江瑋，高慶

（上饒市婺源公路事業(yè)發(fā)展中心，江西婺源 333200）

1 Thiopave改性溫拌技術(shù)原理

Thiopave是由硫磺、煙霧抑制劑、專利復配增塑劑等組成的新型環(huán)保型低嗅硫磺稀釋瀝青混合料改性劑，常溫常態(tài)下為淺灰色固體顆粒。瀝青與硫磺具備較好的相容性，石料和硫磺能充分黏結(jié)，在加熱的石料內(nèi)分別摻入Thiopave改性劑和瀝青材料，拌制過程中因受到骨料的剪切作用，細小的硫磺顆粒便均勻分散至瀝青混合料內(nèi)，并有部分硫磺和瀝青發(fā)生化學反應，與瀝青材料充分溶解以達到稀釋和黏稠瀝青的作用[1]；其余部分硫磺則均勻分散至瀝青相中，形成結(jié)晶體，發(fā)揮增強混合料結(jié)構(gòu)強度的作用。這種結(jié)晶體的數(shù)量將隨Thiopave改性劑和瀝青材料重量比的增大而增加，Thiopave改性劑摻入瀝青材料后既能起到瀝青改性作用，還能對整個混合料發(fā)揮改性作用，原因在于單質(zhì)硫熔點較低，僅為115℃，當單質(zhì)硫的熔點高出Thiopave瀝青混合料溫度時，溶解于瀝青材料內(nèi)及分散的硫便會析出，形成網(wǎng)狀晶體交聯(lián)結(jié)構(gòu)，并能將石料緊密黏結(jié)在一起。隨混合料中Thiopave改性劑摻加量的增大，網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)更加密集，瀝青混合料路面結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定度顯著提升，在不影響基質(zhì)瀝青低溫性能的情況下，使混合料高溫性能大幅改善。

2 工程實例

某國道公路起訖樁號K123+750—K132+220段路基為處理后的軟土地基，并采用柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)。隨著該路段服役年限的延長，其部分路段開始出現(xiàn)車轍、水損、坑槽等病害，為保證路面抗車轍、抗水損性能及結(jié)構(gòu)強度和承載力得到提升，提出50%新集料+50%RAP舊料+新瀝青+Thiopave改性劑的AC-20瀝青再生混合料配合比方案。

2.1 原材料

本國道路面養(yǎng)護所用基質(zhì)瀝青為殼牌70#A級道路石油瀝青，其25℃針入度70（0.1mm），針入度指數(shù)-1.04，15℃延度150cm，軟化點47℃，60℃動力黏度204Pa·s，15℃密度1.041g/cm3，蒸餾法含蠟量1.5%，閃點311℃，溶解度99.72%，163℃薄膜加熱試驗后質(zhì)量損失-0.19%、針入度比61.4%、10℃延度9cm。性能均符合相關技術(shù)指標。粗集料主要為內(nèi)江沱江卵石軋制料，細集料采用由資中石灰石軋制的粒徑0～3mm的機制砂，粗細集料性能均符合技術(shù)規(guī)范。Thiopave改性劑采用殼牌生產(chǎn)的硫磺主成分中摻加增塑劑和煙霧抑制劑后制成的半球狀深褐色顆粒，其單質(zhì)硫含量不小于97%，增塑劑含量不小于2.5%，灰分不超過3%，粒徑在4.75mm以下，軟化點和閃點分別在79℃和170℃以上，15℃比重不小于1.8，自燃溫度約為290℃。Thiopave改性劑∶瀝青為32∶68，應按石料用量的2.05%確定Thiopave改性劑摻量。

對PA-1、卡洛胺及Meadwest vaco所生產(chǎn)的Pave Bond三種抗剝落劑試驗結(jié)果的比較，該國道路面養(yǎng)護采用卡洛胺抗剝落劑，并按瀝青用量的0.88%確定摻加量[2]。

2.2 最佳瀝青用量確定及配合比設計

普通瀝青混合料設計按照馬歇爾法進行，在得出基質(zhì)瀝青混合料最佳油石比及最佳瀝青用量后根據(jù)下式進行Thiopave改性劑和瀝青膠結(jié)料用量的確定：

式中：T為Thiopave改性劑用量；A為基質(zhì)瀝青用量；R為Thiopave改性劑替代系數(shù)；PS為改性瀝青混合料中Thiopave改性劑重量比；G為瀝青重量比。

根據(jù)相關規(guī)范及設計要求，AC-20瀝青混合料中瀝青的最佳用量應控制在3.5%～4.5%，并按照0.5%的間隔變化進行瀝青用量適配，即按照3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的瀝青用量分別成型5組混合料試件，每組4個。將以上馬歇爾試件養(yǎng)護24h后進行穩(wěn)定度、空隙率、密度、瀝青飽和度、流值等指標檢測，此后將試件置于60℃試驗條件下進行馬歇爾穩(wěn)定度檢測和馬歇爾模數(shù)計算。試驗結(jié)果詳見表1。

表1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果繪制基質(zhì)瀝青物理力學指標關系圖以及瀝青用量與各參數(shù)結(jié)果關系圖，并求取密度、穩(wěn)定度和最大瀝青飽和度中值、目標空隙率中值所對應的瀝青用量，最終確定出最佳瀝青用量為3.8%。按照該最佳瀝青用量重新制備改性瀝青混合料試件，并進行馬歇爾試驗以驗證混合料水穩(wěn)性，試驗結(jié)果均符合粗粒式混合料性能要求。

2.3 混合料試驗

Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料強度的形成與時間和溫度有較大關系，主要采用加速結(jié)晶養(yǎng)生方法進行室內(nèi)試驗，即將成型環(huán)保型低嗅硫磺稀釋瀝青混合料試件置于60℃環(huán)境下養(yǎng)生24h，自然冷卻至常溫狀態(tài)便可達到常溫養(yǎng)生10d的效果，此后開始進行混合料劈裂強度、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)性試驗。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）所規(guī)定的試驗溫度及方法進行混合料試件劈裂強度試驗。試驗結(jié)果顯示，試件在15℃的試驗溫度及33.2kN的最大荷載試驗下密度為2.461g/m3，劈裂強度3.24MPa。根據(jù)試件斷裂面破壞程度可以看出，Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料劈裂強度可達到普通瀝青混合料劈裂強度的1.0～1.5倍；一般情況下劈裂破壞面主要出現(xiàn)在石料和膠結(jié)料接觸面，但Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料試件劈裂破壞面則出現(xiàn)在石料中部，這說明Thiopave改性瀝青混合料所具有的高抗拉強度和黏結(jié)強度遠超出骨料自身極限抗拉強度[3]。

根據(jù)試驗規(guī)程所規(guī)定的車轍試驗方法及動穩(wěn)定度指標進行混合料試件高溫穩(wěn)定性評價。根據(jù)試驗結(jié)果，Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料試件在60℃的試驗溫度下動穩(wěn)定度可達10 000次/mm以上，而SBS改性瀝青混合料試件在相同條件下動穩(wěn)定度僅為3 000次/mm以上；表明Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗車轍性能。

浸水馬歇爾試驗所得出的Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料馬歇爾動穩(wěn)定度和浸水馬歇爾動穩(wěn)定度分別為14.58kN和13.34kN，殘留穩(wěn)定度比91.4%，高出85%的規(guī)范值。凍融劈裂試驗結(jié)果顯示，改性瀝青混合料條件及非條件凍融劈裂強度值分別為1.61MPa和1.89MPa，凍融劈裂抗拉強度比84.4%，高出80%的規(guī)范值；表明Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料水穩(wěn)性完全符合規(guī)范要求。

2.4 施工控制要點

選擇起訖樁號K123+750—K124+250段為試驗段，按照設計方案進行試鋪。通過試驗段施工發(fā)現(xiàn)，在該國道路面Thiopave改性溫拌瀝青正式施工過程中，必須加強各環(huán)節(jié)溫度監(jiān)測及SO2、H2S等氣體釋放量的監(jiān)測，對于同種集料存在較大干濕差異時應通過裝載機翻拌，并確保各種集料均勻覆蓋。干燥筒內(nèi)Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料出料溫度應保持在125～135℃，且每盤混合料拌和時間不少于55s，從混合料出料到攤鋪時間間隔不超出2h。

試驗段碾壓及養(yǎng)生結(jié)束后，在K123+750—K124+000段取芯12個，壓實度均值98.2，標準差1.397，代表值為97.5，合格率100%；在K124+001—K124+250段鉆孔取13個芯樣，壓實度均值97.0，標準差0.739，合格率100%。2020年7月該國道施工完成并正式投入運營，施工情況良好，施工過程中其余各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均符合技術(shù)規(guī)范。工程最終運行效果有待長期觀測，總之Thiopave改性瀝青原材料充足，改性劑的摻加能在低溫性能保持穩(wěn)定的基礎上顯著提升路面高溫性能及結(jié)構(gòu)耐久度。

3 結(jié)語

綜上所述，Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料在公路工程中的應用能使瀝青用量降低18%～26%，且混合料拌和及碾壓溫度均顯著降低，溫拌效果較佳，在不影響瀝青混合料低溫性能的同時高溫穩(wěn)定性明顯改善，還能實現(xiàn)RAP循環(huán)再生利用，具備較好的節(jié)能減排降耗效果，但Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料施工過程中會釋放較濃的硫磺味，應選擇在環(huán)境敏感度低的地區(qū)應用。