复合干酪素在水泥基材料中的应用性研究

2017-11-21Plank肖力光张士停

绿色环保建材 2017年10期

关键词：自流平塑化塑化剂

边航 J.Plank 肖力光张士停

1.吉林建筑大学

2.慕尼黑工业大学

复合干酪素在水泥基材料中的应用性研究

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1.吉林建筑大学

2.慕尼黑工业大学

干酪素可以提高砂浆流动性和自愈合性，是水泥基自流平材料最重要的塑化剂之一。然而，天然干酪素产品存在质量波动问题，对砂浆性能具有严重影响。本文通过将天然干酪素组分分离纯化，制备了人工复合型干酪素，考察了复合干酪素对自流平砂浆流动性及稳定性的影响，为实现高品质自流平外加剂提供了一定指导。

自流平砂浆；干酪素；超塑化剂

1 前言

干酪素也叫酪蛋白，是一种重要的食品添加剂，可以改善食品的物理性状，起到增粘、粘结、发泡、持泡等作用。在工业中，干酪素显示了较好的粘结和成膜性能，主要应用于造纸、纺织，涂料及皮革行业。在建筑中，干酪素的最早应用可以追溯到古罗马时代，工匠们将含有干酪素的牛奶制品添加到水泥基材料中以改善其和易性。近几十年来，干酪素主要用作水泥基自流平砂浆中的塑化剂，起到显著的塑化及促进砂浆自愈合作用。

干酪素主要由三种蛋白组分组成，分别为α-,β-和κ-酪蛋白。这三种酪蛋白具有不同的官能团和氨基酸成分，其亲水疏水特性也有区别。WALSTRA报道了酪蛋白的球形胶束结构，指出球形胶束由次级胶束组成[1]。α-,β-酪蛋白通过憎水相互作用形成胶束中心，而亲水的κ-酪蛋白则更多富集在胶束表面。我们的前期工作报道了干酪素在水泥基材料中的作用机理[2]。在水泥孔溶液中，干酪素胶束分解成直径约20nm的次级胶束，这些次级胶束与球形胶束具有相似结构，即α-,β-酪蛋白位于次级胶束中心，亲水的κ-酪蛋白位于胶束表面起到稳定作用。次级胶束通过静电作用吸附在水泥颗粒表面，增加水泥颗粒表面电荷密度，进而增大水泥颗粒间的斥力，起到分散水泥的塑化作用。由此可见，酪蛋白的三种蛋白组分对其胶束结构及其在水泥基材料中的塑化功能都有重要影响。

干酪素在应用中的一个常见问题是质量不稳定，作为天然蛋白质制品，不同批次的干酪素由于牛乳来源，取乳时间等因素不同，在水泥基材料中的塑化性能往往差别较大。为改善天然干酪素产品质量波动问题，本研究尝试制备了人工复合型干酪素。首先，我们通过色谱分离方法制备了单一酪蛋白组分。然后，将不同组分酪蛋白进行重组得到复合型干酪素。进一步，将复合干酪素应用于水泥自流平材料中，考察其对砂浆流动性及稳定性的影响。

2 试验

2.1 原材料

天然干酪素，硅酸盐水泥，高铝水泥（Al2O3含量约40%），无水硫酸钙。

2.2 试验方法

通过快速蛋白质液相色谱对天然干酪素进行分离。天然干酪素样品用含二硫苏糖醇和乙二胺四乙酸二钠盐的3.3M尿素溶液处理，用流动相洗脱。分离后的酪蛋白组分通过超滤膜提纯、浓缩，进一步冻干后得到α-,β-和κ-酪蛋白粉末。将单一酪蛋白粉末按天然干酪素中各蛋白组分比例混合，获得复合干酪素样品。

自流平砂浆采用硅酸盐水泥—高铝水泥—无水硫酸钙三元复合胶凝材料为基础的配方设计。

3 结果与讨论

通过砂浆流动度试验测定干酪素对水泥基自流平材料的塑化作用。采用30×50mm试模，将不同批次的天然干酪素样品掺加在自流平砂浆中进行流动度测试，结果显示不同批次干酪素样品对砂浆的分散能力差异较大。这一结果证实了天然干酪素产品的质量波动问题。在其生产过程中，由于取乳季节等因素不同，造成天然产物中蛋白组分不同，从而影响其作为水泥基材料塑化剂的质量稳定性。

通过液相色谱将天然干酪素进行蛋白质分离，得到单一酪蛋白组分并重新复合。进一步通过流动度试验考察复合干酪素与天然干酪素的差别。流动度试验采用14×25mm试模以减少酪蛋白用量。结果如图1所示，掺加复合干酪素的砂浆初始流动值达到6cm以上，最大流动值为7cm。相比于天然干酪素，复合干酪素对自流平砂浆的初始流动性具有更大改善。这一结果可能与干酪素胶束结构有关。在水泥孔溶液中，天然干酪素胶束需要时间分解成次级胶束，再进一步吸附在水泥颗粒表面起到分散作用。而复合干酪素是由单一酪蛋白组分混合而成，在水泥孔溶液中不再需要经历胶束解离过程，可以更快吸附在水泥颗粒表面增加其表面电荷，所以在初期具有更强的分散能力。