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茶皂素在加氣混凝土中的應用茶皂素在加氣混凝土中的應用 朱伯榮 摘要 茶皂素在加氣混凝土中的應用已有了十余年的歷史，本文通過應用實例，論述了茶皂素的作用。 茶皂素又名茶皂甙，是從我國山茶科植物種子中提取而得的一類三萜類皂甙，它由糖體、甙元及有機酸組成，糖體的一端為親水基團，通過醚鍵與另一疏水基相連接，疏水基團是由以酯鍵形式相連接的甙元與有機酸構成，其在水中溶解時不產生電離，屬于非離子型表面活性劑。 一 茶皂素的功能特征 根據近二十年來對茶皂素各方面的研究結果和應用實例，發現茶皂素在以下方面的功能是十分明顯的。 1、 能顯著地降低液體的表面張力，在濃度為0.001~1.0%范圍內，其表面張力從76.85mM/m下降到46.73mM/m，臨界膠束濃度的范圍CMC在0.5%左右,其表面活性在水質硬度0~28.7od的范圍內幾乎不受影響，證明茶皂素是一種性能良好的非離子型表面活性劑。 2、 茶皂素的親水親油平衡值(HLB)在16左右，它是茶皂素工業利用方面的重要技術參數之一 3、 茶皂素具有很強的起泡力，當濃度在0.5%時，泡沫層高度達194.75毫米,水質硬度在0~28.7od范圍內起泡力不受影響,經連續24小時觀察，其泡沫高度僅下降28%，呈均勻下降趨勢。 4、 茶皂素對固體微粒的分散作用，以及對互不相容的兩種液體的乳化作用都是比較好的，以茶皂素為主體制成的水包油（O/W）型乳化劑，對石臘的乳化效果明顯，乳液穩定。 5、 茶皂素對疏水性固體表面具有濕潤作用，在濃度為1%以上時，茶皂素的接觸角θ為0o>θ>90o，屬浸漬濕潤，據此國內已成功地開發出農藥濕潤劑與增效劑。 6、 茶皂素具有去污能力，可作為日用化學品工業的洗潔劑，調理劑使用。 二、茶皂素在加氣混凝土中的應用 澆注發氣成型是加氣混凝土區別于其它混凝土的一個特殊工藝過程，加氣混凝土的澆注穩定性是指料漿澆注入模后，能夠穩定地發氣膨脹，不出現沸騰塌模以及憋氣收縮現象，順利地形成氣孔結構良好的坯體的過程，經過發氣膨脹后，加氣混凝土的料漿表面自由能急劇增大，整個體系處于極不穩定的狀態之中。由于表面張力作用，液體表面有自發收縮的趨勢，表現為小氣泡合并為大氣泡，大氣泡上浮逸出造成氣泡的破裂或者氣泡沫不夠堅固以及在發氣后期因染料漿稠化不及時，氣泡無法支撐料漿的重力而破壞，形成料漿的沸騰塌膜，從而導致料漿中氣孔結構的破壞和澆注的失敗。 加氣混凝土的生產工藝就是要利用發氣劑在料漿中提供大量細小而均勻的氣泡。降低氣泡數量，減少氣泡表面積是違背初衷而不可取的，只有降低表面張力，加固氣泡膜的機械強度才有可能防止氣泡破裂，提高加氣混凝土的澆注穩定性。 (一)，經茶皂素對拉開粉和皂莢粉進比較發現：濃度為0.5%時，茶皂素的泡沫高度為180㎜以上，拉開粉為200㎜左右，皂莢粉僅為110㎜，當濃度增加到1%時，茶皂素與拉開粉的泡沫高度均有所提高，唯獨皂莢粉的泡沫高度下降。但泡沫穩定性拉開粉較差，泡沫發生后4個半小時就消失殆盡，消泡速度達到45㎜/h。茶皂素不僅起泡力強，而且穩泡性能好，泡沫在發生后24小時僅下降28㎜。 （二）茶皂素能明顯提高鋁粉分散懸浮性能 作為發氣劑的金屬鋁粉，如果在料漿中分布不均勻，也會造成加氣混凝土料漿澆注的不穩定，為此生產上通常借助于氣泡穩定劑和機械攪拌的手段，提高金屬鋁粉的分散懸浮性能。求得料漿澆注過程的穩定，若在金屬鋁粉中加入4.2%的茶皂素,鋁粉的懸浮率就提高到9.60%，隨著茶皂素含量的提高鋁粉的懸浮率也隨之提高，當茶皂素的含量增加到8.3%時，鋁粉的懸浮率也提高到23.8%，說明茶皂素能顯著改善鋁粉的分散懸浮性能。 （三）茶皂素對金屬鋁粉具有脫脂作用 一般鋁粉中含有2.5～3.5%的硬脂酸，在鋁粉顆粒表面形成一個分子或數個分子厚的定向硬脂酸層，硬脂酸疏水性很強，帶脂的鋁粉顆粒遇水漂浮于表面，不能分散在水中，茶皂素與硬脂酸的接觸是其親油基靠近硬脂酸，使親水部分朝向水溶液。隨著吸附量的增加，硬脂酸表面被茶皂素分子所覆蓋，通過吸附，濕潤，卷縮和乳化作用，硬脂酸分子逐漸脫離鋁粉表面分散于水中，鋁粉就可以與水直接接觸并順利地發氣，茶皂素對金屬鋁粉的脫脂效果良好，在以茶皂素為穩泡劑的生產工藝中，無需再加脫脂劑進行鋁粉的脫脂處理。 （四）茶皂素具有抑制石灰的消解作用 試驗表明：快速石灰消解4分鐘，石灰的溫度就達到70℃以上，皂莢粉也有抑制石灰消解的作用，加入0.4%的皂莢粉石灰溫度達70℃需要8分鐘,使石灰的消解速度減慢一半,若加入等量的茶皂素,石灰消解溫度達到70℃則需要9分鐘,說明茶皂素抑制石灰消解的作用優于皂莢粉。在實際生產中原材料采用快速石灰較多，加入茶皂素可抑制快速石灰的消解速度，調節料漿的稠化速度不至于過快，澆注前期鋁粉能順利地發氣，使料漿膨脹與稠化基本趨于一致，保證澆注的穩定。 三、茶皂素在加氣混凝土工業中的應用效果 茶皂素穩泡劑首次在加氣混凝土工業中應用獲得成功，是1987年4月在鄭州加氣混凝土廠進行的，后來又分別在河北、四川、湖北、山東、江蘇、天津、甘肅、昆明等省市加氣混凝土廠進行推廣，均取得良好效果。茶皂素在其中的應用前景更加誘人，目前北京地區已全面得到推廣，贏得了廣大用戶的一致好評。 據應用廠家對原工藝進行對比： 1、 用茶皂素穩泡劑生產塌模率僅為0.59%，比原工藝生產的降低3.5%，砌塊合格率上升8.5%，一級品率提高17%，穩泡效果明顯。 2、 使用茶皂素穩泡劑生產的加氣混凝土砌塊，上、中、下各部位體積密度的分布較為均勻，經測定砌塊上部體積密度比平均體積密度每立方米只減少11公斤，下部體積密度每立方米也僅增加23公斤，而以原工藝生產的砌塊上部體積密度每立方米減少57公斤，下部體積密度比平均體積密度每立方米要增加74公斤，不同部位體積密度相差較為懸殊。 3、 以茶皂素穩泡劑生產的砌塊比原工藝生產的砌塊，抗壓強度大致可提高20%。 4、 茶皂素穩泡劑添加量僅為鋁粉用量的1/18，或鋁粉膏用量的1/27，生產成本低廉，在不改變生產工藝與增加設備的情況下，只須投入鋁粉攪拌罐與鋁粉同時攪拌75秒即可放入澆注車。 5、 茶皂素穩泡劑用量按鋁粉用量的1/18計，每立方米加氣混凝土需茶皂素0.23公斤，加氣混凝土產量每年以900萬立方米計需茶皂素200噸左右，我國年產茶籽大約60萬噸，每年可從榨油后的茶籽餅粕中提取茶皂素粉劑大約7萬噸，可謂資源豐富，應用前景十分廣闊。
茶皂素在新型墻體材料中的應用 新型墻體材料是指在生產過程中不經過加溫加壓處理，在常溫常壓和自然養護條件下即可隨模成型的一種新材料，產品具有輕質、防水、隔音、隔熱、保溫、節能等特點，由于綜合性能優越，目前在我國大部分地區，尤其是廣大的北方地區已得到廣泛的推廣應用，市場前景看好。由于我國傳統的生產工藝通常使用的發泡劑為化學合成發泡劑，生產過程中經常會出現塌模或跑模現象，導致產品上輕下重，搞擊能力差，各種性能指標也不盡如人意。中國農科院茶葉研究所與冶金工業部建筑研究總院于90年開始進行以茶皂素作為研究對象的合作研究，經北京華麗新型房屋材料廠、北京豐臺區榆樹莊構件廠，鞍鋼集團公司等二十余家生產企業多年使用表明：茶皂素作為新型墻體材料的發泡劑，能明顯改善產品的理化性能，具體表現為：1、生產過程不會出現塌模與跑模現象，操作簡便。2、氣孔結構合理，抗擊能力增強。3、容重輕，一般為600公斤/立方米左右，并且上下容重一致。4、產品無污染、無輻射，符合環保要求。5、隔音、隔熱、保溫節能效果好。6、防火防水性能優越，因此產品深得用戶信賴。 此外，利用茶皂素良好的天然表面活性制成的石臘乳化劑，已成功地應用于纖維板生產中的施膠工藝，不僅能明顯降低產品的吸水率，有效增強其防水性能，而且能顯著提高纖維板的整體產品質量。該技術曾獲國家發明三等獎，推廣意義巨大。 |
