[发明专利]一种亲水桥作用力测定方法

说明书

本发明提供一种亲水桥作用力测定方法，采用一种新型拉脱法作用力定量测定仪器，即亲水桥作用力测定仪，采用双调零测试步骤排除亲水材料与亲水结构自身重力影响，依据亲水桥现象，采用拉脱法排除水的浮力对测量结果的影响，准确测定不同材料与水相互作用力以及同种材料不同结构物质与水相互作用力的大小。本发明方法可以准确测定亲水桥作用力的大小，测量原理清晰，测试步骤简单，可直接对测量结果进行数值转化，误差小，可得到较准确可靠的结果。

技术领域

本发明涉及材料与水相互作用力测定领域，尤其是一种亲水桥作用力测定方法。

背景技术

与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。大多数的土木工程材料，比如砖、混凝土、木材、钢材等都为亲水性材料，憎水性材料则主要有沥青和石蜡。结构决定性能，材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力小于水分子本身之间的内聚力。实际工程中，材料是亲水性或憎水性通常以接触角的大小划分。接触角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中接触角越小，表明材料越易被水润湿。具体来说，当材料的接触角＜90°时为亲水性材料；当材料的接触角0＞90°时为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗入材料的毛细管中。接触角测试仪主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性，可以测量各种液体对各种材料的接触角。但是，接触角测试仪只能表征液体对固体的浸润性，得到的只是几何量，并不能够准确测量不同材料与水相互作用力，以及同种材料不同结构物质与水相互作用力的大小。

发明内容

为了填补材料与水相互作用力测定领域的空白，本发明提出一种亲水桥作用力测定方法，采用一种新型拉脱法作用力定量测定仪器一亲水桥作用力测定仪，采用双调零测试步骤排除亲水材料与亲水结构自身重力影响，依据亲水桥现象，采用拉脱法排除水的浮力对测量结果的影响，准确测定不同材料与水相互作用力以及同种材料不同结构物质与水相互作用力的大小。另外，本文所述亲水桥作用力可泛指固体与液体相互作用力，本文方法可扩展测量不同液体与固体材料与结构的亲水桥作用力。

亲水桥现象的具体图景如下：从水中提取亲水材料及亲水结构时，由于材料与结构具备亲水性的缘故，导致材料和结构与水脱离接触时必然带动连续水柱向上，从而产生桥状液柱高出周围液面，水产生一股拉住亲水材料及亲水结构的作用力，称之为“亲水桥作用力”。本申请采取硅压阻力敏传感器测量液体与亲水材料和亲水结构之间的亲水桥作用力，该传感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式电压表输出显示，只需在测量盘未入水之前调零，抹除亲水材料和亲水结构自身重力影响，在测量盘拉出水面过程中测量电压最大值即可得到亲水桥作用力数值。亲水桥作用力可以由下式得到：F＝U/B，B为力敏传感器灵敏度，单位V/N，U为数字电压表最大读数。

亲水桥作用力测定仪包括底座(1)、升降螺丝(2)、玻璃器皿(3)、亲水桥作用力测量板(4)、吊环(5)、力敏传感器(6)、支架(7)、固定螺丝(8)、航空插头(9)、调零(10)、数字电压表(11)，其特征在于力敏传感器(6)通过固定螺丝(8)固定于支架(7)上，支架(7)与底座(1)固定，玻璃器皿(3)通过升降螺丝(2)固定于底座(1)上，吊环(5)通过吊丝挂钩于力敏传感器(6)上，力敏传感器(6)通过电缆线与航空插头(9)及数字电压表(11)连接，调零(10)位于数字电压表(11)上，亲水桥作用力测量板(4)位于吊环(5)正下方。所有这些部件都是领域内常规设备，其规格按照常规需求确定选择即可，其具体形状、材质、尺寸符合常规要求即可，以下给出具体技术指标进行参考，而实际应用中不限于以下指标：

(1)硅压阻力敏传感器受力量程为0-0.098N，灵敏度为3.00V/N(用砝码质量作单位定标)，非线性误差≤0.2％，供电电压为直流5-12伏。