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量化改進(jìn)差分毛細(xì)管法測試高溫液態(tài)瀝青表面張力精度(下)
來源:建筑材料學(xué)報 瀏覽 345 次 發(fā)布時間:2024-12-04
3試驗結(jié)果分析
3.1接觸角與高度修正對毛細(xì)管內(nèi)半徑的影響
在13℃條件下,無水乙醇與不同生產(chǎn)標(biāo)號毛細(xì)管內(nèi)壁的接觸角見圖4.由圖4可見:毛細(xì)管生產(chǎn)標(biāo)號在0.10——1.00mm范圍內(nèi)時,無水乙醇與毛細(xì)管內(nèi)壁的接觸角為23.2°——29.3°,且隨毛細(xì)管生產(chǎn)標(biāo)號的增大而增大。毛細(xì)管內(nèi)無水乙醇與管壁的接觸角并不為零,若忽略接觸角,毛細(xì)管內(nèi)半徑標(biāo)定結(jié)果的誤差將會增大。
圖4無水乙醇與不同生產(chǎn)標(biāo)號毛細(xì)管內(nèi)壁的接觸角
用式(2)標(biāo)定毛細(xì)管的內(nèi)半徑r,結(jié)果見圖5.由圖5可見:與毛細(xì)管的生產(chǎn)標(biāo)號相比,毛細(xì)管的實測內(nèi)半徑減小了4.0%——9.0%.這是由于式(2)同時考慮了接觸角與修正高度對內(nèi)半徑標(biāo)定的影響。
圖5毛細(xì)管內(nèi)半徑標(biāo)定結(jié)果
3.2毛細(xì)管內(nèi)半徑對表面張力的影響
對比了由毛細(xì)管生產(chǎn)標(biāo)號和內(nèi)半徑標(biāo)定值計算得到的瀝青表面張力計算值的差異,結(jié)果見表3.表3中:γn為毛細(xì)管差分組合0.10mm和0.20mm的生產(chǎn)標(biāo)號計算的瀝青表面張力;γm為毛細(xì)管差分組合0.10mm和0.20mm的內(nèi)半徑標(biāo)定值計算的瀝青表面張力;用(γn-γm)/γm表征測試精度提升值。由表3可見:生產(chǎn)標(biāo)號為0.10mm和0.20mm的毛細(xì)管差分組合,用生產(chǎn)標(biāo)號、標(biāo)定內(nèi)半徑計算得到的瀝青表面張力分別為20.07——25.96、18.10——21.83mN/m,內(nèi)半徑標(biāo)定值計算得到的表面張力值偏小,測試精度提升約為10.9%——20.7%.這說明內(nèi)半徑標(biāo)定可以有效提高較細(xì)毛細(xì)管差分組合的表面張力測試精度。
表3內(nèi)半徑標(biāo)定值和毛細(xì)管生產(chǎn)標(biāo)號計算得到的瀝青表面張力的對比
3.3表面張力計算值的精度分析
對比了現(xiàn)行差分毛細(xì)管法和改進(jìn)方法計算得到的瀝青表面張力,見表4.表4中,γc為現(xiàn)行差分毛細(xì)管法計算得到的瀝青表面張力。現(xiàn)行差分毛細(xì)管法選擇生產(chǎn)標(biāo)號為0.25mm和0.50mm的毛細(xì)管差分組合;改進(jìn)毛細(xì)管法選擇生產(chǎn)標(biāo)號為0.10mm和0.20mm的毛細(xì)管差分組合。由表4可見:改進(jìn)差分毛細(xì)管法計算得到的表面張力值顯著低于現(xiàn)行差分毛細(xì)管法的計算值;與現(xiàn)行差分毛細(xì)管法相比,改進(jìn)差分毛細(xì)管法的精度提升約24.7%——49.2%.實際上,現(xiàn)行差分毛細(xì)管法采用測微顯微鏡標(biāo)定內(nèi)半徑,受內(nèi)半徑測試精度所限,推薦采用內(nèi)半徑不大于0.50mm和1.00mm的差分組合。
表4現(xiàn)行差分毛細(xì)管法與改進(jìn)方法計算得到的瀝青表面張力對比
3.4表面張力指標(biāo)的有效性驗證
由表4可知,使用現(xiàn)行方法推薦的較粗毛細(xì)管的差分組合(0.25mm和0.50mm)得到的B+W2、B+W3的表面張力均大于70#基質(zhì)瀝青,S+W1瀝青的表面張力也大于SBS改性瀝青,無法表征表面活性劑對瀝青表面張力的影響。由表3中數(shù)據(jù)可知,基質(zhì)瀝青135℃表面張力為21.83mN/m,加入表面活性劑后表面張力在21.47——19.28mN/m,降低了1.6%——11.7%;SBS改性瀝青165℃表面張力為18.22mN/m,加入表面活性劑后表面張力為18.10mN/m,降低了0.7%.
使用改進(jìn)差分毛細(xì)管法,得到不同表面活性劑摻量wW2下B+W2的表面張力值,見圖6.由圖6可見:未摻表面活性劑時,70#基質(zhì)瀝青表面張力為21.83mN/m,表面活性劑摻量為0.2%時B+W2的表面張力為19.51mN/m,表面張力顯著降低,降幅為10.6%;表面活性劑摻量在0.3%——0.5%,表面張力在19.24——19.39mN/m,與70#基質(zhì)瀝青相比,表面張力降幅趨緩,降低幅度為11.2%——11.9%.
圖670#基質(zhì)瀝青表面張力與表面活性劑摻量關(guān)系
根據(jù)表面能理論和表面活性劑工作原理,表面活性劑分子一端親水一端親油,易富集于液體界面處,形成膠束,降低液面的界面張力。瀝青的表面張力會隨著表面活性劑摻量的增加而降低,當(dāng)摻量達(dá)到臨界膠束濃度時,瀝青的表面張力會發(fā)生突變,隨后達(dá)到一定值且基本保持不變。試驗結(jié)果與理論規(guī)律相符,改進(jìn)差分毛細(xì)管法可有效表征表面活性劑加入及其摻量對高溫液態(tài)瀝青表面張力的影響。
4結(jié)論
(1)毛細(xì)管內(nèi)半徑標(biāo)定值略小于其生產(chǎn)標(biāo)號,前者比后者小4.0%——9.0%;對于生產(chǎn)標(biāo)號為0.10mm和0.20mm的毛細(xì)管差分組合,內(nèi)半徑標(biāo)定后表面張力測試精度提升10.9%——20.7%.
(2)標(biāo)定內(nèi)半徑、優(yōu)選生產(chǎn)標(biāo)號0.10mm和0.20mm的毛細(xì)管差分組合,可顯著降低高溫液態(tài)瀝青表面張力的測試誤差。與現(xiàn)行方法相比,改進(jìn)后的差分毛細(xì)管法表面張力測試精度提高了24.7%——49.2%.
(3)改進(jìn)后的差分毛細(xì)管法可以表征表面活性劑的加入以及摻量變化對高溫液態(tài)瀝青表面張力的影響。