振動(dòng)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(dòng)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(dòng)攪拌是兩種不同運(yùn)動(dòng)的物料復(fù)合強(qiáng)化的攪拌過程，采用“周向運(yùn)動(dòng)+軸向運(yùn)動(dòng)+徑向運(yùn)動(dòng)+對(duì)流運(yùn)動(dòng)+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)”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(dòng)波的方式把源自振源的能量傳遞給相鄰物料粒子，帶動(dòng)相鄰粒子振動(dòng)，使得各物料全程均衡振動(dòng)、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(dòng)傳播。微觀層面，振動(dòng)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(dòng)攪拌具有攪拌與振動(dòng)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(duì)流運(yùn)動(dòng)與剪切的同時(shí)互相激烈碰撞，振動(dòng)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(jí)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(dòng)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(dòng)性與混合料的高黏特性是橡膠瀝青的一對(duì)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(dòng)，降低瀝青材料的流動(dòng)性能。振動(dòng)攪拌技術(shù)通過調(diào)整振幅和頻率的作用參數(shù)，在振動(dòng)作用下引入振動(dòng)波，可在一定程度上提高膠凝材料的流動(dòng)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(dòng)性能，使振動(dòng)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(dòng)攪拌過程所產(chǎn)生的振動(dòng)作用打散了堆積的膠粉，振動(dòng)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(dòng)頻率、振動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)攪拌下，將產(chǎn)生圓周、徑向循環(huán)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。振動(dòng)攪拌使膠粉、瀝青、粗細(xì)骨料等各種物料在攪拌運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)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(dòng)攪拌后，橡膠瀝青將以非動(dòng)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(chǔ)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(duì)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(dòng)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(chǔ)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。