周華軍 丁亞亮

摘要：為了提高瀝青路面抗車轍能力，SEAM（硫磺強(qiáng)化瀝青改性劑）作為一種經(jīng)濟(jì)有效的材料受到人們的重視。通過室內(nèi)試驗(yàn)，研究了SEAM瀝青混合料的馬歇爾性能指標(biāo)、高溫、水穩(wěn)定性和劈裂疲勞性能，分析了不同SEAM摻量對混合料性能的影響，提出了瀝青混合料中SEAM摻量的確定方法。

關(guān)鍵詞：硫磺；改性瀝青混合料；馬歇爾試驗(yàn)；高溫穩(wěn)定性；硫磺摻量

瀝青路面因行車舒適，養(yǎng)護(hù)方便而得到越來越廣泛的應(yīng)用。為提供安全、快速而經(jīng)濟(jì)的服務(wù)，瀝青路面必須具有足夠的強(qiáng)度，良好的穩(wěn)定性、耐久性和平整性。道路工作者們通過改進(jìn)瀝青混合料設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化級(jí)配類型和加強(qiáng)施工控制，瀝青路面的路用性能不斷得到提高，但隨著重載交通的不斷增長以及車輛的渠化作用，車轍問題日漸成為瀝青路面的主要病害。

為了提高瀝青路面抗車轍能力，必須增加瀝青混合料在高溫下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。目前常用的方法主要有采用改性瀝青、高粘度瀝青和其他加筋材料來提高瀝青混合料的抗車轍性能。這些新材料雖然可以一定程度地改善瀝青混合料的高溫性能，但從經(jīng)濟(jì)性的角度來看，造價(jià)相對較高，很難大面積推廣。因此SEAM（硫磺強(qiáng)化瀝青改性劑）作為一種經(jīng)濟(jì)有效的材料受到人們的重視。通過室內(nèi)試驗(yàn)，本文研究了SEAM改性瀝青混合料的馬歇爾性能指標(biāo)、高溫、水穩(wěn)定性和劈裂疲勞性能，分析了SEAM摻量對混合料性能的影響，提出了混合料中SEAM摻量的確定方法。

1、試驗(yàn)瀝青混合料的設(shè)計(jì)級(jí)配

配合比設(shè)計(jì)所用集料為鎮(zhèn)江茅迪石灰?guī)r，瀝青為東海70#道路石油瀝青，其中試驗(yàn)采用的硫磺為殼牌加拿大公司生產(chǎn)的硫磺顆粒SEAM。試驗(yàn)選用AC-25瀝青混合料級(jí)配，設(shè)計(jì)結(jié)果見表1。

2、硫磺改性瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)分析

為了對比不同硫磺摻量瀝青混合料性能的變化，分析硫磺摻量對瀝青混合料性能的影響規(guī)律，試驗(yàn)分別選用了0%、20%、30%、40%和50%四個(gè)比例進(jìn)行瀝青混合料的試驗(yàn)。

通過馬歇爾試驗(yàn)確定出不同硫磺摻量改性70#基質(zhì)瀝青混合料的最佳油石比及其物理力學(xué)指標(biāo)，見表2。

注：硫磺（SEAM）摻量是指硫磺占硫磺加瀝青總質(zhì)量的百分比，最佳油石比中包含了硫磺質(zhì)量。

分析表中數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論：

（1）在SEAM摻量大于20%的條件下，隨著硫磺摻量的增加，其改性瀝青混合料的穩(wěn)定度有一定提高，但對流值的降低幅度不大，說明硫磺的加入并沒有使瀝青混合料變強(qiáng)變脆，這對于低溫地區(qū)利用SEAM改性瀝青路面是有利的。

（2）硫磺瀝青混合料的拌和與成型溫度較低（圖1為SEAM摻量為40%時(shí)SEAM瀝青結(jié)合料粘溫曲線），但是與基質(zhì)瀝青相比，其成型混合料的空隙率、間隙率并沒有隨著硫磺的加入而明顯變化，說明在一定壓實(shí)溫度條件下，硫磺并不會(huì)影響混合料的壓實(shí)效果。

3、硫磺改性瀝青混合料性能試驗(yàn)分析

在瀝青中加入硫以后，其瀝青混合料變得干硬，硫?qū)r青混合料高溫穩(wěn)定性提高的效果、對強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的影響等是人們關(guān)心的問題，因此，在馬歇爾試驗(yàn)確定的不同硫磺摻量的混合料最佳配合比基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了SEAM瀝青混合料的路用性能。

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是指在夏季高溫時(shí)，在交通荷載作用下瀝青路面抵抗車轍、推移、擁包等永久變形的能力。試驗(yàn)采用車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫抗車轍性能，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

注：混合料中添加了抗剝落劑，且試件是在養(yǎng)生7天后才做的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。

從表3可以看出：當(dāng)SEAM>20%以后，隨著SEAM摻量的增大，硫磺瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度開始提高，當(dāng)摻量增加達(dá)到530%時(shí)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高到3194次，為基質(zhì)瀝青的4.43倍，表明SEAM對于提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性具有顯著效果。

3.2 水穩(wěn)定性能

瀝青混合料水穩(wěn)定性是指瀝青與礦料之間形成粘附力后，水對瀝青的置換作用而引起瀝青剝落的抵抗程度。凍融劈裂是在規(guī)定條件下對瀝青混合料進(jìn)行凍融循環(huán)，測定混合料試件在受到凍融前后劈裂破壞的強(qiáng)度比，以評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

從表4可以看出：雖然SEAM對瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比影響較小，但在摻量增加到50%條件下，混合料的劈裂強(qiáng)度比小于80%，所以為保證硫磺瀝青混合料具有足夠的水穩(wěn)定性，硫磺的摻量宜小于50%。

3.3 疲勞性能

瀝青混凝土的疲勞性能與瀝青路面的使用壽命密切相關(guān)，尤其路面的中、下面層對該性能要求更高。劈裂疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表5。

從表5可以看出：SEAM摻量為20%時(shí)，瀝青混合料的疲勞壽命略有提高，但隨著硫磺摻量的增加，瀝青混合料的疲勞壽命開始下降，達(dá)到50%摻量時(shí)，疲勞壽命只有普通瀝青混合料的32.3%，因此SEAM的摻量不宜過大。

4、SEAM摻量的確定

瀝青混合料中摻加不同量的SEAM，則SEAM改性瀝青混合料析出的晶體形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也會(huì)不同，導(dǎo)致瀝青混合料的強(qiáng)度等性能也會(huì)大不相同。摻加不同比例的SEAM可以得到不同性能的SEAM瀝青混合料，SEAM摻加的比例越大則剛性越大。一般來說摻加50%以上將得到“全剛性”的混合料，此時(shí)SEAM可以替代40%的瀝青，這種路面具有優(yōu)異的抗車轍性能，但是柔性較低；摻加40%左右的SEAM將得到“半剛性”的混合料，此時(shí)可以替代30%的瀝青，這種SEAM瀝青混合料的穩(wěn)定性比常規(guī)瀝青混合料高，因此路面具有較高的抗車轍性能；摻加30%左右的SEAM將得到“軟”瀝青混合料，此時(shí)可以替代約205左右的瀝青，這種SEAM瀝青混合料的性能與常規(guī)瀝青混合料基本相似，路用性能略好一些，與常規(guī)瀝青混合料相比，使用較少的壓實(shí)功作用即可得到較好的壓實(shí)度，主要的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約瀝青的使用量。采用不同SEAM摻入量按照m（SEAM）∶m（Asphalt）比例拌和的SEAM改性瀝青混合料，隨著m（SEAM）∶m（Asphalt）的增大，馬歇爾穩(wěn)定度不斷增大，說明SEAM改性瀝青混合料的強(qiáng)度可以用控制SEAM的摻入量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

由此可見，使用SEAM改性瀝青混合料時(shí)，采用什么樣的m（SEAM）∶m（Asphalt）比例，要根據(jù)修建道路的功能需要和路面設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、剛度等要求來選擇確定。

SEAM用量的計(jì)算采取等體積替換的原則，通過如下公式進(jìn)行：

式中：A為常規(guī)瀝青混合料設(shè)計(jì)中瀝青含量（重量百分比）；

R為SEAM替代系數(shù)，半剛性、柔性面層一般取R=1.8～1.9；

PS為最終結(jié)合料中SEAM重量比；

Gb為瀝青相對密度。

計(jì)算出（SEAM+瀝青）總結(jié)合料的用量，然后分別計(jì)算SEAM和瀝青的用量，如下：

SEAM%=（SEAM+瀝青）%×PS 式（2）

瀝青用量=（SEAM+瀝青）%×（1-PS） 式（3）

5、結(jié)論

（1）SEAM改性瀝青混合料在一段時(shí)間養(yǎng)生后才具有較好的高溫穩(wěn)定性，即硫磺可以提高瀝青混合料的抗車轍性能；

（2）在合適的SEAM摻量下，SEAM改性瀝青混合料在提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性時(shí)不會(huì)影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但抗疲勞性能略有降低；

（3）通過不同SEAM摻量的瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果可以確定：下面層AC-25合適的m（SEAM）∶m（Asphalt）為40：60時(shí)，能夠保證SEAM改性瀝青混合料的各項(xiàng)性能滿足規(guī)定的要求。

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作者簡介：

周華軍，男，助理工程師，出生于1986年10月20日，江蘇東交工程檢測有限公司。