不同颜料对彩色混凝土性能的影响研究

引言彩色混凝土能够改进混凝土的装饰性能，同时可以避免二次装修，因此越来越多的装饰工程中应用的是集装饰、节能、环保于一体的新型功能材料[1-4]。混凝土的表观颜色是随着颜料掺量增加而加深的，若掺量较少，则不能达到理想的颜色，但掺量较大会导致其使用性能受影响，还会增加成本，浪费材料，因此明确颜料的最佳掺量是非常重要的。国内外多位专家学者针对不同颜料掺量对彩色混凝土的性能影响开展了研究。陈庆刚等[5]研究红色、黄色、黑色氧化铁颜料对混凝土工作性能及硬化强度的影响；张新胜等[6]采用四因素，三水平的正交试验方法，对无机复合型彩色混凝土配合比设计进行优化，得出最佳配合比；田洪光等[7]通过对彩色混凝土配比试验，着色剂选择，将彩色混凝土在外部结构中应用。在进行彩色混凝土配合比设计前，为更好地了解颜料的掺量对混凝土颜色的影响，考虑经济性，采用砂浆进行颜料掺量确定，将不掺入颜料的砂浆试件作为基准组，固定配合比不变，按胶凝材料质量的1%依次增加颜料的掺量，并通过色差仪测定砂浆颜色，直至颜色稳定。通过探究不同颜料在彩色混凝土中的掺量对彩色混凝土力学性能的影响，得出颜料的最佳掺量。

1、材料及设备

1.1试验材料水泥：P·W42.5白水泥，其性能指标见表1，化学成分见表2。表1水泥的性能指标表2水泥的化学成分%颜料：氧化铁红、氧化铁黄和氧化铬绿为无机颜料，复合宝蓝是有机与氧化铁相结合的复合颜料，酞菁绿丙烯颜料。颜料的性能指标见表3。表3颜料的性能指标砂：中砂，细度模数2.8。减水剂：减水率28%，固含量10.2%。

1.2试验设备采用水泥胶砂搅拌机，JJ-5；采用抗压试验机进行砂浆抗压强度测试，YA-300；采用色彩色差仪进行色差的测试，STT-601。2、最佳配合比掺量的确定

2.1试验方法采用M10、M30、M50强度等级的砂浆进行颜料掺量的确定。试验选用氧化铁红、氧化铬绿、酞菁绿、复合宝蓝、氧化铁黄这5种颜料，进行3个不同强度等级的颜料掺量试验，颜料为外掺，基准组为水泥掺量的0%，以1%递增，1%～6%掺量为对比组，成型试块，养护28d后进行色差测试。砂浆配合比见表4。表4砂浆配合比kg/m32.2色差评价方法本试验采用CIELAB颜色评价系统[8]，用色差仪来测定颜色的饱和度，色差表达方式为：将不掺加颜料的试块测试数据分别记为L0、a0和b0，测试彩色砂浆的数据为记录Li

、ai

和bi，由下式（1）计算，并画出数据拟合曲线，当数据到达顶点时，可认定颜色饱和，即为颜料的最佳掺量。试验成型砂浆试块如图1所示。

图1试验成型试块2.3试验结果通过对不同颜料掺量的砂浆试块进行了L、a和b的测试，测试了不同强度等级砂浆试块的数值，并进行总色差ΔE的计算，根据计算结果，进行了以颜料掺量为横坐标、总色差为纵坐标的数据拟合，拟合曲线如图2所示。

图2不同强度等级砂浆在不同颜料掺量下的总色差由图2可知：（1）对于不同强度等级的彩色砂浆，随着颜料掺量的增加，总色差先增加再减少；（2）氧化铁红颜料在掺量1%时，总色差值在25%～30%，也就是说很低掺量的氧化铁红颜料可以使彩色砂浆很好地着色，饱和掺量在4%～5%左右；（3）几种颜料的饱和掺量在4%~5%左右，5%掺量实用性广；（4）氧化铁红、氧化铁黄、复合宝蓝的的总色差值高于氧化铬绿和酞菁绿。也可说明氧化铁系类着色性能优于氧化铬系列、复合颜料、有机颜料，且价格便宜，性价比最高。3、不同颜料对砂浆强度的影响

本试验采用白水泥制备了颜料掺量为0%~6%（此掺量为占水泥质量百分比）的彩色砂浆。砂浆强度为M30，选取氧化铁红、氧化铬绿以及酞菁绿砂浆试块进行力学性能试验，并记录其抗压强度。砂浆配合比见表4。

3.1氧化铁红颜料对砂浆强度的影响随着龄期的增长，氧化铁红颜料在不同掺量下与砂浆强度的关系如图3所示。图3氧化铁红颜料掺量与砂浆抗压强度的关系由图3可知，砂浆的抗压强度随着龄期的增加而增长，极个别出现强度倒缩现象。氧化铁红颜料掺量在1%~5%时，随着颜料掺量的增加，抗压强度基本上也随着升高，并且在氧化铁红颜料掺量为5%时，90d抗压强度达到最高值，为38.9MPa。当掺量在5%~6%，随掺量的增加，抗压强度开始降低。与基准砂浆对比可知，随着氧化铁系颜料掺量的增加，整体强度增长。强度增长是因为颜料颗粒粒径较水泥细10~20倍[9]，会吸附大量自由水，从而减少混凝土的实际水胶比。颜料作为惰性材料，不与混凝土中其他物质反应，但少量掺入可发挥一定的填充效应[10-11]，能有效填充混凝土内部孔隙，堵塞混凝土毛细管通道，使混凝土内部更加密实，改善力学性能。但当颜料掺加较高时，则会导致抗压强度降低。是因为用水量保持不变时，随着粉末颜料的增加，水胶比下降，导致了强度降低。由此可见，氧化铁红颜料对于彩色砂浆、彩色混凝土而言，其掺量5%时最有利于强度的发展。

3.2氧化铬绿颜料对砂浆强度的影响随着龄期的增长，氧化铬绿颜料在不同掺量下与砂浆强度的关系如图4所示。图4氧化铬绿颜料掺量与砂浆抗压强度的关系由图4可知，在氧化铬绿掺量为2%时，抗压强度最高，90d抗压强度39.0MPa。在掺量为3%~6%时，抗压强度随着颜料掺量的增加而降低。与基准砂浆对比可知，氧化铬绿的加入提高了砂浆的抗压强度，对力学性能产生了积极影响。但是，需要注意的是需要控制氧化铬绿颜料的掺量，避免过量掺加影响砂浆力学性能。但由图2可知，氧化铬绿对于颜色饱和度的最佳掺量为4%，这与2%掺量强度90d达到最高值不一致，因此在实际应用时，应同时兼顾考虑颜色和强度的需求进行相应试验确定。

3.3酞菁绿颜料对砂浆强度的影响随着龄期的增长，酞菁绿颜料在不同掺量下与砂浆强度的关系如图5所示。图5酞菁绿颜料掺量与砂浆抗压强度的关系酞菁绿作为有机颜料，主要成分为酞菁铜，相较于氧化铁红和氧化铬绿这2种无机颜料，酞菁性能不稳定，耐久性能较差，并且与被着色物体没有亲和力。由图5可知，掺加了酞菁绿颜料的砂浆试块的抗压强度整体偏低，主要是因为有机酞菁绿颜料，含有一定量的表面活性成分[12]，在拌合过程中，其成分中的表面活性剂会夹带大量空气进入混凝土内部，导致硬化后的混凝土内部孔隙较多，密实性较差，因此导致了混凝土抗压强度降低。虽然有机颜料与一般颜料相比，有较强的着色能力，但是这种颜料的掺入，会很大程度影响力学性能以及耐久性能，故在使用时需要注意使用场所以及使用方法。3.4不同颜料砂浆28天抗压强度对比将氧化铁绿、氧化铬绿、酞菁绿颜料拌制的彩色砂浆的28d抗压强度进行对比，如图6所示。图6不同颜料掺量对砂浆抗压强度的影响由图6可知，氧化铁红、氧化铬绿在1%~6%掺量时，其强度均高于对比样；而有机颜料酞菁绿在1%~6%掺量时，均低于对比样的强度。由此可知，氧化铁系颜料、氧化铬系颜料对砂浆的抗压强度具有积极作用，而有机颜料则会降低砂浆的抗压强度。结论

（1）考虑美观、强度和经济性，建议进行彩色混凝土配制时