硫磺沥青的改性剂及施工技术实例研究.pdf

沥青是高速公路的建设中主要的原料之一，但普通沥青在建设的过程中存在温度敏感性大、水稳定性不良、耐久性差等问题，逐渐难以满足现代高速公路的建设要求1-4。为满足规范规定的沥青路面路用性能的要求，延长沥青路面的使用寿命，许多研究学者对基质沥青进行改性的研究，通过在基质沥青中加入一定量的改性剂，再经过拌和设备拌制而形成改性沥青，常见的改性剂有天然橡胶、SBS改性剂及硫磺改性剂等。硫磺沥青是一种在普通的基质沥青中加入一定量的硫磺改性剂而成的改性沥青，研究表明，将硫磺加入沥青，能够均匀地分散在沥青中5并与沥青发生作用，使沥青变稀、黏度降低，提高沥青的路面性能及高温抗车辙性能等6-8，但硫磺在高温拌和时会产生有害气体，对施工人员及环境造成不良后果，这也是制约我国硫磺沥青应用及发展的主要因素。本文基于实际的工程案例，利用试验研究的方法，对硫磺沥青的改性剂进行研究，并对其施工技术进行论述，希望本文的研究能为硫磺沥青的工程应用提供参考。1 工程概况本工程为高速公路，路线的全长为25.976 km，本次所研究的路段为 K18+150K20+050 右侧的辅道路段，路段的路面断面图如图1所示。本文研究对象为中间层的硫磺沥青层。2 试验研究本文对上述路段的中间硫磺沥青层进行试验研究，工程中所采用的基质沥青为70#普通道路石油沥青，所用的硫磺改性剂为国产 MSP 自制改性剂，与国外的SEAM改性剂进行对比，所用的集料为泉水石灰矿粉，本文根据相关规范公路工程集料试验规程（JTG E422005）、公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）及公路工程沥青及混合料试验规程（JTG E202011）9-11对基质沥青和集料的性能进行测试，再通过对不同改性剂进行试验，对比试验结果，对改性剂的H2S气体的释放量、马歇尔试验结果、车辙试验结果及水稳定性结果进行对比分析研究。2.1 基本性能结果分析本文对基质沥青、集料及改性剂的相关基本性能进行试验测试，具体的结果如表1及表2所示，由该测试结果可知，基质沥青及集料的性能均满足规范的要求。表1 基质沥青的性能测试结果表试验值规范要求针入度（25，100 g，5 s）/（0.1 mm）65.56080软化点/48.546延度（15 cm/min，5）100100表2 集料的性能测试结果表试验值规范要求细集料棱角性/s36.530细长扁平颗粒（%）8.618洛杉矶磨耗值（%）26.330坚固性（%）1.9512黏土含量（%）7560收稿日期：2022-11-26作者简介：连海坤（1989），男，河北邯郸人，硕士，工程师，研究方向为工程管理。硫磺沥青的改性剂及施工技术实例研究连海坤（河北石太高速公路开发有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：改性剂对沥青的性能有较大影响，为对硫磺沥青的改性剂及施工技术进行研究，采用试验分析方法对MSP改性剂和SEAM改性剂制作的改性沥青进行对比分析，研究结果表明：硫磺沥青改性剂能降低有害气体的排放，提高沥青的路面性能，提高抗车辙性能，改变水稳定度，不仅能改善沥青的性能，还能降低成本、节约资源，减少污染，能够提高工程的效益；对比发现，MSP改性沥青稳定性比SEAM改性沥青差，但其抗车辙能力较好。关键词：道路工程；硫磺沥青；改性剂；配合比中图分类号：U414文献标识码：B图1 路面断面图20交通世界TRANSPOWORLD本文对基质沥青、国产硫磺改性沥青的密度根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）进行测试，具体的结果如表3所示。表3 沥青及改性剂的密度试验结果表名称基质沥青MSP改性剂表观相对密度2.72毛体积相对密度1.032.70吸水率（%）0.352.2 H2S气体释放量结果分析H2S气体是硫磺在高温拌制的过程中产生的，该气体属于有害气体，根据中华人民共和国国家职业卫生标准12最新规范规定在硫磺沥青改性剂产品在生产过程中规定H2S的排放量应小于10 ppm，本文对基质沥青、MSP改性剂改性的沥青及SEAM改性剂改性的沥青进行该项目的测试，具体的结果如表4所示。表4 H2S气体排放量结果表名称H2S气体测定仪测定结果基质沥青SEAM改性剂改性沥青1.1MSP改性剂改性沥青0.67从表3可知，不论是国外的SEAM改性剂改性沥青还是国产的MSP改性剂改性沥青的H2S气体排放量均小于规范的规定，并对比两者改性剂发现国产的MSP改性沥青的有害气体排放量更小。2.3 马歇尔试验结果分析本文对两种改性剂的改性沥青与基质沥青进行马歇尔试验，测得相应的马歇尔试验的技术指标，具体的结果如表5所示。表5 马歇尔试验的技术指标结果表名称基质沥青MAP改性沥青SEAM改性沥青马氏密度2.452.482.46理论密度2.542.562.54饱和度（%）73.273.872.9稳定度/kN12.313.712.4空隙率（%）3.33.23.3间隙率（%）12.412.312.4流值/（0.1 mm）35.738.234.8从表4中可以看出，MSP改性沥青混合料的结果符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402017）要求，对比可以发现基质沥青与SEAM改性沥青的各个指标结果相近，但MSP改性沥青的与基质沥青相比，各个指标虽相距不大，但也可以看出细微的不同，从空隙率及间隙率来看，在基质沥青中加入MSP改性剂对混合料的碾压密实结果影响不大，但对沥青的稳定度及流值影响较大。2.4 车辙试验结果分析在高速公路中车辙病害是影响路面安全的主要因素，对车辙的检测结果主要是通过动稳定度指标反映，对两种改性沥青的抗车辙能力进行试验，在试验时对普通沥青的碾压温度设置为140，硫磺改性沥青的碾压温度设置为130，碾压后进行相同条件下的养护，具体的结果如图2所示。图2 沥青的动稳定度结果图从图2中可以看出，改性沥青的动稳定度均大于基质沥青的动稳定度，说明在基质沥青中加入硫磺改性剂后能提高基质沥青的动稳定度，提高沥青的抗车辙性能；对比MSP改性沥青与SEAM改性沥青可以发现，过国产的硫磺改性剂的动稳定度值更高，说明该改性沥青的抵抗车辙能力越好。2.5 水稳定试验结果分析对于高速公路长期暴露于大自然环境，经常要考虑降水及温度对其影响，其中水稳定度的验证是对路面长期暴露降低及温度变化后评价的重要指标。本文根据马歇尔残留稳定度对上诉沥青的水稳定性进行试验，具体的结果如图3所示。图3 沥青的残留稳定度结果图从图3中可以看出，改性沥青的动稳定度与基质沥青的动稳定度均大于规范规定的（80%）的要求，对比基质沥青与SEAM改性沥青可以发现，其残留稳定度相近，但MAP改性沥青的残留稳定度相对较少；对比MSP改性沥青与SEAM改性沥青可以发现，硫磺改性剂的残留稳定度较小，说明该改性沥青的稳定性较差。3 施工工艺本文根据实际的工程案例对硫磺改性沥青从生产到铺设过程的施工工艺注意要点进行总结。3.1 沥青混合料的生产1）沥青：本工程所采用的沥青为 70#基质沥青，21总651期2023年第21期（7月 下）在使用前应对其基本的性能进行测试，符合要求时方可投入生产，并在使用前提前进行加热，保证沥青材料不会出现局部温度过高或过低，影响混合料的性能。2）集料：本工程所采用的集料为表1中所述集料，在现场使用中为控制集料的含水量，对其进行搭棚防护，堆放时采用分层堆放，在投入生产前也先对集料进行加热，使其表面受热均匀。3）MSP 改性剂：本工程所采用的硫化改性剂为MSP改性剂，通过上述研究可知MSP改性剂具有较好的抗车辙能力，由于该材料的特性要求在存放时应存放在单独制作间内，并保证制作间的通风性，并且控制好现场的火源，不得使改性剂接触明火。4）搅拌与出场：为保证改性沥青的性能，本工程在搅拌时将沥青混合料搅拌的时间控制在10 s，将改性沥青混合料的出场温度控制在145。3.2 沥青混合料的运输1）运输机械的选择：为满足运输的需要，本工程采用的运输机械为载重达30 t的自卸运输车，为保证施工，不使现场出现断料的情况，根据运输的距离，配备5辆自卸运输车。2）运输温度及时间控制：为保证到场的混合料温度能满足要求，对每辆运输车在出场，进场时都进行温度监控，保证到达现场的沥青混合料温度不低于120，并且需保证运输车从出场到现场的运输时间不超过3 h。3.3 沥青混合料的摊铺1）摊铺机械的选择：本工程在进行摊铺时为保证摊铺的质量选择具有自动找平的摊铺机进行摊铺。2）摊铺前：在沥青混合料摊铺前对路基再次进行清理，保证路基平整无杂物。3）摊铺时：摊铺时应保证摊铺沥青混合料的连续、均匀性，控制好摊铺的速度，还应控制好摊铺的温度，在摊铺的过程中对沥青混合料的温度进行监控，保证摊铺的温度能控制在130140；此外，根据计算确定松铺的厚度，在进行分层摊铺时对上下两层的横向接缝进行严格控制，避免出现贯缝；整个摊铺的过程应尽量避免雨天和低温天气。3.4 沥青混合料的碾压1）碾压机械的选择：本工程结合道路的设计等级，选择10 t双钢轮振动压路机2台，20 t胶轮压力机1台进行碾压。2）碾压控制：本工程对碾压的过程分为初压、复压和终压三个阶段，每个阶段采用不要的方法进行碾压，在初压时采用胶轮压力机进行静压碾压1遍，复压采用双钢轮振动压力机进行振动碾压2遍，终压时采用胶轮压力机静压2遍。3）碾压标记：为防止对道路的超压，当碾压完成后应及时对完成的路段进行标记。3.5 沥青混合料的养护本工程对碾压完成后的道路进行封闭管理，封闭期间对道路进行养护，保证道路不被任意破坏。4 结束语本文基于工程实例，采用试验的方法对硫磺沥青的改性剂进行研究，并对该材料的施工技术进行论述。研究发现，硫磺沥青改性剂能降低有害气体的排放，提高沥青的路面性能，提高抗车辙性能，改变水稳定度，不仅能改善沥青的性能，还能降低成本、节约资源，减少污染，能够提高工程的效益；对比发现，MSP改性沥青稳定性比SEAM改性沥青差，但其抗车辙能力较好。参考文献：1 张军辉.路基路面工程M.北京：机械工业出版社，2021.2 陈俊，吴建涛，陈景雅.路面工程M.北京：清华大学出版社，2014.3 Mellott D B,Tenaglia J P.Sulphur-extended asphalt.Final reportJ.asphalt concrete,1991,24(1):23-27.4 Planche J P,Claudy P M,JM Ltoff,et al.Using ther-mal analysis methods to better understand asphalt rheol-ogyJ.Thermochimica Acta,1998,324(1):223-227.5 卜庆东，王文利，杨洪生.浅谈掺硫沥青（SEAM颗粒）的路用性能J.黑龙江交通科技，2004（5）：5-6.6 吴静秋.硫磺改性沥青混合料路用性能研究J.湖南交通科技，2018，44（2）：110-112，181.7 沈金安.沥青及沥青混合料路用性能M.北京：人民交通出版社，2001.8 黄维蓉.沥青与沥青混合料M.北京：人民交通出版社股份有限公司，2022.9 交通部公路科学研究所.公路工程集料试验规程：JTG E422005S.北京：人民交通出版社，2005.10 交通部公路科学研究所.公路沥青路面施工技术规程：JTG F402017S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.11 交通部公路科学研究所.公路工程沥青及混合料试验规程：JTG E202011S.北京：人民交通出版社，2011.22