振動攪拌技術(shù)在橡膠瀝青制備中的應(yīng)用

文 周本濤 趙新征 王小寧 楊鵬輝 王記濤

橡膠瀝青混合料的拌和決定著膠粉與瀝青的融合效果，因而也決定著橡膠瀝青混合料的整體品質(zhì)。

目前，“低消耗、低排放、低污染”“高效能、高效率、高效益”是各項(xiàng)公路工程的理想追求，橡膠瀝青路面工程也不例外，需要提高資源循環(huán)利用的效率，充分發(fā)掘材料的潛能，達(dá)到提升路用性能的目的。振動攪拌技術(shù)的采用，是橡膠瀝青在性能上向智能化和綠色節(jié)能化發(fā)展的體現(xiàn)。

改善瀝青混合料整體性能

振動攪拌是兩種不同運(yùn)動的物料復(fù)合強(qiáng)化的攪拌過程，采用“周向運(yùn)動+軸向運(yùn)動+徑向運(yùn)動+對流運(yùn)動+擴(kuò)散運(yùn)動”的攪拌理念，從宏觀上保證混合料中各成分物料間的均勻包裹，并根據(jù)物料的種類選擇匹配的振幅、頻率，以振動波的方式把源自振源的能量傳遞給相鄰物料粒子，帶動相鄰粒子振動，使得各物料全程均衡振動、碰撞、摩擦，產(chǎn)生劇烈拌和，形成一個(gè)以振源為球心的球形波陣面，并以一定速度繼續(xù)向四周移動傳播。微觀層面，振動攪拌能大幅降低混合料中氣孔的平均直徑，以此提高混合料內(nèi)部的致密程度，縮短攪拌時(shí)間。

混凝土是多相、多孔的復(fù)合型材料，具有較高的不均勻性與復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確定好組分時(shí)，骨料各種性能體現(xiàn)與其內(nèi)在結(jié)構(gòu)有著相當(dāng)密切的關(guān)聯(lián)，混凝土微觀性質(zhì)決定著其宏觀表象。振動攪拌具有攪拌與振動兩方面作用，攪拌使橡膠瀝青混合料的骨料顆粒在產(chǎn)生對流運(yùn)動與剪切的同時(shí)互相激烈碰撞，振動使骨料顆粒處于高頻的振顫狀態(tài)，優(yōu)化了橡膠瀝青混合料的微觀孔結(jié)構(gòu)和孔級配，充分彌散、充分包裹加快膠結(jié)反應(yīng)，及時(shí)促進(jìn)混合料水化反應(yīng)。膠粉和瀝青充分包裹，能提高混凝土的黏聚性，以及瀝青在攪拌過程中的流動性能，增大瀝青與骨料間的有效接觸面積，強(qiáng)化膠粉與瀝青的界面結(jié)合，進(jìn)而改善其整體性能。

契合橡膠瀝青高黏特性

橡膠瀝青屬于高黏性瀝青混合料，攪拌過程中的流動性與混合料的高黏特性是橡膠瀝青的一對矛盾特性；同時(shí)，固態(tài)顆粒瀝青質(zhì)是瀝青材料的核心部位，瀝青質(zhì)聚集后在外表面附著膠質(zhì)形成膠團(tuán)，膠團(tuán)間的相互吸引作用構(gòu)成了瀝青材料的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而約束膠團(tuán)的運(yùn)動，降低瀝青材料的流動性能。振動攪拌技術(shù)通過調(diào)整振幅和頻率的作用參數(shù)，在振動作用下引入振動波，可在一定程度上提高膠凝材料的流動性能，減弱兩種瀝青中膠團(tuán)之間的吸引力，提高瀝青的流動性能，使振動攪拌技術(shù)適配橡膠瀝青混凝土并提高其性能。

橡膠瀝青生產(chǎn)現(xiàn)場

振動攪拌過程所產(chǎn)生的振動作用打散了堆積的膠粉，振動剪切打破了瀝青的空間網(wǎng)狀穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，作用范圍隨著振動頻率、振動幅度的增加而擴(kuò)大，大大降低了瀝青膠團(tuán)和分子的原有約束力及相互吸引力，也相應(yīng)提高了瀝青分子鏈的擴(kuò)散劇烈度及流動性，促進(jìn)了散狀膠粉與瀝青分子的充分包裹，形成有效膠結(jié)。在單位面積內(nèi)，瀝青裹挾膠粉形成有效瀝青膠結(jié)，并呈現(xiàn)大量小團(tuán)細(xì)粒狀。此過程中，瀝青膠凝的表面積逐漸增大，有效瀝青膠凝總量持續(xù)增多，最終形成了更穩(wěn)定的改性瀝青膠凝結(jié)構(gòu)。其在宏觀方面表現(xiàn)為流動性能增強(qiáng)，促進(jìn)高分子聚合物的解纏過程。

形成高強(qiáng)度膠凝材料

為提高膠粉與瀝青的相溶性，實(shí)際振動攪拌工序設(shè)置在膠粉與外加劑的預(yù)處理和橡膠瀝青混合料的溶脹反應(yīng)之后。膠粉與外加劑需要按比例涂覆、浸泡、烘干，并與加熱的基質(zhì)瀝青發(fā)生溶脹反應(yīng)。振動攪拌時(shí)，需要根據(jù)橡膠瀝青的實(shí)際情況設(shè)置合適的振幅、頻率、剪切時(shí)間和溫度，振動器以相互水平和垂直的形式設(shè)置。

瀝青、粗細(xì)骨料和膠粉等物料在攪拌軸和攪拌葉片的振動攪拌下，將產(chǎn)生圓周、徑向循環(huán)運(yùn)動，并與攪拌系統(tǒng)疊加產(chǎn)生垂直于攪拌系統(tǒng)的軸向循環(huán)運(yùn)動。振動攪拌使膠粉、瀝青、粗細(xì)骨料等各種物料在攪拌運(yùn)動和振動強(qiáng)力波的雙重作用下充分彌散并均勻拌和，細(xì)骨料更加牢固地黏附在粗骨料的表面，瀝青膠凝材料及粗細(xì)骨料間的黏合也更加牢固，尤其是膠粉和瀝青得到了充分融合，從而形成了高強(qiáng)度的“漿狀”膠凝材料，同時(shí)也解決了粉料中易形成的“橡膠粉團(tuán)粒”現(xiàn)象，使成品混合料同時(shí)達(dá)到了宏觀和微觀上的均勻。

振動攪拌后，橡膠瀝青將以非動力傳輸?shù)姆绞降?85攝氏度的發(fā)育罐發(fā)育1小時(shí)，確保其存儲穩(wěn)定性及各項(xiàng)性能技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)后，即可進(jìn)入成品倉庫完成路用性能應(yīng)用。

面對自然資源緊缺的現(xiàn)狀，在“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的可持續(xù)建設(shè)大環(huán)境下，振動攪拌技術(shù)的應(yīng)用及適量的外加劑摻入，提高了膠粉與基質(zhì)瀝青的相溶性，增加了橡膠粉與基質(zhì)瀝青的黏聚膠結(jié)程度，從而使得改性瀝青的針入度降低、黏度增大、軟化點(diǎn)升高、抗老化性能提升，儲存穩(wěn)定性爭強(qiáng)，并可提高瀝青路面的耐久性，促進(jìn)橡膠粉改性瀝青的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。