引气剂

含有多个极性基团的聚 合物表面活性物质(如木质素 磺酸盐引气减水剂) 分子吸 附在气泡表面的定向排布。
正是由于引气剂分子在气泡表面的这种定向吸附与排布作用， 才使得吸附了引气剂的微小气泡难于兼并增大，从而能够稳定地 均匀分布在混凝土中。
三、引气剂的作用机理
降低液—气界面张力作用 气泡表层液膜之间的静电斥力作用 水化膜厚度及机械强度增大作用 微细固体颗粒沉积气泡表面形成的“罩盖”作用
在气泡内部对气泡有拉力，即弯曲液面的附加压力：
在三角地带，因r1小， 故P1大；
在气泡相邻界面， r2大， 故P2小，于是在三角地区形 成负压，从而产生抽吸力， 促使气泡间水膜薄化，最终 气泡兼并。
在混凝土中掺入引气剂后的作用？
无论是离子型还是非离子型引气剂，其在气泡表面吸 附时均是非极性基伸入气相，而极性基留于液相。
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。
八、复合型引气剂
① 基本组分 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，总比例应＜20%。 a 增泡组分：主要增强发泡剂的发泡能力。 b 稳泡组分：主要提高泡沫的稳定性。 c 功能组分：主要增加发泡剂的各种功能。 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，可以是一种或多种调节材料。
C12-C14的烷基
R—O—SO3Na
2、烷基硫酸钠（烷基硫酸酯钠）：
常用的是十二烷基硫酸钠，其为白色或淡黄色固体， 溶于水而成半透明溶液，对碱、弱酸和硬水都很稳定，具 有发泡、分散等功能。
烷基硫酸钠制备：
由十二醇与硫酸或氯磺酸作用后再经氢氧化钠中和而 制得。
+ + C12H25OH
ClSO3CH12H4205O 2~hH45℃ClSC O132HH25O 40S2~hO43H5℃ C
水化膜厚度及机械强度增大作用
不掺引气剂的混凝土拌合物在搅拌过程中引入的气 泡为什么容易破灭？
当不加引气剂时，所形成的气泡表层水化膜薄，机械 强度低，气泡弹性小。
一方面，当气泡碰撞接触时，气泡之间的液膜受外力 挤压变薄，从而发生小气泡兼并形成大气泡的现象；
另一方面，当多个气泡相互靠近时，会排列成规则的 形状，在气泡间形成三角地带。
因此，离子型引气剂吸附在气泡表面，使气泡之间 产生的静电斥力作用有助于提高气泡的稳定性。
静电斥力的影响因素:
气泡之间的液膜厚时，气泡之间的静电斥力作用 弱，液膜变薄时，静电斥力作用增大。 同时溶液中电解质浓度增大，会压缩气泡表面双 电层，从而使动电位（Zeta电位）绝对值降低，因而会 使气泡表层液膜之间的静电排斥作用减小，不利于气泡 稳定。
未掺引气剂的混凝土，夹带空气量少、气泡尺寸大、分 布不均匀。
掺引气剂的混凝土，夹带空气量多、气泡尺寸小、分布 均匀。
引气剂的作用：
使引入的空气易于形成微小气泡；
防止气泡兼并增大、上浮破灭，也就是要保持微小气泡 稳定，并均匀分布在混凝土中。
二、引气剂在液—气界面上的吸附与排布
引气剂的界面活性作用主要发生在液—气界面。
6.3 引气剂的作用机理
一、混凝土的引气及气泡的形成过程
混凝土的气泡是由搅拌作用产生的。 第一种作用：涡流吸气作用。在搅拌液体形成涡流时， 涡流负压区会吸入空气。被吸入涡流中的空气在剪切力的作 用下，便被碎散形成大量气泡。 第二种作用：骨料抛落形成的三维幕引气作用。
掺与不掺引气剂，在搅拌混凝土过程中引入空气并被碎 散形成气泡的作用是一样的。
松香热聚物生产：
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。
松香热聚物掺量一般为0.005~0.02%，混凝土的含气 量为3%~5%，减水率为8%左右。
2、松香皂
是由松香、无水碳酸钠（Na2CO3）和水三种物质按 一定比例熬制而成。使用时稀释成5％浓度的溶液。
热聚物和皂物类在同等掺量成本下,一般强度高出 皂物类10~18%，减水率高出3~5%,泌水率低30~50%。
总之，热聚物总体性能优越，但价格贵些，另外， 热聚物的合成工艺控制不好容易出现不溶物，影响产品 质量。
3、松香酸钠
由松香加入煮沸的NaOH溶液中经搅拌溶解，然 后再在膏状松香酸钠中加入水制得。
当P外一定时，掺入引气 剂，降低σ，即P内降低。一 定尺寸大小的气泡，内压越 小，气泡越稳定。
单个气泡存在状态
（3）通过计算表明，若要气泡不上浮离开毛细管， 则：
r：气泡半径； R：刚能离开毛细管的气泡半径，称之
为临界半径。
气泡表层液膜之间的静电斥力作用
用离子型表面活性剂作为引气剂（如十二烷基苯磺 酸钠），其分子在水中电离成阳离子（Na+）和阴离子部 分。
按引气剂水溶液 的电离性质分为
阴离子表面活性剂 阳离子表面活性剂 非离子表面活性剂 两性表面活性剂
按化学成 分分为：
松香类引气剂 合成阴离子表面活性剂类引气剂 木质素磺酸盐类引气剂 石油磺酸盐类引气剂 蛋白质盐类引气剂 脂肪酸和树脂酸及其盐类引气剂 合成非离子型表面活性引气剂
一、松香类引气剂
这类引气剂自1937年美国研制成功以来，至今已 有60多年，被广泛应用于路面混凝土、水工及港工混 凝土和一些有防渗、抗冻要求的混凝土工程。
七、合成非离子型表面活性引气剂
该类混凝土引气剂主要是聚L-醇型非离子表面活性剂， 它是由含活泼氢原子的憎水原料同环氧乙烷进行加成反应 而制得。
羟基、羧基、氨基和酰胺基中的氢原子，由于它们的 化学活性较强，故很容易发生反应。凡是含有上述原子团 的憎水性原料，都可以与环氧乙烷反应，生成聚乙二醇型 非离子表面活性剂(引气剂)。
掺量：
通常为水泥质量的0.002％~0.01％，掺入后可使混凝 土拌合物中引气量达到3％~5％。
发展：
复合型高效引气剂及高性能引气减水剂。 配制泵送剂、防冻剂等多功能复合外加剂。
应用：
引气剂主要用于抗冻性要求高的结构，如混凝土大坝、 路面、桥面、飞机场道面等大面积易受冻的部位。
6.2 引气剂的种类
例如，烷基酚可以发生如下反应而生成环氧乙烷加成 物，即烷基酚聚氧乙烯醚：
当参加聚合加成反应的环氧乙烷比例增大时，n的数目 也就随之增大，则生成的表面活性剂水溶性会更好。
合成非离子型表面活性引气剂所形成的气泡液
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。
掺量：为0.005~0.02％，减水率为10%左右。 特点：
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Ca2+ 反应，生成不溶性盐，泡沫稳定性增加，有一定的增强作用。
目前，松香皂的市场销售价约4500元～8000元/吨，各 地不等。
松香热聚物和松香皂类的区别：
日本 上世纪40年代从美国引进“文沙”技术，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 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。
25℃ 30%NaOH
25℃ C12H235O0% SON3aNOaH
CH122O H225OSO产 3Na品 漂白
H2O 漂
测含固率
测含固率
三、木质素磺酸盐类引气剂
木质素磺酸盐是造纸工业的副产品，它在混凝土中 引入空气泡的性能较差，是一种较差的引气剂，但它具 有减水和缓凝作用，是一种引气缓凝减水剂，广泛作为 普通减水剂和缓凝剂使用。
烷基苯磺酸钠
是由烷基苯，经浓硫酸、发烟硫酸或液体三氧化硫磺 化制得。
工业上常采用石油化工制品丙烯（H2C=CH-CH3）为原 料，将它再聚合成丙烯四聚体，即十二烯（C12H24），然 后再与苯反应得到十二烷基苯，经磺化后制得十二烷基苯 磺酸钠。
易溶于水并极易起泡，产生的 泡沫多。但若溶液的粘度较低 时，则泡沫较易破灭消失。
阴离子吸附在气泡表面形成定向排布，使气泡表面 液膜带上相同的负电荷，Na+离子等阳离子分散在液膜中 间，与极性基阴离子形成表面扩散双电层。
当气泡相互靠近时，表层液膜薄化，扩散双电层重 叠，气泡之间便产生静电斥力作用，从而阻止气泡进一 步靠近，这样便可避免气泡之间液膜变薄破灭，造成小 气泡相互兼并成大气泡的现象发生。
四、石油磺酸盐类引气剂
该类引气剂是精炼石油的副产品。为了产生 轻油，将石油用硫酸处理，生产轻油后留下的残 渣中含有水溶性磺酸，再用氢氧化钠或三乙醇胺 中和得到的水溶性盐；
五、蛋白质盐类引气剂
蛋白质盐类是动物和皮革加工工业的副产品， 它是由羧酸和氨基酸复杂混合物的盐所组成， 这种引气剂使用的数量相当少。
六、脂肪酸和树脂酸及其盐类引气剂
该类引气剂可由不同原材料生产。 动物脂肪水解皂化可制得脂肪酸盐引气剂，其钙盐不溶 于水，能在混凝土中引入少量空气，在与水泥拌和后其液相 立即被钙离子饱和； 植物油经皂化后也可用作混凝土引气剂； 碱法造纸的另一种工业副产品——妥尔油也是一种混凝 土引气剂，是通过静置松木碱性造纸废液而制得。主要有效 成分为脂肪酸钠皂和松脂酸钠皂。
由于极性基具有强烈的亲水作用，从而使吸附了引气剂分子 的气泡表面水化膜增大，机械强度提高，从而使气泡表面粘度及 液膜弹性增大，这样当气泡碰撞接触时，气泡间液膜便不易排液 薄化，同时气泡的弹性变形还有利于抵消气泡所受的外力作用。
因此，掺引气剂的混凝土中的气泡，不易兼并破灭， 稳定性提高。
二、合成阴离子表面活性剂类引气剂
烷基磺酸钠 烷基芳基磺酸钠 烷基硫酸钠(又称为烷基硫酸酯盐)。
1、烷基磺酸钠
是以石油产品为基本原料合成的阴离子表面活性剂（R— SO3Na），引气能力强。
白色或淡黄色粉末，溶于水而成半透明溶液，在碱性、中性、 弱酸性溶液中稳定，具有乳化、发泡等功能，常用的有十二烷 基苯磺酸钠。
1、松香热聚物 发展：
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。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。
亲水而疏气
亲气而疏水
源自文库
引气剂是表面活性物质，其由非极性基（碳氢链）和 极性基（如—SO3、—COOH、—OH、醚—O—等）构成。
引气剂分子溶于水中后，其非极性基伸入气相，而极 性基留于水中，从而吸附在气泡的液—气界面上形成定向 排布。
只有一个极性基的异 极性表面活性物质，如十 二烷基苯磺酸钠引气剂， 其分子一端是极性基，另 一端是非极性基，吸附在 气泡表面的定向排布如图 示。
对改善混凝土的和易性、保水性，提高耐久性效果 显著。但难以溶解，使用时需加热、加碱，与其它外 加剂相容性较差等缺点，还需改进。
松香的化学结构复杂，含有松脂酸类、芳香烃类、芳香醇 类、芳香醛类及氧化物等。其中松香酸具有羧基（-COOH）， 加碱后，发生皂化反应而生成松脂皂。
种类:
松香热聚物 松香皂（盐） 松香酸钠
降低液—气界面张力作用
降低了液—气界面张力后，混凝土拌合物在搅拌过 程中易于形成微小气泡，其原因为：
（1）当混凝土拌合物含气量一定时，气泡尺寸越小， 则整个体系的液—气界面积A增大。
GS=σA
GS：液—气界面自由焓 σ：液—气界面张力 A：液—气界面积
σ GS 稳定
（2）对于混凝土拌合物中的单个气泡，要保持其稳定 存在，则其受力应维持平衡，即：
第6章 引气剂
加入表面活性剂后气泡在溶液中的状况
6.1．概 述
定义：在混凝土搅拌过程中能引入大量均匀分布、稳定 而封闭的微小气泡，起到改善混凝土和易性，提高混凝 土抗冻性和耐久性的外加剂。
引气剂有一定的减水性，一般引气剂的减水率为6.0 ％～9.0％，而当减水率达到10％以上时，则称之为引 气减水剂。