内掺硬脂酸钙乳液对混凝土性能的影响及作用机制

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0182

摘要/Abstract

摘要：

为系统研究内掺硬脂酸钙乳液对混凝土性能的影响规律及其作用机制，本文制备了水灰比分别为0.4与0.5，硬脂酸钙乳液有效掺量为0%、0.5%、1.0%、2.0%（质量分数）的混凝土试件，开展了工作性能、力学强度、孔结构与微观结构、疏水性、自清洁性、光稳定性及抗氯离子渗透性能等综合测试。结果表明：硬脂酸钙乳液能改善混凝土的工作性能，并使试件表面接触角由约60°提高至120°，但该乳液会抑制水泥的水化反应，导致混凝土结构致密性下降，进而影响混凝土各龄期的强度发展。经硬脂酸钙改性的混凝土表面对亲水性粉尘、疏水性石墨粉及含油脂污染物均表现出良好的自清洁效果。当硬脂酸钙掺量不高于1.0%时，混凝土的毛细吸水能力与氯离子渗透程度显著降低；而当掺量增至2.0%时，因孔隙结构劣化，混凝土的抗渗性能出现逆转，甚至劣于基准组。经180 d模拟光老化后，试件接触角下降不足1°，疏水性能保持相对稳定。

关键词: 混凝土, 疏水改性, 硬脂酸钙, 接触角, 抗沾污, 耐久性

Abstract:

To systematically investigate the influence law and mechanism of internally incorporated calcium stearate emulsion on the properties of concrete， concrete specimens with water-cement ratios of 0.4 and 0.5 and effective calcium stearate emulsion dosages of 0%， 0.5%， 1.0%， and 2.0% （mass fraction） were prepared. Comprehensive tests were conducted on workability， mechanical strength， pore structure and microstructure， hydrophobicity， self-cleaning ability， photostability， and resistance to chloride ion penetration. The results show that calcium stearate emulsion can improve the workability of concrete and increase the surface contact angle of specimens from approximately 60° to 120°， but it inhibits the hydration reaction of cement， leading to a decrease in the compactness of concrete structure， thereby affecting the strength development at various ages. The concrete surface modified by calcium stearate exhibits good self-cleaning effects on hydrophilic dust， hydrophobic graphite powder， and oily contaminants. When the calcium stearate dosage is not higher than 1.0%， the capillary water absorption capacity and chloride ion penetration degree of concrete are significantly reduced； when the dosage is increased to 2.0%， the impermeability performance of concrete reverses due to the deterioration of pore structure， and even becomes inferior to that of the control group. After 180 d of simulated photo-aging， the contact angle decreases by less than 1°， and the hydrophobic performance remains relatively stable.

Key words: concrete, hydrophobic modification, calcium stearate, contact angle, stain resistance, durability

中图分类号:

TU528

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图/表 16

表1 水泥相关参数

Table 1 Parameters related to cement

Indicator	Initial setting time/min	Final setting time/min	3 d flexural strength/MPa	28 d flexural strength/MPa	3 d compressive strength/MPa	28 d compressive strength/MPa
Value	242	307	5.7	7.8	27.2	48.3

表2 水性硬脂酸钙乳液相关参数

Table 2 Relevant parameters of aqueous calcium stearate emulsion

Appearance

Chemical formula

Solid mass fraction/%

Viscosity/（mPa·s）

pH value

（2% aqueous solution）

Density/（g·cm^-3）

Delicate white emulsion

Ca（C₁₇H₃₅COO）₂

表3 混凝土试件配合比

Table 3 Concrete specimen mix proportion

Specimen	Mix proportion/（kg·m^-3）				Water-cement ratio	Ca（C₁₇H₃₅COO）₂content/%
Specimen	Cement	Water	Sand	Gravel	Water-cement ratio	Ca（C₁₇H₃₅COO）₂content/%
H4A	309	123.6	439	782	0.4	0
H4B	309	123.6	439	782	0.4	0.5
H4C	309	123.6	439	782	0.4	1.0
H4D	309	123.6	439	782	0.4	2.0
H5A	309	155.0	550	819	0.5	0
H5B	309	155.0	550	819	0.5	0.5
H5C	309	155.0	550	819	0.5	1.0
H5D	309	155.0	550	819	0.5	2.0

图1 试验流程

Fig.1 Experimental flowchart

图2 混凝土拌合物坍落度和扩展度试验

Fig.2 Concrete mixture slump and spread tests

图3 抗压强度测试结果

Fig.3 Compressive strength test results

图4 累计孔径分布曲线

Fig.4 Cumulative pore size distribution curves

图5 不同硬脂酸钙掺量下28 d硬化水泥浆体的SEM照片

Fig.5 SEM images of hardened cement paste at 28 d under different calcium stearate dosages

图6 不同硬脂酸钙掺量的混凝土试件表面疏水效果（外表面和切割面水滴形态）

Fig.6 Hydrophobic effect on concrete specimen surfaces （water droplet morphology on external and cut surfaces） with different calcium stearate content

图7 不同硬脂酸钙掺量的混凝土试件表面接触角变化

Fig.7 Variation of surface contact angle of concrete specimens with different calcium stearate content

图8 硬脂酸对水泥基材料毛细吸水影响

Fig.8 Effect of stearic acid on capillary water absorption of cement-based materials

图9 改性混凝土的毛细吸水量

Fig.9 Capillary water absorption of modified concrete

图10 考虑不同污染物（粉笔灰、甜辣酱、石墨粉）的混凝土试件外表面和切割面抗沾污性能试验结果（以H4A和H4D试件为例）

Fig.10 Test results of stain resistance performance on external and cut surfaces of concrete specimens considering different pollutants （chalk dust， sweet and spicy sauce， graphite powder）（taking specimens H4A and H4D as examples）

图11 试件光稳定性试验前后表面状态

Fig.11 Surface state of specimens before and after photostability test

图12 硬脂酸钙改性混凝土侵蚀30 d后各深度氯离子含量

Fig.12 Chloride ion content at various depths in calcium stearate modified concrete after 30 d erosion

图13 硬脂酸钙改性混凝土侵蚀30、60和90 d后的氯离子含量（2和10 mm深度处）

Fig.13 Chloride ion content at 2 and 10 mm depths in calcium stearate modified concrete after 30， 60， and 90 d erosion

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