Thiopave瀝青混合料性能及應(yīng)用研究

范虎彪

摘要：采用ATB25、AC25兩種級(jí)配，對(duì)比分析了Thiopave瀝青混合料的性能，并對(duì)某高速公路實(shí)際應(yīng)用的效果及存在的問(wèn)題進(jìn)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(shí)效果；在應(yīng)用中需改進(jìn)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(hào)：U528.04文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0引言

近年來(lái)，隨著石油價(jià)格和瀝青價(jià)格的不斷上漲，SBS、SBR改性瀝青的價(jià)格也快速攀升，大大增加了瀝青路面的施工成本；因此，價(jià)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(gè)選擇。Thiopave是SEAM（Sulphur extended asphalt modifier）的升級(jí)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(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)硫磺瀝青混合料的性能、機(jī)理、壓實(shí)特性等進(jìn)行了一些研究[23]，鑒于Thiopave已經(jīng)越來(lái)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(shí)際應(yīng)用，以ATB25、AC25兩種級(jí)配，對(duì)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(wèn)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(jí)道路石油瀝青。其技術(shù)指標(biāo)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(biāo)見表2、3。

1.2Thiopave改性劑

殼牌公司對(duì)Thiopave顆粒的技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)定，如表4所示。在實(shí)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(jī)化合物，可以降低Thiopave 施工過(guò)程中的氣味和不適感，易吸濕，在存放時(shí)需防水、防潮。其添加量一般為Thiopave用量的2%～3%[45]。

表170#A級(jí)道路石油瀝青試驗(yàn)結(jié)果

技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果技術(shù)要求（A級(jí)）

針入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm6760～80

延度（15 ℃）/cm>100≥100

軟化點(diǎn)（環(huán)球法）/℃47.5≥46

閃點(diǎn)（COC）/℃298≥260

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.015實(shí)測(cè)記錄

溶解度（三氯乙烯）/%99.7≥99

RTFOT試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果

技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)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(diǎn)（環(huán)球法）/℃54.0>50

60 ℃動(dòng)力粘度/（Pa·s）462>300

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.036實(shí)測(cè)記錄

TFOT（163 ℃，5 h）試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果

技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)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(diǎn)（環(huán)球法）/℃81≥55

閃點(diǎn)（COC）/℃248≮230

密度（15 ℃）/（g·cm-3）1.038實(shí)測(cè)記錄

RTFOT試驗(yàn)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(xiàng)目技術(shù)要求測(cè)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(guò)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(duì)各規(guī)格原材料進(jìn)行篩分，并適當(dāng)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(xì)粉的用量，使中等粒徑集料較多，形成S型級(jí)配曲線，并取中等偏高的空隙率計(jì)算配合比。具體合成級(jí)配如表5所示。

表5礦料合成級(jí)配設(shè)計(jì)

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(biāo)

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)測(cè)定、計(jì)算相應(yīng)體積指標(biāo)，滲水試驗(yàn)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(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)ATB25、AC25的輪碾成型試件表面空隙較大，水會(huì)很快向四周擴(kuò)散并從試件表面流出，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出其滲水性能，即橫向滲水現(xiàn)象顯著。為了準(zhǔn)確驗(yàn)證其縱向滲水性，試驗(yàn)過(guò)程中將試件表面密封后再進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)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(shí)際瀝青材料用量相對(duì)減小，可以有效地節(jié)約瀝青用量，而體積指標(biāo)差異不大；對(duì)于同級(jí)配混合料，瀝青混合料室內(nèi)縱向滲水試驗(yàn)效果變化不明顯。

2.2高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)瀝青混合料性能的重要指標(biāo)。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(biāo)及滲水試驗(yàn)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(yàn)和車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。對(duì)ATB25瀝青混合料，測(cè)定60 ℃、0.7 MPa下的動(dòng)穩(wěn)定度；對(duì)AC25混合料，分別測(cè)定其60 ℃、0.7 MPa和70 ℃、1.0 MPa下的動(dòng)穩(wěn)定度。車轍試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)結(jié)果

混合料類型油石比/%穩(wěn)定度/kN流值/

0.1 mm動(dòng)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(duì)于穩(wěn)定度指標(biāo)，ThiopaveATB25相比普通ATB25瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)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(shuō)明級(jí)配不同，摻加Thiopave后混合料的穩(wěn)定度變化趨勢(shì)也不同，Thiopave對(duì)于AC型混合料穩(wěn)定度的提高優(yōu)于ATB型混合料。

（2） 對(duì)于車轍動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)，基質(zhì)瀝青ATB25摻入Thiopave后動(dòng)穩(wěn)定度大幅度提高，摻入35%Thiopave與SBS改性瀝青動(dòng)穩(wěn)定度基本持平，摻入40%Thiopave時(shí)高于SBS改性瀝青；且隨Thiopave用量增大，動(dòng)穩(wěn)定度明顯提高，從35%增大至45%后，60 ℃、70 ℃動(dòng)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(qiáng)度比來(lái)評(píng)價(jià)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(qiáng)度比、殘留穩(wěn)定度均有所降低，說(shuō)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(biāo)變化并不明顯，而凍融劈裂殘留強(qiáng)度比顯著降低。通過(guò)摻入08%抗剝落劑，可改善水穩(wěn)定度并達(dá)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(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

混合料類型油石比/%凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度比/%浸水馬歇爾試驗(yàn)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(duì)Thiopave瀝青混合料進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。ThiopaveATB25用于底面層，特種瀝青+ThiopaveAC25用于中面層。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)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(yàn)。

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(dòng)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(dòng)添加裝置。在生產(chǎn)過(guò)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(jī)械自動(dòng)添加過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生粉塵；當(dāng)遇到高溫的拌和鍋、骨料時(shí)以人工稱重的添加方式既費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且質(zhì)量、產(chǎn)量均無(wú)法保證。因此，需要開發(fā)一種性能更優(yōu)良的Thiopave自動(dòng)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(shí)，考慮性能和造價(jià)，分別以Thiopave摻量為35%、40%鋪筑試驗(yàn)段，混合料經(jīng)抽檢，常規(guī)室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)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(cè)原因是Thiopave用量過(guò)大以及生產(chǎn)施工變異。后經(jīng)適當(dāng)提高瀝青用量、降低拌和溫度，最終實(shí)際鋪裝狀況良好。

分析認(rèn)為，Thiopave摻量為40%時(shí)已達(dá)到上限，摻加過(guò)量的Thiopave可能對(duì)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(yàn)性能提高較大，但在實(shí)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(yàn)條件的偏差，不宜使Thiopave用量達(dá)到40%的上限，以免造成較大的質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)。

3.3拌和及壓實(shí)

在實(shí)際施工過(guò)程中，Thiopave出廠時(shí)溫度為130 ℃～140 ℃，低于普通SBS改性瀝青混合料。拌和場(chǎng)距施工現(xiàn)場(chǎng)約2 h運(yùn)距，到現(xiàn)場(chǎng)損失較小，經(jīng)同車輛后場(chǎng)和施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定溫度對(duì)比，溫度變化基本在5 ℃以內(nèi)，有較好的保溫性能，不會(huì)對(duì)攤鋪、碾壓產(chǎn)生不利影響。攤鋪后取芯檢測(cè)壓實(shí)度，結(jié)果均滿足要求?？梢?，Thiopave混合料在降低拌合施工溫度的同時(shí)，有很好的壓實(shí)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(shí)會(huì)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(yán)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(yǔ)

（1） Thiopave的添加對(duì)體積指標(biāo)影響不大，可節(jié)約瀝青用量，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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

（3） 凍融劈裂殘留強(qiáng)度比能很好地評(píng)價(jià)Thiopave混合料的水穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果表明其水穩(wěn)定性較普通混合料差，但通過(guò)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(shí)，有很好的保溫性能及壓實(shí)效果。

（5） 實(shí)際鋪裝應(yīng)用須控制Thiopave的摻加比例不超過(guò)40%，以減少質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

（6） Thiopave混合料的生產(chǎn)中，應(yīng)改進(jìn)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(hù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡小弟，高一鳴，林麗蓉，等.賽歐鋪改性瀝青混合料溫拌技術(shù)[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（11）：1013.

[2]楊錫武，熊世銀，角述兵，等.硫磺改性瀝青混合料性能及機(jī)理研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，24（3）：6166.

[3]季節(jié)，徐世法，孔祥杰，等.基于硫磺改性的溫拌瀝青混合料壓實(shí)特性研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化2009，26（1）：2226.

[4]JTG E20—2011，公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

[5]JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯：王玉玲]