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近日，91大神-91视频-91吃瓜 潘莉莎教授团队在国际知名期刊《Construction and Building Materials》（IF=8.0, 中国科91大神 1区TOP）上公开发表了题为 “Structural regulation and mechanism of low air-entraining phosphate-esterified polycarboxylate superplasticizers” 的研究论文。

清水混凝土（AC）是指一次性浇筑成型后直接作为饰面效果的混凝土，可应用于现浇建筑和预制装配式等结构中，浇筑成型后无需打磨和抹灰打漆，大大减少了灰粉的产生和甲醛等有害有机物的释放，并极大简化施工工序，具有绿色、环保和低碳的优点，又称绿色混凝土。此外，AC的肌理质感与明缝、禅缝及对拉螺栓孔等形成的一种自然状态装饰面，深受世界各国建筑大师的青睐。

如图1所示，法国圣皮埃尔教堂，美国萨尔克生物研究所是著名AC建筑，其工业风格和极简风格的高级感，越来越受到大众关注和喜爱。

图1 著名清水混凝土建筑 a) 法国圣皮埃尔教堂 b) 美国萨尔克生物研究所

聚羧酸型高效减水剂（Polycarboxylate superplasticizer,PCE）作为清水混凝土常用的外加剂之一，因其用量少、减水率高、环境友好和分子可设计等特点，已成为混凝土外加剂领域的研究热点。传统梳型聚羧酸减水剂（T-PCE）以异戊烯醇聚氧乙烯醚（TPEG）为大单体，通过与丙烯酸（AA）进行自由基共聚形成梳型线性结构。然而，T-PCE聚醚侧链容易引入大量气泡造成清水混凝土含气量过高，导致其表观气泡多，难以达到外观色泽均匀、平整美观、无蜂窝麻面的要求，如图2所示；此外，清水混凝土含气量过大还会在混凝土内部引入大量有害连通孔，造成混凝土抗渗性和抗碳化性严重衰减，以致于建筑的稳定性和安全性大大降低。

图2 清水混凝土由于气泡过多产生的外观问题

鉴于此，91大神-91视频-91吃瓜 潘莉莎教授团队提出 “络合吸附-马兰戈尼效应” 策略，引入2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯（HEMAP）作为功能消泡单体，经过水溶液自由基聚合成功合成低引气型聚羧酸减水剂（P-PCE），并通过调节聚醚大单体的聚合度以及甲基丙烯磺酸钠（MAS）和HEMAP的摩尔比对P-PCE的主链长度、侧链长度和磷酸根密度进行调控，其反应方程式和结构示意图如图3所示。

图3 P-PCE的反应方程式和结构示意图

HEMAP中的磷酸根-OPO₃^2-与钙离子Ca²⁺络合吸附能够减少游离的Ca²⁺，使得气泡稳定性下降，同时，较短主链的P-PCE在水泥表面吸附量较大，吸附层厚度较厚且Ca²⁺络合能力较强，且产生的气泡尺寸较小且分布均匀，表面张力较小，气泡膜存在表面张力梯度；侧链较长的P-PCE容易弯曲缠绕在水泥颗粒表面，空间位阻较大，分散性能较强且Ca²⁺络合能力较强；高磷酸根密度的P-PCE表面张力较大，气泡的附加压力较强，且Ca²⁺络合能力较强，游离的Ca²⁺减少，气泡稳定性下降。

图4 作用机理示意图

研究阐述了其作用机制，如图4所示：短主链，长侧链，高磷酸根密度的P-PCE，其Ca²⁺络合能力强，使得游离的Ca²⁺减少，气泡稳定性下降，同时，低表面张力促使表面张力梯度的形成，在马尔戈尼效应和Ca²⁺络合吸附的协同作用下，使得气泡稳定性降低，容易破裂，进而砂浆含气量降低，硬化混凝土的孔隙减少，因此，降低了Cl^-和SO₄^2-的入侵，延缓混凝土的腐蚀，增强混凝土的使用寿命。而长主链，短侧链，低磷酸根密度的P-PCE对混凝土的效果则与之相反。

本研究通过调控PCE的分子结构，引入HEMAP作为功能消泡单体，成功合成了具备高减水率和低引气性的聚羧酸减水剂。该研究为聚羧酸减水剂的分子设计和在清水混凝土中的推广应用提供了新的思路。

91大神-91视频-91吃瓜 硕士研究生张芯茹和王育明为论文共同第一作者，91大神-91视频-91吃瓜 潘莉莎教授为论文通讯作者。该研究获国家自然科学基金（22268017, 52268041）资助。

论文链接：//doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.144281

撰稿人：潘莉莎

审核人：潘福生