引气剂在混凝土中的应用

引气剂在混凝土中的应用

刘 玮

清涧县交通工程质量技术服务站，陕西 榆林 718399

摘 要：引气剂在改善混凝土和易性、抗冻性、抗渗性等耐久性方面发挥着重要作用，论文从引气剂定义和原理出发，综述了国内外引气剂的种类以及作用机理，介绍了引气剂在实际工程中的应用及注意事项。

关键词：引气剂；种类；作用机理；性能

引言

引气剂对混凝土性能有着显著的影响，在国外也被广泛的用于混凝土生产中。美国的“文沙”树脂是各个国家最开始仿制的混凝土引气剂，上个世纪五十年代，中国开始生产松香空气夹带剂(包括松香热聚合物和松香皂)，并在一些较大的混凝土项目中应用^[1]。为此，探索引气剂的种类以及作用机理，了解引气剂在工程中的作用以及使用所需注意的事项，不仅能够使引气剂更好的在实际工程建设领域中得到应用，提高引气剂的利用技术效率和水平，同时对发展高性能、长寿命混凝土具有重大的意义。

1 引气剂的类别及作用机理

绝大多数引气剂为疏水性表面活性剂，其溶于水后，在混凝土拌合过程中生成大量均匀稳定、独立封闭的微气泡。这些微小的气泡会在混凝土硬化后演变成孔隙。基于气泡的滚珠轴承效应和气孔的缓涨释压作用，添加适量的引气剂可改善新拌混凝土的工作性、保水性和粘结性，提高硬化后混凝土的抗弯性能和耐久性。

1.1混凝土引气剂的品种及主要成分

（1）松香类引气剂

松香类的引气剂应用于我国工程界最早的引气剂，使用范围很广泛，松香树脂是其重要的成分。其化学结构相对复杂，但制备方法简单，成本低价，产品稳定可靠，在中国早期的混凝土工程中得到了广泛的应用。

（2）烷基苯磺酸盐类引气剂

烷基苯磺酸盐为市面上最常见的合成类的洗涤剂，是最普通的表面活性剂，其成份以烷基苯磺酸盐为主。制造业上一般以通过廉价石油制品得到的丙烯为基材，通过工艺手段使其聚合成聚丙烯，再使得到的聚丙烯与苯发生进一步的化学反应得到十二烷基苯聚合物。最为常见同时也最具代表性的烷基苯磺酸盐产品就是十二烷基苯磺酸钠（SDBS）。SDBS是一种阴离子表面活性剂，溶于水，吸附水中固体颗粒并产生气泡。泡膜组成主要为硫酸钠和氯化钠等无机盐，所产生气泡半衰期较短，稳定性差，经时损失大，使得其在气泡至气孔演变过程不可控，形成气孔质量差。

（3）皂角苷类引气剂

多年生长的皂苷树，其果实皂苷具有一种刺激性物质，学名为三萜皂甙；三萜皂甙与其他改性剂混合反应即可得到皂甙类引气剂。皂甙类引气剂为非离子表面活性剂，在水中呈现两种基团整齐排列，可明显降低气液界面间的表面张力，使得在机械搅拌过程中更容易形成密闭均一的气泡，且在皂甙形成的气泡周围存在一层富有粘度和弹性的液膜。

1.2引气剂的作用机理

（1）降低表面自由能

在拌合混凝土的过程中，由于机械搅拌作用，即使不加入引气组分，混凝土内部也会存在1%~2%左右的包埋气泡。但这些气泡不稳定，很容易在振动过程中逃逸。而引气剂属于表面活性剂，加入引气剂后气液界面张力下降。体系内的自由能降低，在拌合过程就可以引入更多更细密均匀的气泡。

（2）起泡作用

与泡沫一样，新拌水泥砂浆中气泡的形成和稳定性应视为两个独立的过程。新水泥砂浆中的气泡本质上是不稳定的。分散的空气与周围基体之间的界面包含自由表面能，其热力学趋势为界面面积的减小。因此，所有的气泡都有一个寿命(持久性)。Myers提出了导致气泡破裂的三个基本物理机制：①空气从尺寸较小内部压力大的气泡扩散到尺寸较大内部压力较小的气泡或扩散到泡沫周围的溶液中；②泡沫聚结由于毛细管流导致相邻的气泡之间的层状薄膜破裂(即使在稳定系统发生几率也低于机制1)；③快速水动力排水之间的液体泡沫导致快速崩溃。但当水中加入引气剂，搅拌会容易引入大量不易消失的气泡。引气剂由于具有亲水和亲油的两端官能团，可吸附在气－液界面上，界面自由能降低，整个体系更容易起泡，起泡后不易消失。

（3）稳泡作用

研究发现，当一些外加剂或劣质引气剂添加到混凝土，可以引入大量的小气泡在混合过程中，但当混凝土滞留一段时间，或在运输、装卸、浇注过程中因不可抗力延时，混凝土的含气量将大大衰减，大多数泡沫聚并和溃灭。而掺有优质引气剂的混凝土不同。在搅拌过程中会引入大量的细气泡，这些微气泡能够更稳定地存在，这是混凝土中存在一定结构孔隙的重要保证。

2 引气剂的基本效用以及应用时的注意事项

2.1混凝土引气剂的基本效用

混凝土引气剂的基本效用主要包括以下3个方面：

（１）改善新拌混凝土的和易性

和易性是指新拌水泥混凝土容易于各个施工工序操作（搅拌、运输、浇注、捣实等）并能获得质量均匀、成型密实的性能，其含义包含流动性、粘聚性及保水性，流动性可以用坍落度试验测量坍落度来评价，而粘聚性和保水性通常依靠直观经验来综合评定。引气剂属于表面活性剂，其中大部分为阴离子表面活性剂。在水灰比恒定的条件下，加入引气剂，可提高新拌混凝土的流动性。

（2）对硬化混凝土强度的影响

通常引气剂在混凝土中引入大量气泡，气泡的存在会降低混凝土的强度，但这些气泡如果微小、均匀、稳定，反而减小了应力集中效应，提高混凝土强度特性。而且引气剂也兼具一定的减水作用，在保证新拌混凝土流动性不变的条件下，适当的降低混凝土的水灰比也会对引气剂造成的强度降低具有一定的补偿作用。

（3）提高硬化混凝土的耐久性

在低温地区掺加引气剂可以较少减少混凝土的早期冻伤，提高硬化混凝土的耐久性。混凝土内部水结冰产生的静水压力或渗透压力，如果这种压力在对混凝土内部结构造成破坏之前就得到缓冲释放，就可以避免因冻胀对混凝土材料产生的破坏。通过引气剂使混凝土内部产生大量均匀稳定的微小气泡，是提高混凝土抗冻性的有效手段，均匀分布在混凝土内部的气泡可以有效的切断混凝土内部的毛细管通道，进而起到缓冲减压的作用，有效减少冻胀应力的影响以造成混凝土内部结构的破坏，从而大大提高混凝土的抗冻性^[3]。

2.2引气剂在使用过程中应注意的事项

（１）严格控制引气剂的掺量

虽然实际工程应用中掺入引气剂的量很小，通常只占水泥用量的0.1%～1% ^[4]，但是会对混凝土的性能有很大的影响。添加引气剂掺量可以有效的增加混凝土的耐久性，同时也会对混凝土的强度带来不利影响，造成强度的下降，因此混凝土在施工前应通过多次平行试验确定引气剂的适宜掺量，同时满足混凝土强度以及耐久性的要求。

（２）正确选择引气剂品种

在施工过程和日后服役时，由于对混凝土性能有不同的要求，如泵送性或早强性，当需要同时使用多种掺合料时，某些引气剂品种和其他种类掺合料混掺，其本身性能会降低甚至失去引气效果，例如有些引气剂与聚羧酸减水剂一起加入混凝土中后，引气剂的引气作用就会遭到削弱。并且有些引气剂也还有减水的效果。因此，有必要在施工前进行试验，以确保多种外加剂协同使用后的效果能够满足要求。

（3）引气剂的使用方法

若引气剂为粉剂，将水泥、砂石、引气剂称重入搅拌机，干混10s使其混合均匀，再加入称好的水，；如果引气剂为液体，应加水稀释后加入混凝土搅拌机中，以达到均匀搅拌的效果。

3 结语

虽然我国在实际工程中掺加引气剂己经有四十多年的历史，但还存在引气剂产品质量参差不齐的问题，而且尽管引气剂可以改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能，但如果使用不当，反而会给工程带来不利的影响，这些原因导致引气剂在国内的普及率还是相对较低。因此，施工中应重视引气剂使用的合理性。

参考文献 ：

1. 白亚飞,任俞莹,王栋民.国内外混凝土引气剂专利文献分析研究[J].新型建筑材料,2019,46(12):47-51.

2. 周世华,杨华全,董维佳,苏杰.引气剂对混凝土性能的影响研究[J].混凝土,2008(11):56-57.

3. 常瑶.不同引气剂对混凝土性能的影响研究[J].当代化工,2018,47(10):2114-2117.

4. 陈应钦.引气剂的作用及高性能混凝土引气剂的研究[J].新型建筑材料,2002(02):1-3.

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