硫磺瀝青

1、硫磺瀝青20世紀(jì)初，人們就發(fā)現(xiàn)在瀝青混合料中加入硫磺能夠改善混合料的物理結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。20世紀(jì)80年代早期，美國洛克邦得公司通過在硫磺中添加一種煙霧抑制劑研制成功SEAM顆粒。SEAM在150℃以下不產(chǎn)生H2S和SO2，硫蒸汽的濃度也很低，對環(huán)境污染比其它改性劑要少許多。和其它常規(guī)瀝青相比，使用SEAM改性瀝青混合料的路面幾乎看不到泛油現(xiàn)象。強度、耐久性和抗車轍性能明顯提高，道路的使用壽命延長。對于一些由較差的石料組成的瀝青混凝土，適

2、量添加SEAM則對其有明顯的補強作用。SEAM（Sulphur—ExtendedAsphaltModifierde）即硫磺強化改性劑，是在硫磺里面添加了煙霧抑制劑和增塑劑等成分制成的半球狀黑褐色固體顆粒。單質(zhì)硫的熔點只有115℃，在瀝青混凝土拌和的高溫過程中易產(chǎn)生硫蒸汽、二氧化硫、硫化氫等刺鼻的有害氣體和煙霧。因此，直接加入硫副作用太大，而SEAM是在硫磺里添加煙霧抑制劑和增塑劑成分。經(jīng)試驗該改性劑在150℃以下不產(chǎn)生有害氣體，增塑劑則

3、提高了硫的質(zhì)量及硫磺改性的強度和耐久性。硫與瀝青有很好的相容性，與集料也有很好的粘結(jié)性。在適當(dāng)?shù)臏囟群凸强频募羟邢拢琒EAM可迅速融化，并以非常細的液滴均勻地分散在瀝青和瀝青混合料中。與瀝青中部分呈化學(xué)結(jié)合。硫在瀝青中的溶解、分散，可以使粘稠的瀝青變稀，最終形成結(jié)晶，達到改性的效果。添加硫磺的膠結(jié)料拌和出的瀝青混合料使結(jié)構(gòu)增強。通過試驗，發(fā)現(xiàn)加入SEAM瀝青改性劑后，改性瀝青的耐高溫性能和低溫性能都得到了改善[1]，提高了混合料的抗水損

4、害能力。一、相容性SEAM改性劑微粒在瀝青中的形態(tài)和溶脹程度主要取決于SEAM改性劑和瀝青的相容性。根據(jù)高聚物共混的有關(guān)理論，極性相近、溶度參數(shù)相近、表面張力相近、分子量相近和粘度相近的兩相物質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)良好共混【2】。由于SEAM改性劑和瀝青在分子量、粘度和表面張力等方面相差懸殊，因此不能通過滲透、擴散等作用在分子級上達到均勻共混。依據(jù)表面最小能量原理，瀝青中的改性劑微粒將自發(fā)地傾向于收縮成球形。試驗研究證明SEAM改性劑瀝青為部分相容

5、體系。首先改性劑微粒能吸收瀝青中的飽和分和芳香分(可統(tǒng)稱油分)而溶脹。改性劑和瀝青混合后由于二者在表面張力、粘度和分子量等方面相差懸殊所以改性劑不可能完全溶脹并擴散于瀝青中與瀝青成為一相而實現(xiàn)共混或互溶它只能以粒子態(tài)彌散于瀝青中。而SEAM改性劑的溶脹與時間、溫度、瀝青和SEAM改性劑的性質(zhì)密切相關(guān)。溫度升高時可以加速SEAM改性劑分子的振動和松弛同時也加快了瀝青中的分子運動速度更有利于油分進入到改性劑與瀝青形成的網(wǎng)絡(luò)中但是溫度過高會加

6、速瀝青的老化。SEAM改性劑對瀝青中部分油分的吸收和吸附作用還受到瀝青膠體結(jié)構(gòu)的影響。因為瀝青本身也是一種膠體平衡結(jié)構(gòu)而改性劑的加入并且對瀝青組分的吸收必然會破壞瀝青膠體體系的平衡。隨著這部分組分的減少瀝青各組分的平衡將發(fā)生移動直到形成新的平衡體系其中包括新的瀝青膠體結(jié)構(gòu)的平衡和改性劑的溶脹平衡。二、化學(xué)反應(yīng)機理SEAM瀝青改性劑中S可與瀝青發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)可以設(shè)想硫與瀝青的反應(yīng)三、SEAM的改性原理硫磺是瀝青的減阻劑，可使瀝青的粘度降低，

7、易拌和，易碾壓密實，同時具有很高的抗酸性。硫磺為石油提取物，與瀝青有很好的相容性，與集料有很好的粘結(jié)性能。通過簡單的機械拌和，在骨料的剪切作用下硫磺就能以非常細的顆粒均勻地分散到瀝青混合料里，部分產(chǎn)生化學(xué)變化形成結(jié)晶，分散的硫和形成的結(jié)晶在混合料里呈固態(tài)存在，所以能使瀝青軟化點提高，使結(jié)構(gòu)增強，硫磺微滴分散在瀝青中越均勻改性效果越好。硫磺與集料又有很好的粘附性，所以抗水損害的能力增強，拌和后就形成了一種性能很好的改性瀝青混合料。有研究表

8、明，硫磺改性瀝青混合料具有以下諸多優(yōu)點：能提高含蠟瀝青的質(zhì)量，能有效改善瀝青混合料的各種性能，尤其能顯著提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。與其他改性技術(shù)相比，具有很好的經(jīng)濟性。四、硫磺瀝青技術(shù)面臨的問題及對策(1)國內(nèi)技術(shù)儲備不足，應(yīng)用效果不理想。硫磺瀝青技術(shù)源于國外，其硫磺顆粒添加劑及相關(guān)施工技術(shù)均來源于國外，國內(nèi)對該技術(shù)的研究較少，已有應(yīng)用中多因技術(shù)經(jīng)驗不足以致產(chǎn)生施工質(zhì)量問題，影響了硫磺瀝青路面技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。(2)路面顏色較暗淡，影響

9、感官效果。由于硫磺改性瀝青路面顏色黯淡，黑色對比度不強，影響了使用過程中的感官效果。因此，建議將硫磺瀝青應(yīng)用于抗車轍要求比較高的中、下面層，可顯著降低道路工程造價。(3)施工過程中產(chǎn)生刺激性氣體。殼牌公司等對硫磺瀝青施工過程中產(chǎn)生的氣體進行了全套檢測，結(jié)果表明，在通風(fēng)良好的條件下硫磺瀝青刺激性氣體產(chǎn)生的危害不明顯，未超過國外的健康標(biāo)準(zhǔn)。因此，在硫磺瀝青施工過程中，應(yīng)完善個人防護及有害氣體檢查，同時將施工溫度控制在較低水平。另外，由于硫磺

10、改性瀝青施工過程降低了施工溫度，其產(chǎn)生的刺激氣體多為無機結(jié)合物、對人體的危害較高溫施工條件下瀝青聚合物類材料產(chǎn)生的苯、醛等低。SEAM具有以下幾個特點【4】：(1)節(jié)省瀝青。SEAM加入瀝青混合料中既是一種瀝青改性劑，同時又是一種很好的瀝青替代物它能夠減少瀝青用量16﹪～40﹪，節(jié)約寶貴的瀝青資源，降低瀝青混合料的成本。(2)存儲和運輸方便。SEAM的物理特性使得其可以運到較遠的地方并且長時間存儲。(3)降低瀝青的粘度，節(jié)約能源。SEA

11、M改性瀝青混合料的拌和及碾壓溫度均比一般混凝土低20℃左右，這樣在拌和等量的瀝青混合料時可以在一定程度上節(jié)省能源，從而提高效益。(4)性能優(yōu)良。SEAM改性瀝青混合料具有很大的強度和優(yōu)良的抗高溫車轍性能，能夠適應(yīng)重載交通和特殊道路的應(yīng)用，如公交車道、卡車爬坡公路、機場和集裝箱集散地等，同時能夠為全厚式瀝青路面、長壽命永久路面提供好的材料選擇。（5）硫磺使瀝青混凝土結(jié)構(gòu)增強。在70℃以下硫磺是固體，隨著時間的增長與瀝青部分化學(xué)結(jié)合形成結(jié)晶