范虎彪

摘要：采用ATB25、AC25兩種級配，對比分析了Thiopave瀝青混合料的性能，并對某高速公路實際應(yīng)用的效果及存在的問題進行探討。結(jié)果表明，Thiopave瀝青混合料能有效節(jié)約瀝青用量，有優(yōu)良的路用性能、良好的壓實效果；在應(yīng)用中需改進Thiopave添加設(shè)備，控制Thiopave摻加比例不超出40%，采取措施以減少刺激性氣體排放。

關(guān)鍵詞：Thiopave；瀝青混合料；路用性能；環(huán)保

中圖分類號：U528.04文獻標志碼：B

0引言

近年來，隨著石油價格和瀝青價格的不斷上漲，SBS、SBR改性瀝青的價格也快速攀升，大大增加了瀝青路面的施工成本；因此，價格較低且改性效果較好的硫磺改性瀝青成為目前公路建設(shè)投資方的一個選擇。Thiopave是SEAM（Sulphur extended asphalt modifier）的升級產(chǎn)品，它是由Shell公司研發(fā)的一種硫磺溫拌改性劑，常溫下為褐色顆粒物[1]。國內(nèi)學者對硫磺瀝青混合料的性能、機理、壓實特性等進行了一些研究[23]，鑒于Thiopave已經(jīng)越來越廣泛地被應(yīng)用于道路工程中，本文結(jié)合某高速公路的實際應(yīng)用，以ATB25、AC25兩種級配，對比分析Thiopave改性瀝青混合料的性能，探討其應(yīng)用效果及相關(guān)問題。

1原材料及配合比

1.1瀝青

（1） ATB25瀝青混合料所用瀝青為70#A級道路石油瀝青。其技術(shù)指標見表1。

（2） AC25瀝青混合料分別采用殼牌特種瀝青、普通SBS改性瀝青，技術(shù)指標見表2、3。

1.2Thiopave改性劑

殼牌公司對Thiopave顆粒的技術(shù)要求進行了規(guī)定，如表4所示。在實際應(yīng)用中給Thiopave瀝青混合料加入W3除味劑。W3除味劑是一種有機化合物，可以降低Thiopave 施工過程中的氣味和不適感，易吸濕，在存放時需防水、防潮。其添加量一般為Thiopave用量的2%～3%[45]。

表170#A級道路石油瀝青試驗結(jié)果

技術(shù)指標試驗結(jié)果技術(shù)要求（A級）

針入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm6760～80

延度（15 ℃）/cm>100≥100

軟化點（環(huán)球法）/℃47.5≥46

閃點（COC）/℃298≥260

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.015實測記錄

溶解度（三氯乙烯）/%99.7≥99

RTFOT試驗質(zhì)量損失/%0.07≤±0.8針入度比/%67.9≥61

延度（10 ℃）/cm8.3≥6

表2特種瀝青試驗結(jié)果

技術(shù)指標試驗結(jié)果技術(shù)要求

針入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm5440～70

針入度指數(shù)PI0.13-1.5～+1.0

延度（15 ℃）/cm82>80

軟化點（環(huán)球法）/℃54.0>50

60 ℃動力粘度/（Pa·s）462>300

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.036實測記錄

TFOT（163 ℃，5 h）試驗質(zhì)量損失/%0.05<0.5

針入度比/%68.4>63

殘留延度（10 ℃）/cm21>10

表3SBS改性瀝青試驗結(jié)果

技術(shù)指標試驗結(jié)果技術(shù)要求（IC）

針入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm6460～80

延度（5 ℃，5 cm·min-1）/cm38≥30

軟化點（環(huán)球法）/℃81≥55

閃點（COC）/℃248≮230

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.038實測記錄

RTFOT試驗質(zhì)量損失/%-0.13≤±1.0

針入度比/%76≥60

延度（5 ℃）/cm26≥20

表4Thiopave 顆粒質(zhì)量技術(shù)要求

項目技術(shù)要求測試方法

顏色灰色觀察

形狀半球體或球體觀察

尺寸6.3 mm篩通過率大于95%GB/T 2449—2006

最小硫磺含量/%97GB/T 2449—2006

最大碳含量/%3GB/T 2449—2006

水分含量/%<0.5GB/T 2449—2006

1.3配合比

對各規(guī)格原材料進行篩分，并適當減少公稱最大粒徑附近的粗集料用量，減少0.6 mm以下部分細粉的用量，使中等粒徑集料較多，形成S型級配曲線，并取中等偏高的空隙率計算配合比。具體合成級配如表5所示。

表5礦料合成級配設(shè)計

篩孔/mm31.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075

ATB25/%10098.778.169.259.544.131.521.814.610.78.16.64.4

AC25/%10098.880.172.564.251.135.824.616.211.78.87.14.7

采用不同油石比成型馬歇爾試件，最終確定配合比：普通ATB25混合料油石比為3.7%，ThiopaveATB25混合料油石比為4.3%，Thiopave與瀝青比例為30∶70，抗剝落劑摻量為瀝青質(zhì)量的08%；普通SBS改性AC25瀝青混合料油石比為4.0%，特種瀝青+ThiopaveAC25混合料油石比為4.8%，Thiopave與瀝青的比例為35∶65。

Thiopave混合料試件采用快速養(yǎng)生的方法：混合料成型后先冷卻至室溫，然后放入60 ℃的烘箱內(nèi)養(yǎng)生24 h，接著在自然狀態(tài)下冷卻到室溫，完成快速養(yǎng)生。

2Thiopave瀝青混合料性能

2.1體積物理指標

通過馬歇爾試驗測定、計算相應(yīng)體積指標，滲水試驗采用10 cm輪碾車轍板，分兩層，每層按照規(guī)范要求碾壓成型。在滲水系數(shù)檢驗過程中發(fā)現(xiàn)ATB25、AC25的輪碾成型試件表面空隙較大，水會很快向四周擴散并從試件表面流出，無法準確測出其滲水性能，即橫向滲水現(xiàn)象顯著。為了準確驗證其縱向滲水性，試驗過程中將試件表面密封后再進行測量，試驗結(jié)果如表6所示。

由表6可知，Thiopave瀝青混合料的最佳膠結(jié)料用量（Thiopave+瀝青）相比普通瀝青有所增加，但實際瀝青材料用量相對減小，可以有效地節(jié)約瀝青用量，而體積指標差異不大；對于同級配混合料，瀝青混合料室內(nèi)縱向滲水試驗效果變化不明顯。

2.2高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是評價瀝青混合料性能的重要指標。在高溫和荷載作用下，不良的高溫穩(wěn)定性將使

表6不同瀝青混合料體積指標及滲水試驗結(jié)果

混合料類型油石比/%毛體積密度/（g·cm-3）理論密度/（g·cm-3）VV/%VMA/%VFA/%滲水系數(shù)/（mL·min-1）

ATB253.72.5092.6284.512.663.9102

ThiopaveATB25（30∶70）4.3（3.02）2.5272.6344.112.467.388

SBS改性AC254.02.5152.6194.012.568.255

ThiopaveAC25（35∶65）4.8（3.12）2.5202.6304.213.067.752

ThiopaveAC25（40∶60）4.8（2.88）2.5262.6374.212.867.0

瀝青路面產(chǎn)生車轍、推擁等病害。分別采用馬歇爾試驗和車轍試驗評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。對ATB25瀝青混合料，測定60 ℃、0.7 MPa下的動穩(wěn)定度；對AC25混合料，分別測定其60 ℃、0.7 MPa和70 ℃、1.0 MPa下的動穩(wěn)定度。車轍試驗采用10 cm輪碾車轍板，分兩層，每層按照規(guī)范要求碾壓成型。相應(yīng)試驗結(jié)果如表7所示。

表7不同瀝青混合料馬歇爾及車轍試驗結(jié)果

混合料類型油石比/%穩(wěn)定度/kN流值/

0.1 mm動穩(wěn)定度/（次·mm-1）

ATB253.725.88361 500

ThiopaveATB25（30∶70）4.3（3.02）23.24393 236

SBS改性AC254.028.57387 408（4 185）

ThiopaveAC25（35∶65）4.8（3.12）35.69377 443（3 331）

ThiopaveAC25（40∶60）4.8（2.88）36.033710 846（4 616）

（1） 對于穩(wěn)定度指標，ThiopaveATB25相比普通ATB25瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度指標略有降低；ThiopaveAC25瀝青混合料穩(wěn)定度隨Thiopave用量的增大，變化不大，但明顯高于SBS改性混合料的穩(wěn)定度。說明級配不同，摻加Thiopave后混合料的穩(wěn)定度變化趨勢也不同，Thiopave對于AC型混合料穩(wěn)定度的提高優(yōu)于ATB型混合料。

（2） 對于車轍動穩(wěn)定度指標，基質(zhì)瀝青ATB25摻入Thiopave后動穩(wěn)定度大幅度提高，摻入35%Thiopave與SBS改性瀝青動穩(wěn)定度基本持平，摻入40%Thiopave時高于SBS改性瀝青；且隨Thiopave用量增大，動穩(wěn)定度明顯提高，從35%增大至45%后，60 ℃、70 ℃動穩(wěn)定度分別提高了46%、39%。

2.3水穩(wěn)定性

通常用殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性。相比普通或改性瀝青混合料，摻入Thiopave后，瀝青混合料的殘留強度比、殘留穩(wěn)定度均有所降低，說明Thiopave混合料水穩(wěn)定性較普通混合料差；其中殘留穩(wěn)定度指標變化并不明顯，而凍融劈裂殘留強度比顯著降低。通過摻入08%抗剝落劑，可改善水穩(wěn)定度并達到規(guī)范要求；特種瀝青具有一定的抗水損壞性能，水穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，不需另外加入抗剝落劑。

表8不同瀝青混合料水穩(wěn)定度指標試驗結(jié)果

混合料類型油石比/%凍融劈裂試驗殘留強度比/%浸水馬歇爾試驗殘留穩(wěn)定度/%

ATB253.785.390.1

ThiopaveATB25（30∶70）4.3（3.02）72.489.0

4.3（3.02）80.2

SBS改性AC254.086.293.2

ThiopaveAC25（35∶65）4.8（3.12）82.687.8

ThiopaveAC25（40∶60）4.8（2.88）83.288.1

3Thiopave瀝青混合料的應(yīng)用

在某高速公路工程中，對Thiopave瀝青混合料進行了實際應(yīng)用。ThiopaveATB25用于底面層，特種瀝青+ThiopaveAC25用于中面層。經(jīng)實際應(yīng)用驗證，Thiopave瀝青混合料與常用的熱拌瀝青混合料所用生產(chǎn)、施工設(shè)備以及生產(chǎn)工藝基本一致，綜合情況良好，也取得了一些經(jīng)驗。

3.1Thiopave的添加

生產(chǎn)Thiopave瀝青混合料，需在拌和樓安裝一套自動添加設(shè)備或以人工稱重添加的方式將Thiopave改性劑投入拌和鍋，大規(guī)模生產(chǎn)一般使用自動添加裝置。在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，排除生產(chǎn)工藝參數(shù)控制因素，Thiopave顆粒在機械自動添加過程中會產(chǎn)生粉塵；當遇到高溫的拌和鍋、骨料時以人工稱重的添加方式既費時、費力，而且質(zhì)量、產(chǎn)量均無法保證。因此，需要開發(fā)一種性能更優(yōu)良的Thiopave自動添加裝置，或者改用其他投送添加方式。

3.2Thiopave的摻量

將特種瀝青+ThiopaveAC25瀝青混合料用于中面層時，考慮性能和造價，分別以Thiopave摻量為35%、40%鋪筑試驗段，混合料經(jīng)抽檢，常規(guī)室內(nèi)試驗指標均滿足要求。然而路面鋪筑后發(fā)現(xiàn)：摻入Thiopave改性劑的路段中面層存在微裂紋、局部松散、與底面層粘結(jié)不佳的現(xiàn)象，而摻量為35%路段中面層以及摻量為30%的底面層完成后情況較好。推測原因是Thiopave用量過大以及生產(chǎn)施工變異。后經(jīng)適當提高瀝青用量、降低拌和溫度，最終實際鋪裝狀況良好。

分析認為，Thiopave摻量為40%時已達到上限，摻加過量的Thiopave可能對路面產(chǎn)生不利影響；另外，雖然Thiopave用量從35%增加至40%，其室內(nèi)試驗性能提高較大，但在實際應(yīng)用中應(yīng)考慮到大規(guī)模應(yīng)用條件與室內(nèi)試驗條件的偏差，不宜使Thiopave用量達到40%的上限，以免造成較大的質(zhì)量控制風險。

3.3拌和及壓實

在實際施工過程中，Thiopave出廠時溫度為130 ℃～140 ℃，低于普通SBS改性瀝青混合料。拌和場距施工現(xiàn)場約2 h運距，到現(xiàn)場損失較小，經(jīng)同車輛后場和施工現(xiàn)場測定溫度對比，溫度變化基本在5 ℃以內(nèi)，有較好的保溫性能，不會對攤鋪、碾壓產(chǎn)生不利影響。攤鋪后取芯檢測壓實度，結(jié)果均滿足要求?？梢姡琓hiopave混合料在降低拌合施工溫度的同時，有很好的壓實效果。

3.4混合料的氣味

由于Thiopave瀝青混合料含有硫磺，在高溫生產(chǎn)、施工時會不可避免地產(chǎn)生一些刺激性氣體，添加殼牌專用去味劑W3后有一定改善作用。由于Thiopave混合料與普通瀝青混合料的味道差異性以及受眾的敏感程度、適應(yīng)性不同，作業(yè)及管理人員仍需做好嚴格的防控措施，生產(chǎn)企業(yè)要做好周邊民眾的協(xié)調(diào)、解釋等相關(guān)工作。

4結(jié)語

（1） Thiopave的添加對體積指標影響不大，可節(jié)約瀝青用量，有較好的經(jīng)濟效益。

（2） 從穩(wěn)定度指標看，Thiopave對于AC型混合料的性能提高優(yōu)于ATB型混合料；從動穩(wěn)定度指標看，基質(zhì)瀝青摻入Thiopave后動穩(wěn)定度大幅度提高，摻入35%Thiopave與SBS改性瀝青動穩(wěn)定度基本持平，摻入40%Thiopave的動穩(wěn)定度高于SBS改性瀝青，且隨Thiopave用量增大，動穩(wěn)定度的提高更加明顯。

（3） 凍融劈裂殘留強度比能很好地評價Thiopave混合料的水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果表明其水穩(wěn)定性較普通混合料差，但通過摻入0.8%抗剝落劑，可將水穩(wěn)定性改善到規(guī)范要求；特種瀝青具有一定抗水損壞性能，水穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，不須另外加入抗剝落劑。

（4） Thiopave混合料在降低拌和施工溫度的同時，有很好的保溫性能及壓實效果。

（5） 實際鋪裝應(yīng)用須控制Thiopave的摻加比例不超過40%，以減少質(zhì)量風險。

（6） Thiopave混合料的生產(chǎn)中，應(yīng)改進投送添加設(shè)備并保證安全，生產(chǎn)、施工各環(huán)節(jié)應(yīng)采取措施，減少刺激性氣體排放并做好防護。

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[責任編輯：王玉玲]