國(guó)道路面養(yǎng)護(hù)中Thiopave改性溫拌技術(shù)的應(yīng)用

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(zhuān)利復(fù)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(guò)程中因受到骨料的剪切作用，細(xì)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(xué)反應(yīng)，與瀝青材料充分溶解以達(dá)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(qiáng)混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(duì)整個(gè)混合料發(fā)揮改性作用，原因在于單質(zhì)硫熔點(diǎn)較低，僅為115℃，當(dāng)單質(zhì)硫的熔點(diǎn)高出Thiopave瀝青混合料溫度時(shí)，溶解于瀝青材料內(nèi)及分散的硫便會(huì)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(shí)例

某國(guó)道公路起訖樁號(hào)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(zhǎng)，其部分路段開(kāi)始出現(xiàn)車(chē)轍、水損、坑槽等病害，為保證路面抗車(chē)轍、抗水損性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(guó)道路面養(yǎng)護(hù)所用基質(zhì)瀝青為殼牌70#A級(jí)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(diǎn)47℃，60℃動(dòng)力黏度204Pa·s，15℃密度1.041g/cm3，蒸餾法含蠟量1.5%，閃點(diǎn)311℃，溶解度99.72%，163℃薄膜加熱試驗(yàn)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(guān)技術(shù)指標(biāo)。粗集料主要為內(nèi)江沱江卵石軋制料，細(xì)集料采用由資中石灰石軋制的粒徑0～3mm的機(jī)制砂，粗細(xì)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(guò)3%，粒徑在4.75mm以下，軟化點(diǎn)和閃點(diǎn)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(yīng)按石料用量的2.05%確定Thiopave改性劑摻量。

對(duì)PA-1、卡洛胺及Meadwest vaco所生產(chǎn)的Pave Bond三種抗剝落劑試驗(yàn)結(jié)果的比較，該國(guó)道路面養(yǎng)護(hù)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(shè)計(jì)

普通瀝青混合料設(shè)計(jì)按照馬歇爾法進(jìn)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(jìn)行Thiopave改性劑和瀝青膠結(jié)料用量的確定：

式中：T為T(mén)hiopave改性劑用量；A為基質(zhì)瀝青用量；R為T(mén)hiopave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(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，AC-20瀝青混合料中瀝青的最佳用量應(yīng)控制在3.5%～4.5%，并按照0.5%的間隔變化進(jìn)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(gè)。將以上馬歇爾試件養(yǎng)護(hù)24h后進(jìn)行穩(wěn)定度、空隙率、密度、瀝青飽和度、流值等指標(biāo)檢測(cè)，此后將試件置于60℃試驗(yàn)條件下進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度檢測(cè)和馬歇爾模數(shù)計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制基質(zhì)瀝青物理力學(xué)指標(biāo)關(guān)系圖以及瀝青用量與各參數(shù)結(jié)果關(guān)系圖，并求取密度、穩(wěn)定度和最大瀝青飽和度中值、目標(biāo)空隙率中值所對(duì)應(yīng)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(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)以驗(yàn)證混合料水穩(wěn)性，試驗(yàn)結(jié)果均符合粗粒式混合料性能要求。

2.3 混合料試驗(yàn)

Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料強(qiáng)度的形成與時(shí)間和溫度有較大關(guān)系，主要采用加速結(jié)晶養(yǎng)生方法進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，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(dá)到常溫養(yǎng)生10d的效果，此后開(kāi)始進(jìn)行混合料劈裂強(qiáng)度、高溫穩(wěn)定性及水穩(wěn)性試驗(yàn)。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）所規(guī)定的試驗(yàn)溫度及方法進(jìn)行混合料試件劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，試件在15℃的試驗(yàn)溫度及33.2kN的最大荷載試驗(yàn)下密度為2.461g/m3，劈裂強(qiáng)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(qiáng)度可達(dá)到普通瀝青混合料劈裂強(qiáng)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(shuō)明Thiopave改性瀝青混合料所具有的高抗拉強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)超出骨料自身極限抗拉強(qiáng)度[3]。

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程所規(guī)定的車(chē)轍試驗(yàn)方法及動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)進(jìn)行混合料試件高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料試件在60℃的試驗(yàn)溫度下動(dòng)穩(wěn)定度可達(dá)10 000次/mm以上，而SBS改性瀝青混合料試件在相同條件下動(dòng)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(chē)轍性能。

浸水馬歇爾試驗(yàn)所得出的Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料馬歇爾動(dòng)穩(wěn)定度和浸水馬歇爾動(dòng)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(yàn)結(jié)果顯示，改性瀝青混合料條件及非條件凍融劈裂強(qiáng)度值分別為1.61MPa和1.89MPa，凍融劈裂抗拉強(qiáng)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(diǎn)

選擇起訖樁號(hào)K123+750—K124+250段為試驗(yàn)段，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行試鋪。通過(guò)試驗(yàn)段施工發(fā)現(xiàn)，在該國(guó)道路面Thiopave改性溫拌瀝青正式施工過(guò)程中，必須加強(qiáng)各環(huán)節(jié)溫度監(jiān)測(cè)及SO2、H2S等氣體釋放量的監(jiān)測(cè)，對(duì)于同種集料存在較大干濕差異時(shí)應(yīng)通過(guò)裝載機(jī)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(yīng)保持在125～135℃，且每盤(pán)混合料拌和時(shí)間不少于55s，從混合料出料到攤鋪時(shí)間間隔不超出2h。

試驗(yàn)段碾壓及養(yǎng)生結(jié)束后，在K123+750—K124+000段取芯12個(gè)，壓實(shí)度均值98.2，標(biāo)準(zhǔn)差1.397，代表值為97.5，合格率100%；在K124+001—K124+250段鉆孔取13個(gè)芯樣，壓實(shí)度均值97.0，標(biāo)準(zhǔn)差0.739，合格率100%。2020年7月該國(guó)道施工完成并正式投入運(yùn)營(yíng)，施工情況良好，施工過(guò)程中其余各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均符合技術(shù)規(guī)范。工程最終運(yùn)行效果有待長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)，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(chǔ)上顯著提升路面高溫性能及結(jié)構(gòu)耐久度。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，Thiopave改性溫拌再生瀝青混合料在公路工程中的應(yīng)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(shí)高溫穩(wěn)定性明顯改善，還能實(shí)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(guò)程中會(huì)釋放較濃的硫磺味，應(yīng)選擇在環(huán)境敏感度低的地區(qū)應(yīng)用。