9基于能量传输机理的OGFC沥青混合料性能研究平台

一、主要完成单位

广西大学、广西路建工程集团有限公司、广西中铁南横高速公路有限公司

二、推荐单位

广西大学

三、主要完成人

孟勇军、李育林、梁军林、钟万波、饶坤荣、容洪流、梁高荣、杨小龙、黄文国、黄云、雷雨龙、颜添毅

四、项目简介

该项目所属土木工程类领域，主要应用于道路工程施工领域。项目基于能量传输机理，对OGFC沥青混合料性能进行优化，实现OGFC沥青混合料在生产，运输和摊铺工艺中的节能和绿色环保。沥青在受能量波作用时，黏度降低，从而降低搅拌过程中的剪切阻力和能耗。能量波的作用增加集料对沥青的吸收，提高了OGFC沥青混合料路用性能和使用性能方面，提高潮湿、高温、多雨地区沥青路面耐久性。理论结合实际的研究共获6项专利成果，并在广西都（安）巴（马）高速公路建设项目和岑溪-大新公路横县至南宁段建设项目沥青路面上进行推广应用，OGFC路用性能提高的同时也进一步降低了工程成本，科研成果获鉴定为国际领先水平，为广西高等级路面建设提供了更优更好的选择。

五、主要技术内容及创新点

（一）主要技术内容

沥青混合料振动搅拌工艺生产技术创新是基于沥青混合料振动搅拌理论和沥青降黏理论，提出了沥青混合料振动搅拌生产工艺，实现了沥青混合料动态化生产方式，解决沥青混合料搅拌不充分、离析、高温车辙变形、水损坏等难点痛点问题。主要技术内容是利用双振源同频率同振幅的搅拌设备生产沥青混合料，振动作用与搅拌作用相结合，振动作用产生的能量以弹性波的形式从振源向外扩散，靠近振源的物料由于受到激振力的作用产生剧烈振动，振动能量再依次传递给相邻的矿料，在传播过程中由于波振面的面积越来越大，同时双振源搅拌利用振动波能量叠加原理，解决振动能量扩散到单位面积的能量减少和传播介质对振动能量的吸收等原因造成振动波的衰减，在提高沥青混合料搅拌瞬时均匀性的同时强化了混合料的宏观对流运动，使得矿料均匀分布且表面沥青的覆盖面积增大。

采用振动搅拌对集料进行干拌时，粉尘脱落使集料表面变得干净，提高沥青与集料间的黏附力与握裹力，沥青也可先于矿粉裹覆到集料上，增大沥青与集料间的直接接触面积，提高了沥青与集料之间的黏附性能，在沥青混合料上体现为高温稳定性能和水稳定性能的提高，延长沥青路面的使用寿命。

（二）创新点

1.首次提出了沥青混合料振动搅拌理论，实现沥青混合料的生产由静态模式向动态模式的“零”突破

2.开创了沥青在振动状态下的表观黏度测试技术，实现了沥青黏度测试装置由“0”到“1”的突破

（1）沥青黏度测试创新装置

1-I/O设备；2-控制器；3-振动台；4-连接架；5-沥青保温炉；6-护腿；7-RV型转子；8-布氏黏度仪；9-滑动杆；10-固定架

图1 振动能量作用下沥青表观黏度测试装置机理

图2 沥青振动黏度测试装置

（2）振动降黏机理

图3 沥青受振动作用黏度降低示意图

在熔融状态的沥青体系中，细微颗粒靠弱的化学键氢键相连结形成网状结构因此很容易被外力破坏，受振动波能量作用后氢键断开，黏度逐渐降低，撤掉振动波后氢键重新连接，黏度逐渐恢复。

3.首次发明了沥青混合料振动加载生产装置，确定了沥青混合料振动搅拌工艺的最佳振动参数

1-搅拌叶片；2-搅拌臂；3-搅拌分轴；4-搅拌主轴；5-单轴惯性振动机；6-弹簧支座；7-固定架；8-搅拌电机；9-搅拌仓；10-连杆；11-弹性套环。

图4 沥青混合料振动搅拌机示意图

图5 沥青混合料振动搅拌机作用原理示意图

4.首次提出了基于振动搅拌形式的沥青混合料生产工艺，解决了沥青路面性能不足和沥青混合料生产高耗能的难点痛点问题。

六、获奖情况

该项目于2020年4月15日提交中国公路学会进行科学技术成果评价申请，并于2020年4月20日通过中国公路学会主持召开的项目成果评价会（中公评字〔2020〕第020号），该项目研究成果总体上达到国际领先水平。

中国公路学会科学技术评价证书

七、标准及专利情况

振动搅拌沥青混合料技术共获得6项专利，其中澳大利亚WIPO国际发明专利2项，实用新型专利4项。

1.澳大利亚WIPO国际发明专利：

《A Device For Detecting The Apparent Viscosity Of The Asphalt Under The Vibration State》

《A Preparation Method for High-Performance Asphalt Mixture》          

2.实用新型专利：

《一种检测沥青振动状态下表观黏度的装置》

《一种立轴式实验室沥青混合料新型搅拌设备》

 《一种沥青混合料新型搅拌设备》

《一种轴振动强制式搅拌机》

八、社会经济效益及推广应用情况

（一）社会经济效益

采用参评技术可以有效降低沥青混合料搅拌温度，根据IPCC计算准则，对于一年生产的20万吨沥青混合料，参评技术可以减少约594t温室气体的排放。在保证路面性能的情况下，有效降低了沥青最佳油石比，经济效益体现为每生产1立方沥青混合料，为企业减少成本约45元。采用振动拌合工艺在改善人类生活的同时实现了保护环境，维持全球范围的生态系统平衡，对于环境与社会、经济、人口相协调，具有重要的实际意义。

（二）推广应用情况

在广西都（安）巴（马）高速公路建设项目和岑溪-大新公路横县至南宁段建设项目上推广OGFC沥青混合料振动搅拌技术的生产运用，累计生产沥青混合料约12万立方，为企业减少成本约540万元。