茶皂素在加气混凝土中的应用

朱伯荣

摘要

茶皂素在加气混凝土中的应用已有了十余年的历史，本文通过应用实例，论述了茶皂素的作用。

茶皂素又名茶皂甙，是从我国山茶科植物种子中提取而得的一类三萜类皂甙，它由糖体、甙元及有机酸组成，糖体的一端为亲水基团，通过醚键与另一疏水基相连接，疏水基团是由以酯键形式相连接的甙元与有机酸构成，其在水中溶解时不产生电离，属于非离子型表面活性剂。

一 茶皂素的功能特征

根据近二十年来对茶皂素各方面的研究结果和应用实例，发现茶皂素在以下方面的功能是十分明显的。

1、 能显著地降低液体的表面张力，在浓度为0.001~1.0%范围内，其表面张力从76.85mM/m下降到46.73mM/m，临界胶束浓度的范围CMC在0.5%左右,其表面活性在水质硬度0~28.7od的范围内几乎不受影响，证明茶皂素是一种性能良好的非离子型表面活性剂。

2、 茶皂素的亲水亲油平衡值(HLB)在16左右，它是茶皂素工业利用方面的重要技术参数之一

3、 茶皂素具有很强的起泡力，当浓度在0.5%时，泡沫层高度达194.75毫米,水质硬度在0~28.7od范围内起泡力不受影响,经连续24小时观察，其泡沫高度仅下降28%，呈均匀下降趋势。

4、 茶皂素对固体微粒的分散作用，以及对互不相容的两种液体的乳化作用都是比较好的，以茶皂素为主体制成的水包油（O/W）型乳化剂，对石腊的乳化效果明显，乳液稳定。

5、 茶皂素对疏水性固体表面具有湿润作用，在浓度为1%以上时，茶皂素的接触角θ为0o>θ>90o，属浸渍湿润，据此国内已成功地开发出农药湿润剂与增效剂。

6、 茶皂素具有去污能力，可作为日用化学品工业的洗洁剂，调理剂使用。

二、茶皂素在加气混凝土中的应用

浇注发气成型是加气混凝土区别于其它混凝土的一个特殊工艺过程，加气混凝土的浇注稳定性是指料浆浇注入模后，能够稳定地发气膨胀，不出现沸腾塌模以及憋气收缩现象，顺利地形成气孔结构良好的坯体的过程，经过发气膨胀后，加气混凝土的料浆表面自由能急剧增大，整个体系处于极不稳定的状态之中。由于表面张力作用，液体表面有自发收缩的趋势，表现为小气泡合并为大气泡，大气泡上浮逸出造成气泡的破裂或者气泡沫不够坚固以及在发气后期因染料浆稠化不及时，气泡无法支撑料浆的重力而破坏，形成料浆的沸腾塌膜，从而导致料浆中气孔结构的破坏和浇注的失败。

     加气混凝土的生产工艺就是要利用发气剂在料浆中提供大量细小而均匀的气泡。降低气泡数量，减少气泡表面积是违背初衷而不可取的，只有降低表面张力，加固气泡膜的机械强度才有可能防止气泡破裂，提高加气混凝土的浇注稳定性。

(一)，经茶皂素对拉开粉和皂荚粉进比较发现：浓度为0.5%时，茶皂素的泡沫高度为180㎜以上，拉开粉为200㎜左右，皂荚粉仅为110㎜，当浓度增加到1%时，茶皂素与拉开粉的泡沫高度均有所提高，唯独皂荚粉的泡沫高度下降。但泡沫稳定性拉开粉较差，泡沫发生后4个半小时就消失殆尽，消泡速度达到45㎜/h。茶皂素不仅起泡力强，而且稳泡性能好，泡沫在发生后24小时仅下降28㎜。

（二）茶皂素能明显提高铝粉分散悬浮性能

作为发气剂的金属铝粉，如果在料浆中分布不均匀，也会造成加气混凝土料浆浇注的不稳定，为此生产上通常借助于气泡稳定剂和机械搅拌的手段，提高金属铝粉的分散悬浮性能。求得料浆浇注过程的稳定，若在金属铝粉中加入4.2%的茶皂素,铝粉的悬浮率就提高到9.60%，随着茶皂素含量的提高铝粉的悬浮率也随之提高，当茶皂素的含量增加到8.3%时，铝粉的悬浮率也提高到23.8%，说明茶皂素能显著改善铝粉的分散悬浮性能。

（三）茶皂素对金属铝粉具有脱脂作用

一般铝粉中含有2.5～3.5%的硬脂酸，在铝粉颗粒表面形成一个分子或数个分子厚的定向硬脂酸层，硬脂酸疏水性很强，带脂的铝粉颗粒遇水漂浮于表面，不能分散在水中，茶皂素与硬脂酸的接触是其亲油基靠近硬脂酸，使亲水部分朝向水溶液。随着吸附量的增加，硬脂酸表面被茶皂素分子所覆盖，通过吸附，湿润，卷缩和乳化作用，硬脂酸分子逐渐脱离铝粉表面分散于水中，铝粉就可以与水直接接触并顺利地发气，茶皂素对金属铝粉的脱脂效果良好，在以茶皂素为稳泡剂的生产工艺中，无需再加脱脂剂进行铝粉的脱脂处理。

（四）茶皂素具有抑制石灰的消解作用

试验表明：快速石灰消解4分钟，石灰的温度就达到70℃以上，皂荚粉也有抑制石灰消解的作用，加入0.4%的皂荚粉石灰温度达70℃需要8分钟,使石灰的消解速度减慢一半,若加入等量的茶皂素,石灰消解温度达到70℃则需要9分钟,说明茶皂素抑制石灰消解的作用优于皂荚粉。在实际生产中原材料采用快速石灰较多，加入茶皂素可抑制快速石灰的消解速度，调节料浆的稠化速度不至于过快，浇注前期铝粉能顺利地发气，使料浆膨胀与稠化基本趋于一致，保证浇注的稳定。

三、茶皂素在加气混凝土工业中的应用效果

茶皂素稳泡剂首次在加气混凝土工业中应用获得成功，是1987年4月在郑州加气混凝土厂进行的，后来又分别在河北、四川、湖北、山东、江苏、天津、甘肃、昆明等省市加气混凝土厂进行推广，均取得良好效果。茶皂素在其中的应用前景更加诱人，目前北京地区已全面得到推广，赢得了广大用户的一致好评。

据应用厂家对原工艺进行对比：

1、 用茶皂素稳泡剂生产塌模率仅为0.59%，比原工艺生产的降低3.5%，砌块合格率上升8.5%，一级品率提高17%，稳泡效果明显。

2、 使用茶皂素稳泡剂生产的加气混凝土砌块，上、中、下各部位体积密度的分布较为均匀，经测定砌块上部体积密度比平均体积密度每立方米只减少11公斤，下部体积密度每立方米也仅增加23公斤，而以原工艺生产的砌块上部体积密度每立方米减少57公斤，下部体积密度比平均体积密度每立方米要增加74公斤，不同部位体积密度相差较为悬殊。

3、 以茶皂素稳泡剂生产的砌块比原工艺生产的砌块，抗压强度大致可提高20%。

4、 茶皂素稳泡剂添加量仅为铝粉用量的1/18，或铝粉膏用量的1/27，生产成本低廉，在不改变生产工艺与增加设备的情况下，只须投入铝粉搅拌罐与铝粉同时搅拌75秒即可放入浇注车。

5、 茶皂素稳泡剂用量按铝粉用量的1/18计，每立方米加气混凝土需茶皂素0.23公斤，加气混凝土产量每年以900万立方米计需茶皂素200吨左右，我国年产茶籽大约60万吨，每年可从榨油后的茶籽饼粕中提取茶皂素粉剂大约7万吨，可谓资源丰富，应用前景十分广阔。

茶皂素在新型墙体材料中的应用

新型墙体材料是指在生产过程中不经过加温加压处理，在常温常压和自然养护条件下即可随模成型的一种新材料，产品具有轻质、防水、隔音、隔热、保温、节能等特点，由于综合性能优越，目前在我国大部分地区，尤其是广大的北方地区已得到广泛的推广应用，市场前景看好。由于我国传统的生产工艺通常使用的发泡剂为化学合成发泡剂，生产过程中经常会出现塌模或跑模现象，导致产品上轻下重，搞击能力差，各种性能指标也不尽如人意。中国农科院茶叶研究所与冶金工业部建筑研究总院于90年开始进行以茶皂素作为研究对象的合作研究，经北京华丽新型房屋材料厂、北京丰台区榆树庄构件厂，鞍钢集团公司等二十余家生产企业多年使用表明：茶皂素作为新型墙体材料的发泡剂，能明显改善产品的理化性能，具体表现为：1、生产过程不会出现塌模与跑模现象，操作简便。2、气孔结构合理，抗击能力增强。3、容重轻，一般为600公斤/立方米左右，并且上下容重一致。4、产品无污染、无辐射，符合环保要求。5、隔音、隔热、保温节能效果好。6、防火防水性能优越，因此产品深得用户信赖。

此外，利用茶皂素良好的天然表面活性制成的石腊乳化剂，已成功地应用于纤维板生产中的施胶工艺，不仅能明显降低产品的吸水率，有效增强其防水性能，而且能显著提高纤维板的整体产品质量。该技术曾获国家发明三等奖，推广意义巨大。

杭州中野天然植物科技有限公司