利用電化學工作站測試瀝青抗滲性能時所用工作電極的製作方法

2023-06-13 00:33:16

專利名稱：利用電化學工作站測試瀝青抗滲性能時所用工作電極的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於浙青抗滲性能測試的技術領域，具體涉及一種浙青抗滲性能測試用工作電極。
背景技術：
浙青在道路工程中已得到廣泛應用，但浙青路面在長期浸水情況下，水分會滲入浙青膜並擴散至浙青-集料界面處，從而使浙青膜從集料表面剝落，造成浙青混合料路面結構破壞；此外，水分滲入會引起浙青性質的改變，使浙青自身內聚力降低，進而影響浙青混合料路面的水穩性能。目前，關於浙青抗滲性能的測試方法，在《公路工程浙青及浙青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)中提供浙青混合料水穩定性試驗的方法為浸水馬歇爾實驗和浸水車轍試驗。其中浸水馬歇爾試驗，是將浙青混合料成型試件浸入恆溫水槽一定時間，通過測定試件浸水前後穩定度的變化情況，來評價浙青混合料的水穩定性，該試驗方法對浙青與集料的敏感性較弱，且其試驗加載和力學意義不明確，無法準確、真實的評價浙青混合料的水穩定性。浸水車轍試驗則是在浸水條件下模擬實際行車荷載，通過測試混合料成型試件的車轍程度，來評價浙青混合料的水穩定性，該方法雖然較其它方法準確性高，在一定程度上能反映出浙青混合料的真實水穩性能，但此方法操作複雜繁瑣，且無法從微觀角度反映水分在浙青中的滲入與擴散行為。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種利用電化學工作站測試浙青抗滲性能時所用的工作電極，以有效實現利用電化學工作站測試浙青的抗滲性能。為此，本實用新型提供的利用電化學工作站測試浙青抗滲性能時所用工作電極包括一金屬片，該金屬片上設有塗載浙青膜的工作面和與電化學工作站電連接的絕緣面。本實用新型的其他技術特徵為:上述金屬片為圓形或正方形的金屬片，該金屬片的厚度為1.00 2.0Omm,其上工作面的面積為100 400mm2η上述絕緣面上連接有導線，並且該絕緣面上包覆有絕緣材料。使用本實用新型的工作電極對浙青的抗滲性能進行測試時，通過監測浙青在水溶液浸泡過程中電化學性質的變化來測試浙青的抗滲性能，具體藉助具備交流阻抗測試功能的電化學工作站測試浙青在水溶液浸泡過程中的電化學性質，通過觀測浙青被完全滲透時的電化學參數，並記錄出現該浙青被完全滲透時的電化學參數的時間，以該時間的長短來評價浙青抗滲性能的好壞。

[0011]
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。圖1為本實用新型的工作電極的結構示意圖；圖2為實施例1中待測浙青膜浸泡開始和浸泡lh、3h、5h時的1gf-1oglZl曲線和tog/I曲線的組合疊加圖；圖3為實施例1中待測浙青膜浸泡5.5h、6h、6.5h時的1gf-1oglZl曲線和\ocf I曲線的組合疊加圖。
具體實施方式
參考圖1，本實用新型的利用電化學工作站測試浙青抗滲性能時所用工作電極包括一圓形或正方形的金屬片3，該金屬片3上設有塗載浙青膜4的工作面6和與電化學工作站電連接的絕緣面5，所述金屬片3的厚度為1.00 2.00_，所述工作面6的面積為100 400mm2,絕緣面5上包覆有絕緣材料2，並且該絕緣面5上連接有導線I。以下是發明人提供的該工作電極的製備過程，以對本實用新型的工作電極的結構作進一步詳細說明。I)將金屬片材(不鏽鋼片、銅片或鋼片)切割、打磨成光滑方形或圓形，為了便於實驗測試及結果的準確性，其面積為100 400mm2,厚度為1.00 2.0Omm ；2)將導線(膠皮銅線)用錫焊焊接於所述金屬片的一面，並用絕緣材料裹覆該面、金屬片四周及焊接處裸露銅線；3)待絕緣材料固化後，再次打磨金屬片未裹覆面即塗覆浙青膜的工作面。利用電化學工作站測試浙青膜在水溶液中的電化學特性時，由於水分的介電常數遠大於浙青的介電常數，所以在水分滲入浙青膜過程中，隨著水分的滲入浙青膜電阻逐漸減小，電阻減小趨勢與水分的滲入深度增加趨勢一致；當水分滲過浙青膜至工作電極時，工作電極的工作面與水分接觸發生腐蝕反應形成腐蝕微電池，此時，log/-P曲線出現波谷，logf-log| Z I曲線並伴隨出現平臺。具體利用本實用新型的工作電極進行浙青抗滲性能測試方法如下:在使用該工作電極測試浙青抗滲性能時，具體操作如下:參考圖1所示，將熱的(120_140°C)待測浙青塗覆於工作電極的工作面6上室溫冷卻後形成200 400 μ m厚的待測浙青膜4 ；將參比電極、輔助電極和工作電極分別與電化學工作站電連接後，再將所述參比電極、輔助電極和工作電極插入水溶液中，使上述三種電極構成閉合迴路，所述參比電極可選用甘汞電極、銀I氯化銀電極和汞I氧化汞電極，所述輔助電極可選用鉬黑電極、石墨電極和惰性金屬電極，且工作電極上的浙青膜正對輔助電極；設定電化學工作站的工作電壓為±5mV、工作頻率f為[a, b]，且a彡10_2Hz，b彡IO4Hz,每隔時間T (O < 60min)測試待測浙青膜的阻抗Z和相位角爐;並利用每次測試值，以1gf為橫坐標、log I Z為縱坐標作1gf-1oglZ曲線，同時，以1gf為橫坐標、相位角￠5為縱坐標竹lOi, / ■識曲線；當對於某時間測得的數據，在一橫坐標段內:log/-爐曲線中出現波谷，logf-log| Z I曲線上出現平臺時,記錄 該log / -￠5曲線所對應的測試時間α Τ,該測試時間aT越長說明待測試浙青的抗滲性能越好。[0027]以下是發明人提供的實施例，以對本發明的技術方案作進一步解釋說明。實施例1:該實施例測試70#石油浙青(針入度(25°C，5s，IOOg)為6.3mm，軟化點為52.3°C,25°C延度為142cm)的抗滲性能:將熱的70#石油浙青塗覆於工作電極的工作面上待冷卻後在工作面上形成300 μ m厚的浙青膜；將參比電極、輔助電極和工作電極分別與電化學工作站電連接後，再將所述參比電極、輔助電極和工作電極浸入水溶液中，使上述三種電極構成閉合迴路；所用參比電極為甘汞電極，輔助電極為鉬黑電極，且工作電極上的浙青膜正對輔助電極鉬片；所用水溶液溫度為60°C、NaCl的質量分數為3.5%，H2SO4的物質的量濃度為0.5X 10_4mol/L的(NaCl+H2S04)水溶液；設定電化學工作站的工作電壓為±5mV、工作頻率f為[10_3，IO6]，每隔時間T =
0.5h測試待測浙青膜的阻抗Z和相位角爐;並利用每次測試值，作logf-log|Z|的曲線和Iug/"-爐的曲線圖，選取可體現待測浙青在水溶液中電化學性質變化趨勢的部分關係圖進行以下分析:圖2和圖3中橫坐標1gf為[-3，O]的區域為低頻區、1gf為[0，3]的區域為中頻區、1gf為[3，6]的區域為高頻區；圖中1gf-1oglZl曲線低頻區平臺對應的|Z|值為浙青膜的電阻值、高頻區平臺對應的|Z|值為水溶液的電阻值。圖2為1gf-1oglZl曲線和10& <I曲線的組合疊加圖，即為待測浙青膜的交流阻抗Bode圖；該圖中，曲線1、曲線i1、曲線iii及曲線iv分別為浸泡0h、lh、3h及5h時的1gf-1oglZ曲線，曲線i'、曲線ii'、曲線iii'及曲線iv'分別為浸泡0h、lh、3h及5h時的log/1曲線。由圖2所示結果分析可知:隨浸泡時間延長，logf_log|Z|曲線低頻區平臺呈加速下移趨勢，表明隨浸泡時間延長浙青膜電阻值減小且減小幅值越來越大，即從浙青膜浸入水溶液後水分就開始滲入浙青膜中，滲入深度隨浸泡時間的延長呈加速增加趨勢。如圖3所示，曲線V'、曲線V。和曲線vii'分別為浸泡5.5h、6h和6.5h時的1fc ,-識曲線，曲線V、曲線vi和曲線vii分別為浸泡5.5h、6h和6.5h時的logf-log| Z I曲線從圖3中可看出浸泡5.5h之後的所有log/-識曲線都有波谷出現，相應的1gf-1oglZ曲線伴隨有平臺出現，其中:浸泡5.5h的log/i曲線和1gf-1oglZl曲線在1gf為[2.4，3.3]的區域分別出現波谷和平臺，浸泡6h的log /-免曲線和logf-log| Z曲線在1gf為[1.9，3.2]的區域分別出現波谷和平臺，浸泡6.5h的toe/爐曲線和1gf-1oglZl曲線在1gf為[1.7，2.9]的區域分別出現波谷和平臺，表明浸泡5h之後水分已擴散至浙青膜/鋼片界面處，由此可見當浸泡5.5h時，浙青膜部分區域已被水分完全滲透，從此時起浙青膜開始被水剝落；由圖3還可知，隨浸泡時間延長1gf-1og I Z I曲線低頻區平臺繼續呈加速下移趨勢，即浙青膜電阻值還在繼續減小，所以可知該段時間內浙青膜被水分滲透區域在隨浸泡時間延長而加速擴大。綜上分析，300 μ m厚的70#石油浙青膜在溫度為60°C、NaCl的質量分數為3.5%，H2SO4的物質的量濃度為0.5X 10_4mol/L的(NaCl+H2S04)水溶液中浸泡，當浙青膜浸入水溶液後水分就開始滲入浙青膜中，水分在浙青膜中滲入深度隨浸泡時間的延長呈加速增加趨勢，水分完全滲透浙青膜部分區域所耗時間a T=5.5h。實施例2:該實施例測試以下三種浙青的抗滲性能:70#石油浙青:針入度(25°C，5s，IOOg)為6.3mm，軟化點為52.3°C，25°C延度為142cm ；90#石油瀝青:針入度(25°C，5s，IOOg)為8.8_，軟化點為46.5°C，25°C延度為160cm ；SBR改性瀝青:針入度(25°C，5s，IOOg)為7.5_，軟化點為49.8°C，25°C延度為165cm ；該實施例與實施例1不同之處在於，其測試參數為:浙青膜厚400 μ m、浸泡時的水溶液為70°C。該實施例各種浙青抗滲透性能測試結果如下:70# 石油浙青:a T=5.5h ；90# 石油浙青:a T=6.0h ；SBR 改性浙青:α Τ=8.5h。由上述結果可看出，70#石油浙青膜和90#石油浙青膜部分區域被水分完全滲透所耗時間為5.5h和6.0h,即上述兩種浙青抗滲性能基本相當，其中90#石油浙青抗滲性略好；另外，SBR改性浙青膜部分區域被水分完全滲透所需時間為8.5h，明顯長於70#石油浙青與90#石油浙青，即SBR改性浙青抗滲性能最好。
權利要求1.一種利用電化學工作站測試浙青抗滲性能時所用工作電極，其特徵在於，該工作電極包括一金屬片(3)，該金屬片(3)上設有塗載浙青膜的工作面(6)和與電化學工作站電連接的絕緣面(5)。
2.如權利要求書I所述的工作電極，其特徵在於，所述金屬片為圓形或正方形的金屬片(3)，所述金屬片(3)的厚度為1.00 2.00mm，所述工作面(6)的面積為100 400mm2。
3.如權利要求書2所述的工作電極，其特徵在於，所述絕緣面(5)上連接有導線(I)，並且該絕緣面(5)上包覆有絕緣材料(2)。
專利摘要本實用新型公開了利用電化學工作站測試瀝青抗滲性能時所用工作電極。其包括一圓形或正方形的金屬片，該金屬片上設有塗載瀝青膜的工作面和與電化學工作站電連接的絕緣面，所述金屬片的厚度為1.00～2.00mm，所述工作面的面積為100～400mm2。使用本實用新型的工作電極對瀝青的抗滲性能進行測試時，通過監測瀝青在水溶液浸泡過程中電化學性質的變化來測試瀝青的抗滲性能，具體藉助具備交流阻抗測試功能的電化學工作站測試瀝青在水溶液浸泡過程中的電化學性質，通過觀測瀝青被完全滲透時的電化學參數，並記錄出現該瀝青被完全滲透時的電化學參數的時間，以該時間的長短來評價瀝青抗滲性能的好壞。
文檔編號G01N27/30GK202994716SQ20122070788
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月19日 優先權日2012年12月19日
發明者王振軍, 魏永鋒, 王升, 高傑, 張明祥 申請人:長安大學