技術(shù)使瀝青存儲及運輸更方便，因為SEAM的物理特性，使長時間存儲及地域限制的情況得以改善。

參考文獻

[1]姚進.硫磺改性瀝青應(yīng)用技術(shù)研究[D].2007.

[2]張善士.硫磺改性瀝青應(yīng)用技術(shù)[J].交通世界（建養(yǎng)機械），2008.

[3]常立杰.淺談“SEAM瀝青混合料”[J].交通世界（建養(yǎng)機械），2007.

[4]許雅智.SEAM瀝青混合料在寒冷地區(qū)的應(yīng)用研究[D].2009，10.

[5]丁婷婷.探索高粘度改性瀝青新思路[J].科技信息，2010.

[6]劉建中.淺談強夯施工在雜填土路基工程中的應(yīng)用[J].科技信息，2010.

作者簡介：李時雨，遼寧省交通廳公路管理局，助理工程師。