概述：

　　引氣劑是使混凝土拌合物在拌和過程中引入空氣而形成大量微小、封閉而穩(wěn)定氣泡的外加劑。絕大部分引氣劑的成分為松香衍生物以及各種磺酸鹽，如烷基磺酸鈉、烷基苯磺酸鈉，常用摻量是水泥重量的50～500ppm。引氣劑主要用于抗凍性要求高的結(jié)構(gòu)，如混凝土大壩、路面、橋面、飛機場道面等大面積易受凍的部位。

　　定義：

　　引氣劑是指能使混凝土在拌合過程中引入大量微小、封閉而穩(wěn)定的氣泡的外加劑。

　　二十世紀30年代，美國的汽車交通發(fā)展迅速，而混凝土路面破壞嚴重，尤其是在北方地區(qū)的冬季期間，為防止混凝土路面結(jié)冰而噴撒除冰鹽(如氯化鈣、氯化鈉)的路面破壞更加嚴重。通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，用摻入樹脂和油類等助劑作為助磨劑的水泥所配制的混凝土，此類破壞程度較輕。這一發(fā)現(xiàn)促使人們對引氣劑的作用機理和作用效果進行了深入的研究，并促使人們開發(fā)研制有效的引氣劑。目前已有多種引氣劑產(chǎn)品，并且對引氣所產(chǎn)生的改善混凝土抗凍融性、和易性方面的效應也進行了深入研究。

　　最早取得技術(shù)專利的混凝土引氣劑是文沙樹脂，它是木松香精制過程中的一種副產(chǎn)品。我國50年代研制了以松香熱聚物為主要成分的引氣劑，接著進行了松香皂、OP乳化劑和801-2等引氣劑的研究應用工作。目前市場上銷售的引氣劑主要有PC-2型引氣劑、CON-A型引氣劑、KF微沫劑和SJ-1、SJ-2引氣劑等。

　　引氣劑摻量非常小，卻能因使混凝土在攪拌過程中引氣而大幅度改善混凝土的抗凍融循環(huán)方面的耐久性，應用在道路、橋梁、大壩和港工等方面，大大提高了它們的使用壽命，因此，它是一種非常重要的外加劑。所以，引氣劑問世至今，仍然被看作是混凝土材料科學發(fā)展過程中的一大重要發(fā)現(xiàn)。

　　引氣劑

　　種類：

　　根據(jù)化學成分，引氣劑主要有以下幾類：

　　1)木材樹脂酸鹽；

　　2)合成洗滌劑類；

　　3)磺化木質(zhì)素的鹽類；

　　4)石油酸鹽類；

　　5)蛋白質(zhì)的鹽類；

　　6)脂肪酸或樹脂酸及其鹽類；

　　7)有機硅化合物類；

　　8)磺酸烴的有機鹽類等。

　　二、主要作用機理、原理

　　1、改善混凝土和易性(Workability)

　　引氣劑的摻入使混凝土拌合物內(nèi)形成大量微小的封閉狀氣泡，這些微氣泡如同滾珠一樣，減少骨料顆粒間的摩擦阻力，使混凝土拌合物的流動性增加。若保持流動性不變，就可減少用水量。同時由于水分均勻分布在大量氣泡的表面，這就使能自由移動的水量減少，濕砂漿的泌水量因此減少，而保水性、粘聚性相應隨之提高。

　　2、降低混凝土的強度和提高混凝土抗裂性能

　　由于大量氣泡的存在，減少了混凝土的有效受力面積，使混凝土強度有所降低。但引氣劑有一定的減水作用，水灰比的降低使強度得到一定補償。但引氣劑的加入，還是會使混凝土的強度下降，特別是抗壓強度。。此外，由于大量氣泡的存在，使混凝土的彈性變形增大，彈性模量有所降低，這對提高混凝土的抗裂性是有利的。

　　降低混凝土的強度。

　　由于大量氣泡的存在，減少了混凝土的有效受力面積，使混凝土強度有所降低。但引氣劑有一定的減水作用(尤其象引氣減水劑，減水作用更為顯著)，水灰比的降低，使強度得到一定補償。當水灰比固定時，空氣量每增加1％體積時，混凝土的抗壓強度要降低4％～5％，抗折強度降低2％～3％。因此，引氣劑的摻量應嚴格控制，一般引氣量以3％～6％為宜。此外，由于大量氣泡的存在，使混凝土的彈性變形增大，彈性模量有所降低，這對提高混凝土的抗裂性是有利的。

　　3、提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性

　　引氣劑使混凝土拌合物泌水性減小(一般泌水量可減少30%~40%)。因此泌水通道的毛細管也相應減少。同時，大量封閉的微氣泡的存在，堵塞或隔斷了混凝土中毛細管滲水通道，改變了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土抗?jié)B性得到提高。氣泡有較大的彈性變形能力，對由水結(jié)冰所產(chǎn)生的膨脹應力有一定的緩沖作用，因而混凝土的抗凍性得到提高，耐久性也隨之提高。

　　4、混凝土引氣劑基本上都屬于陰離子表面活性劑，其分子結(jié)構(gòu)由憎水基團和親水基團組成，親水基團在分子溶于水解離后會因釋放出陽離子而帶正電荷。

　　概括起來講，引氣劑的作用機理在于：

　　在混凝土攪拌過程中能使其大量包裹微小的氣泡，而這些微小的氣泡又能穩(wěn)定地存在于混凝土體內(nèi)。

　　具體地分析，引氣劑的作用機理包括以下方面：

　　1)界面活性作用

　　不加引氣劑時，攪拌混凝土過程中，也會裹入一定量的氣泡。但是當加入引氣劑后，在水泥-水-空氣體系中，引氣劑分子很快吸附在各相界面上。在水泥-水界面上，形成憎水基指向水泥顆粒，而親水基指向水的單分子(或多分子)定向吸附膜；在氣泡膜(也即水-氣界面)上，形成憎水基指向空氣，而親水基指向水的定向吸附層。由于表面活性劑的吸附作用，大大降低了整個體系的自由能，使得在攪拌過程中，容易引入小氣泡。

　　引氣劑都為表面活性劑，其界面活性作用基本上與前述的減水劑相似，而區(qū)別在于減水劑的界面活性作用主要發(fā)生在液一固界面上。而引氣劑的界面活性作用主要發(fā)生在氣一液界面上。含有引氣劑的水溶液拌制混凝土時，由于引氣劑能顯著降低水的表面張力和界面能，使水溶液在攪拌過程中極易產(chǎn)生許多微小的封閉氣泡，氣泡直徑大多在200μm以下。引氣劑分子定向吸附在氣泡表面，形成較為牢固的液膜，使氣泡穩(wěn)定而不易破裂。引氣劑適用于抗凍、防滲、抗硫酸鹽、泌水嚴重的混凝土、貧混凝土、輕骨料混凝土以及對飾面有要求的混凝土等。由于單摻引氣劑有可能會使混凝土強度降低，故近年來較多使用引氣減水劑。

　　2)起泡作用

　　泡可分為氣泡、泡沫和溶膠性氣泡三種。混凝土中的泡屬于溶膠性氣泡。

　　清凈的水不會起泡，即使在劇烈攪動或振蕩作用下，使水中卷入攪成細碎的小氣泡而混濁，但靜置后，氣泡立即上浮而破滅。但是當水中加入引氣劑(比如洗衣粉)后，經(jīng)過振蕩或攪動，便引入大量氣泡。其原因是：液體表面具有自動縮小的趨勢，而起泡是一種界面面積大量增加的過程，在表面張力不變的情況下，必然導致體系自由能大大增加，是熱力學不穩(wěn)定的系統(tǒng)，會導致氣泡縮小、破滅。但在引氣劑存在的情況下，由于它能吸附到氣-液界面上，降低了界面能，即降低了表面張力，因而使起泡較容易。

　　3)穩(wěn)泡作用

　　通過試驗發(fā)現(xiàn)，將有些表面活性劑加入混凝土中，在攪拌過程中也能引入大量微小氣泡，但是當將混凝土靜置一定時間，或經(jīng)過運輸、裝卸、澆注后，混凝土的含氣量卻大大下降，大部分氣泡都溢出消失了，而引氣劑則不同，摻入后，不但能使混凝土在攪拌過程中引入大量微小氣泡，而且這些而且這些氣泡能較穩(wěn)定地存在，這是使硬化混凝土中存在一定結(jié)構(gòu)的氣孔的重要保證。

　　研究表明，氣泡的穩(wěn)定與靜表面張力并非簡單的關(guān)系，還取決于一些其它的條件，包括在氣泡周圍形成有一定機械強度和彈性的膜、要有適當?shù)哪け砻嬲扯取⑦m當?shù)囊合嘟橘|(zhì)粘度、使泡膜不易流失、泡膜動電電位提高等，對于混凝土這樣的多項系統(tǒng)，情況就更復雜了。

　　由于上述作用，使得摻加引氣劑的混凝土在攪拌過程中所形成的氣泡大小均勻(20-1000μm)，遷移速度小，且相互聚并的可能性也很小，基本上都能穩(wěn)定地存在與混凝土體內(nèi)。

　　還有一項試驗數(shù)據(jù)，也能夠幫助說明摻加引氣劑混凝土中引入的氣泡的穩(wěn)定性：一些陰離子引氣劑在含鈣量高的水泥漿溶液中有鈣鹽沉淀，當微細的水泥顆粒周圍和氣泡膜上的這種沉淀物濃度適當時，能防止氣泡破滅。

　　三、引氣劑產(chǎn)品使用技術(shù)特點、主要性能、用途。

　　（一）、引氣劑產(chǎn)品使用技術(shù)特點：

　　1、AH系列引氣劑與水泥、砂、石一起加入攪拌機，攪拌時間需延長1分鐘－2分鐘。

　　2、建筑工程混凝土摻量應選低限，水工混凝土摻量應選高限。

　　3、抗凍融要求較高的混凝土，以及冬季施工砼，其摻量應根據(jù)混凝土含氣量的要求，通過試驗確定。

　　4、引氣劑也可配制溶液使用，但必須充分溶解。

　　5、引氣量受配制混凝土的材料及配制操作環(huán)境溫度影響，故必須盡量保持穩(wěn)定才能控制含氣量波動。

　　6、高頻振搗不超過20秒。

　　（二）、引氣劑產(chǎn)品主要性能

　　1、摻AH系列引氣劑能提供混凝土坍落度、流動性和可塑性。

　　2、減少混凝土泌水和離析，提供混凝土的均質(zhì)性。

　　3、提供混凝土的抗折強度，當含氣量為3％－5％時，抗折強度提高10％－20％。

　　4、摻AH系列引氣劑彈性模量較低，剛性較小，柔韌性好。

　　5、混凝土的熱擴散及傳導系數(shù)降低，提高了混凝土的體積穩(wěn)定性，增強了野外結(jié)構(gòu)的耐候性，延長道路混凝土的使用壽命。

　　6、大大提高了混凝土抗凍性、抗鹽漬性、抗?jié)B性、耐硫酸鹽侵蝕及抗堿集料反應性能。

　　（三）、引氣劑產(chǎn)品用途：

　　1、氣泡結(jié)構(gòu)好，氣泡半徑小，抗凍指標高，用于高耐久性的混凝土結(jié)構(gòu)，如水壩、高等級公路、熱電站冷卻塔、水池水工、港口等。

　　2、撒除冰鹽的混凝土公路及橋梁。

　　3、高和易性混凝土工程。

　　4、泵送混凝土。

　　四、研究進展

　　三萜皂甙混凝土引氣劑Terpene saponins concrete air-entraining agent

　　目前國內(nèi)傳統(tǒng)商品引氣劑主要為松香皂及松香熱聚物,存在產(chǎn)品溶解性差、與其他外加劑復合性差、對混凝土強度降低較大等缺點。

　　三萜系混凝土引氣劑具有降低溶液的表面張力，產(chǎn)生封閉、獨立的氣泡，發(fā)泡倍數(shù)高，氣泡數(shù)量多，氣泡間距小，穩(wěn)泡時間長，能明顯改善塑性混凝土的工作性能和提高硬化混凝土的耐久性能的特點,是一種在國內(nèi)混凝土工程中極有應用前景的優(yōu)質(zhì)引氣劑。

　　該引氣劑以我國南方分布的天然野生植物皂甙為主要原料,從植物果實中提煉的三萜皂甙類精制而成。

　　產(chǎn)品特色

　　1、摻量少，氣泡質(zhì)量好

　　三萜系引氣劑建議摻量為水泥重量的萬分之0.4～1.5，摻量小，使用成本低。能引入混凝土中的氣泡達10億個之多，孔徑范圍為0.02～0.2 mm，為不連續(xù)的封閉球形，分布均勻，穩(wěn)定性好。當含氣量≥5%時，氣泡間距系數(shù)L<100μm，當含氣量為6%時，氣泡間距系數(shù)L約為80μm。

　　2、與其他外加劑的復合性

　　產(chǎn)品水溶性極強,在外加劑復合上，有良好配伍的適應性，能充分體現(xiàn)“協(xié)同效應”，復合效果優(yōu)于單劑。減水，分散、濕潤、助溶、增溶、乳化、降粘等性能均有不同程度的提高，避免了松香類引氣劑復合時易出現(xiàn)的沉淀、變色，引氣效果降低的現(xiàn)象。能降低復合成本5%左右。

　　3、對混凝土性能的影響

　　本品對混凝土抗壓強度的降低幅度明顯優(yōu)于國內(nèi)傳統(tǒng)引氣劑產(chǎn)品。摻本引氣劑可以提高混凝土的流動性和可塑性，減少泌水和離析，提高抗折強度10%—20%。摻本劑的混凝土熱擴散、熱傳導系數(shù)降低，混凝土的體積穩(wěn)定性和各種戶外結(jié)構(gòu)的耐侯性得以提高。道路混凝土廣泛使用本引氣劑有利于延長道路的使用壽命。泵送砼摻入本引氣劑可提高流動性和泵送壓力，本引氣混凝土的最顯著的優(yōu)勢是提高抗凍性和抗鹽凍性,這對于其應用于道路混凝土工程是非常有利的。三萜系引氣劑對混凝土其他耐久性也有不可忽視的改善效果。引氣引入的微小氣泡可作為體積膨脹的緩沖空間,降低和延緩其他物理膨脹(如鹽晶體結(jié)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。試驗結(jié)果同時顯示,引氣還可改善混凝土的抗?jié)B性能,僅從這一點,引氣劑就可提高混凝土的綜合耐久性。

　　適用范圍

　　1、用于對混凝土耐久性(特別是抗凍耐久性)要求高的混凝土結(jié)構(gòu)中,如水工、港工及道橋等重要工程;

　　2、北方撒除冰鹽的混凝土公路、橋梁;

　　3、對施工和易性要求高的混凝土工程;

　　4、因其具有極強的水溶性,與其他外加劑具有很強的復合性能,所以是配制泵送劑等其它復合外加劑的重要組成部分，如泵送混凝土；

　　6、與減水劑復合,能起到引氣、改善和易性、減少泌水和沉降，提高混凝土耐久性（抗凍融循環(huán)、抗?jié)B）、抗侵蝕能力等作用。

　　我國混凝土外加劑的生產(chǎn)歷史不長，但發(fā)展很快，天然高效的表面活性劑符合綠色環(huán)保的要求，隨著人們對其性能的不斷認識，必將得到更大的發(fā)展。