一种采用吸附测量固体表面自由能的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用吸附测量固体表面自由能的装置及方法，目的在于：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，所采用的技术方案为：1)对准备好的试样放于真空室中；2)将探针蒸汽释放到真空室内，真空室保持恒定温度，测量试样表面的探针蒸汽吸附量，同时测量探针蒸汽压力，建立探针蒸汽吸附量与相对蒸汽压力关系的等温线；3)将探针蒸汽通入真空室内达到饱和蒸气压力，计算探针蒸汽在饱和蒸汽压下的扩散压力，利用探针蒸汽压力和吸附探针蒸汽量的增加计算试样的比表面积；4)利用探针蒸汽在饱和蒸汽压下的扩散压力和已知的探针蒸汽的表面自由能得到线性方程，获得试样的表面自由能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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，研宄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。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术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，本专利技术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。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。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。下的扩散压力31 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。下的扩散压力31 6，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Y〖W、YS +和YS_: 其中，是探针蒸汽在温度T下的总表面自由能，丫^^是试样的LW分散组分， 斤W:是探针蒸汽的LW分散组分，Ys+:是试样的酸色散组分，Yst是试样的碱色散组分，Yl+: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Ys，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Jr 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。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nm从反映P/n(P-P。）与P/P。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 = nm ? s ? 〇 m 其中，nm是探针蒸汽在试样的单层容量，s是常数，〇 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Wa = K + 2Y『和公式推导出其中，Wa是粘附功。 所述的真空室保持25°C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°C烘箱中干燥8小时，再在室 温下至少干燥8小时。 -种采用吸附测量固体表面自由能的装置，包括磁悬浮天平，探针蒸汽容器，数据 采集系统，压力自动控制系统。探针蒸汽容器上设置有正己烷、甲基丙基酮和蒸馏水三种探 针蒸汽，探针蒸汽容器连接有真空泵和水浴锅，探针蒸汽容器内设置有样品管，所述的磁悬 浮天平包括微量天平和磁悬液。与现有技术相比，本专利技术利用真空环境，通过测量试样表面的探针蒸汽吸附量，测 量探针蒸汽压力，建立蒸汽吸附量与相对蒸汽压力关系的等温线，再通入探针蒸汽至饱和， 计算探针蒸汽在饱和蒸汽压下的扩散压力和试样的比表面积，最后利用探针蒸汽在饱和蒸 汽压下的扩散压力和探针蒸汽的已知表面自由能得到线性方程，从而获得试样的表面自由 能组分，进而获得试样的表面自由能。本专利技术的方法利用探针蒸汽的吸附特性，通过试样表 面上的探针蒸汽的扩散压力计算试样的表面自由能，能够直接测试试样的表面自由能，能 够快速有效的完成沥青混合料的水损害性能评价，试验方法设计合理，实施步骤简单。【附图说明】 图1为本专利技术装置的结构示意图； 图2为本专利技术方法的测试流程图。【具体实施方式】 一种采用吸附测量固体表面自由能的方法，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，真空室保持25°C的恒定温度， 具体步骤包括：试样在过筛选取颗粒大小在4. 75mm-2. 36mm之间，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°C 烘箱中干燥8小时，再在室温下至少干燥8小时。； 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（即 通入探针气体后按一定时间间隔划分的时间段）达到饱和蒸气压力P。时，测量不同阶段试 样表面的探针蒸汽吸附量n，探针蒸汽吸附量n采用磁悬浮天平来测量，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。之比。 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。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nm从反映P/n(P_P。）与P/P。关系的直线上的斜率和截距得到；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 : A = nm ? s ? 〇 m 其中，nm是探针蒸汽在试样的单层容量，s是常数，〇 m是一个蒸汽分子所占试样的 面积； 3)利用下列公式计算探针蒸汽在饱和蒸汽压P。下的扩散压力31 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。下的扩散压力31 6，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Y〖W、YS+郝Y S_: 其中，{是探针蒸汽在温度T下的总表面自由能，Y〖W:是试样的LW分 散组分，计w:是探针蒸汽的LW分散组分，Ys+:是试样的酸色散组分，Ys_是试样 的碱色散组分，Yi+是探针蒸汽的酸色散组分，Y「:是探本文档来自技高网...

【技术保护点】
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Po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Po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Po下的扩散压力πe：πe=RTA∫oPonPdP]]>其中，R是气体常数，T是绝对温度，A是探针蒸汽中试样的比表面积，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Po下的扩散压力πe，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πe+2γ1T=2γsLWγILW+2γs+γ1-+2γs-γ1+]]>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γs，即...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马峰，党燕妮，傅珍，申万青，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61