混凝土一般在使用引气剂时，都要掺入减水剂，这就带来了使用的减水剂与引气剂相容性的问题。

(1)表面活性剂与聚合物混合水溶液性质

引气剂都是表面活性剂，减水剂都是聚合物。萘系减水剂是缩聚物，聚羧酸类减水剂是共聚物。表面活性剂水溶液和聚合物水溶液都具备不同于一般溶液的独特性质。表面活性剂是一种能明显减低溶剂表面张力的化学物质，与此同时具备亲水和亲油的性质。传统的表面活性剂是由碳氢化合物等构成的疏水部分结合离子或非离子及亲水部分形成的两亲分子，具备“两亲结构”，它含有一个亲水基和一个疏水基，能够明显减低界面张力和改变界面状态。由于水是强极性液体，因此当表面活性剂溶于水中时，则亲水基有进入水中的倾向，而疏水基则有逃离水而伸向空气中的倾向，结果使得表面活性剂分子在水表层发生聚集，此现象称之为表面活性剂在界面的吸咐。当表层吸咐达到饱和时，继续增大表面活性剂的浓度值，则会在溶液中形成多种多样的缔合结构，包括各种各样形态的胶团、囊泡、液晶和微乳等。图6-1为表面活性剂分子在溶液中由于浓度值的不同而形成的不同类型胶束的示意图。

这种表面活性剂缔合体系的形成使得溶液中存在无数的疏水微区，依据相似相溶原理，可以增溶有机化学物质。不同的表面活性剂结构会增溶不同的化学物质，可以用于胶团催化，或者用作化学反应的介质。此外在生物化学以及生命科学领域，囊泡因为其独特的结构成为研究和模拟生物膜的最好体系。与此同时表面活性剂的这种亲水亲油的性质，能起乳化、分散、增溶、洗涤、润湿、发泡、消泡、保湿、润滑、杀菌、柔软、拒水、抗静电、防腐蚀等一系列作用，在很多行业领域具备极为广泛的应用。

聚合物具备大的分子量，它由重复的多个小分子单体构成。在本质上聚合物可以分成生物和非生物大分子，萘系减水剂和聚羧酸减水剂溶液都属于非生物大分子水溶液。但萘系减水剂属于低聚物，它的分子量只有聚羧酸减水剂的1/10左右。非生物大分子水溶液的性质与聚合物的类型有关。

依据构成聚合物单体的极性，聚合物可以分成：

①非极性水不溶性聚合物;

②极性但水不溶性聚合物;

③极性水溶性聚合物;

④可电离聚合物或聚电解质。

一般而言，聚合物在溶液中的形态决定于两种作用力，即聚合物链段与溶剂和聚合物链段之间的作用平衡。大多数情况下形成无规线团、伸展状态或螺旋状。聚电解质的单体单元带电，可在一定的条件下形成硬的棒状。图6-2为聚合物分子在不同的刚性情况下，在水溶液中的构象示意图。

表面活性剂和聚合物的混合水溶液明显不同于只含有聚合物或只含有表面活性剂的体系。

表面活性剂与聚合物的混合水溶液体系将离子作用、两极作用和疏水作用集于一体，并且表面活性剂-聚合物聚集体的形成建立了一个全新的微环境。与只含有表面活性剂的体系对比，表面活性剂-聚合物体系的流变性性质可以在更大的范围内变化，其相互作用往往可以使聚合物的构象发生变化，例如通过生成复合体，改变聚合物链的静电相互作用，引起聚合物链的舒展和卷曲，这直接影响到溶液的宏观黏度。与只含有聚合物的体系对比，表面活性剂-聚合物体系的表层性质也可以在一个较大范围内改变，并且聚合物也影响表面活性剂的物理化学性质，如表面张力、黏度、电导、临界胶束浓度值和聚集数。作为表面活性剂的引气剂和作为聚合物的聚羧酸超塑化剂相互作用的存在，使其具备不同于一般表面活性剂、聚合物水溶液的独特性质。

(2)聚合物与表面活性剂的相互作用

依据近些年对聚合物/表面活性剂体系的研究表明，水溶性聚合物与表面活性剂之间的作用一般分为以下几种：

a.疏水作用力，主要存在于具备疏水基团的高分子链和表面活性剂之间的相互作用，当电性作用不明显时，通常疏水效应会占主导;

b.静电作用力，主要存在于带有电荷的聚合物水溶液与表面活性剂水溶液中间;

c.氢键作用力，主要存在于聚氧乙烯类表面活性剂与聚合物水溶液中间;

d.离子偶极作用力，广泛存在于表面活性剂极性头与聚合物中间，通常很弱。

假如高分子链和表面活性剂分子上含有电荷，则静电力非常显著，余下的作用力很难量化而且非常复杂。除此之外在水溶液中，水与水分子和水与碳氢链中间的色散力相互作用的大小差别不大，其数量级是同样的;但由于水这种溶剂具有特殊的液体结构引起了碳氢链中间的疏水相互作用增强。因此，对于一般非电解质的中性水溶性聚合物，与表面活性剂的相互作用主要是碳氢链中间的疏水结合。研究表明，聚合物的疏水性越强，则越易于与表面活性剂形成“复合物”。这样就很好地证明了，疏水作用是水溶性聚合物与表面活性剂的主要相互作用。

在对离子型表面活性剂形成常规胶团的协同聚集全过程中，胶团外围的离子头拥挤在一起是一个不利因素，而且这种全过程中形成的高静电势能被束缚的反离子部分抵消：从分子水平来看，几何堆积使得外围离子头中间有一定的距离，部分空间为反离子所占据，但是在许多地方不可避免地伸入水相中，显然这是一个不利的情况。早期的NMR研究显示，胶团中SDS分子的头几个碳原子依然和水相接触，能够设想水溶性聚合物分子链以圈状构型和表面活性剂胶团相结合，使得聚合物的亲水基团和表面活性剂的离子头以离子偶极相互作用;同时聚合物的疏水链段和基团“露置在外”的碳氢部分相互作用，从而起到屏蔽电荷和减少伸入水相面积的作用，这在能量上是非常有利的。

对于同种电荷表面活性剂-水溶性聚合物体系的研究，通常认为强的静电排斥力使得两者之间的相互作用力很弱，不能形成表面活性剂聚合物络合物，所以对该体系的研究很少。而事实上同种电荷的表面活性剂-高分子体系同样存在相互作用，只不过是与經典的表面活性剂分子结合到聚合物链上的理论不同，但是两者共存确实会影响混合溶液的物理化学性能。在日常生活中同样电性的聚合物/表面活性剂体系广泛存在。表面活性剂与聚合物中间的相互作用就是由上述各种相互作用共同决定的，是上述各种作用的一个复杂平衡，任何能够改变其中一种相互作用的因素，都会影响到表面活性剂与聚合物中间的相互作用。对于表面活性剂-聚合物的混合水溶液而言，由于表面活性剂分子的双亲性，使得表面活性剂分子在界面定向排布，组成有序的分子层，从而具有表面活性。聚合物在溶液中的存在会影响表面活性剂分子在界面的排布，通常两者之间的相互作用存在以下几种情况：

a.聚合物与表面活性剂中间存在协同吸附;

b.聚合物与表面活性剂中间存在排斥力或者两者没有明显的相互作用;

c.聚合物与表面活性剂中间形成复合物，导致表面活性剂分子更多地存在于体相中，而使得气液界面上的表面活性剂分子数量减少，产生表面损耗现象，导致表面张力的升高;

d.聚合物与表面活性剂中间存在竞争吸附或者两者互不影响。

通常作用类型a发生在含有相反电荷的表面活性剂高分子体系;而作用类型通常发生在聚电解质与同样电荷的离子表面活性剂体系，或者聚合物不吸附，与表面活性剂无相互作用的体系;作用类型c发生在表面活性剂与高分子中间存在疏水缔合的体系，在此体系中两者之间形成复配物，使得表面活性剂在界面发生损耗。通常对于此体系，即使没有表面活性剂，疏水改性的高分子也具有表面活性，能够被看作高分子表面活性剂作为泡沫膜的稳定剂。作用类型d较少见，通常聚合物与表面活性剂不发生相互作用，并且各自吸附于表面上。以上这几种作用方式并不是固定的，对于同样的体系，在不同的浓度下可能存在不同的作用方式。

(3)影响因素

①聚合物对相互作用的影响聚合物的结构性质，即聚合物的疏水性、亲水性和柔韧性，都对表面活性剂-聚合物相互作用有很大的影响。柔韧且具有较高极性基团的聚合物可与整个表面活性剂胶束在极性区发生缔合。大量研究结果证实，表面活性剂的极性端基和疏水链都可能参加与聚合物的作用，因此，柔韧的聚合物易于与表面活性剂发生相互作用，而亲水性与疏水性对相互作用的影响，由它们中间的平衡结果决定，这种平衡受基团性质、空间位阻等因素的共同影响。对于具有同样亲水基团的聚合物，引入疏水基团能够大大增强表面活性剂与聚合物中间的相互作用。

②表面活性剂对相互作用的影响

a.表面活性剂亲水基团的带电性质离子表面活性剂包括阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂，许多研究结果表明，和中性聚合物发生作用时，阴离子表面活性剂比同样链长的阳离子表面活性剂强，中性聚合物与阳离子表面活性剂的相互作用比较弱是一个非常常见的现象。

b.表面活性剂的浓度 表面活性剂与聚合物之间的相互作用随表面活性剂浓度的增加而发生变化。一般情况下，在临界胶束浓度前，表面活性剂以单个分子形式存在，几乎不与聚合物发生作用;达到临界聚集浓度时，表面活性剂开始在聚合物上聚集，与聚合物发生作用。随着表面活性剂浓度的继续增加，表面活性剂自由胶束开始形成，聚合物与表面活性剂的相互作用达到饱和。此时，表面活性剂浓度的增加不再改变其与聚合物之间的相互作用。

③外部环境对相互作用的影响

a.pH值对于中性聚合物而言，pH值的改变引起溶剂离子强度的改变，会造成 离子表活剂极性头附近的双电层的改变，进而影响两者之间缔合的程度，总体而言影响不会很大。对于可电离的聚电解质水溶液而言，则和聚电解质的类型有关，如果聚电解质中含有对pH值敏感的羧酸或氨基等基团，或是其他易于受H+影响的基团时，则pH值的改变会影响聚合物链上的电荷分布，改变电荷密度甚至影响聚合物链的电性，从而对两者的相互作用产生影响。传统的松香热聚物在碱性溶液里显得引气泡很不稳定。

b.无机电解质无机电解质盐的加入，一般能够促进表活剂-聚合物复合物的形成，并且增加表活剂与聚合物融合的比例。无机盐的作用是双重的，第一类原理是降低聚合物与表活剂的静电相互作用;第二种原理是稳定表活剂聚集体。第一类原理在低离子强度时起作用，第二种原理是在高离子强度时起作用。

c.温度对于中性聚合物与离子型表活剂之间的相互作用而言，温度的影响主要表现在两个方面，一是对聚合物溶解性的影响，通常升高温度有利于聚合物在水中溶解，使得聚合物链更加伸展，有利于两者之间发生缔合;二是对表活剂临界聚集浓度的影响，一般升高温度会降低表活剂极性头的水合作用，使之易于和聚合物作用，但是升高温度同样会破坏疏水基团周围的水结构，不利于表活剂与聚合物的缔合。在一定的温度下，聚合物与表活剂的相互作用受以上各种影响因素的控制。对于聚电解质与表活剂之间的相互作用而言，通常温度的升高会造成 聚电解质的水解，引起聚合物的解离，改变聚电解质在溶液中的性质，降低两者之间的相互作用。

表活剂与天然和合成的高分子的相互作用，已有多年的研究并有不同程度的理解和控制。尽管表活剂与高分子之间的相互作用原理已经被公认为是合理的，但是在分子水平上对于某些相互作用的细节仍然存在实质性的分歧。就目前国内外的文献调研情况而言，广泛的研究集中在非离子型聚合物与离子型表活剂或是带有相反电性的聚合物-表活剂体系上，而对于同种电荷的聚合物与表活剂之间的相互作用，人们广泛地认为由于强烈的静电排斥力，使得两者之间几乎无相互作用，但是此类体系在实际生活中广泛地被应用，并且它们之间的相互作用可显著地改变体系的性能，甚至是其使用性能。

聚羧酸类减水剂分子是由甲基丙烯酸/丙烯酸与甲基丙烯酸/丙烯酸聚氧乙烯醚共聚组成，分子中具备电负性的羧基和中性的聚氧乙烯醚侧链，当与引气剂混合时，既具备同种电荷的聚合物与表活剂之间的相互作用，也具备非离子型聚合物与离子型表活剂之间的相互作用，混合溶液从而表现出更加复杂的性质。当聚羧酸类减水剂与松香衍生物或皂苷类混凝土引气剂混合时，两者通常发生不相容现象，引气剂或是分层漂浮在溶液表面，或是呈絮状沉淀于溶液底部。同时还发现，聚羧酸类减水剂与很多表活剂也存在不相容的现象。

同时，聚羧酸分子结构中接枝了比例很高的聚醚长链。在表活剂领域，聚醚属于非离子表活剂，具备比较突出的起泡性能，但聚醚类表活剂的泡沫比较大，稳泡性能较差，容易破泡。