一．综述
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传统的硫磺改性沥青是以普通硫磺为改性剂加入普通沥青而制成。硫磺改性沥青的研究试验和工业应用已有几十年的历史。尤其是在70年代中期到80年代初期，硫磺改性沥青的研制及工业道路试验和铺设在北美和中东地区达到高潮。其主要原因一方面是经济杠杆的作用。当时，硫磺价格低迷，约US$40/吨。而工业沥青价格很高，约US$100－150/吨。用4
挤压成型机0－50％的硫磺替代道路沥青其经济效益是显而易见的。另一个重要的原因是硫磺改性沥青提高了公路的强度和稳定性，从而大大地改善了沥青公路路面的抗车辙和抗疲劳开裂性能。但是，由于80年代初硫磺价格急增，使高潮中的硫磺改性沥青工业试验和应用渐渐停滞下来。自90年代初硫磺价格再次趋于低迷且不断降低，而工业沥青价格则不断增高。到2000年，硫磺价格降至约US＄30/吨，而工业沥青价格增至约US＄170/吨。在中国目前硫磺的价格约为人民币500－600元/吨，而工业普通沥青价格约为人民币2500-3000元/吨。根据国际硫磺权威机构和美国硫研究院调查统计，由于目前世界上大量硫磺的积累和今后每年从石油和天然气中回收的硫磺产量的不断增加，世界上硫磺供大于求的趋势在将来近二三十年内不会改变。因此，今后硫磺的价格将处于低迷，至少不会有大的增加趋势。因此，硫磺改性沥青的研究和工业试验及应用将再次掀起高潮。数条硫磺改性沥青公路正在和将要在美国和加拿大铺设。
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将硫磺应用于沥青公路中可通过两种加工应用方式来实现。一种加工应用方式是将特殊加工好的硫磺添加剂颗粒直接加入普通沥青或沥青混凝土中经搅拌混合均匀后即得到硫磺改
性沥青混凝土。另一种应用方式是将硫磺、普通沥青和其它多种添加剂通过特殊加工生产出一种新型的颗粒状硫磺改性沥青产品。这种固体硫磺改性沥青颗粒可以全部代替普通沥青或重交沥青。
第一种应用方式相对来说简单易行。关键的一步是要生产出一种专用的硫磺添加剂。这种特殊的硫磺添加剂不仅要具有很好的储运物理性质而且更重要的是要具有易于混合均匀和改善普通沥青性能的特性。在70年代中期至80年代初期硫磺改性沥青的工业实践中，是将普通液态或固态硫磺直接加入普通沥青或沥青混凝土中经混合均匀后而被应用。这种原始应用的最大缺点是难以得到混合均匀质量稳定的硫磺改性沥青。当硫磺含量超过40 wt％时这种弊端尤其突出。实践告诉我们，大约15％的硫磺可以溶入普通沥青中。当硫磺加入量超量后，多余的硫磺将呈游离状以连续或断续填料状态分布在沥青中。随硫磺加入量的不断增加，沥青中分布的硫磺会因混合不当而游离与沥青分离。当硫磺含量大于40 wt％时，这种现象便显而易见。这样硫磺不但不能起到改性的作用反而会恶化沥青公路的质量。20世纪70年代和80年代用硫磺改性沥青铺设的公路优劣不均，其中有些公路质量大大优于作为比较用的普通沥青公路。而有些公路由于缺乏质量控制而并非表现出它的优越性，有些甚至不理想。硫磺沥青的混合质量在此起到至关重要的作用。随着科学应用技术的提高及
android智能电视硫磺改性沥青的科学研究的进步，最新一项研究成果表明，使用一种特殊加工的硫磺添加剂不仅可以大大提高硫磺改性沥青的质量而且可以打破硫磺改性沥青中硫磺含量的最高“限区”40％。硫磺在硫磺改性沥青中的含量可高至60％以上。
第二种应用方式是将硫磺改性沥青通过造粒加工成便于储运的固体颗粒产品。这种固体颗粒产品可以通过各种普通运输车辆送到沥青石料混凝土准备厂或工地与预先加热好的石料混合均匀后即可用于铺路。这种固体颗粒沥青的应用将打破传统的混凝土准备工艺，摆脱沥青罐车运输方式。这不仅降低了沥青混凝土的原料成本而且会降低整个铺路工程的原料储运生产成本。这种应用方式的关键是实现硫磺改性沥青固体颗粒化的生产加工工艺。将液态沥青固化为便于运输的颗粒状物料是道路沥青工作者多年的宿愿。实践已证明，仅仅将沥青和硫磺混合是无法通过造粒生产出我们所需要的固体颗粒产品的。必须寻其它添加剂和稳定剂以产生混合均匀稳定的混合粘结剂。这种混合物料不仅要满足沥青公路性能质量的要求而且在性能上还要满足造粒的要求。加入少量高分子聚合物和其它稳定剂不仅在硫磺和沥青的混合中起到搭桥和稳定作用而且可以进一步改善硫磺改性沥青的公路性能。同时，在改善物料的造粒性能上也起到重要作用。
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将高分子聚合物加入普通沥青可以改善和提高普通沥青的公路性能。这些性能优良的高分子聚合物改性沥青技术和产品已大量地用于中国高级公路的建设中。但是，这些高分子聚合物改性沥青不仅价格昂贵，而且不能摆脱传统的加热罐车运输方式。其主要原因在于它们受到本身物理性质的限制不能被加工成便于储运的固体颗粒产品。硫磺改性沥青可以在许多情况下取代价格昂贵的高分子聚合物改性沥青。
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目前的硫磺改性沥青加工技术的主要指导思想在于生产的改性沥青产品不仅要比普通沥青的价格低而且其性能要比普通沥青优越，不仅可以代替普通沥青而且可以代替重交沥青。在许多场合下还可以代替高分子聚合物改性沥青。如果将硫磺改性沥青加工成固体颗粒产品，不仅可以降低原料本身的成本而且还可以降低用此产品来铺路的铺路成本。以往大量硫磺改性沥青公路的工业实践证明，硫磺改性沥青的抗车辙性能大大优越于普通沥青。抗低温开裂性能也好于普通沥青。在工业技术不断进步的今天，在总结以往工业经验的基础上，新研制的硫磺改性沥青产品在各方面性能上都优于以往的硫磺改性沥青。
二．硫磺改性沥青加工设计
为了简化设计，在此假定硫磺改性沥青仅含硫磺和沥青两个组份（暂不考虑其它添加剂的
含量）。因此，在此前提下硫磺和沥青含量之和为100％。在硫磺改性沥青混合设计前，我们应当首先来了解一下硫磺、沥青及其混合物的一般特性。硫磺可溶于沥青的量与沥青的品种和来源有关。一般来说，在混合温度下硫磺在沥青中的可溶度约为15－20％。在混合物固化后，多余未溶的硫磺会以超细微粒分布在沥青中。在显微镜下观察可以看到这些微粒在沥青中构成连续和不连续的结构体。硫磺在硫磺改性沥青混合物中的作用有两个，一是作为粘结剂，二是作为结构体。
在常温常压下，硫磺是一种无味的黄固体。而沥青是一种黑粘稠弹性固体。表1列出黑硫磺添加剂、普通沥青和它们的混合物在不同温度下的比重数据。从这些数据可以看出，常温下固体硫磺的比重是沥青的两倍，因此它的体积只有等体积沥青的一半。当它们混合在一起后，随着硫磺含量的增加，混合物的比重随之增大。
黑硫磺添加剂、沥青和这些混合物在混合温度范围内温度和粘度的关系。试验中沥青是用的AR2000沥青。入图所示，在115和155 oC之间，与沥青比较硫磺的粘度很低。硫磺的凝固点为114 oC。当温度超过158 oC左右，硫磺粘度突然增高。这是由于硫磺分子在高温下发生聚合的原因。当硫磺混于沥青中，硫磺可以降低沥青混合物的粘度。在硫磺重量含量
为26％（体积含量为15％）情况下，硫磺沥青混合物的粘度最低。随硫磺含量的进一步增加，混合物的粘度也随之稍有增加，但比纯沥青的粘度还是要低得多。
硫磺改性沥青在不同硫磺/沥青混合比下做的马歇尔混凝土强度试验结果。所用的沥青牌号是AR2000。试验所用的石料为火山岩类石料。当沥青中添加26％重量的硫磺，与原沥青相比硫磺改性沥青的马歇尔性能基本上没有什么改变。几乎和原沥青没有多大区别。随硫磺添加量大于26％重量时，其硫磺改性沥青的马歇尔稳定性、密度和硬度逐渐提高。马歇尔流动性改变不大。
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