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摘要：硫磺改性沥青混合料的路用性能尤其是高温抗车辙性能比普通沥青混合料提高较多，而价格远低于SBS改性沥青混合料，甚至低于普通沥青混合料，是一种经济有效的提高沥青混合料抗车辙能力的新材料。为保证硫磺改性沥青混合料的正确应用，在常规沥青混合料的配合比设计基础上，考虑硫磺改性沥青混合料的特殊性，提出硫磺改性沥青混合料的配合比设计过程。
关键词：硫磺；改性沥青；配合比设计
Analysed On Design Of Sulphur Extended Asphalt Mixture
Ding Ya-liang1 He Xing2
Jiang Su Dong Jiao engineering Testing Co.，Ltd.，Nanjing 211153 China
Abstract：The pavement performance of sulphur extended modified asphalt mixture is more greatly improved than original asphalt mixture，especially the high temperature rutting resistance performance，however，the price is lower than SBS modified bitumen，and original asphalt mixture，thus，the sulphur extended modified asphalt mixture is an new economically feasible material. In order to guarantee the correctness of usage，basing on the mix design method of original asphalt mixture and considering the particularity，the mix design of sulphur extended asphalt are recommended.
Key word：sulphur，modified asphalt，mix design
硫磺强化沥青改性剂是一种新型的沥青混合料改性剂，可在沥青混合料拌和过程中直接投放，具有替代部分沥青，提高混合料性能，降低施工温度，节能减排。硫磺强化沥青改性剂是在硫磺里添加烟雾抑制剂和增塑剂成分制成的颗粒，用此颗粒和沥青共同拌和出来的混合料称为“硫磺改性沥青混合料”。
硫磺改性沥青混合料配合比设计是路用性能研究及应用的基础，考虑硫磺自身的性能特点及其作用机理，为保证硫磺改性沥青混合料的正确应用，确保工程质量，特提出硫磺沥青混合料组成设计研究和室内混合料拌和要求，并对硫磺用量的计算、配合比设计方法等进行介绍。
1、原材料
粗集料选用反击破、洁净、干燥、无风化、无杂质且有二个破碎面颗粒。细集料采用石灰岩粉碎的机制砂。矿粉宜采用石灰石加工而成。沥青采用优质A级70#道路石油沥青。抗剥落剂一般掺加量为（沥青+硫磺）质量的0.6%。有较强的抗老化性能，在163℃老化5小时后，其性能应能满足规定。
硫磺改性剂质量应符合表1的相关要求。
表1 硫磺的产品参数
2、硫磺沥青混合料的配合比设计
2.1 硫磺用量计算
从硫磺的改性机理来看，不同掺量的硫磺，硫磺改性沥青混合料析出的晶体形成的网状结构也会不同，导致沥青混合料的强度等性能也会大不相同。按照m（硫磺）∶m（Asphalt）比例拌和的硫磺改性沥青混和料，随着比例的增大，马歇尔稳定度也增大，说明硫磺改性沥青混合料的强度可以用控制硫磺的掺入量来调节。当m（硫磺）∶m（Asphalt）=1∶1时，此时硫磺改性沥青混合料是一种全刚性材料，具有优异的抗车辙性能，但柔性很低，用于面层以下较好。当m（硫磺）∶m（Asphalt）=2∶3时，得到的是半刚性材料，稳定度比常规的沥青混合料高，因此铺筑的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。当m（硫磺）∶m（Asphalt）小于3∶7时，得到的是“柔性”材料，与常规沥青混合料性能基本相似，强度和稳定性略好一些，可以作为面层或基层材料，适应性很大。
硫磺用量的确定方法用等体积替代原则，即用等体积的硫磺替代相同体积的沥青。由于硫磺的密度大约是沥青密度的1.9倍，因此节省一份重量的沥青需要用1.9倍重量的硫磺才能替代。在普通沥青混合料的最佳沥青用量确定之后，可采用下面公式来确定硫磺的用量：
（硫磺+沥青）结合料 公式（1）
式中：A为普通混合料设计中的沥青用量（重量百分比）；
R为硫磺替代系数，取1.9；
PS为最终结合料中的硫磺重量百分比；
Gb为沥青相对密度。
2.2 沥青混合料的室内拌和要求
（1）试验室的要求
①良好的通风设备，可以将硫磺沥青混合料制备过程中产生的烟气排出；
②拌和采用控温装置的机械自动拌和设备；
③烘箱必须可以精确控温，具备热风循环装置均匀加热；
④必须具备测温设备，红外线测温设备，水银温度计等；
⑤沾有硫磺沥青混合料的工具应在加热前用适当的溶剂清理干净，用于制备硫磺沥青混合料的原料和工具模具不應加热到155oC以上。
（2）硫磺室内试验操作要求
在室内试验中，硫磺沥青混合料的拌和温度和压实温度与普通沥青混合料之间存在差异，建议按照表2的温度要求进行混合料的拌和。 ①马歇尔试件拌和顺序：
加入骨料预拌和5～10s——加入沥青拌和60s——加入硫磺和矿粉，拌和120s
②车辙试件拌和顺序：
加入骨料预拌和5～10s——加入沥青拌和90s——加入硫磺和矿粉，拌和240s
表2 硫磺沥青混合料试验方法
2.3 沥青混合料的配合比设计
硫磺沥青混合料的配合比设计包括矿料级配设计与硫磺、沥青用量的确定，以及配合比的验证。加入硫磺后的硫磺与沥青用量只需在公式（1）中带入计算即可得到。
2.3.1 配合比设计
目标配合比设计阶段：取料进行筛分，计算各矿料的用量，使合成的矿质混合料级配符合设计级配范围。宜在设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，使矿质混合料级配曲线应接近一条顺滑的曲线。根据经验初选满足设计要求的级配做为设计级配。通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。按选定的m（硫磺）∶m（Asphalt）比例进行硫磺替换，掺加（沥青+硫磺）质量的0.6%抗剥落剂，对马歇尔体积指标和路用性能进行试验验证。
生产配合比设计阶段：对热料仓矿料进行二次筛分，使矿质混合料的级配符合目标设计级配的要求，以确定各热料仓的用料比例。同时反复调整冷料仓进料比例，达到供料均衡。取目标配合比设计的最佳沥青用量和硫磺用量进行马歇尔试验验证，各项体积指标应满足目标设计要求。
生产配合比验证阶段：用生产配合比进行试拌，沥青混合料的技术指标合格后铺筑试铺段。取试铺用的沥青混合料进行马歇尔试验检验和抽提试验，由此确定正常生产用的标准配合比。标准配合比的矿料级配，至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔通过率接近优选的设计级配，并避免在0.3～0.6mm处出现“驼峰”。对确定的标准配合比不得在施工过程中随意变更。
2.3.2 试验验证
在确定了生产级配和硫磺、沥青用量后，进行硫磺沥青混合料的性能检测，性能标准规定如表3所示。
表3 硫磺沥青混合料马歇尔试验技术指标
马歇尔试验、车辙、水稳定性试验必须在试件成型后10天以上再行检测。
3、结论
从常规沥青混合料的配合比设计思路出发，考虑了硫磺改性沥青混合料的特殊性，提出了硫磺改性沥青混合料的配合比设计过程。通过分析可以得出，硫磺改性沥青混合料配合比设计与常规沥青混合料有所不同，具体表现在以下几个方面：
（1）拌和、碾压温度和常规沥青混合料不同。硫磺沥青混合料的拌和温度、击实温度比没有添加硫磺的沥青混合料均要低，分析其主要原因就是硫磺对沥青进行了稀释，降低了沥青的粘度，从而扩大了沥青混合料的温度应用范围，节省了沥青混合料加热、拌和的能量投入。
（2）配合比设计方法需要在常规沥青混合料配合比方法基础上进行改进，具体如下：①对未经硫磺改性的沥青混合料做马歇尔/旋转压实试验，求出其最佳的油石比；②将求得的最佳油石比转化为沥青质量分数以及初定的硫磺与沥青的质量比，计算硫磺质量分數WSEAM；③根据硫磺、沥青的含量和设计好的级配制作试件，测试其对应的指标，检验是否满足要求；④调整硫磺与沥青的质量比，直到满足混合料的各方面要求，此时所求的（硫磺+沥青）的用量即为硫磺改性沥青混合料的最佳结合料用量。
参考文献：
[1]鲁正兰，孙立军，周朝晖. 高性能SEAM改性沥青混合料设计及其性能[J].石油学报（石油加工），2005，21（5）
[2] 常立杰. SEAM沥青混合料配合比设计及施工工艺的探讨[A].第9届全国沥青路面应用技术研讨会暨橡胶沥青应用现场会论文集[C].2008
[3] 鲁正兰，孙立军，周朝晖. 高性能SEAM改性沥青混合料设计及其性能[J].石油学报（石油加工），2005，21（5）
[4] 陈明. SEAM（硫磺）改性沥青混合料的低温抗裂性能研究[J].交通标准化，2009，（8）
作者简介：
丁亚亮，男，助理工程师，出生于1983年10月29日，江苏东交工程检测有限公司
关键词：硫磺；改性沥青；配合比设计
Analysed On Design Of Sulphur Extended Asphalt Mixture
Ding Ya-liang1 He Xing2
Jiang Su Dong Jiao engineering Testing Co.，Ltd.，Nanjing 211153 China
Abstract：The pavement performance of sulphur extended modified asphalt mixture is more greatly improved than original asphalt mixture，especially the high temperature rutting resistance performance，however，the price is lower than SBS modified bitumen，and original asphalt mixture，thus，the sulphur extended modified asphalt mixture is an new economically feasible material. In order to guarantee the correctness of usage，basing on the mix design method of original asphalt mixture and considering the particularity，the mix design of sulphur extended asphalt are recommended.
Key word：sulphur，modified asphalt，mix design
硫磺强化沥青改性剂是一种新型的沥青混合料改性剂，可在沥青混合料拌和过程中直接投放，具有替代部分沥青，提高混合料性能，降低施工温度，节能减排。硫磺强化沥青改性剂是在硫磺里添加烟雾抑制剂和增塑剂成分制成的颗粒，用此颗粒和沥青共同拌和出来的混合料称为“硫磺改性沥青混合料”。
硫磺改性沥青混合料配合比设计是路用性能研究及应用的基础，考虑硫磺自身的性能特点及其作用机理，为保证硫磺改性沥青混合料的正确应用，确保工程质量，特提出硫磺沥青混合料组成设计研究和室内混合料拌和要求，并对硫磺用量的计算、配合比设计方法等进行介绍。
1、原材料
粗集料选用反击破、洁净、干燥、无风化、无杂质且有二个破碎面颗粒。细集料采用石灰岩粉碎的机制砂。矿粉宜采用石灰石加工而成。沥青采用优质A级70#道路石油沥青。抗剥落剂一般掺加量为（沥青+硫磺）质量的0.6%。有较强的抗老化性能，在163℃老化5小时后，其性能应能满足规定。
硫磺改性剂质量应符合表1的相关要求。
表1 硫磺的产品参数
2、硫磺沥青混合料的配合比设计
2.1 硫磺用量计算
从硫磺的改性机理来看，不同掺量的硫磺，硫磺改性沥青混合料析出的晶体形成的网状结构也会不同，导致沥青混合料的强度等性能也会大不相同。按照m（硫磺）∶m（Asphalt）比例拌和的硫磺改性沥青混和料，随着比例的增大，马歇尔稳定度也增大，说明硫磺改性沥青混合料的强度可以用控制硫磺的掺入量来调节。当m（硫磺）∶m（Asphalt）=1∶1时，此时硫磺改性沥青混合料是一种全刚性材料，具有优异的抗车辙性能，但柔性很低，用于面层以下较好。当m（硫磺）∶m（Asphalt）=2∶3时，得到的是半刚性材料，稳定度比常规的沥青混合料高，因此铺筑的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。当m（硫磺）∶m（Asphalt）小于3∶7时，得到的是“柔性”材料，与常规沥青混合料性能基本相似，强度和稳定性略好一些，可以作为面层或基层材料，适应性很大。
硫磺用量的确定方法用等体积替代原则，即用等体积的硫磺替代相同体积的沥青。由于硫磺的密度大约是沥青密度的1.9倍，因此节省一份重量的沥青需要用1.9倍重量的硫磺才能替代。在普通沥青混合料的最佳沥青用量确定之后，可采用下面公式来确定硫磺的用量：
（硫磺+沥青）结合料 公式（1）
式中：A为普通混合料设计中的沥青用量（重量百分比）；
R为硫磺替代系数，取1.9；
PS为最终结合料中的硫磺重量百分比；
Gb为沥青相对密度。
2.2 沥青混合料的室内拌和要求
（1）试验室的要求
①良好的通风设备，可以将硫磺沥青混合料制备过程中产生的烟气排出；
②拌和采用控温装置的机械自动拌和设备；
③烘箱必须可以精确控温，具备热风循环装置均匀加热；
④必须具备测温设备，红外线测温设备，水银温度计等；
⑤沾有硫磺沥青混合料的工具应在加热前用适当的溶剂清理干净，用于制备硫磺沥青混合料的原料和工具模具不應加热到155oC以上。
（2）硫磺室内试验操作要求
在室内试验中，硫磺沥青混合料的拌和温度和压实温度与普通沥青混合料之间存在差异，建议按照表2的温度要求进行混合料的拌和。 ①马歇尔试件拌和顺序：
加入骨料预拌和5～10s——加入沥青拌和60s——加入硫磺和矿粉，拌和120s
②车辙试件拌和顺序：
加入骨料预拌和5～10s——加入沥青拌和90s——加入硫磺和矿粉，拌和240s
表2 硫磺沥青混合料试验方法
2.3 沥青混合料的配合比设计
硫磺沥青混合料的配合比设计包括矿料级配设计与硫磺、沥青用量的确定，以及配合比的验证。加入硫磺后的硫磺与沥青用量只需在公式（1）中带入计算即可得到。
2.3.1 配合比设计
目标配合比设计阶段：取料进行筛分，计算各矿料的用量，使合成的矿质混合料级配符合设计级配范围。宜在设计级配范围内计算1～3组粗细不同的配合比，绘制设计级配曲线，使矿质混合料级配曲线应接近一条顺滑的曲线。根据经验初选满足设计要求的级配做为设计级配。通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。按选定的m（硫磺）∶m（Asphalt）比例进行硫磺替换，掺加（沥青+硫磺）质量的0.6%抗剥落剂，对马歇尔体积指标和路用性能进行试验验证。
生产配合比设计阶段：对热料仓矿料进行二次筛分，使矿质混合料的级配符合目标设计级配的要求，以确定各热料仓的用料比例。同时反复调整冷料仓进料比例，达到供料均衡。取目标配合比设计的最佳沥青用量和硫磺用量进行马歇尔试验验证，各项体积指标应满足目标设计要求。
生产配合比验证阶段：用生产配合比进行试拌，沥青混合料的技术指标合格后铺筑试铺段。取试铺用的沥青混合料进行马歇尔试验检验和抽提试验，由此确定正常生产用的标准配合比。标准配合比的矿料级配，至少应包括0.075mm、2.36mm、4.75mm及公称最大粒径筛孔通过率接近优选的设计级配，并避免在0.3～0.6mm处出现“驼峰”。对确定的标准配合比不得在施工过程中随意变更。
2.3.2 试验验证
在确定了生产级配和硫磺、沥青用量后，进行硫磺沥青混合料的性能检测，性能标准规定如表3所示。
表3 硫磺沥青混合料马歇尔试验技术指标
马歇尔试验、车辙、水稳定性试验必须在试件成型后10天以上再行检测。
3、结论
从常规沥青混合料的配合比设计思路出发，考虑了硫磺改性沥青混合料的特殊性，提出了硫磺改性沥青混合料的配合比设计过程。通过分析可以得出，硫磺改性沥青混合料配合比设计与常规沥青混合料有所不同，具体表现在以下几个方面：
（1）拌和、碾压温度和常规沥青混合料不同。硫磺沥青混合料的拌和温度、击实温度比没有添加硫磺的沥青混合料均要低，分析其主要原因就是硫磺对沥青进行了稀释，降低了沥青的粘度，从而扩大了沥青混合料的温度应用范围，节省了沥青混合料加热、拌和的能量投入。
（2）配合比设计方法需要在常规沥青混合料配合比方法基础上进行改进，具体如下：①对未经硫磺改性的沥青混合料做马歇尔/旋转压实试验，求出其最佳的油石比；②将求得的最佳油石比转化为沥青质量分数以及初定的硫磺与沥青的质量比，计算硫磺质量分數WSEAM；③根据硫磺、沥青的含量和设计好的级配制作试件，测试其对应的指标，检验是否满足要求；④调整硫磺与沥青的质量比，直到满足混合料的各方面要求，此时所求的（硫磺+沥青）的用量即为硫磺改性沥青混合料的最佳结合料用量。
参考文献：
[1]鲁正兰，孙立军，周朝晖. 高性能SEAM改性沥青混合料设计及其性能[J].石油学报（石油加工），2005，21（5）
[2] 常立杰. SEAM沥青混合料配合比设计及施工工艺的探讨[A].第9届全国沥青路面应用技术研讨会暨橡胶沥青应用现场会论文集[C].2008
[3] 鲁正兰，孙立军，周朝晖. 高性能SEAM改性沥青混合料设计及其性能[J].石油学报（石油加工），2005，21（5）
[4] 陈明. SEAM（硫磺）改性沥青混合料的低温抗裂性能研究[J].交通标准化，2009，（8）
作者简介：
丁亚亮，男，助理工程师，出生于1983年10月29日，江苏东交工程检测有限公司