CN1690126A - 一种硫磺改性沥青混合料配方及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

一种硫磺改性沥青混合料，用于铺设沥青路面，其改性颗粒的配方为：硫磺50－99.99％，碳0－49％，烟雾抑制剂0.01－1％和增塑剂0－3％，其施工工艺为拌和温度不高于150℃，碾压温度不低于90℃，本发明可有效降低施工过程的有害气体，大大提高路面质量。

Description

一种硫磺改性沥青混合料配方及其施工工艺

                     技术领域：

本发明涉及一种道路改性沥青材料的生产工艺。

                     背景技术：

为适应公路交通不断增长的需要，提高路面的设计、施工质量，特别是沥青面层的质量，使其在设计年限内满足承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求，公路科技人员在面层胶结料方面做了大量的研究，各种配方的改性沥青得到了广泛的应用，一些新的改性方法也在不断研究。早在一个世纪前，人们就知道硫磺具有提高沥青质量的特性，硫磺改性在美国、加拿大70年代就应用很广泛，但在我国还是首次应用，属于新材料、新工艺，应用者必须了解清楚，才能正确应用，避免出现不必要的偏差。

硫磺与沥青有很好的相容性，与集料有很好的粘结性，拌和过程中在骨料的剪切下，使硫磺以非常细的颗粒均匀地分散在沥青中，部分呈化学结合，在沥青中溶解，在沥青相中分散，可以使粘稠的沥青变得稀释，最终形成结晶，达到改性的结果，使用添加硫磺的胶结料拌和出的混合料使结构抗压、抗裂性增强，提高沥青路面面层的高温抗车辙性能，协助改善低温性能，提高混合料的水稳定性。这就是硫磺改性沥青混合料的基本概念。

单质硫磺的熔点为115℃，比较低，在高温熔融状态下容易产生硫蒸汽。直接加入单质硫副作用太大，所以要设法避免，达到在拌和混合料时不产生或很少产生有害气体。

单纯用硫磺改性技术简称为SEA，1974-1981年期间在美国和加拿大用SEA技术修筑了100多个公路项目，从而形成了硫磺改性沥青的商业化。由于下面两大问题的困扰，使用硫磺改性的越来越少。一是当时在高温状态下产生的刺鼻气味和烟雾没解决，尤其是硫化氢的产生，对人身有害；其二是在八十年代早期硫磺出现了全球性的短缺，价格飞涨，导致了硫磺改性(SEA)的应用不景气。但是由于用其修筑的路面表现出比常规沥青路面好的多的现象，使科技人员很感兴趣，可以用与常规的沥青混合料相近的操作方法进行操作，几乎看不到泛油现象，抗车辙性能明显优越，路面横向裂纹少而轻，没有明显的水损害现象，公路的使用寿命较长，维修费用低，说明高、低温路用性能和水稳定性都比较好。所以进一步研究了应用技术。又由于近年来脱硫工艺的进步，炼油厂的燃料脱硫以及来自含硫天然气和油砂的硫磺产量猛增，全球硫供应达到了历史最高水平，所以价格降了下来，预计硫的供过于求的状况将持续十年，这段时间内硫的价格将持续下降。这样硫磺改性就显出了它的优越性。

虽然有以上技术基础，但为保证生产出合格的、能体现硫磺改性沥青技术优越性的混合料，仍需合理的最优化的配比设计，以及严格的工艺操作规范指导。

                    发明内容：

本发明的目的在于使上述现有技术能顺利应用于实际生产，从而提供一种硫磺改性沥青混合料及其施工工艺，可大大降低有害气体的产生，提高路面质量及使用寿命。

本发明的目的是通过如下方式实现的：

硫磺强化沥青改性颗粒的配方为：

硫磺：50-99.99％

碳：0-49％

烟雾抑制剂：0.01-1％

增塑剂：0-3％。

硫磺沥青混合料的配方为：

沥青：2.14-5.66％  硫磺：1.43-3.77％  集料：90.57-96.43％

增塑剂可以是正丁醇。

烟雾抑制剂可以是轻基锡酸锌。

普通沥青混合料由3-8％沥青、92-97％集料组成。根据含油量3-8％，及如下公式，可确定硫磺沥青混合料的配方。

公式中：A＝普通混合料中设计中沥青含量(重量百分比)

R＝改性颗粒替代系数(根据经验推荐R＝1.7)

半刚性面层一般取R＝1.5-1.7

PS＝“最终粘结料”中改性颗粒重量百分比

上述硫磺沥青混合料的施工工艺：

1.拌和过程中，控制石料温度在140±5℃之间，沥青温度为150℃，在加入沥青改性颗粒后，控制拌和温度为140±5℃之间，拌和时间应以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆结合料为度，一般拌和时间为50秒，其中干拌时间为10秒。

2.硫磺沥青混合料出料温度为135-145℃之间，出料后，应尽快运送至摊铺地点，温度不低于120℃进行摊铺。

3.压实按初压、复压、终压三个阶段进行。

(1)初压在混合料摊铺结束后较高温度下进行，压路机从外侧向中心碾压。相邻碾压带重叠10cm以上。钢轮压路机碾压2遍。

(2)复压紧接在初压之后进行。温度在110℃以上。胶轮压路机碾压。

(3)终压温度不低于90℃，钢轮一遍。

(4)注意不要过度碾压，也不要在温度低于90℃后碾压。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)由于出料温度控制在150℃以下，又有烟雾抑制剂作用，不易产生硫蒸汽、二氧化硫、硫化氢等有害气体。

(2)硫磺和沥青有很好的相容性，对集料来讲有很好的粘接性，在拌和过程中骨料的强烈剪切作用把硫分散在沥青相中，在沥青中溶解，随着时间的增长与沥青部分化学结合，部分形成结晶。

(3)使沥青变的稀释，运动黏度降低。硫磺在70℃多开始软化变为胶状体，至115℃左右完全液化，所以与沥青相容后使沥青的粘度降低，使混合料变得容易拌和、容易摊铺和碾压。

(4)使沥青混凝土结构增强。在70℃以下硫磺是固体，随着时间的增长与沥青部分化学结合形成结晶，从而使结构增强，稳定度提高。尤其改善高温稳定性比较明显，同一级配合的混合料比SBS改性动稳定度要高很多，是不改性混合料的5倍以上。稳定度值随着时间的增长而增长，施工后两周内增长最快，以后仍有缓慢增长。

(5)使抗水损害的性能增强。硫磺与集料有很强的附着性，所以比普通沥青混合料抗水损害的能力提高很多。而且很少产生裂缝，不会产生泛油现象。

                    具体实施方式：

用等体积替代原则，用等体积的硫磺替代部分沥青，获得所需要的性能的沥青路面。硫磺的密度接近是沥青的两倍，通过多次的实验总结替代系数在1.5-2.0范围内，一般取1.7。最后得出硫磺和沥青的重量比来。

实施例1：

改性颗粒/沥青＝50/50获得的是很硬的“全刚性”混合料，按体积比计算，大约替代了40％左右的沥青。这种面层具有优异的抗车辙性能，但是柔性很低，只能用于路基很好，路面结构刚性很大的情况。这种混合料硬化较早，必须快速操作，终压温度不宜低于110℃。在高温下迅速达到所需的压实密度。另外这种比例的混合料排放的烟雾也是比较大的。

实施例2

改性颗粒/沥青＝40/60获得的是“半刚性”的混合料，大约替代了30％左右的沥青。这种混合料的稳定度比常规的沥青混合料高，因此路面具有较高的抗车辙性能，同时又能保持足够的柔度和较好的抗疲劳性能。拌和温度控制在140℃左右，并可以按常规工艺进行摊铺和压实。可以适用于一般的道路的需要，用的比较广泛。

实施例3

混合料/沥青＝30/70得到的是“柔性”的混合料，大约替代了20％左右的沥青。这种混合料与常规的沥青混合料性能基本相似，稳定性略好一些，所有的工艺都与常规的相同。

采用什么样的比例，要根据该路的功能需要，和路面设计的强度和刚度匹配来选择。

混合料沥青的选择

硫磺可以和所有沥青配伍，但是效果各有差别，不同的沥青，不同的比例获得的混合料性能不同。使用比较软的沥青，效果更能明显的体现出来。在天津地区采用AH90沥青，40/60的比例，实现的效果与SBS改性沥青相近。如使用较软的沥青，要达到以上的效果，就要增大改性颗粒的比例。因此可根据沥青供应情况和需要达到的性能，从实验中确定合适的配比。因为采用的是向混合料中投入改性颗粒颗粒，所以可以选用认为最合适的比例。

使用改性颗粒的沥青混合料目标配合比设计可以按常规的方法，先设计出最佳油石比，然后再按需要的比例计算出改性颗粒和沥青的用量，最后按照易于操作的原则调整，确定最后的配比。具体操作如下：

(1)按照马歇尔方法进行操作，确定集料级配曲线和油石比，也可以用其它方法设计。

(2)按设计好的集料级配，通过调整沥青和改性颗粒的用量作试配，达到需要的马氏稳定度。如需要获得刚性面层，就准备用改性颗粒替代出约40％的沥青，改性颗粒和沥青的重量比为50/50，如需要半刚性面层就替代约30％的沥青，重量比是40/60，柔性面层就替代出约20％的沥青，重量比是30/70。按照等体积原则替代，因改性颗粒的密度接近是沥青的两倍，替代一定体积的沥青大约需要两倍的改性颗粒，实验室研究和现场经验都表明不一定使用两倍，这就要选择一个替代系数R，数值在1.5～2范围，经验证明半刚性面层选择R＝1.7为好，可以获得混合料的最佳稳定性和空隙率。

混合料生产与运输：

(1)混合料生产准备

(2)用料计算按内掺法确定每盘用料情况，以拌合机1000型为例：

AC-13每盘用料：矿料：940Kg，改性颗粒：25Kg。AH-90沥青油：38Kg；

AC-20每盘用料：矿料：945Kg，改性颗粒：22Kg。AH-90沥青油：33Kg；

装袋准备(少量生产时)

分别以25Kg和22Kg重量装在编织袋中，根据每天产量确定装袋数量。

(3)设备改装

在拌缸处焊两个投料孔，做为每盘投放改性颗粒料用，投料方式以人工投放。

(4)改性颗粒混和料生产

温度控制：白料温度140℃～145℃

沥青温度150℃

拌和时间：干拌时间25S

湿拌时间30S

在加入沥青油的同时以人工在投料孔投入改性颗粒粒料。混合料出口温度控制在145℃左右。

Claims (5)

1.一种硫磺改性沥青混合料的配方：其特征是：硫磺强化沥青改性颗粒的配方为：硫磺50-99.99％，碳0-49％，烟雾抑制剂0.01-1％，增塑剂0-3％。

2.根据权利要求1所述的配方，其特征在于，硫磺沥青混合料的配方为：沥青2.14-5.66％，硫磺1.43-3.77％，集料90.57-96.43％。

3.一种硫磺改性沥青混合料的施工工艺，其特征在于：施工步骤为：

(1)按上述方法计算配比；

(2)拌和厂生产混合料，出料温度不高于150度；

(3)运至现场摊铺；

(4)碾压、终碾温度不低于90度。

4.根据权利要求1所述的配方，其特征在于：增塑剂可以是正丁醇。

5.根据权利要求1所述的配方，其特征在于：烟雾抑制剂可以是羟基锡酸锌。