高寒區(qū)改性瀝青路面施工技術研究

魏承志，魏承惠

（內(nèi)蒙古高等級公路建設開發(fā)有限責任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010051）

0 引言

SEAM 改性瀝青混合料是硫磺強化瀝青技術，將硫磺瀝青改性劑按照一定比例摻入瀝青混合料中。SEAM 改性瀝青混合料是在常溫下將SEAM 固體顆粒按照一定比例加入瀝青攪拌鍋，拌和形成的瀝青混合料。與普通瀝青混合料相比，SEAM 改性瀝青混合料黏度低，節(jié)約能源，對環(huán)境污染小，低溫穩(wěn)定性好。本文基于內(nèi)蒙古某高速公路SEAM 改性瀝青路面的實踐應用，分析AC-25SEAM 改性瀝青混合料下面層配合比設計和施工質(zhì)量控制要點。

1 SEAM 改性劑概述

1.1 SEAM 改性劑發(fā)展概況

SEAM 是硫磺瀝青改性劑，通過在硫磺中按照一定比例加入煙霧抑制劑和增塑劑，得到的一種顆粒狀的瀝青改性劑。國外發(fā)達國家對SEAM 改性瀝青的研究起步較早，20 世紀60、70 年代研究學者將硫磺加入到瀝青混合料中，代替瀝青混合料中的部分瀝青，以降低瀝青混合料的施工成本。美國賓夕法尼亞州選用SEAM 改性瀝青混合料鋪筑了多條試驗路段，試驗結果表明硫磺瀝青路面的抗車轍性能明顯優(yōu)于普通瀝青路面。

近年來，國內(nèi)也開展了SEAM 改性瀝青混合料相關研究，但主要應用在瀝青路面的中、下面層。大量試驗結果表明，SEAM 改性瀝青路面的路用性能明顯提高，尤其是低溫性能提高顯著。通過對SEAM 改性瀝青路面耐久性進行長期觀測，得出在寒冷地區(qū)應用SEAM 改性瀝青混合料，具有良好的應用價值，可在我國應用。

1.2 SEAM 改性劑的作用機理

隨著硫磺分離技術的發(fā)展進步，硫磺的成本不斷下降，促進了SEAM 改性瀝青混合料的發(fā)展。SEAM 改性劑與瀝青具有良好的相融性，在混合料拌和過程中通過強烈的剪切作用，將硫均勻的分布在瀝青混合料中，溶解在瀝青中。隨著時間的推移，部分SEAM 改性劑與瀝青完成化學結合，也有部分產(chǎn)生了結晶，作用機理主要包括：

（1）當溫度達到70℃以上時，SEAM 改性劑開始軟化變?yōu)槟z狀體；溫度達到115℃左右改性劑完全液化，溶解在瀝青中，可有效降低瀝青的運動粘度。

（2）隨著時間的增長，SEAM 改性劑與瀝青結合形成的結晶不斷增加，改性瀝青混合料的穩(wěn)定度得到很大的提高，明顯提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

（3）SEAM 改性劑可與骨料良好結合，提高瀝青路面水破壞性能，且隨SEAM 改性劑的摻量增加不斷提高，瀝青路面也不會產(chǎn)生泛油現(xiàn)象。

在上述作用下，SEAM 改性瀝青混合料的路用性能得到明顯改善。由于SEAM 改性瀝青混合料的黏度明顯降低，拌和時加熱溫度也低于普通瀝青混合料，因此拌和時可以節(jié)約燃料。施工過程中SEAM 改性瀝青混合料的溫度也明顯低于普通瀝青混合料，碾壓遍數(shù)減少，路面結構成型質(zhì)量好，也減少施工機械的使用成本。另外，SEAM 改性瀝青混合料對攪拌設備要求不高，除了需要增設SEAM 計量投放裝置外，其他部分與普通瀝青混合料拌和設備相同。

1.3 SEAM 改性劑的特點

與其他瀝青改性劑相比，SEAM 改性劑具有如下特點：

（1）SEAM 改性劑可提高瀝青混合料的抗壓強度，可提高路面結構的抗壓陷性能，適用于重、特重交通、機場、廠礦專業(yè)道路。

（2）SEAM 改性劑中的硫磺可增強瀝青混合料的內(nèi)部結構，進而提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

（3）SEAM 改性劑可以降低瀝青混合料中的瀝青用量，可以節(jié)約能源，降低成本。與普通瀝青混合料和、SBS 改性瀝青混合料等相比，具有明顯的技術優(yōu)勢。

（4）SEAM 改性劑具有一定的技術劣勢，加熱過程中會產(chǎn)生二氧化硫、硫化氫等有毒有害氣體，不僅會污染空氣，還會對人體造成一定的傷害，應做適當改進。

2 SEAM 改性瀝青混合料配合比設計

2.1 依托項目概況

內(nèi)蒙古某高速公路位于高寒地區(qū)，冬季降雪量大、氣溫低，晝夜溫差較大。年最高氣溫為33.5℃，最低氣溫可達-45.2℃。由于受到氣候條件的限制，采用普通瀝青混合料不能滿足當?shù)貫r青路面施工的要求。SEAM 改性瀝青混合料低溫抗裂性好，高溫穩(wěn)定性好，抗車轍能力強，耐久性好，可有效延長路面結構的使用壽命。高速公路下面層采用AC-25 SEAM 改性瀝青混合料，厚度為6cm，在施工過程中進行嚴格的配合比設計。建立試驗段，合理確定瀝青混合料的拌和加熱溫度、施工溫度和碾壓遍數(shù)等技術指標。

2.2 SEAM 改性瀝青混合料配合比設計

SEAM 改性劑可代替部分瀝青材料，按照等體積替代原則確定改性劑和瀝青的用量。按照瀝青混合料配合比設計的方法，采用確定最佳瀝青用量的方法確定SEAM 改性劑的摻量。按照一定比例加入SEAM 改性劑，并通過換算確定SEAM 改性劑和瀝青的摻量。確定摻量后，采用馬歇爾方法確定體積及性能指標?？紤]到本項目處于高寒地區(qū)，結合該地區(qū)氣候特點按照重量3：7的比例確定瀝青用量。通過計算，確定SEAM 改性劑的摻量為1.7%，瀝青摻量為4.1%。

3 SEAM 改性瀝青路面施工技術

3.1 SEAM 改性瀝青混合料生產(chǎn)

SEAM 改性瀝青混合料的生產(chǎn)溫度較普通瀝青混合料拌和溫度低，通常應該控制在140～145℃。生產(chǎn)過程中先加入SEAM改性劑干拌5s，然后再加入熱瀝青拌和，拌和至改性劑完全被熱瀝青的溫度融化為止。SEAM 改性瀝青混合料拌和過程中嚴格控制拌和溫度，以防產(chǎn)生H2S 和SO2氣體。SEAM 改性劑應存放在防雨防潮的雨棚中，存放過程中避免SEAM 粉塵因摩擦而產(chǎn)生火花?；旌狭习韬屯瓿珊?，不得用明火加熱拌和缸，以防止發(fā)生火災事故。

骨料的含水量應保證均勻，烘干后熱骨料的含量控制在2/3熱料倉以上。為了保證配合比準確，SEAM 改性瀝青混合料的生產(chǎn)設備最好采用強制間歇式拌和機。拌和過程中嚴格按照設計配合比加入各組成材料，采用控制系統(tǒng)對瀝青用量、級配、拌和溫度進行控制。拌和設備的生產(chǎn)能力應與攤鋪設備的生產(chǎn)能力相匹配，并盡量縮短成品料的存儲時間，保持攤鋪機勻速連續(xù)運行。

3.2 SEAM 改性瀝青路面的施工

（1）運輸：SEAM 改性瀝青混合料的運輸車的數(shù)量應根據(jù)運輸距離、攤鋪和拌和設備的生產(chǎn)能力進行選用，以保證攤鋪機連續(xù)運行并略有富余為準。運輸過程中注意保溫，防止溫度下降影響施工。運輸過程中應盡可能減少顛簸，防止產(chǎn)生混合料離析。

（2）攤鋪：攤鋪過程中應保持攤鋪機勻速連續(xù)施工，不得隨意停頓。由于混合料中SEAM 改性劑中的煙霧抑制劑揮發(fā)過程中會產(chǎn)生很多不利氣體，混合料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場必須盡快攤鋪。施工現(xiàn)場應配備H2S 和SO2氣體濃度檢測儀，隨時監(jiān)控有害氣體濃度。

（3）碾壓：SEAM 改性瀝青混合料的碾壓與普通瀝青混合料不同，由于料溫過低攤鋪后應迅速碾壓?；旌狭夏雺簻囟葢刂圃?10℃以上，并注意控制碾壓遍數(shù)，嚴禁過壓，以防止路表出現(xiàn)細微的橫向裂紋。

（4）養(yǎng)生：SEAM 改性瀝青混合料碾壓完成后即開始進行養(yǎng)生，養(yǎng)生期為3—7d。養(yǎng)生期間進行嚴格的交通管制，不得任何行人或車輛進入。保證瀝青與硫磺充分反應，以保證改性效果。

3.3 SEAM 改性瀝青混合料施工注意事項

與普通瀝青混合料相比，SEAM 改性瀝青混合料施工工藝的不同點主要表現(xiàn)在混合料拌和方面，應重點注意以下幾點：

（1）原材料加熱溫度。SEAM 改性瀝青混合料拌和溫度較低，拌和時瀝青加熱溫度控制在140℃左右，礦料加熱溫度控制在150℃左右。

（2）按規(guī)定順序加入各原材料。拌和過程中先加入礦料，干拌5s 以上，再加入瀝青和SEAM 改性劑，控制拌和時間不少于45s。

（3）嚴格控制拌和溫度。SEAM 改性瀝青混合料拌和溫度應控制在135～145℃，這是由于SEAM 改性劑中的硫磺熔點較低，僅為115℃，硫磺與瀝青產(chǎn)生化學作用，降低瀝青的黏度，以便混合料于拌和。

（4）拌和溫度不得超過150℃，這是由于SEAM 改性劑中添加了煙霧抑制劑和增塑劑，但硫磺在溫度達到165℃以上時會達到熔融狀態(tài)，很容易產(chǎn)生硫蒸氣，釋放二氧化硫、硫化氫等有毒有害氣體，對人體和周邊環(huán)境產(chǎn)生危害。

4 結論

高寒地區(qū)年最低氣溫較低，對瀝青路面材料要求高。與普通瀝青混合料相比，SEAM 改性瀝青混合料具有足夠的低溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、耐久性，可有效延長路面使用壽命。通過對SEAM 改性瀝青混合料的配合比設計和施工技術進行分析，說明該混合料可以滿足高寒地區(qū)對瀝青路面材料的要求，具有較高的應用價值。