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 притяжения между молекулами жидкости и твердого тела. Эти силы относятся к фундаментальным термодинамическим свойствам указанных двух мате-риалов. 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 н 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] Измерить г и 2 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 температуры (которая зависит от типа битума) температурный коэффициент поверхностного натяжения резко увеличивается, что объясняется автора--ми [571 изменением, происходящем в структуре бнтума. 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 [301 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 и змерения поверхностного натяжения методом висяш,ей 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 температуре 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] Растекание происходит только в том случае, если энергия адгезии больше энергии когезии, или, другими словами, если коэффициент растекания положителен. [c.62] Измерение энергии адгезии. Измерение энергии адгезии имеет большее значение в практике дорожного строительства. Назначение битума — связать частицы минерального, наполнителя и воспре-пятствсвать доступу к ним воды. [c.62] На поверхности неорганических твердых веществ часто встречаются свойственные этим веществам нарушения структуры. Они вызываются присутствием на указанной поверхности иснов, загрязняющих данное вещество. Получить чистую поверхность весьма трудно и считать реальную поверхность гладкой можно в очень редких случаях. Адам (641 показал влияние шероховатости поверхности на величину контактного угла и продемонстрировал, что при передвижении капли по поверхности она имеет по фронту движения значительно больший контактный угол, чем с тыльной части. Он приписал наличие гистерезиса контактного угла вязкостному сопротивлению движению кромки жидкости на твердой поверхности. Поэтому термодинамические соотношения адгезии практически могут быть приложимы только к жидкостям, у которых имеется точное соответствие между чистой работой, затраченной на образование новой поверхности, и приростом свободной энергии, согласно уравнению (74). [c.63] Битумы содержат компоненты с различной адсорбируемостью на твердой и водной поверхностях. Это можно продемонстрировать при помощи метода, разработанного Макком [66], и заключающегося в том, что определенное количество твердого порошка свободно оседает в 40—60%-ном растворе битума в бензоле. [c.64] Метод основан на том, что если порошок погружается в жидкость, он смачивается, причем степень смачивания будет зависеть от интенсивности сил притяжения между жидкостью и порошком. Чем хуже смачивается порошок, тем больше контактный угол между ним и жидкостью и тем больше требуется жидкости,, чтобы покрыть гранулы порошка пленкой жидкости. Следовательно, чем хуже порошок смачивается жидкостью, тем больше будет объем осевшего порошка. [c.64] Вернуться к основной статье