我國為加快資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)，出臺了一系列促進(jìn)節(jié)能減排的政策措施，進(jìn)一步擴(kuò)大了對污染物基數(shù)的控制。交通行業(yè)的道路施工領(lǐng)域，大量節(jié)能、環(huán)保型的新材料、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并不斷完善和廣泛應(yīng)用。硫磺是一種豐富的資源，它是石油和天然氣加工過程中的伴生產(chǎn)品。通過研究發(fā)現(xiàn)，單質(zhì)硫磺70℃開始軟化，115℃左右化為液體，可與瀝青很好地混合，使瀝青稀釋，降低運(yùn)動黏度，這種性質(zhì)不但可以使混合料性能改善，還能使施工溫度降低，節(jié)約混合料生產(chǎn)過程中的燃料消耗，減少瀝青的老化和溫室氣體的排放。使用添加硫磺的膠結(jié)料結(jié)構(gòu)抗壓、抗裂性增強(qiáng)，高溫抗車轍性能明顯提高，并有助于改善低溫性能，提高混合料的水穩(wěn)定性。

　　瀝青混合料中摻入硫磺，還可以代替部分瀝青，減少瀝青用量，降低成本。

　　1工程簡介

　　京開高速公路（辛立村收費(fèi)站-市界段）工程，起點(diǎn)位于原京開高速公路黃垡分離式立交，終點(diǎn)在永定河大橋中心，與河北段相接，道路全長8.83km。于2010年9月進(jìn)行路面施工，到2010年10月底完工。在互通立交匝道和主線部分路段的下面層采用了硫磺改性瀝青混合料作為試驗(yàn)路段，硫磺改性瀝青混合料總用量達(dá)3000多t。通車近兩年來，路況良好，未有明顯病害產(chǎn)生。

　　2硫磺瀝青SUP-25的配合比

　　2.1原材料

　　2.1.1硫磺

　　該工程采用的硫磺為褐色固體顆粒，主要成分為硫磺，是一種粒度均勻分布的顆粒狀產(chǎn)品。它是在硫磺液體中摻入各種添加劑和穩(wěn)定劑，然后進(jìn)行造粒而制成。其產(chǎn)品的顆粒直徑為3～4mm，易于儲存和運(yùn)輸。將它加入普通熱拌瀝青混凝土中即刻熔化，易與普通瀝青混合料混合成均勻穩(wěn)定的硫磺改性瀝青混合料。硫磺添加劑的技術(shù)指標(biāo)

　　2.1.2瀝青

　　根據(jù)JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中瀝青路面使用氣候分區(qū)指標(biāo)，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境數(shù)據(jù)和交通量，采用70號A級道路石油瀝青。

　　2.1.3集料與填料選擇

　　SUP-25混合料由10～30mm、10～20mm、5～10mm石灰?guī)r碎石、機(jī)制砂和礦粉配制而成。混合料中粗集料全部采用軋制碎石，破碎面豐富。粗集料測試結(jié)果
　　由表1可知，粗集料料源特性滿足要求。

　　2.1.4填料

　　填料采用石灰石磨制礦粉，測試數(shù)據(jù)滿足規(guī)范要求。

　　2.2 設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)選擇

　　檢驗(yàn)合格的原材料通過數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行級配合成。為使設(shè)計(jì)的混合料既能抵抗車轍又能減少滲水，根據(jù)本地氣候特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，確定采用的SUP-25混合料集料級配范圍。

　　根據(jù)規(guī)范要求，在選定的工程級配內(nèi)，配置3個合成級配，一個相對較粗的合成級配、一個相對較細(xì)的合成級配和一個中等的合成級配。計(jì)算3種合成級配的混合料特性，滿足要求后，通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，確定出最佳設(shè)計(jì)集料結(jié)構(gòu)。

　　2.3設(shè)計(jì)瀝青膠結(jié)料含量選擇

　　2.3.1瀝青含量確定

　　選定集料結(jié)構(gòu)后，選擇不同瀝青用量制作旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，同時(shí)拌合混合料測定不同瀝青用量下的最大理論密度。參照《高性能瀝青路面（Superpave）技術(shù)使用手冊》[1]中關(guān)于設(shè)計(jì)瀝青膠結(jié)料含量的規(guī)定，確定設(shè)計(jì)瀝青膠結(jié)料含量。

　　參照SUP-25（普通瀝青）試驗(yàn)結(jié)果，取初始油石比3.9%為基準(zhǔn)，其他為3.4%、4.4%和4.9% 3個油石比制備試件。由于添加了硫磺改性劑（m基質(zhì)瀝青︰m硫磺＝65︰35，硫磺密度為1.9），考慮硫磺可以代替部分瀝青，故基質(zhì)瀝青油石比調(diào)整為2.6%、3.0%、3.4%、3.8%，硫磺摻量分別為1.4%、1.6%、1.8%、2.0%，基質(zhì)瀝青與硫磺的總量為4.0%、4.6%、5.2%、5.8%。通過采用初始壓實(shí)次數(shù)和設(shè)計(jì)壓實(shí)次數(shù)時(shí)的壓實(shí)數(shù)據(jù)，對不同瀝青用量下的混合料進(jìn)行體積特性評估。

　　通過曲線關(guān)系，優(yōu)化得到該級配對應(yīng)下的最佳油石比為3.1%，硫磺摻量為1.7%，基質(zhì)瀝青與硫磺的總量為4.8%。最佳瀝青用量條件下瀝青混合料的體積特性指標(biāo)如表6所示。

　　2.3.2最大壓實(shí)次數(shù)下混合料密實(shí)度的驗(yàn)證

　　將選定的級配在最佳瀝青用量條件下制作兩個試件，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)160次進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)驗(yàn)證，最大壓實(shí)次數(shù)下相對于最大理論密度的密實(shí)度為97.5%，符合不超過Superpave體積設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)98%。

　　2.4水敏感性評估

　　將試件壓實(shí)到空隙率6%～8%范圍內(nèi)，一組3個試件作為對比試樣，另一組3個試件作為條件試樣。條件試樣進(jìn)行真空飽水，接著進(jìn)行可選擇的凍融循環(huán)，然后是60℃水浴24h融化期，之后試樣進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。水敏感性是用條件組試件的間接抗拉強(qiáng)度和對比組試件的間接抗拉強(qiáng)度比值TSR來表征。

　　由表7可知，該配比凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比TSR滿足Superpave混合料體積設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)80%的要求，水敏感性合格。

　　2.5高溫性能指標(biāo)檢驗(yàn)

　　SUP-25硫磺改性瀝青混合料的抗高溫車轍性能的評價(jià)采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T 0719-1993“瀝青混合料車轍試驗(yàn)方法”，在60℃的溫度、0.7MPa的壓力下進(jìn)行試驗(yàn)，其中車轍動穩(wěn)定度指標(biāo)來表征混合料抗車轍能力的大小，按照規(guī)范進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn)、滲水系數(shù)試驗(yàn)，結(jié)果見表8。

　　從表8可以看出，硫磺改姓瀝青SUP-25混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求，該混合料路用性能良好。

　　2.6生產(chǎn)配合比

　　根據(jù)配合比設(shè)計(jì)程序，按照目標(biāo)配合比確定的比例，計(jì)算生產(chǎn)配合比況料比例，使級配曲線盡量接近目標(biāo)配比設(shè)計(jì)曲線。

　　根據(jù)目標(biāo)配比確定的最佳油石比，按照±0.3間隔變化，取3個不同油石比，分別加入硫磺改性劑（1.7±0.1）%，分別制作試件，進(jìn)行馬歇爾指標(biāo)試驗(yàn)。

　　2.7 生產(chǎn)配合比檢驗(yàn)

　　為了檢驗(yàn)混合料的性能，根據(jù)規(guī)范要求，對最佳油石比下的瀝青混合料進(jìn)行了水穩(wěn)定性、滲水系數(shù)等指標(biāo)檢驗(yàn)。

　　各項(xiàng)路用性能指標(biāo)滿足要求，生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)合理。

　　硫磺改性瀝青SUP-25混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表11所示。

　　3硫磺瀝青混合料的生產(chǎn)

　　3.1硫磺改性劑的投放

　　少量生產(chǎn)時(shí)可采用人工投放。在攪拌缸頂面開30cm×30cm窗口作為投料口。在石料下料完成，開始瀝青噴灑時(shí)將硫磺改性劑顆粒投放到瀝青拌和鍋內(nèi)，確保瀝青先和粗骨料裹附；硫磺改性劑在高溫下溶解分散于瀝青中，作為結(jié)合料一部分。人工投放需提前將硫磺改性劑按照預(yù)定質(zhì)量比例稱量好，裝小包裝袋。

　　大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，采用專用機(jī)械計(jì)量投放，確保定量稱量，計(jì)量準(zhǔn)確。

　　3.2攪拌時(shí)間

　　硫磺改性瀝青混合料拌和時(shí)間根據(jù)試拌確定，以充分融化均勻裹覆集料為度。間歇式拌和機(jī)每盤的生產(chǎn)周期在55～60s(加入硫磺之后，濕拌時(shí)間不少于35s)。

　　3.3生產(chǎn)溫度控制

　　1）溫度控制是瀝青混合料生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此，在生產(chǎn)過程中要保證干燥筒、燃燒器的穩(wěn)定工作以及燃料的均勻燃燒；同時(shí)，保證拌和樓各位置溫度傳感器工作正常，真實(shí)反應(yīng)生產(chǎn)過程中的溫度情況。

　　2）生產(chǎn)過程中，基質(zhì)瀝青溫度控制在140～145℃，骨料溫度在130～145℃，混合料出場溫度控制在125～140℃。烘干集料的殘余含水量不得大于1％。每天開始生產(chǎn)時(shí)，先干拌幾鍋白料測量出料溫度，待出料溫度滿足要求后，再正式添加瀝青和硫磺顆粒拌和混合料。

　　3）為保證生產(chǎn)溫度的穩(wěn)定，必須保證冷料的干濕度均勻，以防止生產(chǎn)溫度波動過大；如果原材料干濕程度差異較大，在上料前，用裝載機(jī)將濕料和干料拌和均勻。

　　4）根據(jù)瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果，優(yōu)化冷料倉的進(jìn)料速率，保證硫磺改姓瀝青混合料在生產(chǎn)過程中各熱料倉料位為1/2～2/3，避免出現(xiàn)空倉等料的情況。

　　5）對于瀝青混合料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的溢料，需單獨(dú)冷卻至少24h后，才能再次使用；如果在硫磺改性瀝青混合料的生產(chǎn)過程中某一盤料的出倉溫度超過145℃，必須將此料廢棄，并暫停生產(chǎn)，及時(shí)檢查生產(chǎn)設(shè)備，查找超溫原因，在確保生產(chǎn)溫度可以控制在要求范圍之內(nèi)，方可繼續(xù)生產(chǎn)。

　　6）混合料出廠時(shí)應(yīng)逐車檢測瀝青混合料的重量和溫度，記錄出廠時(shí)間，簽發(fā)運(yùn)料單。

　　4 硫磺改性瀝青混合料的運(yùn)輸

　　1）采用較大噸位的運(yùn)料車運(yùn)輸，運(yùn)料車的運(yùn)力應(yīng)稍有富余，施工過程中攤輔機(jī)前方應(yīng)有運(yùn)料車等候。對高速公路、一級公路，宜待等候的運(yùn)料車多于5 輛后開始攤鋪。

　　2）運(yùn)料車每次使用前后必須清掃干凈，在車廂板上涂一薄層防止瀝青黏結(jié)的隔離劑或防黏劑，但不得有余液積聚在車廂底部。從拌和機(jī)向運(yùn)料車上裝料時(shí)，應(yīng)多次挪動汽車位置，平衡裝料，以減少混合料離析。運(yùn)料車運(yùn)輸混合料宜用苫布覆蓋保溫、防雨、防污染[2]。

　　3）混合料生產(chǎn)后，要及時(shí)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場完成攤鋪壓實(shí)；在運(yùn)輸過程中必須保持覆蓋保溫，防止硫磺降溫結(jié)晶；瀝青混合料在攤鋪地點(diǎn)憑運(yùn)料單接收，若混合料不符合施工溫度要求，或已經(jīng)結(jié)成團(tuán)塊、已遭雨淋的不得鋪筑。

　　4）攤鋪過程中運(yùn)料車在攤輔機(jī)前l(fā)00～300mm 處停住，空擋等候，由攤輔機(jī)推動前進(jìn)開始緩緩卸料，避免撞擊攤輔機(jī)。運(yùn)料車每次卸料必須倒凈，如有剩余，應(yīng)及時(shí)清除，防止硬結(jié)。

　　5硫磺改性瀝青混合料的攤鋪

　　1）使用履帶式瀝青混合料攤鋪機(jī)攤鋪，攤輔機(jī)的受料斗涂刷薄層隔離劑或防黏結(jié)劑。

　　2）攤鋪機(jī)應(yīng)提前0.5～1h 預(yù)熱熨平板，使之不低于100℃。鋪筑過程中選擇較高的熨平板的振動或夯錘振搗頻率和振幅，以提高路面的初始壓實(shí)度。

　　3）攤鋪機(jī)緩慢、均勻、連續(xù)不間斷地?cái)備�，不隨意變換速度或中途停頓，以提高平整度，減少離析。攤鋪速度控制在2～4m/min 的范圍內(nèi)。

　　4）硫磺改性瀝青混合料現(xiàn)場攤鋪溫度不得低于120℃。

　　5）施工開始階段采用較高溫度的混合料做為第一車卸料攤鋪。

　　6）運(yùn)輸車輛在前一車攤鋪到1/2時(shí)再掀開苫布，防止過早掀開苫布造成混合料降溫過早。

　　7）雨季鋪筑路面時(shí)，要加強(qiáng)與氣象部門聯(lián)系，已攤鋪的瀝青層因遇雨未壓實(shí)的予以鏟除。

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