硫磺復合改性劑對瀝青及瀝青混合料性能的影響

賀 煒

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

聚合物改性瀝青施工所帶來的巨大的能源與資源消耗、居高不下的生產成本、大量排放的溫室氣體以及可怕的環境污染將會使人類付出巨大的代價，嚴重制約社會經濟的健康發展[1-2]。傳統的改性瀝青混合料技術已不符合時代發展的理念，主要原因是在拌和、攤鋪及碾壓時需要較高的溫度，在生產和施工過程中不僅要消耗大量能源，而且排放大量的廢氣和粉塵，影響周圍的環境質量和施工人員的身體健康，與此同時瀝青還會產生熱老化現象影響其路用性能[3-5]。吳靜秋[6]應用99.7%純度的硫磺改性劑對70號A級道路石油瀝青混合料進行改性研究，通過馬歇爾試驗方法，研究了不同含量的硫磺改性劑對改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、抗水損性能、疲勞性能影響研究，分析測試表明：硫磺改性劑對瀝青混合料的高溫性能和疲勞性能有明顯效果，但對于低溫性能、抗水損性能有負面影響，綜合對比考慮，建議最佳硫磺改性劑添加量在20%～30%。

通過文獻分析目前尚未發現有硫磺與EVA等功能性材料共混接枝改性制得改性劑，本文通過將硫磺與EVA、增塑劑等按一定比例混合后造粒制得硫磺復合改性劑，將成型后的改性劑分別以10%、20%、30%和40%的比例摻入70號和90號瀝青中進行對基質瀝青的替代和改性。并以10%～40%改性劑對AC-20級配瀝青混合料進行改性，測試相關性能。

1 原材料

a）硫磺 北京天塑膠貿易公司。

b）EVA 天津聚海貿易有限公司。

c）活性炭 太原市福源物資供應站。

d）塑化劑 上海紫一試劑廠。

e）鈣粉 靈壽縣百勝礦產品加工廠。

表1 硫磺主要成分及其含量

表2 EVA主要性能

2 改性劑制備

準確稱取一定量的硫磺、EVA、活性炭、鈣粉、塑化劑等置于反應容器中充分混勻，然后置于溫度為200℃±20℃的油浴中加熱并開始攪拌，待固體硫磺、EVA等熔化后，繼續攪拌30 min，直到混合物呈黑色時將其按一定的流速滴入冷水槽中，快速冷卻成黑色顆粒狀，即制得實驗用硫磺復合改性劑，待后續改性瀝青與改性瀝青混合料按比例要求添加時使用。

3 試驗方法

按照改性瀝青及改性瀝青混合料制備方法，將所制得的改性劑分別以10%、20%、30%和40%的比例摻入70號和90號瀝青中進行對基質瀝青的替代和改性，并據此改性瀝青的方法制得不同含量改性劑的AC-20瀝青混合料。

4 結果與討論

4.1 改性瀝青性能

將所制得的改性劑分別以10%、20%、30%和40%的比例摻入70號和90號瀝青中進行對基質瀝青的替代和改性。試驗中發現不同替代量與瀝青混溶的難易程度不同。10%和20%的替代量可于160℃下與瀝青攪拌混溶，30%和40%的替代量可于160℃下與瀝青剪切15 min混溶。隨替代比例的增加，改性聚合物與基質瀝青的混溶難度加大。表3和表4分別為不同改性劑加量對70號基質瀝青三大指標和布氏黏度的影響，表5和表6分別為不同改性劑加量對90號基質瀝青三大指標和布氏黏度的影響。

表3 不同硫磺改性劑加量對70號基質瀝青三大指標影響

表5 不同硫磺改性劑加量對90號基質瀝青三大指標影響

表6 不同硫磺改性劑加量對90號基質瀝青布氏黏度影響

由表中數據可見，該改性劑在提高瀝青材料高溫性能的同時可對低溫性能有所改善，這與EVA材料本身良好的彈性、柔韌性以及摻入增塑劑的作用有關。整體上隨著改性劑摻量的增加，軟化點不斷提高，延度整體仍呈現下降趨勢，材料黏度的增加導致施工溫度的提升。

4.2 改性瀝青混合料

研究中選取AC-20級配，以10%硫磺改性劑加量為例進行混合料試驗并測試其相關性能。在級配確定之后通過馬歇爾擊實試驗確定混合料的最佳瀝青用量。根據經驗，預估10%硫磺改性劑加量下最佳油石比為4.50，以0.50為單位間隔向兩側擴展，分別選擇3.50、4.00、4.50、5.00、5.50 拌制5組瀝青混合料，雙面擊實75次成型試件。測定瀝青混合料試件的密度、空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、流值、穩定度等參數，測試結果如表7。

表7 10%硫磺改性聚合物替代量油石比試驗數據

由上述結果確定10%硫磺改性聚合物替代量下瀝青混合料的最佳油石比為4.3%。相應瀝青混合料測試結果見表8。

表8 10%硫磺改性聚合物替代量瀝青混合料結果

瀝青混合料的高溫穩定性是一項重要的路用性能檢測指標，它能反映在夏季高溫（通常為 60℃）環境下，瀝青混合料在經車輛荷載作用后抵抗車轍、推移和擁包等永久變形能力的高低。理論上瀝青混合料高溫穩定性的形成機理來源于瀝青結合料的高溫黏結性和礦料級配的嵌擠作用。國外關于此項指標的經典研究成果認為：瀝青混合料的高溫穩定性60%取決于礦料級配間的嵌擠作用，40%取決于瀝青結合料的黏結特性。

5 結論

a）該硫磺復合改性劑隨著含量的增加，70號、90號瀝青的針入度值（25℃）、延度（10℃）、壓實溫度、拌和溫度及同溫度下布氏黏度值均增加。

b）通過10%硫磺復合改性劑不同油石比馬歇爾性能測試確定最佳油石比為4.3%，并對該配合比下的改性瀝青混合料性能進行測試，發現高低溫性能均滿足相關技術要求。