引气剂在混凝土中主要通过其表面活性发挥影响,其核心机理涉及物理化学经过,特别是表面张力的降低和气泡的稳定。下面内容是其影响的详细机理:
1. 表面活性剂的性质:
引气剂通常是表面活性剂(或称界面活性剂)。
它们的分子结构具有两亲性:一端是亲水基团(极性基团,溶于水),另一端是疏水基团或憎水基团(非极性基团,亲油/亲气)。
这种结构使其能够吸附在气-液界面上。
2. 降低水的表面张力:
当引气剂分子溶解在拌合水中时,其亲水基团倾向于留在水中,而憎水基团则力图逃离水相。
在搅拌经过中引入空气时,引气剂分子会迅速迁移并吸附在新形成的气-液相界面上。
憎水基团朝向空气泡内部,亲水基团朝向水相。
这种定向排列显著降低了水的表面张力(通常在60-70 mN/m,引气剂可将其降至30-40 mN/m或更低)。这是引气剂最关键的影响。
3. 促进气泡的形成:
降低的表面张力使得在搅拌经过中,更容易将空气卷入水泥浆体中并分割成细小的气泡。
需要的搅拌功减少,产生的气泡数量更多,尺寸更小。
4. 稳定气泡(防止聚并和破裂):
仅仅形成气泡还不够,气泡必须足够稳定才能在混凝土硬化经过中保持存在。这是引气剂最核心的功能其中一个。稳定机制包括:
静电斥力: 大多数引气剂分子在水中电离,使气泡表面带有同种电荷(通常是负电荷)。气泡相互靠近时产生排斥力,防止它们聚并(合并)成大泡。
水化膜屏障: 吸附在气泡表面的引气剂分子的亲水基团会结合一层水分子,形成具有一定厚度和粘度的水化膜。这层膜构成了气泡之间的物理屏障,阻止它们直接接触和聚并。
表面粘度增加: 吸附的引气剂分子层增加了气泡表面膜的粘度和弹性(形成表面膜),使其更不易变形和破裂。这层膜能抵抗外力干扰(如搅拌、骨料碰撞等),进步气泡的稳定性。
薄膜排水减缓(Marangoni效应): 当气泡膜受到挤压变薄时,局部引气剂浓度增加,该处的表面张力会暂时降低(低于周围区域)。这种表面张力梯度会驱动液体从低表面张力区(薄处)流向高表面张力区(厚处),将液体重新拉回变薄区域,从而抵抗薄膜排水和破裂。这是一种自我修复机制。
5. 形成细小、均匀、稳定的微气泡体系:
综合以上影响,引气剂在混凝土拌合物中最终形成大量(通常每立方米混凝土中包含数十亿个)、微小(直径多在10-300微米,理想范围20-200微米)、独立(不连通)、球形、均匀分布且在整个搅拌、运输、浇筑和硬化初期保持稳定的空气泡。
这些微小气泡在硬化混凝土中发挥关键影响:
进步抗冻融耐久性: 这是最主要的影响。当混凝土孔隙水结冰膨胀时,这些微小的气泡提供了容纳冰晶膨胀的“缓冲空间”,极大地缓解了内部静水压力和渗透压力,防止混凝土因冻胀而开裂剥落。
改善职业性(和易性): 微气泡像微小的“滚珠轴承”,减少了骨料颗粒间的摩擦,进步了混凝土的流动性、可泵性和可抹性(尤其对贫混凝土、低坍落度混凝土效果显著)。同时能减少泌水和离析。
进步塑性混凝土的抗沉降、抗泌水能力: 气泡的存在增加了浆体的体积和粘稠度,阻止固体颗粒下沉和水分上浮。
降低渗透性和离子扩散率: 虽然引入了气泡,但由于气泡是独立、封闭且均匀分散的,它们切断了毛细孔通道,使水分和侵蚀性离子(如氯离子)的迁移路径更加曲折,反而有助于进步混凝土抵抗渗透和化学侵蚀的能力(但含气量过高或气泡过大则可能适得其反)。
引气剂的影响机理本质是:通过其表面活性降低液相表面张力,促进搅拌时形成大量细小气泡;并通过在气泡界面定向排列形成的吸附膜,利用电荷斥力、水化膜屏障、表面粘度增加和Marangoni效应等多重物理化学影响,极大地稳定这些微气泡,使其在混凝土中形成所需的、持久有效的微小封闭气孔体系,从而赋予混凝土优异的抗冻融性、改善的职业性以及其他有益性能。