[发明专利]采用插板法计算沥青材料动态接触角的方法

说明书

本发明公开了一种采用插板法计算沥青材料动态接触角的方法，包括以下步骤：S1、采用插板法测试沥青材料不同浸入深度h对应天平受力变化值ΔF；S2、采用线性方程拟合根据不同浸入深度h对应天平受力变化值ΔF数据，并求解模型参数；S3、根据黏滞力作用下动态接触角的求解方程计算动态接触角。本发明所采用的计算方法考虑了黏滞力对动态接触角的影响，使得计算结果更加准确，为准确获取材料的表面能参数奠定了基础。

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种采用插板法计算沥青材料动态接触角的方法。

背景技术

沥青路面是我国公路与城市道路的主要结构之一。而沥青与集料的黏附性能，直接关系到沥青混合料的疲劳寿命、自愈合能力及水稳定性等路用性能。目前国际上常常采用表面自由能法确定沥青–集料界面的黏附结合能(简称黏附能)，以此作为量化沥青与集料黏附性能的指标。确定黏附能指标的核心是准确地测定沥青和集料的表面能参数，一般认为物质表面自由能由3个分量组成：(a)非极性分量(b)极性分量酸分量和(c)极性碱分量对于沥青这种表面能较低的固体物质，表面自由能分量一般通过测定液体在其表面形成的接触角θ，并根据Young-Dupre方程计算。

根据Young-Dupre方程可知，求解沥青3个表面自由能，需要至少3种已知表面自由能的试剂与沥青的接触角θ。目前，常用的沥青接触角测量方法有静滴法和插板法：静滴法通过图像分析技术计算得到沥青的接触角，但此方法不能克服液滴自身重力等对于接触角结果的影响，同时试验结果直接受到设备精度的影响；而插板法是另一种能够快速的表征沥青接触角的有效方法，此方法通过记录接触线浸入溶液前后力的变化求解接触角。因为插板法能有效减少静滴法测试过程中人为观察产生的误差，被广泛用于测量物质表面能参数。

但插板法相比于静滴法最大的区别在于引入了浸润速度这一影响因素。插板法测试过程是一个动态过程，而图像法测试过程是一个静态过程，所以一般将插板法测试结果称为动态接触角θ_D，而光学法测试接触角称为静态接触角θ₀。当沥青玻片匀速浸入液体时，液体在沥青玻片表面不断施加黏滞力，黏滞力使得沥青与液体之间的接触角发生变化。然而在计算动态接触角时，很少有人考虑黏滞力对接触角的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中插板法计算沥青动态接触角时为考虑黏滞力影响的局限性缺陷，提供一种能够准确测量沥青动态接触角的方法。

为实现上述目的，本发明提供的采用插板法计算沥青材料动态接触角的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、采用插板法测试沥青材料不同浸入深度h对应天平受力变化值ΔF；

S2、采用线性方程拟合根据不同浸入深度h对应天平受力变化值ΔF数据，并求解模型参数；

S3、根据黏滞力作用下动态接触角的求解方程计算动态接触角：

计算接触角＞90°时，＜90°时，＝90°时在黏滞力作用下的动态接触角大小，具体方法为：

1)接触角＞90°时：

当玻片未浸入试剂时，玻片在Z方向上受力平衡；玻片受到拉力＝玻片重力：

F＝W (1)；

当玻片匀速向下浸入试剂时，若接触角＞90°，液体曲面形状低于水平液面；由于液面内外存在压力差使得玻片浸润深度为h＝h′-Δh₀；其中Δh₀可以使用公式(2)计算：

此时，玻片在Z方向上受力平衡；

F(t)＝W-F_b+γ_LP_tcosθ_D-F_v (3)；