使用二甲基硅油掺杂有机硅化合物优化超轻质泡沫混凝土的性能

建设更轻、更智能的墙体

现代建筑需要既坚固又轻便、耐火并具有良好保温性的墙体。超轻质泡沫混凝土本身具有重量轻和隔热性能好等优点，但通常强度不足且吸水率过高，难以应对要求更高的应用。本研究探讨了一种常见的基于硅的成分——二甲基硅油，如何调控泡沫混凝土内部的微小气泡，使其在保持更轻质量的同时提高强度，并增强抗水和抗候性。

为什么泡沫混凝土很重要

泡沫混凝土由水泥、砂、水和充满气泡的泡沫混合而成。气泡使材料大幅减轻，这对高层建筑和节能墙体很有吸引力。然而，当气泡体积大且分布不均时，混凝土会失去强度，并产生允许水和盐分渗入的通道。工程师希望得到一种既保留充气混凝土优势——低自重、良好保温、耐火性——又不会变成脆弱海绵的配方。

在配方中加入硅的变化

研究人员尝试向超轻质泡沫混凝土中加入少量二甲基硅油，这是一种在日用品中广泛使用的硅类化合物。他们制备了若干配合物，目标密度相同但二甲基硅油含量不同，从水泥重量的0.5%到2.5%不等。通过将二甲基硅油在水中均匀分散，再掺入富含泡沫的水泥浆中，研究者希望改变气泡的形成和稳定方式，并观察这对流动性、凝结时间、吸水性、强度和热传导等性能的影响。

微小孔隙内部发生了什么

细致的测试表明，二甲基硅油同时发挥了泡沫稳定剂和疏水剂的作用。它降低了混合物中水的表面张力，帮助气泡更容易形成并保持独立，避免合并成大空洞。显微图像和孔隙测量显示，添加二甲基硅油后，混凝土中小而规则的孔隙明显增多，而大且相互连通的空隙显著减少。这种更为精细的内部结构降低了水分和空气的渗透速度，并使有害氯化物盐的通过量相比未处理混凝土减少了约三分之一。

更强、更干燥，同时仍然轻质

这些微观变化带来了显著的性能提升。在最佳用量（约2%二甲基硅油）下，超轻质混凝土的刚度和抗压强度均增加了一倍多，抗拉开裂性能提高了三倍多，同时仍保持极低的自重，干密度接近450千克每立方米。材料干燥收缩减少，吸水率显著降低，整体连通孔隙率也下降。热学表现也有所变化：由于孔隙网络更紧密、固相基体更致密，导热系数和热扩散率有所上升，但仍处于适合隔热材料的范围内。

找到最佳剂量

通过比较所有配合，研究发现约2%二甲基硅油提供了最佳平衡：在保持混凝土超轻特性的同时，大幅提升了强度和耐久性，并显著改善了抗潮湿和抗盐渗透性能。更高的用量仅带来有限的额外益处，且开始降低施工性。实际应用中，这意味着一种相对简单的硅基添加剂即可将脆弱的泡沫混凝土转变为更坚固、能排水且仍具良好保温性的建筑材料，从而使其更适合用于节能且耐久的墙体及其他轻质结构构件。

引用: Othuman, M.A.O., Tobbala, D.E., Omar, R. et al. Performance optimization of ultra-lightweight foamed concrete using dimethicone-infused organosilicon compound. Sci Rep 16, 8108 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39334-5

关键词: 泡沫混凝土, 轻质建筑材料, 硅油添加剂, 孔隙结构, 隔热性能