[发明专利]道路集料表面能参数的检测方法

说明书

技术领域

属于道路工程领域，具体涉及一种道路集料表面能参数的检测方法。

背景技术

表面自由能法是当前国际上较为先进的准确量化沥青与集料粘附性能的试验方法，其基本原理是通过试验测试分别得到沥青与集料表面能的三个基本参数(非极性色散分量γ^LW、极性酸分量γ⁺、极性碱分量γ^-)，结合表面能公式计算沥青自身的内聚能以及沥青与集料之间的粘附能，从而准确评价沥青与集料之间的匹配性能，同时以各参数为基础也可评价分析沥青混合料的疲劳开裂、愈合及水损害等性质。

由于表面自由能法可准确量化沥青与集料之间的匹配性，近年来已被广泛用于分析沥青-集料的粘附性能、沥青混合料的水稳定性、改性剂的性能评价甚至路面除冰防冻技术开发等方面。在表面能理论体系中，准确确定材料表面能的三个基本参数是后续计算、分析、评价的基础。对于集料的表面能测试方法，国内虽然做了一定的探索尝试，但是试验测试方法均具有一定的局限性。

当前，国内关于集料的表面能测试方法，主要分为毛细管上升法(也有文献称为柱状灯芯法)和躺滴法(也有文献称为接触角法或静滴法)。对于毛细管上升法，其原理是：将处理好的粉末状固体样品装入毛细管中，然后将一端浸入已知表面能的液体中，记录液体上升的高度和时间，通过毛细上升原理利用Washburn浸渍方程求解矿料与液体之间的接触角θ，进而代入表面能Young-Dupre方程求解集料的各个表面能基本参数。这种方法虽然操作简单，但是它仅适用于粉末状集料样品，且人为测试记录液体上升的高度和时间，误差较大；有学者为避免人为读数造成的误差，通过测试样品的质量增加量反算液体上升的高度，但这仅适用于固体质量大幅增加的情况，且须采用精度更高的天平，另外称量过程中测试读数亦极易受到敞开环境流动空气的干扰。对于躺滴法，其原理是：将集料表面打磨抛光从而得到光滑表面，将已知表面能的液滴或高温下的沥青滴落在集料表面，测试液滴或沥青在样品表面稳定后的接触角θ，并运用表面能Young-Dupre方程求解集料的表面能参数。这种方法虽然可以通过测试直接得到接触角，但是在试验过程中每一次测试前都需要对集料样品进行打磨清洗处理，且需要保证样品表面光滑的均匀性一致，这就不能考虑集料表面纹理、粗糙程度等表观特性对集料表面能参数的影响；同时，在滴定过程中对于控制得到液滴在集料表面稳定形态的操作要求极高，接触角的测试极易产生人为误差(包括选取测量基线、拟合液滴轮廓等)。尽管这两种测试方法是当前集料表面能的主要测试方法，但其测试得到的集料表面能结果相差极大。集料本身是一种高表面能物质，其自身的纹理、粗糙度、微孔结构等表面特性均会对其与沥青的粘附性产生直接影响，同时样品直接裸露在空气中会造成集料表面不可避免吸收空气中的杂质成分而导致其表面能发生改变。近年来也有学者曾提出通过热力学原理运用微热量计法进行集料的表面能测试，通过集料表面浸入已知测试试剂后系统总能量的变化和热演变(称为浸湿焓)，由浸湿焓与界面能的关系求解得到集料的表面能参数，但其仅适用于粉末状集料，且关于“浸湿焓为浸湿熵的两倍”假设并不适用于所有的集料样品，另计算过程中仍需通过吸附方法得到集料的比表面积，测试过程繁琐且测试结果处理方法不甚合理。

现阶段集料表面能测试方法其存在以下几点不足：测试样品或为粉末状或经过表面打磨抛光处理，忽略集料表面特性或矿质成分对表面能测试的影响；测试以人为操作读数为主，增加试验过程的人为误差；测试环境相对开放，不可避免地增加空气中杂质成分对集料表面能的影响，同时测试在室温下进行无法有效保证试验温度恒定。针对以上现阶段集料表面能测试方法所存在的局限与不足，现阶段需要一种更为准确测试集料表面能的试验方法。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种新的道路集料表面能参数的检测方法，该测试方法可充分考虑集料的表面特性、有效避免空气杂质干扰、精确控制试验温度并准确得到各测试指标。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

道路集料表面能参数的检测方法，包括以下步骤：

1)选取已知表面能基本参数的三种化学试剂；采用蒸气吸附法计算分别通过三种试剂蒸气吸附得到的集料比表面积SSA；计算方程如下：

其中，n_m-单分子层的饱和吸附量；N₀-阿伏伽德罗常数；M-分子的摩尔质量，单位g/mol；α-每一个吸附分子在吸附剂表面的投影面积，单位m²；