水泥发泡剂
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水泥发泡剂
水泥发泡剂，又名泡沫混凝土发泡剂，水泥发泡剂是指能够降低液体表面张力，产生大量均匀而稳定的泡沫，用以生产泡沫混凝土的外加剂。发泡剂就是能使其水溶液在机械作用力引入空气的情况下，产生大量泡沫的一类物质，这一类物质就是表面活性剂或者表面活性物质。发泡剂的实质就是它的表面活性作用。没有表面活性作用，就不能发泡，也就不能成为发泡剂，表面活性是发泡的核心。
一.发泡剂的概念(1)发泡剂的一般概念 前者如阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂等，后者如动物蛋白、植物蛋白、纸浆废液等。 发泡剂均具有较高的表面活性，能有效降低液体的表面张力，并在液膜表面双电子层排列而包围空气，形成气泡，再由单个气泡组成泡沫。
(2)发泡剂的广义概念与狭义概念 发泡剂有广义与狭义两个概念。这两个概念是有一定差别的，它可以区分非应用性的发泡剂与应用性发泡剂。
①广义发泡剂 广义的发泡剂是指所有其水溶液能在引入空气的情况下大量产生泡沫的表面活性剂或表面活性物质。因为大多数表面活性剂与表面活性物质均有大量起泡的能力，因此，广义的发泡剂包含了大多数表面活性剂与表面活性物质。因而，广义的发泡剂的范围很大，种类很多，其性能品质相差很大，具有非常广泛的选择性。 广义的发泡剂的发泡倍数（产泡能力）、泡沫稳定性（可用性）等技术性能没有严格的要求，只表示它有一定的产生大量泡沫的能力，产出的泡沫能否有实际的用途则没有界定。
②狭义的发泡剂 狭义的发泡剂是指那些不但能产生大量泡沫，而且泡沫具有优异性能，能满足各种产品发泡的技术要求，真正能用于生产实际的表面活性剂或表面活性物质。它与广义发泡剂的最大区别就是其应用价值，体现其应用价值的是其优异性能。其优异性能表现为发泡能力特别强，单位体积产泡量大，泡沫非常稳定，可长时间不消泡，泡沫细腻，和使用介质的相容性好等。 狭义的发泡剂就是工业上实际应用的发泡剂，一般人们常说的发泡剂就是指这类狭义发泡剂。只有狭义的发泡剂才有研究和开发的价值。
（3）水泥发泡剂的概念 水泥发泡剂属于狭义发泡剂的一个类别，而不是所有的狭义发泡剂。在狭义发泡剂中，能用于泡沫混凝土的只是很小很小的一部分，是极少的。这是由泡沫混凝土的特性及技术要求所决定的。 在工业生产和日常民用中，发泡剂的用途千差万别，不同应用领域对发泡剂就有不同的技术要求。例如，灭火器用发泡剂只要求其瞬时发泡量，和对氧气的阻隔能力，而不要求其较高的稳定性和细腻性。再如矿业用浮选发泡剂，只要求它对目的物的吸附力强并有较好的起泡力，对发泡倍数和稳泡性要求不高。如此等等，不一一列举。发泡剂目前几乎应用到各个工业领域，用途十分广泛。各行业对发泡剂的性能要求显然是不一样的，一个行业能用的发泡剂到另一行业就不能使用或效果不好。同理，泡沫混凝土所用发泡剂是针对混凝土发泡来提出技术要求的。它除了大泡沫生成能力外，特别注重泡沫的稳定性，泡沫的细腻性，泡沫和水泥等胶凝材料的适应性等。能满足这一要求的狭义发泡剂也是廖廖的，少之又少，大多数发泡剂是不能用于泡沫混凝土实际生产的。因此，泡沫混凝土发泡剂必须是符合上述技术要求的少数表面活性剂或表面活性物质。 正是因为概念上的模糊，使许多人在实际应用时陷入了一个很大的误区，混淆了“发泡剂”与“泡沫混凝土发泡剂”两个不同的概念，凡是发泡剂都买来使用，结果达不发泡效果，生产不出合乎要求的泡沫混凝土。因此，我们弄清这些概念及其区别是十分必要的，可避免发泡剂在使用上的许多误区，少走许多弯路。事实上，市场上很多名称为“发泡剂”的东西，并非泡沫混凝土发泡剂，大家应明白这一点。 为了叙述的简便，本书以后所述的发泡剂，除特殊说明外，均是指泡沫混凝土发泡剂，而非广义或狭义发泡剂。
二.水泥发泡剂生产应用概况 水泥发泡剂在我国的应用已有50多年的历史。在上世纪50年代初，我国就开发出松香皂和松香热聚物这两种发泡剂并用于砂浆和泡沫混凝土。这两种发泡剂几十年来在国内应用十分普遍，为建材建筑业界所熟悉，这是我国的第一代发泡剂，至今仍有较大的应用。在上世纪80年代之后，随着我国表面活性工业的兴起，合成类表面活性剂型发泡剂开始应用，并取代了相当一部分松香皂和松香热聚物，成为发泡剂的一个主要品种。这是我国第二代发泡剂的发展时期。上世纪末期，国外意大利、日本、韩国、美国等发达国家的高性能蛋白型发泡剂，开始随着我国的市场开放进入我国，并逐渐显示出其高稳定性的优势，得到了较大的应用。在国外蛋白发泡剂的促进下，我国青海等地也开发出多种牌号的动物蛋白发泡剂，植物蛋白发泡剂也开始在东南沿海地区出现并推广应用，我国进入了第三代发泡剂的开发应用时期。如今，我国的发泡剂正从第三代向第四代过渡，发泡剂由单一成分逐渐向多成分复合发展。但这仅仅是开始，复合技术还有待完善和提高，我国完全进入复合发泡剂时代还需时日。所以，我国目前是第一代松香类、第二代合成类、第三代蛋白类，这三代发泡剂同时存在和应用，没有哪一种被完全淘汰，也没有哪一种完全独霸发泡剂市场。造成这种发泡剂“春秋时代”的原因，是因为许多人发泡剂的基本知识缺乏，对发泡剂难以区别，选择无序，在使用上盲目的成分很大。这就使低性能的发泡剂不见得被人放弃，高性能的发泡剂也不见得被人优选。随着泡沫混凝土的高速发展及泡沫混凝土知识的逐步普及，人们对发泡剂会有一个更深入、更全面、更透彻的了解，使之选择和使用逐步理性和科学。届时，优质高性能发泡剂自然会全面发展，而低性能的发泡剂也会自动退出市场，这是必然的结果，不以人的意志为转移。先进的东西总要淘汰落后的东西，市场是无情的。 正如上述，我国目前市场上的发泡剂是四代并存，种类、牌号繁多，令一般人眼花缭乱，难识优劣。单是作者从各种媒体上统计到的不同名称的发泡剂就有100多种，那些已经实际应用或进入市场的发泡剂就更多，少说也有几百种。如此多的发泡剂，别说是刚刚接触发泡剂的人，就是有一定泡沫混凝土生产经验的人也一时难以分清其优劣和类型。 为了使大家对各种发泡剂能够理性有序地认识，弄清其实质，了解其大致的性能，在后面的几个部分，我们将把各种发泡剂归类介绍，以帮助大家认识了解发泡剂。 发泡剂因为都是表面活性剂或表面活性物质，因此，可根据其水溶液的电离性质分为阴离子、阳离子、非离子、两性离子四大类。但这种分类过于学术化和抽象化。为了通俗一些，便于读者特别是缺乏专业知识的一般读者的理解，在后面分类介绍时，我们将发泡剂按组成的成分划分类型，大至分为松香树脂类、合成表面活性剂类、蛋白质类、复合类、其它类，共5个类型。
(1)松香树脂类发泡剂(第一代发泡剂) 这类发泡剂均是以松香作为主要原料制成，应用最早也最为普遍。松香的化学结构比较复杂，其中含有松香脂酸类、芳香烃类、芳香醇类、芳香醛类及其氧化物等，分子式可表示为C20H30O2。 松香树脂发泡剂又名引气剂，它的主要品种有松香皂和松香热聚物两个。其最初均是作为混凝土砂浆引气剂来开发应用的，后来又扩展应用为泡沫混凝土的发泡剂。
松香皂发泡剂1.松香皂简介 因松香中具有羧基—COOH，加入碱以后，会产生皂化反应生成松香酸皂、故取名为松香皂。它的主要成分是松香酸钠，属于阴离子表面活性剂的范畴。 松香皂是一种棕褐色透明状膏体，含水量约22%，加水稀释后为透明澄清液，不混浊，无沉淀，有松香特有的气味，PH值约8—10，表面张力约为（2.9～3.1）×10N/m。 松香皂是上世纪30年代最先由美国研制开发的。我国从上世纪50年代起仿制生产松香皂，并应用于佛子岭、梅山、三门峡等大型混凝土水库大坝和一些港口工程，以微气孔来提高其抗渗性和抗冻性。当泡沫混凝土兴起后，它又开始作为发泡剂使用。
2.松香皂的生产方法 松香皂是以松香为主料加入碱液和助剂，通过加热反应而制取的。其生产方法如下： ① 首先将碱液配成一定的浓度，这一浓度与反应能否顺利进行有关。它不是一个常数，而是由皂化系数来确定的。皂化系数是指1㎏松香所消耗的碱量。皂化1㎏松香所需的碱量可由下式计算： （3—1） 式中： m 碱用量； a 松香皂化系数 b 碱的纯度； k 碱的换算系数。 ② 选取合乎技术要求的二级或三级松香，粉碎成粉末状，放在空气中氧化一段时间，待其颜色加深到一定程度（可凭经验）时便可使用。注意，松香并非品质等极越高越好，一级松香就不能使用。因为一级松香在100℃附近温度范围容易形成结晶而影响皂化反应。 ③ 将碱溶液加入反应釜，升温至90～100℃，在搅拌状态下慢慢加入松香粉末。在加入松香时容易起泡而爆沸，所以要注意观察，当要沸溢时可停止添加。当物料加完之后，可在搅拌状态下反应一定的时间，其反应时间的长短将决定松香酸钠的生成量。反应终点可通过反应液的外观来判断，方法是取出少量反应液，加入热水稀释，若溶液清彻透明无沉淀，即反应完全、可终止反应。最后，调整PH值8—10左右即为成品。 ④ 按上述方法生成的松香皂发泡倍数低、消泡快、性能不好，为提高其性能，可在反应时加入各种改性剂，以改善其发泡能力和稳泡性。也可以在反应结束后，在成品中加入改性剂，但效果不如在反应过程中加入。松香皂的主要技术性能见表3—1。 表3—1 松香皂的技术性能
| 有效成分 | PH值 | 发泡倍数 | 1h泌水量（ml） | 1h沉降距（㎜） | 泡沫半消（min） | 泡沫全消（h） |
| ＞70% | 7～9 | 27～28 | 110～120 | 29～34 | ＞40 min | ＞5 |
FP—3型发泡剂是我们开发的改性松香皂新产品。在合成过程中，我们加入了三种改性剂，在合成后的成品内，又加入了两种改性剂。加入阳离子表面活性剂BD后，它的起泡高度有了提高，加入非离子型表面活性剂AT后，它的稳泡性有了明显的改善，分散性更好。另外，加入的其它有机、无机改性剂能与阳离子及非离子改性剂有协同作用。在这些改性剂加入后，松香皂的的发泡倍数提高至35倍，泡沫全消的时间延长到＞10 h，比现有产品的性能大大提高了一步。
3.松香皂的技术特点 松香皂的技术特点是生产工艺简单，成本低、价格低、发泡倍数和泡沫稳定性一般，其突出优点是与水泥相容性好，可与水泥中的Ca反应，生成不溶性盐，泡沫稳定性增加，有一定的增强作用。和合成类表面活性剂相比，它对泡沫混凝土的强度提高更有利。由于其泡沫稳定性和发泡倍数均不是太好，因而它只能用于密度大于600㎏/m以上的高密度泡沫混凝土，而不能用于500㎏/m以下的低密度泡沫混凝土。它价格虽较低但用量较大。 另外，松香皂在使用时需要加热溶解，比较麻烦，不如其它发泡剂使用简便。 大致讲，它可以作为一种低档次发泡剂使用。在泡沫混凝土技术要求不高时可以选用。 目前，松香皂的市场销售价约4500元～8000元/吨，各地不等。
松香热聚物1.简介 松香热聚物是世界上出现最早的发泡剂，由美国1937年首创，称为“文沙”树脂（Vinso），1938年获得专利。它是发泡剂的始祖。文沙树脂最早是由松树的根部含木松香的浸出物经过精制过程而得到的副产品。其性质与松香皂很相近。它最初的应用，是以产生的微小气泡（称微沫）来改善混凝土的保水性，水工工程的抗渗，寒冷地区路面及大坝施工的抗冻等。日本于上世纪40年代从美国引进“文沙”技术，由山宗化学株式会社生产，并用于日本著名的奥只见坝、田子仓坝等大型水工工程。此后，世界各国也纷纷引进或模仿“文沙”生产技术，使松香热聚物在世界范围内广泛应用，并使其由引气剂延伸为发泡剂，用途更加广泛。 我国于上世纪50年代开始仿照美国“文沙”树脂，生产松香热聚物作为引气剂用于混凝土和砂浆，后又用于泡沫混凝土。它是我国上世纪后半叶的主要引气剂和发泡表面活性剂品种。
2.技术原理 将松香与苯酚、硫酸等几种物质做原料，以适当的比例混合投入反应釜，在70～80℃环境下反应6h后得到钠盐缩合热聚物产品，即可得到松香热聚物类引气剂，是一种棕褐色膏状体。 不过这个反应过程相当复杂，松香中的羧酸和酚类的羟基发生缩合反应生成脂类。 所形成的大分子再与碱反应生成缩聚物的钠盐，其产物也是类属于阴离子表面活性剂。
3.技术特点 和松香皂相比，松香热聚物的产量和用量都要低得多，不如松香皂受欢迎。这主要是因为松香热聚物的性能与松香皂大体相当，但它的生产成本和价格却较高，不利于市场竞争。另外，它的生产以苯酚为原料，而苯酚有毒性，有生产安全问题和环境问题。这一切，决定了它没有多大的优势，优点没有松香皂多，因而推广受到限制。从目前的情况看，它也不如松香皂的应用普遍。因此，本书不再对其进行更详细的介绍。
(2)合成类发泡剂（第二代发泡剂） 继松香类发泡剂之后，我国在上世纪后期，开发了各种合成表面活性剂类发泡剂。这类发泡剂在国外于上世纪50年代就广泛地应用于水泥发泡，但由于当时我国的表面活性剂工业没有发展起来，所以一直没有开发应用。直到1980年以后，由于我国表面活性剂工业的规模化发展，这一类发泡剂才逐渐得到开发，并在近几年成为发泡剂的主流型产品。目前，市场上出售的大部分商品水泥泡发剂，均是合成表面活性剂类，约占发泡剂总产销量的60%。 合成表面活性剂类发泡剂按表面活性剂的离子性质，分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性离子型，种类繁多，是一个很大的家族，但优异性能的品种并不多，其主要原因，是这一类发泡剂总体讲泡沫稳定性较差，不适合于较低密度的泡沫混凝土。 在各种合成表面活性剂类发泡剂中，阴离子型因发泡快且发泡倍数大而受到普遍的欢迎。阳离子发泡剂价格很高且对水泥的强度有一定的影响，所以应用不多。非离子发泡剂的发泡倍数一般较小，而一般人多看重发泡能力，所以它也没有得到广泛的应用。两性离子发泡剂由于成本相当高，虽发泡尚可，也应用不多。下面仅就应用较多的阴离子表面活性剂作一详细介绍，对非离子表面活性剂也作一简述。
阴离子表面活性剂型发泡剂 阴离子型表面活性剂可用作发泡剂的有10多种,但最常用，成本最低、最易得的，是烷基苯磺酸盐类。其代表是十二烷基苯磺酸钠。 它是由苯环上带一个长链烷基（CH3CH2CH2…CH2 CH2…）的烷基苯，经用浓硫酸、发烟硫酸或是液体三氧化硫作为磺化剂而制得。实践发现，烷基的碳原子数以接近12时最为合适，性能最好。这个烷基可以是带有支链的含有12个碳原子和各种烷基。 十二烷基苯磺酸钠的合成工艺较为简单，目前主要以丙烯为原材料先聚合成丙烯四聚体 十二烯（C12H24），然后再与苯共聚成十二烷基苯复杂混合物，经发烟硫酸磺化成十二烷基苯磺酸，并用氢氧化钠中和成钠盐。 烷基苯磺酸钠是1936年由美国首先生产的，那个时期因用煤油作为生产原料，泡沫不好，后经多次改进成为应用最广的表面活性剂。 它的外观为白色或淡黄色粉末或片状固体，易溶于水而成半透明溶液，对碱和稀酸较为稳定，240℃发生分解。 烷基磺酸钠的表面张力约为2.96×10N/m，具有很高的表面活性，在很低的浓度下，也会有良好的发泡力。如在0.05%浓度时的发泡力84㎜，甚至更低的浓度也能发泡。而且，它的起泡速度很快，可以瞬间起泡，泡沫量大而丰富。高泡型表面活性剂在发泡得当的情况下，它的起泡高度可大于200㎜。 起泡快，泡沫量大，这是烷基磺酸钠的突出优点，也是它受到一些人欢迎的主要原因。 但是，正如许多合成表面活性剂类发泡剂一样，烷基磺酸钠是发泡容易存泡难。它的泡沫起的快，但消的也快，泡沫的稳定性是较差的，泡沫发起之后，几十分钟就会全部消失，想保留下来不容易。即使配合稳泡剂并采取其它技术措施，它的泡沫在30min左右也会消失大半。在发好泡之后，我们会十分清楚地看到它的气泡一个个迅速破裂，并可听到破泡的声音，本来很细小的泡沫会很快合并成越来越大的泡沫。 我国的现有发泡剂只所以大多稳定性差，低密度（500㎏/m以下）的泡沫混凝土难以生产，其重要的原因，就是因为国产的许多发泡剂均是合成阴离子型表面活性剂型的，有着和烷基磺酸钠相似或相同的性能特点。
非离子表面活性剂型发泡剂 用作混凝土或水泥发泡剂的合成表面活性剂，主要是聚乙二醇型，它由含有活泼氢原子的憎水原料和环氧乙烷发生加成反应而制得。 羟基、羧基、氨基以及酰氨基等的氢原子，都具有较强的化学活性。含有上述原子的憎水材料都可以与环氧乙烷生成聚乙二醇非离子型表面活性剂。例如由烷基酚与环氧乙烷进行加成反应即可制得烷基酚聚氧乙烯醚。 当参加聚合反应的环氧乙烷比例越大时，生成的表面活性剂的水溶性就越好。 烷基酚、脂肪酸、高级脂肪胺或是脂肪酰胺也易于与环氧乙烷进行加成反应制成表面活性剂。 非离子型表面活性剂是在水溶液中不能离解成离子的一类表面活性剂，目前它的产量和用量仅次于阴离子型表面活性剂，具第二位。它大体有四个类型：醚型、酯型、醚酯型和含氮型。 由于非离子表面活性物分子中的低极性基团端没有同性电荷的排斥，彼此间极易靠拢，因而它们在溶液表面排列时，疏水基团的密度就会增加，相应咸少了其它的分子数，溶液的表面张力则降低，表面活性增加，因而有一定的起泡能力。也正是因为它的疏水基团在水溶液表面排列密集，使水溶液所形成的气泡液膜比较密实坚韧，不易破裂，所以它的泡沫稳定性优于烷基苯磺酸钠，等阴离子表面活性剂，但发泡能力（起泡高度）远不如阴离子型。由于许多人对发泡剂是先看起泡性，故非离子表面活性剂往往会因起泡能力不强而不被人选用。 从长远看，由于非离子表面活性剂本身的特性，它被广泛用作发泡剂的可能是很少的，前景远不如阴离子型表面活性剂。
(3)蛋白活性物型发泡剂（第三代发泡剂） 蛋白型发泡剂是目前的高档发泡剂，性能较好，发展前景也较好。从发展的总趋势看，它在近几年的应用当中将占有越来越大的比例。虽然它的价格很高（大多在1.5万元/吨以上），由于它的性能较好，仍然会被市场接受。 蛋白类发泡剂是一类表面活性物质，它们共同的突出优点是泡沫特别稳定，可以长时间不消泡，完全消泡的时间大多长于24h，是其它类型的发泡剂望尘莫及的。另外，还有着比较满意的发泡倍数。虽然它的发泡能力不如合成类阴离子表面活性剂，但也居中等水平，不算太差。因此，目前国外发达国家的发泡剂基本上以蛋白类为主。 我国蛋白类发泡剂原来大多进口，来自意大利、美国、日本、韩国等发达国家，这几年国产的也越来越多。但总的来看，进口产品的质量仍然高于国产品。国产蛋白发泡剂的性能要完全达到进口的水平，还需要作出努力，在技术上进一步提高和改进。 蛋白发泡剂从原料成分划分，有动物蛋白和植物蛋白两种。动物性蛋白又分水解动物蹄角型、水解毛发型、水解血胶型三种；植物性蛋白也以植物原料的品种不同，分为茶皂型和皂角苷类等。
1.植物蛋白发泡剂 由于原料充足,目前我国的植物蛋白发泡剂已有一定规模的生产和应用。其主要品种为茶皂素和皂角苷。它们均属于非离子型表面活性物。
（1）茶皂素发泡剂 这种发泡剂是用油茶籽提取物茶皂素为主要成分提取而成的。茶皂素是从山茶科茶属植物果实中提取的皂甙，为一种性能优良的天然的非离子型表面活性物。1931年由日本首先从茶籽中分离出来，1952年才得到茶皂素晶体。中国于五十年代末期开始进行研究，到1979年才确定了工业生产的工艺。 皂甙含量在80％以上的产品，为淡黄色无定型粉末，ph=6～7；茶皂素的纯品为无色细微柱状晶，熔点224℃；皂甙含量在40％以上的产品，为棕红色油状透明液体，ph=7～8。水溶液中的茶皂素有很强的起泡力，即使在浓度相当低的情况下，仍有一定的泡沫高度。如将浓度提高，泡沫不仅持久，而且相当稳定，例如0.05％的茶皂素水溶液振荡后，产生的泡沫经30min不消散，而0.06％的上等肥皂水溶液产生的泡沫14min就消散了。 经提纯的茶皂素味苦，辛辣，有一定的溶血性和鱼毒性，在冷水中难溶，在碱性溶液中易溶。它对水硬度极不敏感，其泡沫力不受水的硬度的影响。它的起泡能力因浓度的增加而提高，表3—2是茶皂素不同浓度的起泡高度。 表3—2 茶皂素不同浓度的起泡高度
| 浓度 （%） | 起始高度（㎜） | 5分钟高度（㎜） |
| 0.05 | 68 | 65 |
| 0.10 | 86 | 86 |
| 0.25 | 113 | 113 |
茶皂素所产生的泡沫具有优异的稳定性，长时间不消泡，2880min（48h）仍能保持14㎜的泡沫高度（0.005%溶液），这是合成阴离子或非离表面活性剂无论如何也难达到的。表3—3是茶皂素泡沫在不同时间的稳泡高度。从表中可以看出，它的泡沫消散是十分缓慢的，稳定性相当好。 表3—3 不同浓度的茶皂素泡沫维持高度（㎜）
| 时间 （min） | 0.01% | 0.005% | 0.001% |
| 15 | 80 | 75 | 23 |
| 120 | 69 | 72 | 22 |
| 420 | 51 | 58 | 22 |
| 870 | 26 | 47 | 22 |
| 2880 | 9 | 14 | 5 |
茶皂素的发泡高度和合成类非离子或阴离子表面活性剂相比，是偏低的，但它的稳泡性却是那些合成类非离子或阴离子表面活性剂无法相比的。现将它们用表3—4进行发泡与稳泡性能的比较，由表中可以看出，茶皂素有着令人叹服的泡沫稳定性。 表3—4 茶皂素与其它表面活性剂性能比较
| 品 名 | 发泡高度（㎜） | 5分钟高度（㎜） | 10分钟高度（㎜） |
| 茶 皂 素 | 78 | 77 | 75 |
| 松 香 皂 | 130 | 121 | 105 |
| 烷 基 磺 酸 钠 | 160 | 135 | 118 |
| 聚 乙 二 醇 醚 | 84 | 51 | 30 |
如果茶皂素的发泡能力能得到改进，达到或超过烷基磺酸钠的水平，那么它的性能将会更加优异，用途也将更加广泛。目前，影响它大面积应用的，主要是它的起泡性仍不够理想，有待提高。我们主要采用加入增泡剂的方法来解决，效果很好，起泡高度已不低于烷基磺酸钠。FP—5A发泡剂即是我们研制的改性茶皂素。
（2）皂角苷型发泡剂 皂角苷型发泡剂的主要成份是三萜皂苷，是多年生乔本科树木皂角树的果实中的提取物，也属于非离子型表面活性物。 多年生乔木皂角树果实皂角中含有一种味辛辣刺鼻的提取物，主要成分为三萜皂苷。它具有很好的发泡性能。 三萜皂苷由单糖、苷基和苷元基组成。苷元基由两个相连的苷元组成，一般情况下一个苷元可以联结3个或3个以上的单糖，形成一个较大的五环三萜空间结构。 单糖基中的单糖有很多羟基能与水分子形成氢键，因而具有很强的亲水性，而苷元基中的苷元具有亲油性（憎水基）。三萜皂苷属非离子型表面活性剂。当三萜皂苷溶于水后，大分子被吸附在气液界面上，形成两种基团的定向排列，从而降低了气液界面的张力，使新界面的产生变得容易。若使用机械方法搅动溶液，就会产生气泡，且由于三萜皂苷分子结构较大，形成的分子膜较厚，气泡壁的弹性和强度较高，气泡能保持相对的稳定。 皂角苷的主要技术性能见表3—5。
| 项目 指标 | 外观 | 活性物含量 | 表面张力 | 水溶性 | 起泡高度 | PH | 固含量 | 相对密度 |
| Ⅰ型 | 黄色粉末 | | 32.86×10N/m | 溶于水 | ≥180㎜ | 5.0～7.0 | 一 | 一 |
| Ⅱ型 | 褐色液体 | | ≥50% | ≥1.14 |
皂角苷不但起泡力较好，而且其与茶皂素相似，具有优异的稳泡性能，连续观察24h，其泡沫高度仅下降28%，而同时试验观察的合成类稳定性好的表面活性剂发泡剂的泡沫早已一个不剩地完全消失。皂角苷的泡沫下降是匀速型，具体的试验结果见表3—6。 表3—6 皂角苷发泡剂泡沫稳定性试验结果
| 溶液浓度（%） | 起泡容量/mL | 5min后泡沫容量/mL | 泡沫稳定性（%） | pH 值 |
| 0.4 | 52 | 47 | 90.4 | 6.89 |
| 0.65 | 61 | 55 | 90.2 | 6.37 |
| 0.8 | 67 | 61 | 91.0 | 6.01 |
| 1.3 | 73 | 69 | 94.5 | 5.49 |
皂角苷的起泡力与温度有关，在温度20～90℃范围内，起泡力呈直线上升。这充分说明升温可以促进起泡。但是温度也促进消泡，温度越高则消泡速度就越快。以放置5min为例，40℃的下降约2.9%，80℃的下降为8.7%，90℃的下降为19.3%。 皂角苷的发泡能力和稳定性受外界条件的影响很小，对使用条件要求不严格。首先，它的起泡力几乎不受水质硬度而改变，它可以在水质硬度范围相当大的区域内使用，而许多合成类阴离子表面活性剂却很易受到水质硬度的制约，水质硬度略有偏高，起泡力和稳泡性能就会下降，甚至不发泡。其次，皂角苷也不受酸度的影响。在酸度Ph≈4～6的范围内，皂角苷的发泡保持正常，稳定性依旧。而合成类的一些阴离子表面活性剂，在酸性条件下会立即分解成脂肪酸和盐，失去了活性作用，不易起泡或根本不起泡。 由于皂角苷的稳定性优异，因而它的气泡不易合并和串连，所以它产生的泡沫和最终在混凝土内形成的气孔均是独立和封闭的，分布均匀、不会产生大泡，泡沫的形态和结构是十分理想的。分子结构大，在气泡表面定向排列后形成的分子间氢键作用力强，液膜黏度大且韧性好，是其泡沫稳定细密的主要因素。 由于我国皂角树资源没有茶树资源丰富，因而皂角苷的生产规模没有茶皂素大。我们研制生产的FP—5B型发泡剂即为改性皂角苷。鉴于皂角苷的稳定性十分优异而发泡倍数不如合成阴离子发泡剂的不足，为了提高其发泡力，我们在其中加入了两种增泡剂，同时还加入了一种稳泡剂，不但使其发泡倍数超过了合成阴离子表面活性剂，非常理想，而且稳泡性也进一步提高，优于单一成分的皂角苷，特别适合生产500㎏/m以下超低密度泡沫混凝土。但由于皂角原料不足，产量一直上不去，欢迎读者朋友们提供资源信息。
2动物蛋白型发泡剂 动物蛋白发泡剂的性能和植物蛋白发泡剂不相上下，发泡能力和稳泡性与植物蛋白大体相当。但因其原材料资源不如植物蛋白广泛，因而总的生产规模及应用量都不如植物蛋白。不论何种动物蛋白发泡剂，存在的普遍不足是价格高（目前为1.6～1.8万元/吨）、发泡倍数低于合成阴离子类发泡剂，因而用量较大，发泡成本偏高。这是动物蛋白发泡剂的普及应用不如合成类的根本原因，有待改进。改进的方向就是降低成本，提高发泡力。 由于动物蛋白发泡剂特别稳定，最适宜生产超低密度泡沫混凝土，特别是200～500㎏超 轻砼及制品。在一般情况下，泡沫混凝土600㎏/m以上的较易生产，而500 ㎏/m 以下的很难生产，300 ㎏/m 以下更难生产，而使用动物蛋白发泡剂，则很容易实现超低密度。因为，它即使在水泥用量极少，泡沫掺量极高时，也不易消泡塌模，浇筑稳定性仍然十分好。它的这种特性，决定了它虽然价高且发泡倍数略低，但是仍有非常广阔的应用前景。大家都知道，500 ㎏/m以下超低密度保温砼将是建筑节能的主导性产品，未来的用量是相当大的。而这种超低密度砼的生产，离开动物蛋白发泡剂是不行的。 动物蛋白发泡剂由于多用动物蹄角或废毛生产，因而有一种不好闻的气味，目前还没有办法完全除去。随着技术的发展，在将来可能会有所改善。 动物蛋白发泡剂前几年以进口为主，目前国产的也不少。虽然国产品和进口品相比，质量上还有些差距，但由于国产品的价格相对也低一些，还是有一定竞争力的。有些企业的产品目前已赶上进口品，完全可和进口品媲美。相信，将来的国产品都会达到进口品的水平。 动物蛋白发泡剂主要有水解动物蹄角、水解废动物毛、水解血胶三大类。
（1）动物蹄角发泡剂 这类发泡剂是以动物（牛、羊、马、驴等）蹄角的角质蛋白为主要原材料，采取了一定的工艺提取脂肪酸，再加入盐酸、氯化镁等助剂，加温溶解、稀释、过滤、高温脱水，而生产的高档表面活性物。外观暗褐色液体，有一定的腐味，pH值6.5～7.5。 这种发泡剂在动物蛋白三种发泡剂中，是性能最好的一种，泡沫最稳定，发出的泡沫保存24h仍有大部分存留。这主要因为物角质所形成的气泡液膜十分坚韧、富有弹性，受外力压迫后，可立即恢复原状，不易破裂。所以用它生产的泡沫混凝土气孔，大多是封闭球型，连通孔很少。 其主要技术性能见表3—7。 表3—7 动物蹄角发泡剂的技术性能
| 项 目 | 性 能 | 项 目 | 性 能 |
| 外 观 | 暗褐色液体 | 挥发有机物g/L | ≤50 |
| pH 值 | 6.5～7.5 | 游离甲醛 g/㎏ | ≤1 |
| 密度(g/㎝) | 1.1±0.05 | 茶 g/㎏ | ≤0.2 |
| 发泡形态 | 坚韧半透明 | 发 泡 倍 数 | ＞25 |
| 吸 水 率 | 20%以下 | 1h泌水量 (ml) | ＜35 |
| 起泡高度(㎜) | ＞150 | 1h 沉陷距 (㎜) | ＜5 |
（2）动物毛发泡剂 动物毛发泡剂是采用各种的动物的废毛的原料经提取脂肪酸，再加入各种助剂反应而成的表面活性物。动物废毛可采用猪毛、马毛、牛毛、鸡毛、驴毛等，也可采用毛纺厂的下脚料或者废品收购站收购的废毛织品如毛毯、毛衣等，只要含毛率达90%以上均可采用。其外观为棕褐色液体，有焦糊毛发味，pH值7～8。 这种发泡剂和上述动物蹄角发泡剂相比，起泡性能及稳泡性能均略次一些，但差别不是很大，技术性能大体相当，也属于优质高档发泡剂。它的起泡能力和松香树脂类及合成表面活性剂相比，要低一些，但泡沫稳定性要比其它发泡剂好得多。它的最大优点就是稳泡性好，适宜生产超低密度泡沫混凝土产品。 FP—6B型发泡剂是我们开发研制生产的废动物毛型发泡剂。为了克服其发泡倍数低、用量大、发泡成本高等不足，我们也对它进行了改性。改性方法是加入增泡剂，并复合了其它发泡剂，另外，还加入了少量稳泡剂。改性以后，它的综合性能大大提高，发泡倍数和发泡稳定性均达到了理想的程度，生产的泡沫混凝土密度可达到400㎏/m以下，且泡孔球形封闭。 动物毛资源丰富，所以我国此类发泡剂生产较多，其应用也比动物蹄角类广泛，是动物性发泡剂的主导产品。
（3）动物血胶发泡剂 这种发泡剂是以动物鲜血为原料，以水解、提纯，浓缩等工艺加工而成的。因为动物血价格较高，又是食品，故资源有限，发泡剂的生产成本较高。所以，它的实际生产和应用都比前两种少，缺乏竞争优势。根据发展趋势看，它也不可以普及应用。因此，本书不再对它进行更多的介绍。
(4)复合型发泡剂（第四代发泡剂） 综合分析前述三大类发泡剂，虽然目前应用较广，但是都存在性能不够全面，不能满足实际泡沫混凝土生产需要的弊端，没有一种能完全达到泡沫性能技术要求的。这表现在松香树脂类起泡力与稳泡性均较低，阴离子表面活性剂虽然起泡力很好但稳泡性太差，蛋白类发泡剂稳定性好却又起泡力低。这就是目前我国发泡剂总体水平低，质量不高的重要原因。如果我们仍停留在这个水平上，泡沫混凝土的发展势必会受到很大的影响，成为其发展的瓶颈。 解决上述单一成分发泡剂性能不佳的唯一方法，就是向第四代高性能发泡剂发展，走复合改性的道路，生产复合型发泡剂。可以肯定地说，未来的发泡剂，大多数将是多元复合型的，单一成分的会越来越少，第四代复合型发泡剂的时代一定会到来，并已经有了开端。我们已经看到，目前我国不少企业生产的发泡剂已成为复合型，综合性能有了很大的提高。以后，复合发泡剂无疑将成为主导，单一成分的会逐渐淘汰。
1.复合型发泡剂的复合方法 混凝土外加剂的复合是一个世界潮流，几乎各种外加剂都在走复合之路,而远非发泡剂，因为单一品种制剂即使性能再优异，它也不可能满足人们越来越高，越来越多，越来越严格的技术要求。一种发泡剂，它只可能在某一方面，或者某几个方面比较出色，而不可能在所有的方面都出色。世界上现在没有，将来也不可能有任何一种单一成份的发泡剂，完全可以达到人们期望的全面高性能要求。这就是单一成分的局限性。解决这一问题，用其它成分多元复合是十分科学而有效的。
（1）复合方法①互补法 当多元复合时，各元都有各元的优势，可以实现优势互补，把单一成分最欠缺的东西补救起来，使不完善的性能完善起来。例如，甲发泡剂发泡能力强但不稳定，我们可以用稳定性好的发泡剂来帮助它实现稳定；它成本较高，我们可以在不损害性能的前题下以低成本的成分来复合，降低它的成本。它的哪一方面性能我们不满意，就弥补它的哪一个方面。优势互补，是相互的，甲补了乙的不足，乙也可能补了甲的不足。这是复合“补”的方法。
②协同法 有时，多元复合虽不能互补，但可以协同。本来，二者或三者的性能在某一方面都不够好，但当多元复合之后，就可以产生“1+1+1＞3”的协同效应，使效果大大增强。协同效应是各种外加剂最常用的技术原理，效果非常明显。
③增效法 有些单一成分的发泡剂在某一方面的效果不好时，可以使用增效成分来加强，使它由劣变优。例如，蛋白型发泡剂普遍发泡能力较低，是它的弱点，我们可以加入增泡剂来加强它的起泡力。在加入增泡剂之后，它的泡沫量至少可提高30%，基本上可以满足发泡倍数的技术要求。各种发泡剂都可以用增效方法来提高它某一方面的性能。
④增加功能法 有些发泡剂的功能少，缺乏我们生产的某一方面功能的需要，这也可以通过加入外加剂的方法来解决，没有的功能我们可以增加。例如，有些泡沫混凝土要求憎水性强，但一般发泡剂均无憎水性，我们就可以在发泡剂中加入既有助于发泡，又有憎水性的外加剂，让它生产的泡沫混凝土具有憎水功能。其它的功能，也可以通过这种方法来增加。
（2）复合外加剂的组分 复合外加剂的基本组分有以下几个。这几个组分并不是每一种发泡剂都要齐全的，可以根据实际的需要来确定，可多可少。
①基本组分 复合外加剂的基本组分也就是各种单一成分的发泡剂。它可以是一种、或多种。其在复合发泡剂中的比例应大于80%
②外加剂组分 外加剂组分可以有多个，其在复合发泡剂中的总比例应＜20%。它可以由以下几个组分成： a 增泡组分：主要增强发泡剂的发泡能力。它可以是一种或几种增泡剂； b 稳泡组分：主要提高泡沫的稳定性。它也可以是一种或数种稳泡剂； c 功能组分：主要增加发泡剂的各种功能。它可以是一种或几种功能成分，具体种类应根据功能要求来确定。 d 调节组分：主要调节发泡剂的其它性能，使它更符合发泡要求，它可以是一种或多种调节材料。
三、适用范围 1）地面辐射采暖的绝热层及屋顶隔热保温； 2）建筑物内外填充墙砌块，隔音墙壁； 3）市政管道如供水、供暖，输油管道等的保温、防潮、防腐； 4）植物栽培温室和贮藏冷库的建造； 5）填充隧道内部空隙及建筑物缝隙； 6）人行道、运动场、球场的基层铺设；
四、发泡水泥生产特性 (1)发泡速度要适当，过快过慢都会影响混凝土质量。 (2)生成的氢气气泡直径要小而且分散均匀。尤其是水泥浆全容积状态下浇注入模，更需分散均匀，才能保证浇模质量。 (3)产生气体时不得影响水泥的凝结和固化。如果延缓水泥凝结，会招致水泥强度下降或产生水泥异常凝结现象。
五、包装及贮存 一般200kg/桶，发泡剂应密封存放在专用仓库或固定的场所妥善保管，以易于识别和便于检查。应放用后将剩余溶液密封保存，勿混入异物。本产品不属易燃、易爆品。 六、植物和动物水泥发泡剂的优缺点 植物性水泥发泡剂选用进口优质天然植物高分子材料为原料，经一系列复杂的化学反应生成，产品呈浅黄色的纯净透明油状液体。对硬水不敏感，无毒、无味、无沉淀物。PH值接近中性，对水泥和金属无腐蚀性，对环境不产生污染。该发泡剂耐储存、不易变质，具有优异的起泡能性，泡沫丰富，泡沫的稳定性适中。用该发泡剂制作发泡水泥具有耗用量少、成本低、质量稳定等特点，每桶发泡剂(200kg)可生产发泡水泥500立方米左右，所以被大量的应用于地暖工程以及屋面保温工程中，可显著地降低施工成本。 缺点：1.因用该发泡剂制作的发泡水泥其内部气孔为连通状，所以发泡水泥的透气性好、抗渗透性差，不能用于抗渗水的工程中。 2.在同样密度下与动物性发泡剂制做的发泡水泥相比，其保温性能、抗压强度均稍损一些，因而在一些具有特殊要求的工程中的应用受到一定的限制。 3.由于受植物性发泡剂泡沫稳定性的制约，一次性浇注的发泡水泥的厚度一般不超过200毫米，否则易出现表面塌陷现象。 动物性水泥发泡剂以精选的动物(牛、羊)角质蛋白为主要原材料，经一系列水解反应，加温溶解、稀释、过滤、高温缩水而成。采用进口先进设备和最新制造工艺生产，生产过程实行严格的品质管理，产品呈暗褐色粘性液体，杂质含量低，刺激性气味较轻，品质均匀，质量一致性好，具有良好的起泡性和优异的泡沫稳定性，属新一代动物性水泥发泡剂。由于用该发泡剂产生的泡沫表面强度很高，泡沫极其稳定，用其制作的发泡水泥其气泡呈相互独立的封闭状态，气泡与气泡之间不连通发泡水泥制品的抗渗透性很好。 1.在同样密度下，与用植物性发泡剂制作的发泡水泥相比其密封性和保温性较好，强度高。 2.由于其优异的泡沫稳定性，其一次性浇注的发泡水泥的厚度可以达到1.5米以上而不塌陷，因而适合于发泡砖、轻质板材、轻质墙体的生产。 缺点：1.由于生产工艺复杂，产品成本较高。2.该发泡剂起泡性不及植物性发泡剂，制作发泡水泥的耗用量较高。3.具有一定的刺激性气味，制作成发泡水泥之后才能消失。
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