引气剂按化学成分的分类？引气剂对混凝土性能的影响

引气剂是一类具有双亲结构的表面活性剂，其具有起泡、润湿、乳化分散等性能。从化学结构可分为：①松香树脂类，如松香热聚物、松香皂及改性松香皂等；②烷基和烷基芳烃磺酸盐类，如十二烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、石油磺酸盐等；③脂肪醇磺酸盐类，如脂肪醇聚氧乙烯磺酸钠、脂肪醇硫酸钠等；④非离子聚醚类，如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚等；⑤皂苷类，如三萜皂苷等；⑥复合类，如不同品种引气剂的复合物。在实际应用中，使用较多的是阴离子型和非离子型，并根据引气剂的原料来划分引气剂的种类，一直延续至今。

1、引气剂与混凝土的新拌性能
在混凝土搅拌过程中，掺入微量引气剂，即能在新拌与硬化混凝土中引入适量（按体积率计总量）微小的独立分布气泡，这些气泡的特点是：微细、封闭、互不连通。混凝土中引入这些气泡后，毛细管变得细小、曲折、分散，渗透通道减少。引气剂引入的微细气泡在新拌混凝土中类似滚珠轴承，帮助填充集料与胶凝材料之间空隙，可以提高新拌混凝土的坍落度；由于气泡包裹于胶凝材料浆体中，相当于增加新拌混凝土胶凝材料浆体体积，增加了浆体的黏度和屈服应力，可以提高混凝土和易性，能有效减少新拌混凝土的泌水，避免离析，从而弥补了混凝土的结构缺陷，提高了混凝土的密实性、抗渗性。同时，由于引气剂在混凝土中引入空气，可以降低水泥等胶凝材料用量，不仅经济，而且可以降低混凝土水化热，减少因混凝土水化热高而引起的混凝土裂缝。大量实验室和现场工程实践结果表明，混凝土引气剂具有改善混凝土耐久性能的功效，掺引气剂现已成为提高混凝土抗冻性的最有效措施之一。优质引气剂还可以改善混凝土抗渗性能，有利于降低碱-集料反应产生的危害性膨胀作用。引气剂具有减水作用，通常在6%～10%，但达到一定的含气量后，不会再提高混凝土的减水率。这是因为随着含气量的增加，混凝土中的大泡也随之增多的缘故。

随着施工技术和高层建筑的发展需要，混凝土的可泵性能显得越来越重要。实际上，可泵性是混凝土工作性良好的一种特殊表现形式，由于引气增加了混凝土的内聚性和物料间的润滑作用，降低了胀流，使泵送时不会过度离析和泌水，因此引气可提高新拌混凝土的可泵性能。但是，泵送混凝土的含气量也不宜太高，因为过大的含气量会造成混凝土可压缩性增大，增加泵送时的泵压损失和降低混凝土的泵送效率。这类混凝土的含气量一般以小于6%为好。正是由于上述这些原因，导致泵送混凝土和大体积混凝土工程，以及道路和其他土木建筑工程广泛采用引气混凝土，即使是没有抗冻或抗除冰盐要求的环境中也是如此。在贫混凝土和干硬性混凝土或碾压混凝土，以及轻集料混凝土中，引气可以最大限度地改善其性能和最大地发挥引气剂的这些好处。

2、引气剂与混凝土的硬化性能
（1）强度性能
通常的理论认为，引气剂增加了混凝土中的气泡，因而减小了浆体的有效面积，造成了混凝土抗压强度的降低。长期以来一直认为掺引气剂就一定降低混凝土强度的观点是不全面的。一般规律如混凝土外加剂应用技术规范中所规定，混凝土含气量每增加1%，混凝土抗压强度降低4%～6%，抗折强度降低2%～3%。但使用性能优异的引气剂，一般可减少混凝土用水量的8%～10%，从而可补偿因气孔率增加而引起的强度下降。引气剂的应用改善了混凝土的和易性、工作性，极大地减少了混凝土的泌水、离析，从而使混凝土的界面特性得以提高。在高水胶比的普通混凝土中，界面特性对混凝土抗压强度的影响较少，但界面特性对C70以上的高强混凝土抗压强度的影响就较大，所以在低水胶比的高强混凝土中掺入适量的引气剂改善界面特性，往往使混凝土由于界面缺陷引起的强度，特别是抗折强度的损失得以补偿。交通部公路研究所在对道路混凝土研究时发现，在一定条件下，引气反而可以提高混凝土的抗折强度及抗压强度。引气引起的混凝土抗折强度降低率远小于抗压强度的降低率，即引气可以提高混凝土的抗压比或者说韧性。这一点对道路工程特别重要和有实用意义。

（2）抗冻融性能
在混凝土组成材料中，对抗冻性影响最大、最显著的就是引气剂。许多工程实践证明，掺引气剂的混凝土的抗冻融性能得到了大幅的提高。引气剂作为提高混凝土抗冻性的最主要技术措施已经被广泛应用于工程实践中（如水工和港工等混凝土工程）​，其效果也得到认可。引气剂之所以能提高混凝土的抗冻融耐久性，主要是因为引气剂能在混凝土拌和过程中引入均匀分布的细小气泡，这些气泡在硬化后的混凝土中，可以缓解冻融过程中产生的冰胀压力和毛细孔水的渗透压力，从而提高混凝土的抗冻融能力。若引气剂引入的气泡平均直径低于20μm，气泡间隔系数在0.1～0.2mm，硬化混凝土的抗冻性可比不掺引气剂的混凝土高1～6倍。引气剂产生的气孔，要大于毛细孔。这些气孔在低于冰点或压力下，具有贮存过冷水的功能。早期的抗冻融理论认为，气孔提供冷水结冰时体积的膨胀空间。而最新的抗冻融理论认为，由于水泥浆体中孔内的水为碱性，即使在-10℃，混凝土中只有大孔中的水才结冰，而小孔中的水仍保持为过冷水状态；同时，孔中的冰由纯水结成，从而导致孔中未结冰的水溶液碱浓度增加，形成了一个碱浓度梯度，进而形成渗透压，造成对混凝土的潜在破坏。不同含气量下，引气混凝土冻融循环次数与混凝土相对动弹模量的关系。试验表明，含气量为2.5%的混凝土抗冻性较差，冻融循环100次，几乎丧失了力学性能，而通过引气剂将含气量提高至4.8%，可实现冻融循环250次，相对动弹模量仍能保持80%以上，进一步提高含气量，抗冻效果更好，当然，抗冻性还必须和混凝土强度统一。

（3）抗渗性能
混凝土拌和物由于工艺的需要，通常水灰比都要大于水泥水化所需的理论水灰比。这些过量的水分在水泥凝结硬化过程中，停留在混凝土内部形成通道，在硬化后期，过量的水被蒸发而造成内部空隙。此外水泥水化后，水化产物体积缩小也会造成结构内部的孔隙和通道。这些孔隙和通道在混凝土遇水后就成为水分渗透的天然途径。引气剂掺入混凝土后，引气剂改变了混凝土的孔结构体系，封闭了许多毛细孔通道，同时在水泥颗粒表面上形成憎水膜，从而降低了毛细管的抽吸作用。许多引入封闭式小孔不能被水全部填充，多余下来的用以缓物理膨胀——有机盐结晶体或矿物结晶体，或化学膨胀——集料反应或硫酸盐反应造成的破坏，从而改善抗渗性能。同时减小用水量，改善和易性，防止泌水和沉降，使集料和胶结材界面上的大毛细孔减少，而且引气剂产生的大量微小气泡分布在混凝土结构中的空隙中，又多汇集于毛细管的通路上，由于局部突然变大，就相当于切断了毛细管，只有在更大的静水压力下才会产生渗透。在工程应用领域，引气剂已经成为防水混凝土、防渗混凝土、道路混凝土等必须掺用的外加剂。

（4）收缩与徐变
混凝土的收缩值的大小取决于混凝土拌和水用量。在相同配合比条件下，引气混凝土由于引入一定量的气泡，对干缩会有一定影响。但由于引气剂可改善混凝土和易性，可以减少拌和用水，从而减少了由于引气而增大的干缩影响。实际应用中，引气剂对混凝土干缩的影响并不大。在相同和易性和强度时，引气混凝土与普通混凝土的徐变基本相同。

（5）极限拉伸
混凝土极限拉伸是水工混凝土的一项重要性能。它与混凝土的抗裂性能有关。水工建筑物在选用外加剂时，除了考虑对强度、耐久性、水化热的影响外，还要考虑混凝土的变形性能，如极限拉伸、收缩、徐变。引气剂在混凝土内部引入了大量的微小气泡，从而增大了变形，降低了弹性模量。因此引气混凝土的极限拉伸应变值比普通混凝土有所增大。

（6）孔结构
混凝土材料中的孔对混凝土物理、力学性能（如密度、导热性、强度、变形等）和渗透性及耐久性有十分重要的影响。因此，定量确定出硬化混凝土内部孔的特征对于研究胶凝材料的宏观性能、揭示其在内外环境作用下结构性能变化规律十分重要。混凝土内部的孔特征可用孔结构来描述，而孔结构主要包括如下几个方面内容：孔隙率，孔径尺寸与级配，孔形貌（几何特征）​，孔分布。孔隙率指体系中的孔占体系总体积的比例；孔形貌指孔的外观形状、孔的连通性；孔大小及其分布指孔的尺寸及其不同尺寸的孔在空间的位置排列、集中程度。优良的孔结构，即低孔隙率、小的孔径与适当的级配、圆形孔多等是混凝土强度和耐久性的必要条件。