5.1 引气剂的种类与化学性质
阴离子 阳离子 表面活性剂 非离子
两性离子
5.1.1 松香类引气剂
松香皂类
松香热聚物
特点：性能可靠、制备简便、价格便宜 1. 松香皂类引气剂
主要成分：松香酸
制备过程 ：松香酸，遇碱→皂化反应→松香酸脂（松香皂）
① 配制烧碱（NaoH）溶液
a= k100B/c a —— 碱用量，g c —— 碱纯度 K —— 0.71，NaoH换算系数
3. 引气剂的作用机理
(1)降低液 —气界面张力作用
含气量一定时，体系的液— 气界面积增大，体系总界面 自由焓将增大，体系处于热力学不稳定状态。 掺入引气剂后，由于降低了液—气界面张力，即使气泡不 相互兼并增大，也使体系总的液—气界面积保持不变，整个 体系的液—气界面自由焓不增大，或者还有所降低，使体系 处于热力学较为稳定的状态。
皂角苷类引气剂的优缺点：
(1) 引气剂的气泡结构较好，产泡半径较小，因此抗冻 性指标较高，强度降低相对较小。 (2) 水溶性极好，施工使用方便。 (3) 与减水剂、缓凝剂复合性能较好。 (4) 本产品的缺点是有些刺鼻，但无害，配制人员请 戴口罩。易潮解结成小团，但在水中即溶解，不影响 使用效果。
（2）脂肪酸及其盐类引气剂
皂角苷类引气剂的生产工艺流程
引气原理
皂角苷类引气剂的引气作用是由三萜皂甙的分子结构 决定的。单糖基中的单糖有很多羟基 (-OH) 能与水分子形 成氢键，因而具有很强的亲水性；而甙元基中的甙元具有 亲油性，是憎水基团。因此三萜单甙是一个即含亲水基团 又含憎水基团的两性分子。 当三萜皂甙溶于水后，分子就定向排列在气液界面上， 降低了溶液的表面张力，从而使新界面的产生变得更容易。 若用机械方法搅动溶液，就会产生气泡。由于三萜皂甙分 子结构较大，形成的分子膜较厚，气泡壁的弹性和强度较
气泡
未掺引气剂的混凝土：空气被浆体包裹形成气泡， 但当气泡互相靠近时，极易相互兼并增大，并上浮
至表面，从而破灭消失。
引气剂的作用主要有两个方面：一是使引入的空气
易于形成微小气泡；二是防止气泡兼并增大、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。
未掺引气剂混凝土中不稳定的气泡
2. 引气剂在液 - 气界面上的吸附与排布
试验项目 减水率（ % ） 泌水率比（ % ） 含气量（ % ） 凝结时间 （ min ）一 等品 抗压强度 （%） 初凝 实测结果 11.0 49.3 5.4 +44 国家标准指标 一等品 ≥6 ≤ 70 3. 5 ～ 5.5 -6 0 ～ +60 二等品 ≥6 ≤ 80 3. 5 ～ 5.5 -6 0 ～ +60 符合标准等 级 一等品 一等品 一等品 一等品 合格品 一等品 一等品 一等品 一等品 一等品 一等品
(2) 气泡表层液膜之间的静电斥力作用 离子型表面活性剂作为引气剂时，分子在水中电离成阴、
阳离子，使气泡表面液膜带上相同的负电荷，气泡之间便产生 静电斥力，阻止气泡进一步靠近，提高气泡的稳定性。
(3) 水化膜厚度及机械强度增大作用 引气剂在气泡表面吸附时非极性基深入气相，极性基 留于液相。吸附了引气剂分子的气泡表面水化膜增大，机械
皂角苷类引气剂溶液起泡能力和稳定性
溶液浓度 （%） 0.40 0.65 起泡容量 （ ml ） 52 61 5 分钟后泡 沫容量 （ ml ） 47 55 泡沫稳定性 （%） 90.4 90.2
PH 6.89 6.37
0.80
67
61
91.0
6.01
皂角苷类型引气剂检测结果与我国《混凝土外加剂标准》指标比较
强度提高，气泡表面黏度及液膜弹性增大，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。
纯液体中气泡
有表面活性剂的气泡
(4) 微细固体颗粒沉积气泡表面形成的“罩盖”作用
阴离子型引气剂，会吸收和集中在气泡表面，使混凝 土中的气泡实际上成了气固液三相气泡，固体颗粒“罩盖” 薄膜使气泡表层膜厚度增大，机械强度和弹性提高。此层 “罩盖”薄膜使气泡靠近时水化膜更不易排液薄化，因而 气泡更难兼并增大，并且还有助于阻止气泡上浮和凝聚， 从而使大量微小气泡能够稳定地均匀分布在混凝土拌合物 中。
终凝
3天 7天 28 天 90 天
+49
93 103 94 97 113 200 次 98 无害
-6 0 ～ +60
≥ 95 ≥ 90 ≥ 90 ≥ 90 ≤ 120 200 次 ≥ 80 无害
-6 0 ～ +60
≥ 80 ≥ 80 ≥ 80 ≥ 80 ≤ 120 300 次 无害
收缩率比（ % ） 相对耐久性指标 （%） 钢筋锈蚀
同塌落度条件下含气量对混凝土强度的影响
4 、耐久性
引气剂使混凝土用水量减少，泌水率减低，混凝土内部 的大毛细孔减少。微小的气泡占据着混凝土的自由空间，切断 了毛细管的通道，这些微小空间可以作为体积膨胀的“缓冲 阀”，降低和延缓其它物理膨胀 ( 如盐晶体结晶压等 ) 和化 学反应膨胀 ( 如碱骨料反应和硫酸盐反应等 ) 引起的混凝土 破坏。使混凝土的抗渗性得到改善。抗化学物质侵蚀作用和对 碳化的抵抗作用等也同时得到提高。 在相同条件下，使用引气剂的混凝土耐久性或使用寿命可 提高 5 倍以上，因此给国家带来的经济效益是非常巨大的。
高，气泡保持相对稳定。
物理性质： 皂角苷类引气剂产品有固体粉状和液状两种。粉状产 品呈褐黄色，比重约为 1.3 ，水份含量小于 5 ％，水不溶
物微量，产品中含有少量挥发份和糖份。产品易吸收空气中 的水份而变潮，但不影响产品质量和使用。 液状产品呈深棕色，不透明，固体含量大于 15 ％，沉 淀物微量。产品水溶性极强，可与任何其他外加剂，如萘系 和三聚氰胺类高效减水剂等按用户要求比例复合使用。
成本只会降低。
同水灰比或同和易性条件下引气剂品种对混凝土抗压强度的影响
同水灰比条件 试样 引气剂 掺量 （‰） 0 含气量 （%） 坍落 (mm) 强度 (MPa) 7d 基准混 凝土 1.0 60 31.1 28d 41.4 60 坍落 (mm) 同和易性条件 强度 (MPa) 7d 31.1 28d 41.4
5.1.2 烷基苯磺酸盐类引气剂
工业上是用廉价的石油化学制品丙烯为原料，使其聚 合成丙烯四聚体，再与苯反应，则得到十二烷基苯的 复杂混合物。
5.1.3 其他类型引气剂
（1）皂角苷类引气剂（三萜皂苷 ） 萜
萜类通式（C5H8）n
皂苷（碱皂体 ）
单糖基
甙键
甙元基
皂角苷类水溶性引气剂产品主要由三萜皂甙与少量改 性化学物质混合而成。它的生产原理主要是利用三萜皂甙 易溶于水和乙醇的特性，从植物原料中溶出三萜皂甙成份， 然后经与残渣分离、浓缩精制而成。根据生产条件不同， 可分别采用“水溶法”和“乙醇法”两种工艺生产。
3 、强度
引气剂使混凝土的强度有所降低。 规律：含气量每增加 1 ％，抗压强度约减低 4 ％～ 5 ％，抗 折强度约降低 2 ％～ 3 ％。 强度的降低还受到骨料最大粒径的影响，最大粒径越大，则
强度降低率越小。
在一定条件下，引气反而可以提高混凝土的抗折强度。 牺牲少量强度来大幅度提高混凝土耐久性或使用寿命是值得 的，损失的强度通过其它技术得到弥补。另外，引气剂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ混凝 土成本增加很小，带来许多施工便利，那么混凝土结构的综合
3.2
1.8
9.2
5.4
性能指标： （ 1 ）经中国水利水电科学院检测其各项性能均满足国标中 引气剂一级品的指标要求。 （ 2 ）可提高混凝土抗冻性 10 倍以上。 （ 3 ）当混凝土含气量小于 4% 时，混凝土抗压强度不因 引气而降低；抗折强度有较大幅度的提高（ 1 5 ～ 20% ）， 当含气量在常用值 4 ～ 6% 时，引气剂引起的每单位含气 量混凝土抗压强度损失率小于 3% ；抗折强度仍有提高。 （ 4 ）提高混凝土抗碱—集料反应、干湿循环耐久性。此外， 引气剂显著降低混凝土的离析与泌水，改善工作性和可泵性。
加入透明其他成分改性 缺点：功能不够全面， 使用不方便
加入载体→粉状产品
与其他减水剂复合→引气减水剂
2. 松香热聚物引气剂
由于树脂酸中具有－ COOH ，加碱后会发生反应生成 皂类。将松香与石碳酸 ( 苯酚 ) 、硫酸按一定比例投入反应 釜，在一定温度和合适条件下反应，该反应过程相当复杂，经 过缩合、聚合反应，变成一种分子比较大的物质，再用过氢化 钠处理成为钠盐的缩合热聚物 。
引气剂与减水剂的界面活性作用区别：减水剂界面活性作用 发生在液 - 固界面上，引气剂发生在液 - 气界面上。 气泡：液体薄膜包围着的气体。 引气剂是表面活性物质，由非极性基 和极性基构成。对于 液 — 气体系，其非极性基深入气相，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。
由于引气剂分子在气泡表面的这种定向吸附与排布作用， 使吸附了引气剂的气泡难于兼并增大，从而能够稳定地分 布在混凝土中。
5.2.2 引气剂对混凝土性能的影响
1 、和易性 引气剂引进了大量微小且独立的气泡，这些气泡如滚 珠一样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
引气剂使混凝土拌合物中的骨料与水泥浆的黏聚性加大， 使它们的离散性减弱，使拌合物更好地处于均质状态，使拌 合用的水分能更长时间地停留在水泥浆中而减少了泌水性。
B —— 松香皂化系数，中和1kg松香所需NaoH质量， 一般160～180。
② 松香处理（二级、三级松香）
松香→粉碎→粉状→氧化（在空气中）→颜色加深
③皂化过程 碱液加热至沸，徐徐加入松香，边加边搅拌（防止爆沸） 反应结束时：PH值8～9，澄清透明，无浑浊，无沉淀 松香皂物理性质：外观为棕色膏状物，含水22%，PH8～10