硫磺改性剂在沥青改性技术中的性能研究

摘 要：介绍了硫磺改性剂在沥青改性技术的应用背景及研究必要性，在分析和研究国内外硫磺改性剂应用现状的基础上，阐述了硫磺改性剂的作用原理及在现阶段使用过程中的优势，并提出了其在改性技术中应用的主要问题。

关键词：硫磺改性剂；改性技术；拌合

1 研究背景和必要性

硫磺改性技术，也被称为SEAM技术，上世纪70年代广泛应用在北美地区。近年出现的硫磺改性混合料技术就是SEAM技术在实际生产过程中应用的体现，硫磺对于沥青有着非常好的强化作用，同时还能在沥青混合料中起到粘结和填充作用，欧洲、美国、加拿大等地多年前已经应用。

壳牌公司推出的专利产品Thiopave（赛欧铺）改性剂，在使用过程中直接被加入到拌合仓，改性剂作为添加剂与沥青、骨料粘结，在物理层面上作为18～26%的沥青成分，化学层面添加剂在高温状态下可溶解到沥青里，起到降低沥青粘度，并改善沥青混合料的流动性，达到拌合更加均匀，并在SBS改性沥青混合料中，生产温度和压实温度降低20-30℃的情况下，硫磺改性剂作为交联剂使得不饱和键交联成网状结构，使得结构更加稳定。除了欧美地区，中国辽、苏、两广和京津一带也都成功了应用此技术。[1]

文章将系统全面地研究SEAM改性沥青混合料路面的马歇尔性能指标、高温、低温稳定性、水稳定性和疲劳性能，影响SEAM改性沥青混合料性能的因素。研究成果对SEAM改性沥青混合料路面的推广应用、优化沥青路面材料和路面结构、节约沥青路面投资具有一定参考价值。并针对性试验分析与理论研究的基础上，研究和实践有效的SEAM硫磺改性剂添加工艺。建立切实可行的评价体系，形成适合于辽宁省实际的SEAM改性沥青混合料路面性能评价指标。[2]

2 硫磺改性剂的特性

SEAM改性沥青混合料与其他改性沥青相比，因硫磺能够代替一部分沥青，使得在经济成本上低于普通沥青混合料。但我国在优质的重交通沥青和改性沥青技术的研究上起步相对较晚，自1992年首次应用改性沥青铺设机场跑道以来，改性沥青技术得到较大的发展。近年来，首都机场高速、八达岭高速、珠海F1方程式赛车跑道等项目分别应用了壳牌、Novophalt等改性沥青，国内的盘锦、欢喜岭、兰亭、东海等品牌改性沥青也被国内外的高等级道路中应用。[3]

SEAM作为一种新型的沥青混合料改性剂，是在硫磺里加入了烟雾抑制剂和增塑剂的成分。150℃的环境下，因为烟雾抑制剂的存在，有害气体的排量减少。增塑剂的加入，使得硫磺在强度和耐久性能上得到提升。硫磺以颗粒的形式均匀分散于沥青混合料里，部分硫磺作为沥青稀释剂的角色，粘稠的沥青因硫磺与沥青化学的结合而得到稀释。

SEAM改性，从原理上分析主要分为两部分，一为硫磺与沥青的作用，二为硫磺与集料的作用。硫磺对沥青的高低温性能有所提升，对石料的粘附性也有所改善，此外游离的硫磺对沥青混合料起到整体增强的作用。硫磺是在沥青混合料生产过程中直接投入到拌合机的拌缸中，骨料加热剪切实现其在混合料中的分散，硫磺改性剂在矿料表面形成一层薄膜，随后的搅拌过程使改性剂膜的厚度逐渐变成微米数量级，它们很好的渗透、扩散、互溶、结合，因此在搅拌过程中骨料的摩擦、碰撞、剪切等都是加速沥青与硫磺相融、扩散的有利因素，沥青薄膜与SEAM改性剂膜紧密接触，提供了强大的界面力，分子在相互渗透时形成了过渡层，因此SEAM的加入，抗剥落能力大幅度提高，甚至对于花岗岩等的酸性矿料，也不需要另掺加抗剥落剂。[4]

现代的公路因外界的交通密度大、车辆轴载重、合在作用频率高等特点，在使用过程中易出现高温车辙、低温裂缝、抗滑性能衰降快、使用年限时间变短等问题。因此为了使沥青路面在高温状态下不推移、低温状态下不开裂、道路安全快速的行车、使用寿命延长。因此提高沥青的流变性能、改善沥青与集料的粘附性、延长沥青的耐久性，能更好的适应现代交通的要求。硫磺改性沥青因其造价低、施工方便等优点，以往工程修筑的改性沥青混合料试验路，效果良好。

针对辽宁省的现今公路在运营期间出现的各种病害问题上来看，在部分路线、路段上分别出现了不同程度的车辙、水损害、网裂和低温裂缝等病害，这些问题的出现严重影响了路面的行车安全、服务水平及使用寿命。硫磺改性剂的出现可以显著提高沥青路面的高温稳定性能以及低温开裂性能，在工程造价不过多增加的基础之上，降低沥青路面产生车辙等病害的风险，因此研究硫磺改性剂对沥青混合料性能和施工工艺的影响对辽宁省公路建设有积极的意义。

3 硫磺改性剂在改性技术中的性能研究

SEAM沥青混合料适用于各种沥青面层，以其弹性模量高、强度高、抗剪切及温度稳定性好等特点，更常在重载交通多、轴载重或者是车辆启动频繁的路段使用，比如机场跑道、平交道口、道路爬坡等优先考虑使用SEAM沥青混合料。

硫磺在拌合过程中，以颗粒的形式均匀分散，相容于沥青，粘结集料，部分还与沥青化学结合，稀释沥青，结晶直至改性的效果，通过实验室的室内实验以及实际铺筑的路段效果来看，在抗压性能、抗裂性能以及高温车辙、低温抗裂几个方面都有所改善，抗水稳效果也都加强。随着科学技术的进步和发展，SEAM技术现阶段研究的都是单一的影响性能，但相互之间的影响关系还未深入的研究过。[5]

还有针对硫磺改性技术的施工环境上，硫磺以“硫磺强化沥青改性剂”颗粒的成分进入到热拌沥青混合料中，熔化过程中由于添加了烟雾抑制剂成分，在150℃以下的高温环境里不产生硫化氢、二氧化硫等成分，硫蒸汽的浓度也很低，气温对人无副作用，增塑剂提高了改性混合料强度和耐久性，因此在施工的细节问题上亟待研究。[6]

SEAM技术除了能够在沥青含量上利用了大量的硫磺，节省了大量的沥青，为沥青的存储和运输节省了很大的成本，也为沥青这种不可再生资源短缺提供了新的节省方式。按照比例上计算，如大规模使用SEAM技术，20%～40%的沥青将被减少消耗，这对于公路行业路面材料的可持续发展上，将会带了广泛的使用空间和无限的推广前景。

4 结束语

从研究的结果来看，总得来说硫磺改性沥青混合料有诸多优点：提高沥青腊含量，改善沥青混合料的性能，其中包括模量、抗压性能、抗水损害性能、高温稳定性和低温抗裂性，在各个性能上都有不同效果的体现。与其他改性技术相比，经济效益也不错。

（1）掺量合理情况下的SEAM沥青胶浆和SEAM沥青混合料的性能都有所改善。（2）硫磺降低沥青粘度，70℃软化为胶体，115℃液化降低沥青粘度，使混合料易拌合、摊铺、碾压。因此135℃-145℃为最适合的拌合温度。（3）硫磺改性剂技术使沥青混凝土结构增强。随着温度的升高与沥青部分化学结合形成结晶，增强结构及稳定度。改善高温稳定性比较明显，而且不产生泛油。低温性能也相应改善，裂缝减少。（4）硫磺改性技术使沥青存储及运输更方便，因为SEAM的物理特性，使长时间存储及地域限制的情况得以改善。

参考文献

[1]姚进.硫磺改性沥青应用技术研究[D].2007.

[2]张善士.硫磺改性沥青应用技术[J].交通世界（建养机械），2008.

[3]常立杰.浅谈“SEAM沥青混合料”[J].交通世界（建养机械），2007.

[4]许雅智.SEAM沥青混合料在寒冷地区的应用研究[D].2009，10.

[5]丁婷婷.探索高粘度改性沥青新思路[J].科技信息，2010.

[6]刘建中.浅谈强夯施工在杂填土路基工程中的应用[J].科技信息，2010.

作者简介：李时雨，辽宁省交通厅公路管理局，助理工程师。