振动搅拌技术在橡胶沥青制备中的应用

文 周本涛 赵新征 王小宁 杨鹏辉 王记涛

橡胶沥青混合料的拌和决定着胶粉与沥青的融合效果，因而也决定着橡胶沥青混合料的整体品质。

目前，“低消耗、低排放、低污染”“高效能、高效率、高效益”是各项公路工程的理想追求，橡胶沥青路面工程也不例外，需要提高资源循环利用的效率，充分发掘材料的潜能，达到提升路用性能的目的。振动搅拌技术的采用，是橡胶沥青在性能上向智能化和绿色节能化发展的体现。

改善沥青混合料整体性能

振动搅拌是两种不同运动的物料复合强化的搅拌过程，采用“周向运动+轴向运动+径向运动+对流运动+扩散运动”的搅拌理念，从宏观上保证混合料中各成分物料间的均匀包裹，并根据物料的种类选择匹配的振幅、频率，以振动波的方式把源自振源的能量传递给相邻物料粒子，带动相邻粒子振动，使得各物料全程均衡振动、碰撞、摩擦，产生剧烈拌和，形成一个以振源为球心的球形波阵面，并以一定速度继续向四周移动传播。微观层面，振动搅拌能大幅降低混合料中气孔的平均直径，以此提高混合料内部的致密程度，缩短搅拌时间。

混凝土是多相、多孔的复合型材料，具有较高的不均匀性与复杂的内部结构，确定好组分时，骨料各种性能体现与其内在结构有着相当密切的关联，混凝土微观性质决定着其宏观表象。振动搅拌具有搅拌与振动两方面作用，搅拌使橡胶沥青混合料的骨料颗粒在产生对流运动与剪切的同时互相激烈碰撞，振动使骨料颗粒处于高频的振颤状态，优化了橡胶沥青混合料的微观孔结构和孔级配，充分弥散、充分包裹加快胶结反应，及时促进混合料水化反应。胶粉和沥青充分包裹，能提高混凝土的黏聚性，以及沥青在搅拌过程中的流动性能，增大沥青与骨料间的有效接触面积，强化胶粉与沥青的界面结合，进而改善其整体性能。

契合橡胶沥青高黏特性

橡胶沥青属于高黏性沥青混合料，搅拌过程中的流动性与混合料的高黏特性是橡胶沥青的一对矛盾特性；同时，固态颗粒沥青质是沥青材料的核心部位，沥青质聚集后在外表面附着胶质形成胶团，胶团间的相互吸引作用构成了沥青材料的空间网状结构，进而约束胶团的运动，降低沥青材料的流动性能。振动搅拌技术通过调整振幅和频率的作用参数，在振动作用下引入振动波，可在一定程度上提高胶凝材料的流动性能，减弱两种沥青中胶团之间的吸引力，提高沥青的流动性能，使振动搅拌技术适配橡胶沥青混凝土并提高其性能。

橡胶沥青生产现场

振动搅拌过程所产生的振动作用打散了堆积的胶粉，振动剪切打破了沥青的空间网状稳定结构，作用范围随着振动频率、振动幅度的增加而扩大，大大降低了沥青胶团和分子的原有约束力及相互吸引力，也相应提高了沥青分子链的扩散剧烈度及流动性，促进了散状胶粉与沥青分子的充分包裹，形成有效胶结。在单位面积内，沥青裹挟胶粉形成有效沥青胶结，并呈现大量小团细粒状。此过程中，沥青胶凝的表面积逐渐增大，有效沥青胶凝总量持续增多，最终形成了更稳定的改性沥青胶凝结构。其在宏观方面表现为流动性能增强，促进高分子聚合物的解缠过程。

形成高强度胶凝材料

为提高胶粉与沥青的相溶性，实际振动搅拌工序设置在胶粉与外加剂的预处理和橡胶沥青混合料的溶胀反应之后。胶粉与外加剂需要按比例涂覆、浸泡、烘干，并与加热的基质沥青发生溶胀反应。振动搅拌时，需要根据橡胶沥青的实际情况设置合适的振幅、频率、剪切时间和温度，振动器以相互水平和垂直的形式设置。

沥青、粗细骨料和胶粉等物料在搅拌轴和搅拌叶片的振动搅拌下，将产生圆周、径向循环运动，并与搅拌系统叠加产生垂直于搅拌系统的轴向循环运动。振动搅拌使胶粉、沥青、粗细骨料等各种物料在搅拌运动和振动强力波的双重作用下充分弥散并均匀拌和，细骨料更加牢固地黏附在粗骨料的表面，沥青胶凝材料及粗细骨料间的黏合也更加牢固，尤其是胶粉和沥青得到了充分融合，从而形成了高强度的“浆状”胶凝材料，同时也解决了粉料中易形成的“橡胶粉团粒”现象，使成品混合料同时达到了宏观和微观上的均匀。

振动搅拌后，橡胶沥青将以非动力传输的方式到185摄氏度的发育罐发育1小时，确保其存储稳定性及各项性能技术指标达标后，即可进入成品仓库完成路用性能应用。

面对自然资源紧缺的现状，在“生态优先、绿色发展”的可持续建设大环境下，振动搅拌技术的应用及适量的外加剂掺入，提高了胶粉与基质沥青的相溶性，增加了橡胶粉与基质沥青的黏聚胶结程度，从而使得改性沥青的针入度降低、黏度增大、软化点升高、抗老化性能提升，储存稳定性争强，并可提高沥青路面的耐久性，促进橡胶粉改性沥青的快速发展和广泛应用。