[发明专利]一种采用吸附测量固体表面自由能的方法

说明书

技术领域

本发明属于沥青混合料路用性能评价领域，具体涉及一种采用吸附测量固体表面自由能的装置及方法。

背景技术

沥青混合料广泛应用于我国道路工程领域，在路面材料中占据重要地位。近些年来，沥青混合料的水损害问题越来越突出，研究集料的表面能测量有利于沥青混合料抗水损害性的评价。集料颗粒有不同的形状、棱角性和表面纹理，这些属性反映出集料颗粒的尺寸大小、棱角变化、表面不规则性，使得集料表面不平整，造成其表面能测试困难、复杂。目前还没有较简便、准确的方法测量集料的表面能，因此需要引入一种实用高效的集料表面能测试方法及相应装置。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够直接测试集料及其他固体的表面能，从而快速有效的完成沥青混合料的水损害性能评价的采用吸附测量固体表面自由能的装置及方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：一种采用吸附测量固体表面自由能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对试样进行准备处理后放置于密封的真空室中；

2)将探针蒸汽释放到真空室内，真空室保持恒定温度，探针蒸汽在不同阶段达到饱和蒸气压力P_o时，测量不同阶段试样表面的探针蒸汽吸附量n，同时测量探针蒸汽压力P，建立探针蒸汽吸附量n与相对蒸汽压力关系的等温线，其中，相对蒸汽压力为探针蒸汽压力P与饱和蒸汽压力P_o之比，将两参数BET模型应用于等温数据，利用探针蒸汽压力P和探针蒸汽吸附量n的增加计算获得试样的比表面积A；将两参数BET模型应用于等温数据，利用探针蒸汽压力P和探针蒸汽吸附量n的增加计算获得探针蒸汽中试样的比表面积A；

3)利用下列公式计算探针蒸汽在饱和蒸汽压P_o下的扩散压力π_e：

其中，R是气体常数，T是绝对温度，A是试样的比表面积，P是探针蒸汽压力，n是试样表面的探针蒸汽吸附量；

4)根据探针蒸汽的表面自由能和探针蒸汽在饱和蒸汽压P_o下的扩散压力π_e，利用下列公式得到的线性方程以获得试样的表面自由能组分和

其中，是探针蒸汽在温度T下的总表面自由能，是试样的LW分散组分，是探针蒸汽的LW分散组分，是试样的酸色散组分，是试样的碱色散组分，是探针蒸汽的酸色散组分，是探针蒸汽的碱色散组分；

利用试样的三种表面自由能组分即可获得试样的表面自由能γ_s，即

所述的探针蒸汽包括正己烷、甲基丙基酮和蒸馏水，且按正己烷、甲基丙基酮和蒸馏水的顺序通入真空室内，并分别依次进行步骤2)、步骤3)和步骤4)的测量和计算，分别得到正己烷、甲基丙基酮和蒸馏水的扩散压力π_e，因已知三种探针蒸汽的表面自由能，从而得出线性方程获得试样的表面自由能组分，获得试样的三种表面自由能组分，进而获得试样的表面自由能。

所述的步骤2)中探针蒸汽吸附量n与相对蒸汽压力关系的等温线根据下列公式建立：

其中，P_o是探针蒸汽的饱和蒸汽压力，P是探针蒸汽压力，n是试样表面的探针蒸汽吸附量，n_m是探针蒸汽在试样的单层容量，c是理论上与净摩尔吸收焓相关的参数，探针蒸汽在试样的单层容量n_m从反映P/n(P-P_o)与P/P_o关系的直线上的斜率和截距得到。

所述的步骤2)中探针蒸汽中试样的比表面积A根据以下公式计算；

A＝n_m·s·σ_m

其中，n_m是探针蒸汽在试样的单层容量，s是常数，σ_m是一个蒸汽分子所占试样的面积。

所述的步骤4)中的根据公式和公式推导出其中，W_a是粘附功。

所述的真空室保持25℃的恒定温度。

所述的步骤2)中试样表面的探针蒸汽吸附量n采用磁悬浮天平来测量。

所述的步骤1)中试样颗粒大小在4.75mm-2.36mm之间。

所述的步骤1)中试样在过筛后经过洗涤周期，洗涤周期包括首先依次用蒸馏水、甲醇和正己烷冲洗，然后用甲醇再次冲洗，最后冲洗后在150℃烘箱中干燥8小时，再在室温下至少干燥8小时。