第五章引氣劑與引氣減水劑5.1引氣劑的種類與化學性質(zhì)5.2引氣劑在混凝土中的作用5.3引氣減水劑5.4引氣劑及引氣減水劑的工程應用1938年美國引氣劑推廣公路應用1942年美國引氣混凝土施工規(guī)范1948年廣泛應用

我國：1950年開始，松香熱聚物、松香皂、復合多功能產(chǎn)品。近年：引氣劑領先地位是日本。5.1.1松香類引氣劑

特點：性能可靠、制備簡便、價格便宜

松香皂類松香熱聚物松香皂類引氣劑主要成分：松香酸制備過程：松香酸，遇堿→皂化反應→松香酸脂（松香皂）

配制燒堿（NaoH）溶液a=k100B/ca——堿用量，g

c——堿純度

K——0.71，NaoH換算系數(shù)B——松香皂化系數(shù)，中和1kg松香所需NaoH質(zhì)量，一般160～180。②松香處理（二級、三級松香）

松香→粉碎→粉狀→氧化（在空氣中）→顏色加深

③皂化過程

堿液加熱至沸，徐徐加入松香，邊加邊攪拌（防止爆沸）反應結束時：PH值8～9，澄清透明，無渾濁，無沉淀松香皂物理性質(zhì)：外觀為棕色膏狀物，含水22%，PH8～102.松香熱聚物引氣劑由于樹脂酸中具有－COOH，加堿后會發(fā)生反應生成皂類。將松香與石碳酸(苯酚)、硫酸按一定比例投入反應釜，在一定溫度和合適條件下反應，該反應過程相當復雜，經(jīng)過縮合、聚合反應，變成一種分子比較大的物質(zhì)，再用過氫化鈉處理成為鈉鹽的縮合熱聚物。5.1.2烷基苯磺酸鹽類引氣劑工業(yè)上是用廉價的石油化學制品丙烯為原料，使其聚合成丙烯四聚體，再與苯反應，則得到十二烷基苯的復雜混合物。

5.1.3其他類型引氣劑（1）皂角苷類引氣劑（三萜皂苷）萜萜類通式（C5H8）n

皂苷（堿皂體

）單糖基甙鍵甙元基皂角苷類水溶性引氣劑產(chǎn)品主要由三萜皂甙與少量改性化學物質(zhì)混合而成。它的生產(chǎn)原理主要是利用三萜皂甙易溶于水和乙醇的特性，從植物原料中溶出三萜皂甙成份，然后經(jīng)與殘渣分離、濃縮精制而成。根據(jù)生產(chǎn)條件不同，可分別采用“水溶法”和“乙醇法”兩種工藝生產(chǎn)。引氣原理

皂角苷類引氣劑的引氣作用是由三萜皂甙的分子結構決定的。單糖基中的單糖有很多羥基(-OH)能與水分子形成氫鍵，因而具有很強的親水性；而甙元基中的甙元具有親油性，是憎水基團。因此三萜單甙是一個即含親水基團又含憎水基團的兩性分子。

當三萜皂甙溶于水后，分子就定向排列在氣液界面上，降低了溶液的表面張力，從而使新界面的產(chǎn)生變得更容易。若用機械方法攪動溶液，就會產(chǎn)生氣泡。由于三萜皂甙分子結構較大，形成的分子膜較厚，氣泡壁的彈性和強度較高，氣泡保持相對穩(wěn)定。溶液濃度

（%）起泡容量

（ml）5分鐘后泡沫容量

（ml）泡沫穩(wěn)定性

（%）PH0.40524790.46.890.65615590.26.370.80676191.06.01皂角苷類引氣劑溶液起泡能力和穩(wěn)定性

試驗項目實測結果國家標準指標符合標準等級一等品二等品減水率（%）11.0≥6≥6一等品泌水率比（%）49.3≤70≤80一等品含氣量（%）5.43.5～5.53.5～5.5一等品凝結時間（min）一等品初凝+44-60～+60-60～+60一等品終凝+49-60～+60-60～+60抗壓強度（%）3天93≥95≥80合格品7天103≥90≥80一等品28天94≥90≥80一等品90天97≥90≥80一等品收縮率比（%）113≤120≤120一等品相對耐久性指標（%）200次200次300次一等品98≥80

鋼筋銹蝕無害無害無害一等品皂角苷類型引氣劑檢測結果與我國《混凝土外加劑標準》指標比較

生產(chǎn)情況我國摻引氣劑的混凝土僅占混凝土總量的20～30％。而發(fā)達國家占70～80％，我國混凝土總年生產(chǎn)量約為2億M3，即有6000萬M3。應使用引氣劑的年產(chǎn)量至少為6000噸，價值約1.2億元。我國的混凝土工程的耐久性將有非常明顯的提高。

皂角苷引氣劑利用野生植物為原料，資源豐富，已建成年產(chǎn)1000噸的生產(chǎn)線，近幾年來共生產(chǎn)了約1500噸，用于工程。提高了抗凍耐久性。引氣劑已作為泵送劑組份之一。皂角苷類引氣劑的優(yōu)缺點：

(1)引氣劑的氣泡結構較好，產(chǎn)泡半徑較小，因此抗凍性指標較高，強度降低相對較小。

(2)水溶性極好，施工使用方便。

(3)與減水劑、緩凝劑復合性能較好。

(4)本產(chǎn)品的缺點是有些刺鼻，但無害，配制人員請戴口罩。易潮解結成小團，但在水中即溶解，不影響使用效果。（2）脂肪酸及其鹽類引氣劑動物脂肪→皂化→脂肪酸鹽（引氣性質(zhì)）5.2引氣劑在混凝土中的作用5.2.1引氣劑的作用機理未摻引氣劑的混凝土：空氣被漿體包裹形成氣泡，但當氣泡互相靠近時，極易相互兼并增大，并上浮至表面，從而破滅消失。

引氣劑的作用主要有兩個方面：一是使引入的空氣易于形成微小氣泡；二是防止氣泡兼并增大、上浮破滅，也就是要保持微小氣泡穩(wěn)定，并均勻分布在混凝土中。未摻引氣劑混凝土中不穩(wěn)定的氣泡2.引氣劑在液-氣界面上的吸附與排布

引氣劑與減水劑的界面活性作用區(qū)別：減水劑界面活性作用發(fā)生在液-固界面上，引氣劑發(fā)生在液-氣界面上。

氣泡：液體薄膜包圍著的氣體。引氣劑是表面活性物質(zhì)，由非極性基和極性基構成。對于液—氣體系，其非極性基深入氣相，而極性基留于水中，從而吸附在氣泡的液—氣界面上形成定向排布。

由于引氣劑分子在氣泡表面的這種定向吸附與排布作用，使吸附了引氣劑的氣泡難于兼并增大，從而能夠穩(wěn)定地分布在混凝土中。

3.引氣劑的作用機理

降低液—氣界面張力作用

含氣量一定時，體系的液—氣界面積增大，體系總界面自由焓將增大，體系處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)。摻入引氣劑后，由于降低了液—氣界面張力，即使氣泡不相互兼并增大，也使體系總的液—氣界面積保持不變，整個體系的液—氣界面自由焓不增大，或者還有所降低，使體系處于熱力學較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

(2)氣泡表層液膜之間的靜電斥力作用

離子型表面活性劑作為引氣劑時，分子在水中電離成陰、陽離子，使氣泡表面液膜帶上相同的負電荷，氣泡之間便產(chǎn)生靜電斥力，阻止氣泡進一步靠近，提高氣泡的穩(wěn)定性。

(3)水化膜厚度及機械強度增大作用引氣劑在氣泡表面吸附時非極性基深入氣相，極性基留于液相。吸附了引氣劑分子的氣泡表面水化膜增大，機械強度提高，氣泡表面黏度及液膜彈性增大，這樣當氣泡碰撞接觸時，氣泡間液膜便不易排液薄化，同時氣泡的彈性變形還有利于抵消氣泡所受的外力作用。純液體中氣泡有表面活性劑的氣泡(4)微細固體顆粒沉積氣泡表面形成的“罩蓋”作用陰離子型引氣劑，會吸收和集中在氣泡表面，使混凝土中的氣泡實際上成了氣固液三相氣泡，固體顆?！罢稚w”薄膜使氣泡表層膜厚度增大，機械強度和彈性提高。此層“罩蓋”薄膜使氣泡靠近時水化膜更不易排液薄化，因而氣泡更難兼并增大，并且還有助于阻止氣泡上浮和凝聚，從而使大量微小氣泡能夠穩(wěn)定地均勻分布在混凝土拌合物中。

5.2.2引氣劑對混凝土性能的影響1、和易性引氣劑引進了大量微小且獨立的氣泡，這些氣泡如滾珠一樣使混凝土的和易性得改善。尤其在骨料粒形不好的碎石或人工砂混凝土中。2.泌水性引氣劑使混凝土拌合物中的骨料與水泥漿的黏聚性加大，使它們的離散性減弱，使拌合物更好地處于均質(zhì)狀態(tài)，使拌合用的水分能更長時間地停留在水泥漿中而減少了泌水性。3、強度引氣劑使混凝土的強度有所降低。規(guī)律：含氣量每增加1％，抗壓強度約減低4％～5％，抗折強度約降低2％～3％。強度的降低還受到骨料最大粒徑的影響，最大粒徑越大，則強度降低率越小。在一定條件下，引氣反而可以提高混凝土的抗折強度。犧牲少量強度來大幅度提高混凝土耐久性或使用壽命是值得的，損失的強度通過其它技術得到彌補。另外，引氣劑使混凝土成本增加很小，帶來許多施工便利，那么混凝土結構的綜合成本只會降低。試樣引氣劑摻量（‰）含氣量（%）同水灰比條件同和易性條件坍落(mm)強度(MPa)坍落(mm)強度(MPa)

7d28d

7d28d基準混凝土01.06031.141.46031.141.4皂角苷（A2)引氣混凝土0.12.27529.439.06732.242.50.24.78025.332.85628.637.50.36.89019.924.95023.832.7Vinsol引氣混凝土0.052.57528.838.15532.042.20.14.88524.632.05228.038.00.157.19019.825.05024.533.3松香熱聚物（SR）引氣混凝土0.033.77025.933.3

0.065.68520.526.0

0.17.71014.317.8

同水灰比或同和易性條件下引氣劑品種對混凝土抗壓強度的影響

同水灰比條件下含氣量對混凝土強度的影響同塌落度條件下含氣量對混凝土強度的影響4、耐久性引氣劑使混凝土用水量減少，泌水率減低，混凝土內(nèi)部的大毛細孔減少。微小的氣泡占據(jù)著混凝土的自由空間，切斷了毛細管的通道，這些微小空間可以作為體積膨脹的“緩沖閥”，降低和延緩其它物理膨脹(如鹽晶體結晶壓等)和化學反應膨脹(如堿骨料反應和硫酸鹽反應等)引起的混凝土破壞。使混凝土的抗?jié)B性得到改善?？够瘜W物質(zhì)侵蝕作用和對碳化的抵抗作用等也同時得到提高。

在相同條件下，使用引氣劑的混凝土耐久性或使用壽命可提高5倍以上，因此給國家?guī)淼慕?jīng)濟效益是非常巨大的。試驗項目混凝土品種20％NaCl溶液中干濕循環(huán)后的膨脹率(×10-4)按JGJ53—92標準測得的堿集料反應的膨脹率(×10-4)10次15次0.5個月2個月不摻引氣劑3.29.226.52.98引氣量4.5％1.85.410.01.28皂角苷類引氣劑對混凝土抗鹽結晶壓和堿集料反應膨脹破壞的影響

試樣基準混凝土AE2型引氣混凝土Vinsol引氣混凝土含氣量（%）1.64.45.87.95.07.59.5剝

落

量

kg

/

m2凍

融

循

環(huán)

次

數(shù)70.500.040.03--0.03----101.210.070.05--0.06----142.700.110.080.060.100.050.02215.470.240.130.090.210.100.05288.190.450.270.140.400.150.0835---0.650.390.180.610.190.1041---0.860.520.260.760.250.13（次）4956-------1.131.350.650.820.310.390.890.980.330.420.170.21AE2引氣劑和Vinsol引氣劑對混凝土抗鹽凍融剝蝕性能的影響

AE2引氣劑和Vinsol引氣劑對混凝土抗鹽凍剝蝕性的影響

假定不摻引氣劑混凝土的使用壽命為10年(需大修)，每立方米混凝土：工程造價為2000元，使用引氣劑混凝土的使用壽命提高5倍，假如使用引氣劑的140萬立方米混凝土中約有100萬立方米是用來提高耐久性或使用壽命，則相當于每年可以為國家節(jié)省維修費用約為：（2000/10-2000/50）*100=1.6億元/年以混凝土公路為例，引氣劑已在東北地區(qū)約100多公里的高等級混凝土公路中使用。這些公路每公里工程造價約為1200萬元(以每立方米混凝土計，工程造價約為4000元，)。若不使用引氣劑，混凝土公路約10年需大修一次，使用引氣劑后，混凝土公路的使用壽命至少可以延長到40年，引氣劑在100km的高等級混凝土公路中使用，相當于每年可以為國家節(jié)省維修費用約：(1200/10-1200/40)*100=9000萬元

5.引氣劑對新拌混凝土性能的影響

增加：漿體體積、拌和料潤滑、漿體粘度、屈服應力

提高：工作性、塑性、內(nèi)聚性原材料比例不變的條件下，引氣可以提高混凝土的流動性，

相同塌落度下，引氣可以降低拌和用水量。降低新拌混凝土的塌落度損失。降低因離析和泌水帶來的不利影響，改善混凝土質(zhì)量。

提高新拌混凝土的可泵性能，含氣量一般以小于6％。

6.降低混凝土綜合成本

下面抗壓強度為指標計算，假定不摻引氣劑混凝土的水泥用量為330kg/立方米，混凝土、水泥、和引氣劑的價格為350元/立方米、400元/t和2.6萬元/t。含氣量為4％(摻引氣劑為水泥量的0.017％)，混凝土的抗壓強度認為不損失，引氣后每方混凝土增加的成本為：0.33×1.7×10(-4)×26000=1.46元；但同時引氣4％相當于原來l立方米混凝土的體積增加為1.04立方米，每方增加收益為0.04×350=14元，因此每方混