聚羧酸超塑化剂专用引气剂的分子结构设计与性能

　　摘要：本文针对聚羧酸超塑化剂与混凝土引气剂配伍性的关键问题，运用表面活性剂分子结构裁剪与设计技术，制备了与聚羧酸超塑化剂配伍性能良好的聚羧酸超塑化剂专用引气剂（GYQ-S），并与一种日本的聚羧酸超塑化剂专用引气剂（S）引进行了性能对比。实验结果表明，自行研制的引气剂GYQ-S具有非常优异的性能。

　　关键词：聚羧酸超塑化剂；引气剂；分子设计；配伍性

　　聚羧酸超塑化剂（PCA）是新一代高性能混凝土外加剂，在国家重大工程中得到了广泛应用。聚羧酸超塑化剂与目前市场上商品化引气剂的配伍性能是应用中比较突出的问题。具体表现在相容性差，气泡质量不高等。

　　聚羧酸超塑化剂分子一般是由甲基丙烯酸/丙烯酸与末端含双键的聚氧乙烯醚共聚组成，分子中包括电负性的羧基和非离子的聚氧乙烯醚侧链，当与引气剂混合时，同时存在同种电荷的聚合物与引气剂分子之间及非离子型聚合物与引气剂分子之间的相互作用，溶液性质较为复杂，容易出现配伍性的问题。同时聚羧酸超塑化剂是一种引气型外加剂，但引出的气泡比较大，稳泡性能较差，容易破泡，与荼系、氨基磺酸系减水剂有很大的不同。

　　针对聚羧酸超塑化剂分子结构和溶液的特性，本文运用表面活性剂分子设计与裁剪技术，设计并开发了聚羧酸超塑化剂专用的混凝土引气剂GYQ-S.

　　1.引气剂GYQ-S的分子设计

　　本文针对聚羧酸超塑化剂的分子结构，从表面活性剂的气泡性能出发，运用表面活性剂分子结构设计与裁剪技术，设计出引气剂GYQ-S的分子结构，如图1所示。

图1 引气剂GYQ-S的分子结构

　　R为疏水的直链，根据表面活性剂原理，直链分子由于具有较小的分子横截面积，在水-空气界面上可以排列的更加紧密，引气剂液膜具有更为优异的粘弹性，液膜强度也较高，因而引气剂产生的气泡更加稳定。（CH2CH20）n为聚氧乙烯醚链段，保证了引气剂分子与聚羧酸分子结构的相似性，因而与聚羧酸超塑化剂具有更好的相容性。S03Na为磺酸基团，在混凝土高碱性和高盐体系中，作为电负性的磺酸基团，具有更好的适应性和起泡力。引气剂GYQ-S的表面活性通过分子中直链醇的链段长度和聚氧乙烯醚的链段长度来调节。

　　由引气剂GYQ-S分子的红外谱图（图2）所示，设计的分子结构在1040cm-1和1205cm-1有一对明显的小肩峰，该峰为PEO末端炕基硝酸盐的特征峰，表明分子具有预期的炕基磺酸盐结构。

　　2. GYQ-S混凝土引气剂的性能

　　本文考察了聚羧酸超塑化剂专用引气剂GYQ-S的混凝土新拌性能，并同时与一种日本的聚羧酸专用引气剂<S）进行了对比。

　　2.1实验原材料及配合比

　　水泥：江南水泥厂生产的金宁羊P?052.5级普通硅酸盐水泥；

　　磨细粉煤灰：南京热电厂生成I级粉煤灰，细度5.2%,比表面积为425m2/kg;

　　砂：细度模数为2.6的中砂，表现密度2630kg/m3,堆积密度1560kg/m3;

　　石子：5-20mm连续级配的石灰岩碎石，表观密度2750kg/m3,堆积密度1450kg/m3;

　　JM-peA掺量： 0.8%

　　2.2 GYQ-S混凝土引气剂的性能

　　从表2可以看出， GYQ-S的引气能力非常优异，掺量在0.02/万时，混凝土的含气量就已达到6.6%.相比日本s引气剂， GYQ-S的引气能力略胜一筹，同时两者的稳泡能力相当。表中的数据还表明，引气剂s存在拐点效应，即在实验当天的原材料和配比下，掺量在0.02/万时，含气量会出现停滞，拥落度会变小。而GYQ-S引气剂不存在这种现象，说明GYQ-S引气剂与聚羧酸超塑化剂的配伍性能更加出色。

　　2.3掺GYQ-S引气剂的硬化混凝土孔结构

　　从引气剂GYQ-S的硬化混凝土气孔结构参数（表3）和气孔分布（图3）可以发现，混凝土含气量在5-5.5%的范围内，掺引气剂GYQ-S的硬化混凝土的气孔孔径大部分集中在500um以下，气孔间隔系数为0.3138mm,表明引气剂GYQ-S引入的气孔较为细密，分布较为均匀。

　　3.GYQ-S混凝土引气剂的匀质性指标

　　合成的GYO-S引气剂水剂的匀质性指标如表4.GYQ-S引气剂与聚羧酸超塑化剂具有优异的相容性，克服了目前松香类和皂甙类混凝土引气剂普遍存在的相容性差的缺点。

　　4.结论

　　（1） GYQ-S聚羧酸专用引气剂采取了分子设计与裁剪技术，其分子结构主要由三段组成；具有较小分子截面积的疏水直链、具有与聚羧酸分子结构相似性的聚氧乙烯醚链段、强电负性的磺酸基团。其中，直链醇保证了引气剂分子在空气一水界面上的紧密排列，产生的气泡更加稳定，聚氧乙烯醚链段保证了与聚羧酸超塑化剂更好的相容性，磺酸基团保证了引气剂在混凝土高碱性和高盐体系中的起泡能力。引气剂GYO-S的表面活性通过分子中直链醇和聚氧乙烯醚的链段长度来调节；

　　（2） GYQ-S的引气能力非常优异，掺量在0.02/万时，混凝土的含气量就己达到6.6%.相比日本的s引气剂。 GYQ-S的引气能力略胜一筹，两者的稳泡能力相当。GYQ-S引气剂与聚羧酸超塑化剂的配伍性能更加出色，不存在日本s引气剂的拐点现象；

　　（3）掺引气剂GYQ-S的硬化混凝土的气孔孔径大部分集中在500um以下，气孔间隔系数为0.3138mm.表明引气剂GYQ-S引入的气孔较为细密，分布较为均匀。

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