高寒区改性沥青路面施工技术研究

魏承志，魏承惠

（内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010051）

0 引言

SEAM 改性沥青混合料是硫磺强化沥青技术，将硫磺沥青改性剂按照一定比例掺入沥青混合料中。SEAM 改性沥青混合料是在常温下将SEAM 固体颗粒按照一定比例加入沥青搅拌锅，拌和形成的沥青混合料。与普通沥青混合料相比，SEAM 改性沥青混合料黏度低，节约能源，对环境污染小，低温稳定性好。本文基于内蒙古某高速公路SEAM 改性沥青路面的实践应用，分析AC-25SEAM 改性沥青混合料下面层配合比设计和施工质量控制要点。

1 SEAM 改性剂概述

1.1 SEAM 改性剂发展概况

SEAM 是硫磺沥青改性剂，通过在硫磺中按照一定比例加入烟雾抑制剂和增塑剂，得到的一种颗粒状的沥青改性剂。国外发达国家对SEAM 改性沥青的研究起步较早，20 世纪60、70 年代研究学者将硫磺加入到沥青混合料中，代替沥青混合料中的部分沥青，以降低沥青混合料的施工成本。美国宾夕法尼亚州选用SEAM 改性沥青混合料铺筑了多条试验路段，试验结果表明硫磺沥青路面的抗车辙性能明显优于普通沥青路面。

近年来，国内也开展了SEAM 改性沥青混合料相关研究，但主要应用在沥青路面的中、下面层。大量试验结果表明，SEAM 改性沥青路面的路用性能明显提高，尤其是低温性能提高显著。通过对SEAM 改性沥青路面耐久性进行长期观测，得出在寒冷地区应用SEAM 改性沥青混合料，具有良好的应用价值，可在我国应用。

1.2 SEAM 改性剂的作用机理

随着硫磺分离技术的发展进步，硫磺的成本不断下降，促进了SEAM 改性沥青混合料的发展。SEAM 改性剂与沥青具有良好的相融性，在混合料拌和过程中通过强烈的剪切作用，将硫均匀的分布在沥青混合料中，溶解在沥青中。随着时间的推移，部分SEAM 改性剂与沥青完成化学结合，也有部分产生了结晶，作用机理主要包括：

（1）当温度达到70℃以上时，SEAM 改性剂开始软化变为胶状体；温度达到115℃左右改性剂完全液化，溶解在沥青中，可有效降低沥青的运动粘度。

（2）随着时间的增长，SEAM 改性剂与沥青结合形成的结晶不断增加，改性沥青混合料的稳定度得到很大的提高，明显提高沥青路面的高温稳定性和低温抗裂性。

（3）SEAM 改性剂可与骨料良好结合，提高沥青路面水破坏性能，且随SEAM 改性剂的掺量增加不断提高，沥青路面也不会产生泛油现象。

在上述作用下，SEAM 改性沥青混合料的路用性能得到明显改善。由于SEAM 改性沥青混合料的黏度明显降低，拌和时加热温度也低于普通沥青混合料，因此拌和时可以节约燃料。施工过程中SEAM 改性沥青混合料的温度也明显低于普通沥青混合料，碾压遍数减少，路面结构成型质量好，也减少施工机械的使用成本。另外，SEAM 改性沥青混合料对搅拌设备要求不高，除了需要增设SEAM 计量投放装置外，其他部分与普通沥青混合料拌和设备相同。

1.3 SEAM 改性剂的特点

与其他沥青改性剂相比，SEAM 改性剂具有如下特点：

（1）SEAM 改性剂可提高沥青混合料的抗压强度，可提高路面结构的抗压陷性能，适用于重、特重交通、机场、厂矿专业道路。

（2）SEAM 改性剂中的硫磺可增强沥青混合料的内部结构，进而提高沥青混合料的高温稳定性。

（3）SEAM 改性剂可以降低沥青混合料中的沥青用量，可以节约能源，降低成本。与普通沥青混合料和、SBS 改性沥青混合料等相比，具有明显的技术优势。

（4）SEAM 改性剂具有一定的技术劣势，加热过程中会产生二氧化硫、硫化氢等有毒有害气体，不仅会污染空气，还会对人体造成一定的伤害，应做适当改进。

2 SEAM 改性沥青混合料配合比设计

2.1 依托项目概况

内蒙古某高速公路位于高寒地区，冬季降雪量大、气温低，昼夜温差较大。年最高气温为33.5℃，最低气温可达-45.2℃。由于受到气候条件的限制，采用普通沥青混合料不能满足当地沥青路面施工的要求。SEAM 改性沥青混合料低温抗裂性好，高温稳定性好，抗车辙能力强，耐久性好，可有效延长路面结构的使用寿命。高速公路下面层采用AC-25 SEAM 改性沥青混合料，厚度为6cm，在施工过程中进行严格的配合比设计。建立试验段，合理确定沥青混合料的拌和加热温度、施工温度和碾压遍数等技术指标。

2.2 SEAM 改性沥青混合料配合比设计

SEAM 改性剂可代替部分沥青材料，按照等体积替代原则确定改性剂和沥青的用量。按照沥青混合料配合比设计的方法，采用确定最佳沥青用量的方法确定SEAM 改性剂的掺量。按照一定比例加入SEAM 改性剂，并通过换算确定SEAM 改性剂和沥青的掺量。确定掺量后，采用马歇尔方法确定体积及性能指标。考虑到本项目处于高寒地区，结合该地区气候特点按照重量3：7的比例确定沥青用量。通过计算，确定SEAM 改性剂的掺量为1.7%，沥青掺量为4.1%。

3 SEAM 改性沥青路面施工技术

3.1 SEAM 改性沥青混合料生产

SEAM 改性沥青混合料的生产温度较普通沥青混合料拌和温度低，通常应该控制在140～145℃。生产过程中先加入SEAM改性剂干拌5s，然后再加入热沥青拌和，拌和至改性剂完全被热沥青的温度融化为止。SEAM 改性沥青混合料拌和过程中严格控制拌和温度，以防产生H2S 和SO2气体。SEAM 改性剂应存放在防雨防潮的雨棚中，存放过程中避免SEAM 粉尘因摩擦而产生火花。混合料拌和完成后，不得用明火加热拌和缸，以防止发生火灾事故。

骨料的含水量应保证均匀，烘干后热骨料的含量控制在2/3热料仓以上。为了保证配合比准确，SEAM 改性沥青混合料的生产设备最好采用强制间歇式拌和机。拌和过程中严格按照设计配合比加入各组成材料，采用控制系统对沥青用量、级配、拌和温度进行控制。拌和设备的生产能力应与摊铺设备的生产能力相匹配，并尽量缩短成品料的存储时间，保持摊铺机匀速连续运行。

3.2 SEAM 改性沥青路面的施工

（1）运输：SEAM 改性沥青混合料的运输车的数量应根据运输距离、摊铺和拌和设备的生产能力进行选用，以保证摊铺机连续运行并略有富余为准。运输过程中注意保温，防止温度下降影响施工。运输过程中应尽可能减少颠簸，防止产生混合料离析。

（2）摊铺：摊铺过程中应保持摊铺机匀速连续施工，不得随意停顿。由于混合料中SEAM 改性剂中的烟雾抑制剂挥发过程中会产生很多不利气体，混合料运输到施工现场必须尽快摊铺。施工现场应配备H2S 和SO2气体浓度检测仪，随时监控有害气体浓度。

（3）碾压：SEAM 改性沥青混合料的碾压与普通沥青混合料不同，由于料温过低摊铺后应迅速碾压。混合料碾压温度应控制在110℃以上，并注意控制碾压遍数，严禁过压，以防止路表出现细微的横向裂纹。

（4）养生：SEAM 改性沥青混合料碾压完成后即开始进行养生，养生期为3—7d。养生期间进行严格的交通管制，不得任何行人或车辆进入。保证沥青与硫磺充分反应，以保证改性效果。

3.3 SEAM 改性沥青混合料施工注意事项

与普通沥青混合料相比，SEAM 改性沥青混合料施工工艺的不同点主要表现在混合料拌和方面，应重点注意以下几点：

（1）原材料加热温度。SEAM 改性沥青混合料拌和温度较低，拌和时沥青加热温度控制在140℃左右，矿料加热温度控制在150℃左右。

（2）按规定顺序加入各原材料。拌和过程中先加入矿料，干拌5s 以上，再加入沥青和SEAM 改性剂，控制拌和时间不少于45s。

（3）严格控制拌和温度。SEAM 改性沥青混合料拌和温度应控制在135～145℃，这是由于SEAM 改性剂中的硫磺熔点较低，仅为115℃，硫磺与沥青产生化学作用，降低沥青的黏度，以便混合料于拌和。

（4）拌和温度不得超过150℃，这是由于SEAM 改性剂中添加了烟雾抑制剂和增塑剂，但硫磺在温度达到165℃以上时会达到熔融状态，很容易产生硫蒸气，释放二氧化硫、硫化氢等有毒有害气体，对人体和周边环境产生危害。

4 结论

高寒地区年最低气温较低，对沥青路面材料要求高。与普通沥青混合料相比，SEAM 改性沥青混合料具有足够的低温稳定性、高温稳定性、耐久性，可有效延长路面使用寿命。通过对SEAM 改性沥青混合料的配合比设计和施工技术进行分析，说明该混合料可以满足高寒地区对沥青路面材料的要求，具有较高的应用价值。