疏水改性煅烧硅藻土砂浆的制备及性能

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0911

摘要/Abstract

摘要：

为提高水泥基材料的防水抗渗性，本文提出了一种绿色疏水粉末的制备方法。以硬脂酸为改性剂，采用机械球磨法对煅烧硅藻土（CD）进行疏水改性，以接触角为主要评价指标优化工艺参数，成功制备出疏水性优异的改性煅烧硅藻土（SA-CD）。利用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）对SA-CD进行表征，系统研究了SA-CD以不同掺量替代水泥对砂浆性能的影响。结果表明：在硬脂酸掺量3%（质量分数）、球磨时间30 min、转速500 r/min的工艺条件下，所制备的SA-CD接触角达到152°；随SA-CD掺量增加，砂浆接触角持续增大，毛细吸水系数显著下降；同时，砂浆流动度呈先上升后下降的趋势；当SA-CD掺量为6%（质量分数）时，砂浆28 d抗折强度和抗压强度分别提升了8.81%和10.44%。微观分析表明，适量SA-CD可改善孔隙结构，提高致密性，从而增强砂浆的综合性能。

关键词: 硬脂酸, 煅烧硅藻土, 接触角, 毛细吸水, 力学性能, 微观结构

Abstract:

To enhance the waterproofing and impermeability of cement-based materials， this paper proposed a method for preparing green superhydrophobic powder. Using stearic acid as modifier， calcined diatomite （CD） underwent hydrophobic modification via mechanical ball milling. Process parameters were optimized with contact angle as the primary evaluation metric， successfully yielding modified calcined diatomite （SA-CD） with outstanding hydrophobic properties. The SA-CD was characterized using X-ray diffractometer （XRD）， Fourier transform infrared spectrophotometer （FTIR）， and scanning electron microscopy （SEM）. The effects of substituting cement with SA-CD at different dosages on mortar properties were systematically investigated. Results indicate that under process conditions of 3% （mass fraction） stearic acid dosage， 30 min ball milling time， and 500 r/min rotation speed， the prepared SA-CD shows a contact angle of 152°. As the SA-CD dosage increases， the mortar contact angle continuously rises while the capillary water absorption coefficient significantly decreases， simultaneously exhibiting a flow trend that initially increases before decreasing. At a 6% （mass fraction） SA-CD， the mortar’s 28 d flexural strength and compressive strength improve by 8.81% and 10.44%， respectively. Microscopic analysis indicates that moderate SA-CD dosage improves pore structure and enhances density， thereby strengthening the mortar’s overall performance.

Key words: stearic acid, calcined diatomite, contact angle, capillary water absorption, mechanical property, microstructure

中图分类号:

TU578.1

王海皓, 甘元初, 侯庆振, 陈振富, 金丹, 付新博. 疏水改性煅烧硅藻土砂浆的制备及性能[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(4): 1122-1131.

WANG Haihao, GAN Yuanchu, HOU Qingzhen, CHEN Zhenfu, JIN Dan, FU Xinbo. Preparation and Performance of Hydrophobic-Modified Calcined Diatomite Mortar[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(4): 1122-1131.

图/表 17

表1 水泥和CD的主要化学成分

Table 1 Main chemical composition of cement and CD

Material	Mass fraction/%
Material	SiO₂	Al₂O₃	CaO	SO₃	Fe₂O₃	MgO	LOI
Cement	21.56	9.75	49.28	1.04	2.79	1.97	4.41
CD	91.83	2.40	0.53	0.09	1.85	0.93	2.37

图1 SA-CD的制备流程

Fig.1 Preparation process of SA-CD

图2 CD和SA-CD粒径分布

Fig.2 Particle size distribution of CD and SA-CD

表2 砂浆的配合比

Table 2 Mix proportion of mortar

Number	Mass/g
Number	Cement	Water	Sand	SA-CD
S0	450.0	202.5	1 350.0	0
S3	436.5	202.5	1 350.0	13.5
S6	423.0	202.5	1 350.0	27.0
S9	409.5	202.5	1 350.0	40.5
S12	396.0	202.5	1 350.0	54.0
S15	382.5	202.5	1 350.0	67.5

图3 硬脂酸掺量对SA-CD接触角的影响

Fig.3 Effect of stearic acid dosage on contact angle of SA-CD

图4 球磨时间及转速对SA-CD接触角的影响

Fig.4 Effects of ball milling time and rotational speed on contact angle of SA-CD

图5 CD和SA-CD的XRD谱

Fig.5 XRD patterns of CD and SA-CD

图6 CD和SA-CD的FTIR谱

Fig.6 FTIR spectra of CD and SA-CD

图7 CD和SA-CD的SEM照片

Fig.7 SEM images of CD and SA-CD

图8 SA-CD掺量对砂浆湿润性的影响

Fig.8 Effect of SA-CD dosage on mortar wettability

图9 SA-CD掺量对砂浆毛细吸水率的影响

Fig.9 Effect of SA-CD dosage on mortar capillary water absorption rate

图10 SA-CD掺量对砂浆流动度的影响

Fig.10 Effect of SA-CD dosage on mortar flow

图11 SA-CD掺量对砂浆抗折强度的影响

Fig.11 Effect of SA-CD dosage on mortar flexural strength

图12 SA-CD掺量对砂浆抗压强度的影响

Fig.12 Effect of SA-CD dosage on mortar compressive strength

图13 砂浆内部孔隙微分分布

Fig.13 Differential distribution of pores within mortar

图14 砂浆内部孔径相对值分布

Fig.14 Distribution of relative values of pore diameters within mortar

图15 砂浆内部微观形貌

Fig.15 Microstructure within mortar

参考文献 26

[1]	REKA A A， PAVLOVSKI B， FAZLIJA E， et al. Diatomaceous earth： characterization， thermal modification， and application［J］. Open Chemistry， 2021， 19（1）： 451-461.
[2]	KRÖGER N， POULSEN N. Diatoms-from cell wall biogenesis to nanotechnology［J］. Annual Review of Genetics， 2008， 42： 83-107.
[3]	代楠，张育新，李凯霖，等. 硅藻土在胶凝材料领域的应用进展［J］. 材料导报， 2022， 36（14）： 145-153.
	DAI N， ZHANG Y X， LI K L， et al. Application of diatomite in cementitious materials［J］. Materials Reports， 2022， 36（14）： 145-153 （in Chinese）.
[4]	肖力光，雷潭，蒋大伟. 改性硅藻土对碱矿渣-粉煤灰水泥力学性能的影响［J］. 应用化工， 2025， 54（7）： 1726-1730.
	XIAO L G， LEI T， JIANG D W. Effect of modified diatomite on mechanical properties of alkali slag-fly ash cement［J］. Applied Chemical Industry， 2025， 54（7）： 1726-1730 （in Chinese）.
[5]	JUENGER M C G， SIDDIQUE R. Recent advances in understanding the role of supplementary cementitious materials in concrete［J］. Cement and Concrete Research， 2015， 78： 71-80.
[6]	AHMADI Z， ESMAEILI J， KASAEI J， et al. Properties of sustainable cement mortars containing high volume of raw diatomite［J］. Sustainable Materials and Technologies， 2018， 16： 47-53.
[7]	TAGNIT-HAMOU A， PETROV N， LUKE K. Properties of concrete containing diatomaceous earth［J］. ACI Materials Journal， 2003， 100（1）： 73-78.
[8]	刘开志，龙勇，陈露一，等. 利用煅烧硅藻土制备高稳态超高性能混凝土基体研究［J］. 硅酸盐通报， 2022， 41（6）： 1888-1895.
	LIU K Z， LONG Y， CHEN L Y， et al. Preparation of high stability ultra-high performance concrete matrix with calcined diatomite［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society， 2022， 41（6）： 1888-1895 （in Chinese）.
[9]	CHEN F， GAO J M， QI B， et al. Deterioration mechanism of plain and blended cement mortars partially exposed to sulfate attack［J］. Construction and Building Materials， 2017， 154： 849-856.
[10]	钱达友，杨建明. 水冻融和硫酸盐溶液冻融环境下MKPC砂浆的耐久性评价［J］. 硅酸盐通报， 2020， 39（2）： 359-366.
	QIAN D Y， YANG J M. Durability evaluation of MKPC mortar under water-freeze-thaw and sulfate solution freeze-thaw environment［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society， 2020， 39（2）： 359-366 （in Chinese）.
[11]	温勇，孙晓燕，赵瑞翔，等. 硫酸盐侵蚀对水泥基材料产物及孔结构的影响［J/OL］. 建筑材料学报， 2025： 1-10 （2025-05-06）［2025-08-28］. https：//link.cnki.net/urlid/31.1764.tu.20250430.1633.014.
	WEN Y， SUN X Y， ZHAO R X， et al. Effect of sulfate attack on the product and pore structure of cementitious materials［J/OL］. Journal of Building Materials， 2025： 1-10 （2025-05-06）［2025-08-28］. https：//link.cnki.net/urlid/31.1764.tu.20250430.1633.014 （in Chinese）.
[12]	李春秋，李克非. 干湿交替下表层混凝土中氯离子传输：原理、试验和模拟［J］. 硅酸盐学报， 2010， 38（4）： 581-589.
	LI C Q， LI K F. Chloride ion transport in cover concrete under drying-wetting cycles： theory， experiment and modeling［J］. Journal of the Chinese Ceramic Society， 2010， 38（4）： 581-589 （in Chinese）.
[13]	WANG F J， LIU H J， OU J F， et al. Fast fabrication of superhydrophobic surfaces on hardened cement paste using sodium laurate aqueous solution［J］. Construction and Building Materials， 2021， 278： 122385.
[14]	辛景博，严金生，冯庆革，等. 氟化SiO₂-环氧树脂超疏水涂层水泥砂浆耐久性能研究［J］. 混凝土， 2023（9）： 145-148.
	XIN J B， YAN J S， FENG Q G， et al. Study on the durability of fluorinated SiO₂-epoxy resin superhydrophobic coating cement mortar［J］. Concrete， 2023（9）： 145-148 （in Chinese）.
[15]	薛善彬，王　丹，马金元，等. 内掺硅烷对硫铝酸盐水泥砂浆力学和吸水性能的影响［J］. 复合材料学报， 2025， 42（7）： 3940-3951.
	XUE S B， WANG D， MA J Y， et al. Effects of incorporated silane on mechanical and water absorption properties of sulphoaluminate cement mortar［J］. Acta Materiae Compositae Sinica， 2025， 42（7）： 3940-3951 （in Chinese）.
[16]	SONG J L， ZHAO D Y， HAN Z J， et al. Super-robust superhydrophobic concrete［J］. Journal of Materials Chemistry A， 2017， 5（28）： 14542-14550.
[17]	田　雷，邱流潮. （超）疏水水泥基材料的研究进展［J］. 材料导报， 2021， 35（19）： 19070-19080.
	TIAN L， QIU L C. Progress of （super） hydrophobic cement-based materials［J］. Materials Reports， 2021， 35（19）： 19070-19080 （in Chinese）.
[18]	QU Z Y， YU Q L. Synthesizing super-hydrophobic ground granulated blast furnace slag to enhance the transport property of lightweight aggregate concrete［J］. Construction and Building Materials， 2018， 191： 176-186.
[19]	侯　鑫. 内掺法疏水改性水泥基材料制备及性能研究［D］. 西安：长安大学， 2023.
	HOU X. Study on preparation and properties of hydrophobic modified cement-based materials by internal mixing method［D］. Xi’an： Chang’an University， 2023 （in Chinese）.
[20]	戴　磊，许向阳，刘天豪，等. 负载脂肪酸基相变材料硅藻土的热性能研究［J］. 矿冶工程， 2018， 38（2）： 114-118.
	DAI L， XU X Y， LIU T H， et al. Thermal properties of diatomite loaded with fatty acid-based phase change materials［J］. Mining and Metallurgical Engineering， 2018， 38（2）： 114-118 （in Chinese）.
[21]	YANG L， PANG Y Y， TANG Q， et al. Effects of the stearic acid modified mica powder on hydrophobic properties and salt freezing resistance of mortar： experimental study and microscopic mechanism analysis［J］. Construction and Building Materials， 2024， 416： 135188.
[22]	SHI Z Q， WANG Q， LI X D， et al. Utilization of super-hydrophobic steel slag in mortar to improve water repellency and corrosion resistance［J］. Journal of Cleaner Production， 2022， 341： 130783.
[23]	QU Z Y， ALAM Q， GAUVIN F， et al. Development of water-resisting mortar by incorporation of functionalized waste incineration ashes［J］. Journal of Cleaner Production， 2020， 249： 119341.
[24]	钱玉鹏，王路路，吴望妮，等. 表面改性对蛭石流延浆料性能的影响［J］. 硅酸盐通报， 2020， 39（7）： 2326-2329.
	QIAN Y P， WANG L L， WU W N， et al. Effect of surface modification on properties of vermiculite casting slurry［J］. Bulletin of the Chinese Ceramic Society， 2020， 39（7）： 2326-2329 （in Chinese）.
[25]	辜琳然，刘文娟，熊　欢，等. 纳米CaCO₃增韧混凝土复合材料的制备及机理研究［J］. 功能材料， 2022， 53（4）： 4150-4154.
	GU L R， LIU W J， XIONG H， et al. Preparation and mechanism of nano CaCO₃ toughened concrete composites［J］. Journal of Functional Materials， 2022， 53（4）： 4150-4154 （in Chinese）.
[26]	刘其名，姜达超，秦尤敏，等. 超细粉对砂浆冻融性能的影响分析［J］. 居业， 2025， 17（6）： 167-169.
	LIU Q M， JIANG D C， QIN Y M， et al. Analysis of the influence of superfine powder on the freeze-thaw performance of mortar［J］. Create Living， 2025， 17（6）： 167-169 （in Chinese）.