基于双子表面活性技术的混凝土气孔调控和作用机理

The pore structure of concrete is one of the most important factors which influence the durability of concrete. The chemical air entraining agent is the core material to adjust the pore structure of concrete, and also is important method to promote the durability of concrete. The traditional air entraining agent are difficult to satisfy the fast development of concrete, afterwards, the Gemini surfactants are developed to be a new and important direction for air-entraining agent of concrete in recent years. A series of novel Gemini surfactants with different chemical structure are synthesized to probe their interaction with concrete. Architecture parameters such as hydrophobic group and hydrophilic group are regulated to control the molecular structure of Gemini surfactants. In addition, solution properties of Gemini surfactants in cement filtrate are investigated in system, which is helpful to present the effect and mechanism of air voids in fresh and hardened concrete. The internal rules of molecular structure, solution properties and pore structure of concrete are investigated to obtain the control technology with particular molecular structure for optimized pore structure of concrete. This project develops and perfects the theoretical basis of air-entraining agents through investigating the structure-activity between new Gemini surfactants and pore structure of concrete, which might provide a new way for the research and development of high-performance pore regulation material in concrete.

混凝土气孔结构是影响混凝土耐久性能的关键因素，而化学气孔调节材料是调控混凝土气孔结构的核心材料，是提升混凝土抗冻抗渗抗裂等耐久性能的重要措施。传统的引气剂由于其分子结构上的限制，其性能难以提升无法满足混凝土高性能化的发展需求。探索新型结构的气孔调节材料成为制备高耐久混凝土的一个重要方向，借鉴化学学科双子表面活性剂的研究成果，本项目设计并合成系列不同结构的双子表面活性剂，通过桥接基团、亲疏水比例及其改性等来调控分子结构，系统研究双子表面活性剂在高盐碱体系中的溶液性能，以及对新拌和硬化混凝土气孔形成和发展的影响及作用机理，关联性分析“分子结构-溶液性能-气孔结构”的内在规律。通过双子表面活性剂的构效关系研究，进一步发展和完善现有气孔调节材料的理论基础，为研究开发高性能气孔调节材料提供了新的途径，也为优化混凝土气孔结构而提升混凝土抗冻-抗渗-抗裂等耐久性能提供了新的技术手段。

混凝土气孔结构是影响混凝土耐久性能的关键因素，而化学气孔调节材料是调控混凝土气孔结构的核心材料，是提升混凝土抗冻抗渗抗裂等耐久性能的重要措施。传统的引气剂由于其分子结构上的限制，其性能难以提升无法满足混凝土高性能化的发展需求。本项目设计并合成系列不同结构的双子表面活性剂，通过调控桥接基团、亲疏水比例、空间拓扑结构等来调控分子结构，系统研究双子表面活性剂在高盐碱体系中的溶液与泡沫性能，以及对新拌和硬化混凝土气孔形成和发展的影响及作用机理，揭示了“双子表活分子结构-溶液性能-气孔结构”的内在规律。通过双子表面活性剂的构效关系研究，发现双子结构表面活性剂相比传统单链结构具有更有的表面活性性能、泡沫性能和引气剂性能，而在双子结构表面活性剂中，疏水链段适宜（碳链长度为12）、桥接基团较短的结构作用效果最优，另外随着空间拓扑结构的推展，在多聚结构中，随着聚合度的提升，化合物的作用效果明显提高；在多臂结构中，其表面活性效果有限，但是展现出在水泥和碳纳米材料中的分散作用潜力。上述研究为进一步发展和完善现有气孔调节材料的理论基础，在上述理论的指导下，项目组开发了对应的高性能气孔调节材料，并建成了年产5000吨的引气剂产品生产线，为优化混凝土气孔结构而提升混凝土抗冻-抗渗-抗裂等耐久性能提供了新的技术手段。