彩色混凝土的试验与应用(柯志勤 殷大伟 唐孝进 )

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【摘要】彩色混凝土是在混凝土中添加特定的颜料,然后用专用的工具、模具或手工技术制成,能使地面或墙面永久的呈现丰富的色彩,能够逼真的模拟天然石材的材质和纹理,因此对混凝土中的专用化学材料、操作技术和工艺过程中的关键细节必须严格把关。 

【关键词】混凝土 颜料 塌落度 水灰比 
  0 引言 
  彩色混凝土技术区别于以往的压膜混凝土工艺。压膜混凝土工艺是在未干的水泥地面或混凝土表面添加一层彩色颜料,利用颜料的渗透性,达到混凝土着色的效果,经过一段时阃的使用,会出现风化褪色等现象。而通体彩色混凝土技术是在混凝土搅拌中添加特定的颜料,然后用专用的工具、摸具或手工技术制成,它能够使地面或墙面永久的呈现丰富的色彩,能够逼真的模拟天然石材的材质和纹理,而且愈久弥新。 
  南京市高淳区博物馆和档案馆首次大面积采用通体彩色混凝土工艺技术,主要涉混凝土墙板、一楼地面等部位。工程要求彩色混凝土强度等级为C30以上,并且同部位、同种颜色的彩色混凝土颜色必须均匀一致,表面细腻,严禁出现露筋、骨料外露、表面龟裂、裂缝、返碱及褪色等现象。 
  1 试验原材料 
  彩色混凝土中的每种组分都会影响到混凝土表面最终的颜色,因此配合比设计时需考虑所有组分的影响: 
  ●水泥的类型和颜色 
  ●粗细集科的类型、颗粒级配、颜色和清洁度 
  ●颜料的类型和掺量 
  ●化学外加剂的类型和掺量 
  ●拌合用水 
  1.1水泥 
  ●灰色水泥适用于配制米色、棕色和黑色混凝土 
  ●白色水泥适用于配制浅色混凝土 
  美国混凝土协会,研究表明,配制彩色混凝土时最小水泥用量不少于335kg/m3,最大不超过550kg/m3,水泥用量太少,强度低,颜色不均,容易骨料外露,反之容易出现龟裂等现象。 
  该工程现场彩色混凝土的颜色主要是以米色为主,因此选用的是安徽宣城海螺P・O42.5灰色水泥。 
  1.2 颜料 
  颜料包括三种特性,即色调、纯度和亮度,应该满足耐大气、耐冲刷、耐酸雨、不褪色、与混凝土成分不起有害反应、价格适宜等要求。彩色混凝土的色泽、质感以及稳定性主要取决于颜料的性能,只有充分了解各种颜料的特点和性能,才能配制出理想的产品。 
  1.2.1颜料类别和颜色 
  常用的颜料是金属氧化物和氢氧化物,其中最常用的有不同颜色的氧化铁。 
  1.2.2 颜料掺量 
  彩色混凝土所用颜料的粒径很细,有的只有水泥粒径1/1500,颜料颗粒覆盖住水泥颗粒而着色。为保证彩色混凝土色彩的均匀性,生产时预先混合颜料和水泥,然后再加入混凝土原料中拌合,其搅拌时间应比普通混凝土长。 
  彩色混凝土的颜料一般为水泥重量的0.5%~5%,为了确保混凝土的质量,颜料的掺量不能超过水泥重量的10%,颜料对混凝土的颜色改变具有一定的关系,超过一定数量对混凝土颜色改变很小。 
  1.2.3颜料对混凝土性能的影响 
  1、颜料掺量和颜色效果 
  通常氧化铁颜料的饱和点为水泥重量的5%~10%。在配制铁红、棕和黑色时掺量为5%~7%。如采用浅颜色时取下限量,鲜明的鲜色取中值,色调深一些时取10%。 
  2、水泥本色对颜色的影响 
  水泥颜色从浅灰到深灰。因此色泽淡的,必须用白水泥来配制,才可获得纯的色调;颜色深的可利用灰水泥来配制,同时加大掺量,也可获得满意的效果。 
  3、水灰比对颜色色调的影响 
  水灰比大则混凝土颜色暗而淡,水灰比小则亮而浅,且水泥本色越深,水灰比影响就越显著。有时为了消除水灰比的变化对光泽的影响,往往在水泥中加入耐光的白色颜料二氧化钛。 
  4、养护温度对颜色色调的影响 
  养护温度越高,试体对光的反射能力越强,试体本色越浅,亮度越大。掺入颜料后效果依然,自然养护的条件下,不致于使色调产生变化。 
  5、泛白对彩色混凝土色调的影响 
  提高面层的密度,可以防止泛白,而提高面层密度的方法,一般是降低表面层水灰比,加压成型及改善养护条件。 
  综上所述,颜料对混凝土性能有很大影响,对颜料的选择和掺量要遵循规律。 
  1.3砂、石料 
  彩色混凝土用骨料的质量,应符合普通混凝土骨料的质量要求。特别要注意细骨料的颜色,对混凝土的最终颜色有很大影响。石子要求在5~16mm连续级配,应避免使用含有氧化铁的粗集料,以免混凝土表面出现污点。 
  1.5 外加剂 
  选用外加剂时,必须注意与颜料的相容性。含有氯化钙成分的外加剂,会引起金属锈蚀,混凝土颜色变暗,出现污斑。 
  1.6 水 
  通常可以饮用的水都可以作为混凝土的拌合用水。PH值小于4的酸性水、硫酸盐含量大于1%的水不可用。配制浅色混凝土时,含有铁或铁锈等物质会引起混凝土表面颜色发生变化的水不宜选用。 
  2 配合比及外加剂力学性能分析 
  2.1混凝土配合比设计 
  彩色混凝土的配合比设计,满足以下的基本要求: 
  1、要使混凝土拌合物具有良好的和易性。 
  2、适当的水胶比、满足强度要求。 
  3、具有耐久性,即满足抗冻、抗侵蚀、耐磨、抗风化等方面的要求。 
  4、在保证混凝土质量的前提下,做到尽量节约水泥,使用绿色材料和降低成本。 
  2.1.1基本材料 
  除了砂、石料、水泥等普通结构混凝土所需的基本材料外,为保证彩色混凝土的工作性和耐久性的要求,施工中基本组成材料中还采用了硅灰、胶粉和减水剂。 
  ●水泥:安徽宣城海螺水泥厂生产的42.5级普通硅酸盐水泥; 
  ◆粗骨料:碎石,采用粒径5~16mm连续级配;颜色为白色,来自于高淳禅林山; 
  ●细骨料:细度模数为2.6的湖砂,颜色淡白色; 
  ●水:自来水; 
  ●颜料:上海-朗盛拜耳乐无机颜料合成氧化系列颜料; 
  ●硅粉:徐州凌云硅业有限公司生产,细度为800目; 
  ●胶粉:杭州卡恩斯新型建材有限公司生产丙烯酸系可再分散胶粉; 
  ●减水剂:南京聚昌新型建筑材料有限公司生产JC-2型聚羧酸高效减水剂。 
  2.2配合比计算 
  依据《普通混凝土设计规程》(JGJ55-2011)计算混凝土的配合比。本工程要求彩色混凝土的强度为C30以上,故按照C30普通混凝土要求进行混凝土配合比计算和试配,在满足强度的基础上进行颜料试验。 
  试验表明:当胶粉掺量为0.5%、高效减水剂掺量为1.4%时,硅灰石粉体可与水化产物很好地结合,试验混凝土28d标养强度达到41.8MPa,坍落度和扩展度充分满足施工要求。在进行强度试验和模型浇筑试验后,对比色彩状况,确定最终配合比。 
  3结语 
  在彩色混凝土施工过程中,要注意区别于普通混凝土的施工方法: 
  ⑴ 严格控制水灰比和各原材料的质量及库存,尽量做到用料统一。 
  ⑵ 为使物料搅拌均匀,适当延长机械搅拌时间,但不宜过长。 
  ⑶ 用刮尺找准平整度, 抹平时不能有明水。 
  ⑷ 当气温较高或大风天气时,在找平后立即覆盖塑料薄膜,以保持水分。 
  ⑸ 待表面混凝土成型干燥后在3天左右,涂刷透明封闭剂,增强耐久性和美观性。 
  参考文献: 
  [1]程景明、杨建达,等,彩色建筑混凝土在施工中的应用,建筑技术,2005.(10)。 
  [2]张心亚,蓝仁华,混凝土与水泥制品,2003。 
  [3]张晓平,彩色混凝土制品问题,建材工业信息;2004年。

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