聚羧酸超塑化劑專用引氣劑的分子結構設計與性能

　　摘要：本文針對聚羧酸超塑化劑與混凝土引氣劑配伍性的關鍵問題，運用表面活性劑分子結構裁剪與設計技術，制備了與聚羧酸超塑化劑配伍性能良好的聚羧酸超塑化劑專用引氣劑（GYQ-S），并與一種日本的聚羧酸超塑化劑專用引氣劑（S）引進行了性能對比。實驗結果表明，自行研制的引氣劑GYQ-S具有非常優(yōu)異的性能。

　　關鍵詞：聚羧酸超塑化劑；引氣劑；分子設計；配伍性

　　聚羧酸超塑化劑（PCA）是新一代高性能混凝土外加劑，在國家重大工程中得到了廣泛應用。聚羧酸超塑化劑與目前市場上商品化引氣劑的配伍性能是應用中比較突出的問題。具體表現(xiàn)在相容性差，氣泡質(zhì)量不高等。

　　聚羧酸超塑化劑分子一般是由甲基丙烯酸/丙烯酸與末端含雙鍵的聚氧乙烯醚共聚組成，分子中包括電負性的羧基和非離子的聚氧乙烯醚側(cè)鏈，當與引氣劑混合時，同時存在同種電荷的聚合物與引氣劑分子之間及非離子型聚合物與引氣劑分子之間的相互作用，溶液性質(zhì)較為復雜，容易出現(xiàn)配伍性的問題。同時聚羧酸超塑化劑是一種引氣型外加劑，但引出的氣泡比較大，穩(wěn)泡性能較差，容易破泡，與荼系、氨基磺酸系減水劑有很大的不同。

　　針對聚羧酸超塑化劑分子結構和溶液的特性，本文運用表面活性劑分子設計與裁剪技術，設計并開發(fā)了聚羧酸超塑化劑專用的混凝土引氣劑GYQ-S.

　　1.引氣劑GYQ-S的分子設計

　　本文針對聚羧酸超塑化劑的分子結構，從表面活性劑的氣泡性能出發(fā)，運用表面活性劑分子結構設計與裁剪技術，設計出引氣劑GYQ-S的分子結構，如圖1所示。

圖1 引氣劑GYQ-S的分子結構

　　R為疏水的直鏈，根據(jù)表面活性劑原理，直鏈分子由于具有較小的分子橫截面積，在水-空氣界面上可以排列的更加緊密，引氣劑液膜具有更為優(yōu)異的粘彈性，液膜強度也較高，因而引氣劑產(chǎn)生的氣泡更加穩(wěn)定。（CH2CH20）n為聚氧乙烯醚鏈段，保證了引氣劑分子與聚羧酸分子結構的相似性，因而與聚羧酸超塑化劑具有更好的相容性。S03Na為磺酸基團，在混凝土高堿性和高鹽體系中，作為電負性的磺酸基團，具有更好的適應性和起泡力。引氣劑GYQ-S的表面活性通過分子中直鏈醇的鏈段長度和聚氧乙烯醚的鏈段長度來調(diào)節(jié)。

　　由引氣劑GYQ-S分子的紅外譜圖（圖2）所示，設計的分子結構在1040cm-1和1205cm-1有一對明顯的小肩峰，該峰為PEO末端炕基硝酸鹽的特征峰，表明分子具有預期的炕基磺酸鹽結構。

　　2. GYQ-S混凝土引氣劑的性能

　　本文考察了聚羧酸超塑化劑專用引氣劑GYQ-S的混凝土新拌性能，并同時與一種日本的聚羧酸專用引氣劑<S）進行了對比。

　　2.1實驗原材料及配合比

　　水泥：江南水泥廠生產(chǎn)的金寧羊P?052.5級普通硅酸鹽水泥；

　　磨細粉煤灰：南京熱電廠生成I級粉煤灰，細度5.2%,比表面積為425m2/kg;

　　砂：細度模數(shù)為2.6的中砂，表現(xiàn)密度2630kg/m3,堆積密度1560kg/m3;

　　石子：5-20mm連續(xù)級配的石灰?guī)r碎石，表觀密度2750kg/m3,堆積密度1450kg/m3;

　　JM-peA摻量： 0.8%

　　2.2 GYQ-S混凝土引氣劑的性能

　　從表2可以看出， GYQ-S的引氣能力非常優(yōu)異，摻量在0.02/萬時，混凝土的含氣量就已達到6.6%.相比日本s引氣劑， GYQ-S的引氣能力略勝一籌，同時兩者的穩(wěn)泡能力相當。表中的數(shù)據(jù)還表明，引氣劑s存在拐點效應，即在實驗當天的原材料和配比下，摻量在0.02/萬時，含氣量會出現(xiàn)停滯，擁落度會變小。而GYQ-S引氣劑不存在這種現(xiàn)象，說明GYQ-S引氣劑與聚羧酸超塑化劑的配伍性能更加出色。

　　2.3摻GYQ-S引氣劑的硬化混凝土孔結構

　　從引氣劑GYQ-S的硬化混凝土氣孔結構參數(shù)（表3）和氣孔分布（圖3）可以發(fā)現(xiàn)，混凝土含氣量在5-5.5%的范圍內(nèi)，摻引氣劑GYQ-S的硬化混凝土的氣孔孔徑大部分集中在500um以下，氣孔間隔系數(shù)為0.3138mm,表明引氣劑GYQ-S引入的氣孔較為細密，分布較為均勻。

　　3.GYQ-S混凝土引氣劑的勻質(zhì)性指標

　　合成的GYO-S引氣劑水劑的勻質(zhì)性指標如表4.GYQ-S引氣劑與聚羧酸超塑化劑具有優(yōu)異的相容性，克服了目前松香類和皂甙類混凝土引氣劑普遍存在的相容性差的缺點。

　　4.結論

　　（1） GYQ-S聚羧酸專用引氣劑采取了分子設計與裁剪技術，其分子結構主要由三段組成；具有較小分子截面積的疏水直鏈、具有與聚羧酸分子結構相似性的聚氧乙烯醚鏈段、強電負性的磺酸基團。其中，直鏈醇保證了引氣劑分子在空氣一水界面上的緊密排列，產(chǎn)生的氣泡更加穩(wěn)定，聚氧乙烯醚鏈段保證了與聚羧酸超塑化劑更好的相容性，磺酸基團保證了引氣劑在混凝土高堿性和高鹽體系中的起泡能力。引氣劑GYO-S的表面活性通過分子中直鏈醇和聚氧乙烯醚的鏈段長度來調(diào)節(jié)；

　　（2） GYQ-S的引氣能力非常優(yōu)異，摻量在0.02/萬時，混凝土的含氣量就己達到6.6%.相比日本的s引氣劑。 GYQ-S的引氣能力略勝一籌，兩者的穩(wěn)泡能力相當。GYQ-S引氣劑與聚羧酸超塑化劑的配伍性能更加出色，不存在日本s引氣劑的拐點現(xiàn)象；

　?。?）摻引氣劑GYQ-S的硬化混凝土的氣孔孔徑大部分集中在500um以下，氣孔間隔系數(shù)為0.3138mm.表明引氣劑GYQ-S引入的氣孔較為細密，分布較為均勻。

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