CN115184214A - 一种多孔隙钢渣的接触角测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路建筑材料黏附性能评价技术领域，涉及一种多孔隙钢渣的接触角测定方法。本发明所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，包括：钢渣切面的制作、打磨、测试；其中所述钢渣切面的制作包括：先将多孔隙钢渣与添加剂混合，利用马歇尔击实仪制成类似马歇尔试件的圆柱体试件，条件养护后对其切割。本发明所述的接触角试件的制作方法具有操作更方便，更安全，试件出量较大，更易进行多次平行试样的特点。采用该方法可实现废钢渣替代天然石料作为集料时，接触角难以测定的问题，进而有助于更准确地评价以建筑废弃物为集料的沥青混合料的沥青‑集料界面黏附性能，更有利于其推广应用。

Description

一种多孔隙钢渣的接触角测定方法

技术领域

本发明属于道路建筑材料黏附性能评价技术领域，涉及一种多孔隙钢渣的接触角测定方法。

背景技术

沥青混合料作为道路建筑用材料，由集料与沥青结合料拌和而成。由于烘干温度较低，可能使集料中水分未能完全排除，聚集在集料与沥青界面，影响了集料与沥青之间的黏结性能，导致沥青路面松散、剥落等现象发生，即水损害。

水损害破坏作用机理的主要依据是黏附理论。现有技术也提出了多种测试沥青-集料之间黏附性能的方法，但准确性较差。

为此，CN105806747A公开一种沥青-集料界面黏附性能测定方法，包括：A.选择三种不溶于沥青、已知表面能的测试液体；B.将沥青，或，和温拌剂加热至流动状态，并分别浇在平板上，冷却形成光滑的平面，将集料打磨成两面平行的光滑平面；C.将所述三种液体分别均滴在步骤B中沥青、温拌剂或集料形成的光滑平面上，并利用分别测量三种测试液体在沥青、集料，或，和温拌剂表面的接触角；D.计算沥青、集料，或，和温拌剂的表面能；E.分别构建不同体系下的黏附模型，计算其黏附功；F.建立能量参数，评价添加剂对沥青-集料黏附能力的影响，所述步骤实施顺序为A、B、C-F或B、A、C-F。试验结果表明，该方法可显著提高沥青-集料黏附功评价的准确性。

值得注意的是，上述方法所提及的集料均为石灰岩、玄武岩等天然石材，此类天然石材通常可通过常规切割机对其进行切割打磨，进而获得符合接触角试验所要求的光滑平面。但目前道路行业正在不断探索低碳环保材料的使用，如利用再生骨料、废钢渣等建筑废弃物代替天然基料。而对于废钢渣，由于其为炼钢残渣经过高温锻造(熔融状态)后冷却析出，其内部含有多种元素成分，差异性较大，因此多为多孔结构且形状多异。此类废钢渣在使用常规切割机对其进行切割打磨时，存在钢渣难以固定、切割危险性较大、处理耗时较长、多孔洞较难打磨出接触角试验需要的光滑平面测试面。

基于此，特提出本发明。

发明内容

针对废钢渣难以制成符合接触角测试要求的试件的问题，本发明提出一种多孔隙钢渣的接触角的测定方法。本发明通过对多孔隙钢渣的处理，获得符合接触角试验要求的测试面，进而可实现对多孔隙钢渣接触角的准确测试，从而有助于更准确地评价以建筑废弃物为集料的沥青混合料的沥青-集料界面黏附性能，更有利于其推广应用。

本发明所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，包括：钢渣切面的制作、打磨、测试；其中所述钢渣切面的制作包括：先将多孔隙钢渣与添加剂混合，利用马歇尔击实仪制成类似马歇尔试件的圆柱体试件，条件养护后对其切割。

本发明基于马歇尔试件的启发，将废弃多孔隙钢渣与添加剂混合，利用马歇尔击实仪制成类似马歇尔试件的圆柱体试件，可将不同尺寸与形状的钢渣有效固定，防止其松散；然后利用马歇尔试件专用的大型切割机(配有安全罩)对其切割，不仅使切割过程更加安全，而且相比传统接触角试件制作方法还能够切出更多更均匀的薄片，降低后期打磨难度，更利于后期打磨其粗糙度。此外，采用该试件制作方法，还提高试件出量，更易于进行多次平行试验。总之，本发明通过上述更便捷、更高效的方式获取钢渣切面，有效解决现有废钢渣作为集料难以进行接触角测试的问题。

众所周知，马歇尔试验是用于确定沥青混合料最佳油石比的试验，与本发明所属的黏附性能评价方法及接触角测试相比，无论是目的、检测指标还是试验方法均不同；在本申请之前，现有技术也未有关于各试验试件可相互替代、借鉴的技术教导或启示。因此本发明对于将马歇尔试件制作方法转用于废钢渣的接触角试件的制作，本身即属于本领域首创。

在获得上述钢渣切面的前提下，本发明对于制备混合料时所选用的胶结料(如聚氨酯、沥青)并未有特殊要求，对于混合料级配也没有特殊要求，只要保证所制备圆柱体试件符合马歇尔试件最低使用要求(如油石比/胶石比符合使用要求)即可。

然而，考虑到在常温条件下即可进行制备、养护的便利，本发明选择聚氨酯作为胶结料，不仅省去了提前对沥青加热的步骤，而且对于达到测试混合料物理力学性能所需强度(即保证试件不散开)而所需的时间也更短。通常来讲，正常自然养护一周即可，而若使用加速养护则只需要4天左右的时间，大大节省了时间。

作为本发明的具体实施方式之一，以聚氨酯为胶结料，所述聚氨酯的质量占所述多孔隙钢渣质量的6-7％。所述马歇尔试件的质量控制在1200-1250g。

所述添加剂还包括催化剂，所述催化剂为液态乙酸苯汞，所述催化剂的质量占所述聚氨酯的质量的1％。通过催化剂起到加速聚氨酯在外界因素影响下发生反应，进而缩短养护时间。

所述圆柱体试件的尺寸(规格)为标准马歇尔试件尺寸，如φ101.6mm×63.5mm的圆柱体，其毛体积密度在2.85g/cm³左右。

进一步地，针对含有多孔隙钢渣的圆柱体试件，可采用本领域常规养护方式，即将圆柱体试件置于常温处养护即可。室内室外皆可，常温即可，避免淋雨；养护试件通常在一周左右，确保试件在切割时不散开即可。

本发明也可采用加速养护方式，即先将圆柱体试件在室内常规养护一天，再于第2、3天将其置于烘箱80℃养生，第4天取出后再在室内常温养护。

本发明通过养护使圆柱体试件达到一定的强度，可供物理力学性质试验使用(如间接抗拉试验等)。

进一步地，所述切割采用马歇尔试件常规切割机；通过切割获得厚度在4-6mm的薄片。对于尺寸较大的粗集料，5mm左右的试件切片可以使其正反面均能得以利用，便于进行同一集料的平行试验。由于马歇尔试件常规切割机的切割精度高，固定住夹具后放下保护罩无需人扶，安全性高，且可控制切割粗糙度与平面完整性，获得高质量试件。

进一步地，所述打磨是通过不同目数的砂纸实现的，不同目数的砂纸对于钢渣切面的粗糙度是有影响的。一般目数越大，砂纸打磨后试件表面就越细腻，用砂纸打磨的目数种类越多，效果越好。但砂纸目数级配不当，会影响打磨效果，或导致打磨时间过长。为此，本申请控制所述砂纸的目数级配为：120、400、600、1000、1500、2000、4000目；具体操作时，利用120、400、600、1000、1500、2000、4000目的砂纸分别对其进行打磨和抛光，使试件表面粗糙度满足试验要求。

所述接触角试验是将试剂滴在被测物体的表面，因此对于被测物体的表面粗糙度有一定的要求。若待测物体为绝对平整，则可以利用公式测算出其表面能与各分量情况；若待测物体为亲水性(接触角小于90°)，则粗糙度越大，接触角越小。因此为保证能准确测得多孔隙钢渣的接触角，通常会将物体的粗糙度打磨的越小越好，但同时也增加了打磨难度。综合考虑，本发明限定所述钢渣切面的粗糙度值Ra小于0.1μm。

优选地，对于切割后不平整的小块集料，可以考虑采用橡皮泥找平。如图3所示。

优选地，上述打磨完成后，先用蒸馏水对试件表面进行清洗，去除矿渣等残留物后再用无水乙醇清洗，接着置于(105±5)℃恒温干燥箱中干燥24h后冷却至室温备用。

本发明所述的接触角测试采用座滴法测量集料的静态接触角。测试中所使用的标准试剂为蒸馏水、甲酰胺和乙二醇。相比其他标准溶液，这三种试剂具有在常温下稳定性更好、液体表面自由能值相差较大、且不与废钢渣集料发生物理化学反应的优势，更有利于后期集料的表面能及分量值计算的准确性。

将测试得到的接触角代入CN105806747A所述的沥青-集料界面黏附性能测定方法中，即可评价以废钢渣替代天然石料为集料的沥青-集料界面黏附性能。

本发明的有益效果如下：

1、本发明所述的接触角试件的制作方法更方便。马歇尔击实仪及切割马歇尔试件的大型切割机为道路专业或建筑材料领域常规设备，方便获取。

2、本发明所述的接触角试件的制作方法更安全。以往尺寸较小的钢渣试样在直接放在切割机切割打磨时，因其多孔结构且形状多异，难以固定，存在一定危险性；而将其制备成乐死马歇尔试件的圆柱体后，可有效固定住其中的钢渣集料，不易松散，切割时有安全罩配置，也使得钢渣切面更安全，可以更好的固定住废钢渣以便于切出更多更均匀的薄片，也更利于后期打磨其粗糙度。

3、本发明所述的接触角试件的制作方法的试件出量较大，更易进行多次平行试样。将圆柱体试件切割成5mm左右的试件切片，同一刀下切片的平整度、粗糙度一致程度高，同时由于切片薄，其正反面均能得以利用，便于进行同一个集料的平行试验。

4、对于切割后其他不平整的小块集料，还可以考虑采用橡皮泥找平，简单易行。

附图说明

图1为试件切片照片。

图2为未处理的废钢渣照片。

图3为圆柱体试件。

图4为切割后试件截面照片。

图5为切割后不平整的小块集料的找平示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种多孔隙钢渣的接触角测定方法，包括：

(1)钢渣切面的制作：

由于钢渣形态差异大，表面疏松多孔，挑选出粒径较大的钢渣颗粒(如图2)，将其先与聚氨酯混合，利用马歇尔击实仪制成类似马歇尔试件的圆柱体试件，如图3所示；所述聚氨酯的质量占所述多孔隙钢渣质量的7％。

将圆柱体试件进行条件养护，可采用常规养护或加速养护，通过养护使圆柱体试件的强度满足物理力学性质试验使用要求即可。

再利用马歇尔试件专用切割机对条件氧化后的圆柱体试件进行切割，获得5mm左右薄片；如图4所示。

(2)打磨：

使用120、400、600、1000、1500、2000目的砂纸分别对所得薄片进行打磨和抛光，使集料表面粗糙度满足试验要求。

打磨完成后先用蒸馏水对薄片表面进行清洗，去除矿渣等残留物后再用无水乙醇清洗，接着置于(105±5)℃恒温干燥箱中干燥24h后冷却至室温备用。

所得薄片试件如图1所示，其中方框内部为符合接触角试验要求的区域。

对于切割后其他不平整的小块集料，还可以考虑采用橡皮泥找平，如图5所示。

(3)测试；

采用德国KRUSS公司生产的DSA100接触角测量仪，试验温度为25℃，采用座滴法测量集料的静态接触角。

接触角测试所使用的标准试剂：选择蒸馏水、甲酰胺和乙二醇为接触角测定的标准试剂，以便后期计算集料的表面能及分量值。每种标准试剂测试3次接触角，每种集料进行4次平行试验。

3种标准溶液的表面自由能参数见表1，集料的表面自由能参数见表2。

表1 25℃时测试液体的表面自由能参数单位：mJ·m^-2

测试试剂	γ<sub>L</sub>	γLW L	γAB L	γ+L	γ-L
						蒸馏水	72.80	21.80	51.00	25.50	25.50
甲酰胺	58.00	39.00	19.00	1.92	39.60
						乙二醇	48.00	29.00	19.00	1.92	47.00

注：γ_L为测试液体的总表面自由能；γLW L为测试液体色散分量；γAB L为测试液体极性分量；γ+L为测试液体路易斯酸分量；γ-L为测试液体路易斯碱分量。

表2集料的表面自由能参数单位：mJ·m^-2

	接触角	γ	γ<sup>d</sup>	γ<sup>p</sup>	γ<sup>+</sup>	γ<sup>-</sup>
							石灰岩	56.28°	43.2	12.55	30.65	8.42	25.32
废钢渣	41.08°	46.48	15.05	31.43	5.29	27.95

注：γ为集料的总表面自由能；γ^d为集料色散分量；γ^p为集料极性分量；γ⁺为集料路易斯酸分量；γ^-为集料路易斯碱分量。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种多孔隙钢渣的接触角测定方法，包括：钢渣切面的制作、打磨、测试；其特征在于，所述钢渣切面的制作包括：先将多孔隙钢渣与添加剂混合，利用马歇尔击实仪制成类似马歇尔试件的圆柱体试件，条件养护后对其切割。

2.根据权利要求1所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，所述添加剂包括胶结料；所述胶结料选自聚氨酯或沥青；优选为聚氨酯。

3.根据权利要求2所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，以聚氨酯为胶结料，所述聚氨酯的质量占所述多孔隙钢渣质量的6-7％。

4.根据权利要求3所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，所述添加剂还包括催化剂，所述催化剂为液态乙酸苯汞，所述催化剂的质量占所述聚氨酯的质量的1％。

5.根据权利要求4所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，所述养护包括常规养护和加速养护；

所述常规养护为：将圆柱体试件置于常温处养护一周；

所述加速养护为：第1天，室内常规养护；第2、3天，80℃养护；第4天室内常温养护。

6.根据权利要求5所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，所述切割采用马歇尔试件常规切割机；通过切割获得厚度在4-6mm的薄片。

7.根据权利要求6所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，所述打磨是通过不同目数的砂纸实现的，通过打磨达到接触角试件所需的粗糙度；

所述砂纸的目数级配为：120、400、600、1000、1500、2000、4000目。

8.根据权利要求7所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，对于切割后不平整的小块集料，采用橡皮泥找平。

9.根据权利要求8所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，所述打磨完成后，先用蒸馏水对试件表面进行清洗，去除残留物后再用无水乙醇清洗，接着置于(105±5)℃恒温干燥箱中干燥后冷却至室温备用。

10.根据权利要求7所述的多孔隙钢渣的接触角测定方法，其特征在于，所述接触角测定方法采用座滴法测量钢渣切片的静态接触角；

测试中所使用的标准试剂为蒸馏水、甲酰胺和乙二醇。

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