ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реакции совместимости битумсв. Г. Л. Олиенсис из "Битумные материалы" Битумы используются главным образом в качестве покрытий для твердых материалов. Так, в строительной индустрии их употребляют в качестве влагозащитного материала, а в дорожном строи-тельтве — в качестве адгезивов — для связывания минеральных агрегатов. [c.54] Хорошая адгезия жидкости к твердому телу проявляется лишь при высокой степени смачивания ею данного тела. Эффект смачивания служит видимым признаком наличия сил прит 5жения между молекулами жидкости и твердого тела. Эти силы относятся к фундаментальным термодинамическим свойствам указанных двух материалов. Идеальные условия взаимодействия редко встречаются на практике и, как правило, сила связи может зависеть от многих случайных факторов, а также от метода ее определения. Поэтому для изучения физической сущности адгезии необходимо различать специфическую (или термодинамическую) и механическую адгезию. [c.54] Когда жидкость приходит в контакт с твердым телом или с другой жидкостью, то вместо двух поверхностей образуется такого же размера одна поверхность межфазового раздела. Изучение этого процесса требует знания действующих поверхностных и межфазо-вых сил. [c.54] Поверхностное натяжение и поверхностная энергия. Молекула, находящаяся внутри жидкости, полностью окружена другими молекулами и в случае чистой жидкости притягивается к ним с одинаковой силой во всех направлениях. Поверхность жидкости находится в контакте с воздухом, насыщенным парами этой жидкости, и притяжение между молекулой на поверхности и молекулой в парах близко к нулю. Число соседних молекул, притягивающих молекулу, находящуюся на поверхности, меньше, чем число этих молекул, притягивающих ее изнутри поэтому молекула втягивается внутрь жидкости. В результате втягивания молекул с поверхности внутрь поверхность жидкости стремится сократиться до возможно меньшей величины. Так как приближение к условиям равновесия обычно сопровождается снижением свободной энергии, можно считать, что на поверхности имеется свободная поверхностная энергия. [c.54] Для того чтобы увеличить плсщадь поверхности, необходимо переместить молекулы из объема жидкости на ее поверхность против обратно направленных сил притяжения. Работа, необходимая для увеличения поверхности на 1 см-, равна свободной поверхностной энергии. Она измеряется в эрг/см и численно равна поверхностному натяжению, которое определяется как сила, действующая касательно к поверхности и нормально к участку длиной 1 см и стремящаяся сократить свободную поверхность (в дин/см). Поверхностное натяжение зависит от температуры, снижаясь по мере ее увеличения. [c.54] Поскольку эта работа должна быть произведена против сил когезии, она называется работой когезии. [c.55] Измерить гиг для битумов невозможно, и исследователи используют в качестве градуировочной жидкости бензол. Результаты,полученные на серии битумов в области температур от 60 до 225 °С, показали, что поверхностное натяжение по мере снижения температуры линейно возрастает. Ниже определенной тег,1пературы (которая зависит от типа битума) температурный коэффициент поверхностного натяжения резко увеличивается, что объясняется авторами [57] изменением, происходящем в структуре битума. Поскольку поверхностное натяжение зависит от групп, лежащих на поверхности, оно чувствительно к изменению структуры молекул. Однако каких-либо резких изменений в структуре битума не наблюдается, вплоть до температуры стеклования. Такое несоответствие следует в значительной степени приписать вязкостным эффектам, которые затрудняют измерение при помсщи газовых пузырьков. Другие факторы будут обсуждаться ниже. [c.56] Сааль с сотрудниками [30] определяли поверхностное натяжение битумов на приборе Дю-Нуи [58], основанном на измерении силы отрыва платинового кольца известного диаметра от поверхности испытуемой жидкости. Измерения были проведены в среде водорода при температурах, достаточно высоких, чтобы избежать затруднений, связанных с вязкостным эффектом. [c.56] Обе эти функции зависят от формы капли, и связь между ними была получена экспериментально для воды, поверхностное натяжение которой известно. [c.57] При замене воздуха водой этот метод можно использовать для определения межфазового натяжения на границе раздела битума с водой при невысоких температурах. [c.58] Капиллярный кончик для измерения поверхностного натяжения методом висящей капли удобно изготовить путем припаивания короткого капилляра из стекла пирекс к обыкновенному медицинскому шприцу. Желательно, чтобы стеклянная трубка по всему сечению была равномерной, а кончик должен быть срезан перпендикулярно оси капилляра. Если поверхностное натяжение битума измеряют при относительно низкой температуре, можно вследствие высокой вязкости битума использовать трубки диаметром 4 мм или больше. Аппарат помещают в термостат и каплю получают при температуре, на 5—10°С выше температуры размягчения образца. После достижения равновесного состояния капли ее фотографируют. Снижая температуру и не трогая образец, можно определить температурный коэффициент поверхностного натяжения. Естественно, что метод может применяться только для битумов, не имеющих предела текучести. [c.58] Данные, полученные различными методами, показали, что температурный коэффициент поверхностного натяжения при обычных температурах больше, чем при повышенных. В результате при обычной тe tпepaтype суммарная поверхностная энергия выше, чем при более высоких температурах. Термодинамический анализ подтверждает возможность такой зависимости. [c.58] Определение величины свободной поверхностной энергии или поверхностного натяжения имеет значение при изучении адгезии. [c.59] Из уравнения (68) можно видеть, что работа адгезии при полном смачивании равна работе когезии. [c.61] Разница м1ежду уравнениями (77) и (77а) может иметь большое значение, так как зависит от природы твердой поверхности и часто может иметь значение большее, чем у . [c.61] Сравнивая это уравнение с уравнением (74), можно заметить, что энергия погружения равна снижению свободной поверхностной энергии, когда жидкость смачивает твердую поверхность. Энергия погружения названа Бартелем [63] адгезионным натяжением, так как она явно связана с адгезией. [c.62] Растекание происходит только в том случае, если энергия адгезии больше энергии когезии, или, другими словами, если коэффициент растекания положителен. [c.62] Вернуться к основной статье