一种多孔碳酸钙制备方法及应用

1.本发明涉及道路沥青抗老化技术领域，具体涉及一种多孔碳酸钙制备方法及其应用。


背景技术：

2.影响沥青路面使用寿命因素较多，其中沥青老化是影响沥青路面使用寿命的重要因素之 一。目前研究认为，沥青路面的老化主要有三个方面，即热氧化老化、紫外老化以及轻质组 分渗流硬化。其中热氧化老化、紫外老化、挥发物的衰减被认为是沥青路面功能层沥青老化 变质的主要原因，而沥青路面结构层的沥青老化主要是由于沥青轻质组分的迁移导致。
3.目前对沥青老化的研究主要集中在沥青的氧化老化以及紫外老化方面，而对如何提高由 于组分迁移引起沥青老化性能的研究非常欠缺。因此本发明提供一种可负载再生剂减缓沥青 老化的多孔碳酸钙制备方法，旨在提高沥青路面结构层沥青材料的抗老化性能，延长沥青路 面使用寿命。
4.由于碳酸钙具有生产原料容易获得，制作工艺简单，在自然界大量存在，应用性能优越 等特点，其在化工生产和工业生产行业应用十分广泛。其形态之一的球霰石型多孔碳酸钙微 球具有良好的空心结构、粒径分布均匀、良好的稳定性、较大的比表面积、良好的可承载性 与分散性等优点，在现代药物运输、建筑领域有广泛的应用。因此，提出一种能高效率地制 备出相对稳定的，具有良好形貌和结构的多孔碳酸钙微球不仅能加深其在传统领域的应用， 而且还能为沥青抗老化技术的发展开辟新的道路。
5.

技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供一种可负载再生剂减缓沥青老化的多孔碳酸钙制备方法及其应用，以十二烷基磺酸钠和聚丙烯酸为晶型调控剂，其中，十二烷基磺酸钠作为阴离子表面活性剂，能有效调控球霰石晶型的空间离子构成，采用复分解法，高效和简便地制备出球霰石含量高，晶型形貌较好，能有效负载沥青再生剂的多孔碳酸钙微球。
7.本发明的目的采用以下技术方案来实现：
8.一种可负载再生剂减缓沥青老化的多孔碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：
9.s1、碳酸盐溶液与聚丙烯酸溶液混合，得到溶液a；钙盐溶液与聚丙烯酸溶液混合，得到溶液b；将所述溶液a和溶液b分别进行保温搅拌；
10.s2、将s1保温搅拌后的所述溶液a中加入十二烷基磺酸钠溶液并快速搅拌混合，再加入保温搅拌后的所述溶液b，保温搅拌反应；
11.s3、反应完成后分离沉淀，经洗涤、干燥后制得所述多孔碳酸钙。
12.在优选的实施方式中，所述碳酸盐溶液的浓度为0.1～0.3mol/l。
13.在优选的实施方式中，所述钙盐溶液的浓度为0.1～0.3mol/l。
14.在优选的实施方式中，所述聚丙烯酸溶液的浓度为2～2.5g/l。
15.在优选的实施方式中，所述十二烷基磺酸钠溶液的浓度为5～15mmol/l。
16.在优选的实施方式中，所述碳酸盐溶液或所述钙盐溶液与所述聚丙烯酸溶液的体积比为 2：1；所述碳酸盐溶液与所述钙盐溶液、所述十二烷基磺酸钠溶液的体积比为2：2：1。
17.在优选的实施方式中，步骤s1中所述保温搅拌的保温温度为60～80℃，搅拌时间0.5h。
18.在优选的实施方式中，步骤s2所述保温搅拌反应的保温温度为60～80℃，搅拌速率 400～600r/min，反应时间1～1.5h。
19.采用前述方法制备得到的多孔碳酸钙，在负载再生剂并减缓沥青老化的应用。
20.本发明的有益效果为：
21.(1)本发明提供可负载再生剂减缓沥青老化的多孔碳酸钙制备方法，所述碳酸钙微球具有比表面积大，孔隙率高，稳定性强等优点，能作为添加剂，对微球负载沥青再生剂研究、表征沥青再生剂负载效率，探索沥青再生剂在多孔碳酸钙微球上吸附和解吸规律，深入理解沥青组分迁移引起沥青性能劣化的作用机制等前瞻性研究提供了基础性和物质性保障；为一系列沥青老化研究、提高沥青耐久性奠定前提基础。
22.(2)本发明所述制备方法的工艺和反应条件简洁、易实施，工艺无毒无害、绿色环保，制备原材料及反应设备易得、生产成本低廉、经济实惠，易于工业化生产，能快速、高效地制备出含球霰石含量高的多孔碳酸钙微球。
23.(3)由sem图可以看出，本发明所制备的碳酸钙表面光滑多孔，粒径为1～3μm，形貌为球型，具有较大比表面积。这为负载、吸附沥青再生剂提供了可能。
24.(4)由热重分析图可以看出，本发明所制备的碳酸钙有较强的耐高温性，开始分解温度约为600℃，能在沥青搅拌和施工中稳定存在。
25.(5)由沥青的复数模量与温度关系图可知，在沥青中添加本发明可负载再生剂减缓沥青老化的多孔碳酸钙，能有效降低沥青的复数模量，沥青的复数剪切模量降低，这是由于本发明的碳酸钙能有效负载再生剂，在沥青老化后，能有效释放出再生剂，补充老化沥青的轻质组分，导致了沥青中芳香分、饱和分等小分子含量增多，减缓沥青硬化，从而模量减小。
附图说明
26.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
27.图1是本发明实施例所述多孔碳酸钙的制备流程示意图；
28.图2是本发明实施例所述多孔碳酸钙的扫描电镜(sem)图；
29.图3是本发明实施例所述多孔碳酸钙的粒径分布图；
30.图4是本发明实施例所述多孔碳酸钙的热重分析(tg)图；
31.图5是沥青的复数模量与温度关系图。
具体实施方式
32.结合以下实施例对本发明作进一步描述。
33.实施例1：
34.本发明实施例提供的可负载再生剂减缓沥青老化的多孔碳酸钙的制备方法，包括以下步骤：
35.s1、碳酸盐溶液与聚丙烯酸溶液混合，得到溶液a；钙盐溶液与聚丙烯酸溶液混合，得到溶液b；将所述溶液a和溶液b分别进行保温搅拌，该保温搅拌的保温温度为60～80℃，搅拌时间0.5h；其中，所述碳酸盐溶液的浓度为0.1～0.3mol/l；述钙盐溶液的浓度为 0.1～0.3mol/l；所述聚丙烯酸溶液的浓度为2～2.5g/l；
36.s2、将s1保温搅拌后的所述溶液a中加入十二烷基磺酸钠溶液并快速搅拌混合，再加入保温搅拌后的所述溶液b，保温搅拌反应，该保温搅拌反应的保温温度为60～80℃，搅拌速率400～600r/min，反应时间1～1.5h；所述十二烷基磺酸钠溶液的浓度为5～15mmol/l；
37.s3、反应完成后分离沉淀，经洗涤、干燥后制得所述多孔碳酸钙。
38.所述碳酸盐溶液或所述钙盐溶液与所述聚丙烯酸溶液的体积比为2：1；所述碳酸盐溶液与所述钙盐溶液、所述十二烷基磺酸钠溶液的体积比为2：2：1。
39.将采用前述方法制备得到的多孔碳酸钙，作为负载再生剂的添加剂，减缓沥青的老化。在沥青中添加本发明制备的可负载再生剂减缓沥青老化的多孔碳酸钙微球，具有比表面积大，孔隙率高，稳定性强等优点，能有效降低沥青的复数模量，同时可降低沥青的复数剪切模量。
40.实施例2：
41.本发明的实施例提供的可负载再生剂减缓沥青老化的多孔碳酸钙制备方法，具体步骤如下：
42.(1)分别称取碳酸钠4.24g，氯化钙4.44g，聚丙烯酸0.025g，十二烷基磺酸钠0.576g，分别将其放在四个烧杯中；
43.(2)在烧杯中加入去离子水，搅拌均匀，分别配制成0.1mol/l的碳酸钠溶液，0.1mol/l 的氯化钙溶液，2.5g/l的聚丙烯酸溶液和10mmol/l的十二烷基磺酸钠溶液；
44.(3)将配好的碳酸钠溶液、氯化钙溶液分别倒入两个三口烧瓶中，待用；
45.(4)取出两等份聚丙烯酸溶液，分别倒入步骤(3)分别装有碳酸钠溶液和氯化钙溶液的两个三口烧瓶中，形成体积比为1:2的混合溶液，放入集热式磁力搅拌器中，在80℃水浴温度、600r/min下，磁力搅拌0.5小时，分别得到a溶液(碳酸钠)和b溶液(氯化钙)；
46.(5)将十二烷基磺酸钠溶液倒入到步骤(4)装有a溶液的三口烧瓶中，快速搅拌均匀，得到c溶液；
47.(6)将步骤(4)配制好的b溶液迅速倒入步骤(5)的三口烧瓶中，在80℃水浴温度，磁力搅拌转速600r/min条件下反应1.5小时；
48.(7)将反应后的溶液倒入真空抽滤装置进行过滤；
49.(8)用去离子水和无水乙醇洗涤所得滤渣2次；
50.(9)将滤渣放入100℃鼓风干燥烘箱干燥4小时，即可制成多孔碳酸钙粉末。
51.本发明制备的多孔碳酸钙微球作为沥青添加剂，能较好负载沥青再生剂，有较高
的负载效率。实验表明，通过在沥青中加入负载再生剂多孔碳酸钙微球能提高沥青的耐久性，减缓沥青路面的老化，延长道路的使用寿命。
52.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。