結構彩色混凝土的配制方法及性能探討

張意，黃煌

（重慶建工住宅建設有限公司，重慶400015）

0 引言

在建筑結構中，為使建筑物的表面美觀，一般要在其表面進行裝修飾面，如涂刷裝飾涂料、鋪貼裝飾板材等。這些飾面不僅耗費大量工時和材料，使工程成本大大增加，而且隨著使用年限的延長，還會出現(xiàn)褪色、剝落、掉皮等現(xiàn)象，嚴重影響建筑物的外觀質(zhì)量。而彩色混凝土的出現(xiàn)恰好彌補現(xiàn)有裝飾材料的缺陷，其作為一種理想的結構裝飾材料，不僅具有獨特的色彩、紋理和質(zhì)感，而且具有成型、施工簡單，使用期長，無需維護等優(yōu)點，可廣泛地用于房屋建筑、園林景觀、市政設施、公路工程等建筑領域，具有很大的應用前景[1-4]。

1 彩色混凝土配制

1.1 原材料選擇

1.1.1 水泥

普通硅酸鹽水泥可用于配制顏色為紅色、米色、棕色和黑色的混凝土，且普通硅酸鹽水泥質(zhì)量穩(wěn)定、來源廣泛、價格便宜，因此，在配制結構彩色混凝土時，除特殊要求外，一般選用普通硅酸鹽水泥。

1.1.2 顏料

著色顏料選擇著色能力強，分散性、耐堿性和耐候性好，且價格便宜、來源豐富和購買方便氧化鐵系列顏料。

1.1.3 集料

結合重慶混凝土地材的實際情況，選擇顏色較淺、色澤均勻、級配連續(xù)的石灰石質(zhì)機制中砂作為彩色混凝土配制的細集料，石灰石碎石作為彩色混凝土生產(chǎn)的粗集料（粒徑為5～20mm）。

1.1.4 外加劑

減水劑選擇減水率高（減水率大于25%），與水泥適應性好，對混凝土顏色無影響的聚羧酸高性能減水劑。此外，為了增加彩色混凝土的黏聚性和保水性，保證其硬化后的顏色效果，選擇使用混凝土增稠劑（羥丙基甲基纖維素醚）。

1.1.5 摻合料

由于粉煤灰會使彩色混凝土不易被調(diào)整到目標顏色，而礦渣粉會增加混凝土的泌水，影響彩色混凝土的色彩效果，因此，配制彩色混凝土不使用摻合料。

1.2 配合比設計

1.2.1 配合比設計方法

目前有效可行的設計方法是參照現(xiàn)行行業(yè)標準 《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55-2011，以顏色、坍落度和28d立方體抗壓強度作為控制指標，在普通混凝土配合比的基礎上，根據(jù)所配制彩色混凝土的顏色要求及配合比參數(shù)要求，確定彩色混凝土的試配配比，然后通過大量試配確定最終配合比。其中，彩色混凝土的配比參數(shù)要求見表1，配合比設計流程見圖1。

表1 彩色混凝土的配比參數(shù)要求

圖1 彩色混凝土配合比設計流程

1.2.2 顏料選取及用量確定

對于目標顏色的獲取，通過使用不同色系的顏料來實現(xiàn)，顏料品種根據(jù)表2選取。

表2 彩色混凝土顏料的色彩效果

由于顏料在混凝土的著色效果存在飽和點現(xiàn)象（即顏料摻量達到某一數(shù)值時，再增加顏料摻量，顏色強度也不再提高）。經(jīng)試驗，氧化鐵顏料的飽和點約為水泥重量的6%～8%之間。故使用氧化鐵顏料配制彩色混凝土時，氧化鐵顏料的摻量范圍區(qū)間應為0%～6%，當采用淺色時取靠近下限，鮮明的色彩取中值，色深時取上限。顏料摻量根據(jù)表3進行初步選取。但由于混凝土表面的彩色效果與砂子的顏色、水泥和粗集料的種類、水膠比以及混凝土的養(yǎng)護方式等有關，彩色混凝土的最終的顏色還需通過試驗來調(diào)整和確定。

表3 顏料的摻量

1.2.3 外加劑摻量確定

由于彩色混凝土中的顏料會對減水劑的作用效果產(chǎn)生影響，因此，對彩色混凝土使用的減水劑，其摻量必須通過試驗來選擇。具體方法如下：

⑴基準膠砂，參照膠砂減水率的測定法，水泥用量450g，標準砂用量1350g，外加劑用量為普通混凝土配合比中的摻量，用水量為使膠砂流動度為180±50mm的用水量。

⑵根據(jù)基準膠砂的配比，并在其中摻入設計值的顏料，通過改變外加劑的摻量使膠砂流動度達到180±50mm，且使膠砂的強度不降低，則此外加劑可用以配制彩色混凝土，并且減水劑的摻量為膠砂流動度達到180±50mm時的摻量。

此外，混凝土的增稠劑，摻量范圍為0.005~0.02%，推薦摻量0.01%，具體用量根據(jù)彩色混凝土拌合物情況調(diào)整確定。

2 彩色混凝土性能

為了解彩色混凝土的性能，以強度等級為C40的彩色混凝土為研究對象，測試了彩色混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能，并與普通C40混凝土性能進行對比分析。試驗配合比見表4。

表4 試驗配合比

2.1 工作性

通過外加劑手段可以在同配比下，使彩色混凝土的坍落度與普通混凝土保持一致，達到預拌、運輸、泵送澆筑的要求。但是，彩色混凝土的坍落度經(jīng)時損失明顯高于普通混凝土（見圖2），這主要是因為顏料會吸附混凝土拌合物中的自由水和減水劑分子。而對于混凝土的泌水率，彩色混凝土由于使用了增稠劑，拌合物的黏聚性優(yōu)于普通混凝土，使得其泌水率明顯小于普通混凝土（見圖3）。

圖2 混凝土的坍落度

圖3 混凝土的泌水率

2.2 抗壓強度

從圖4可以看出，彩色混凝土各齡期的抗壓強度都高于普通混凝土，這一方面是由于彩色混凝土中的顏料粒徑很小，能填充水泥顆粒之間的孔隙，發(fā)揮形態(tài)效應，從而提高混凝土的強度；另一方面，由于彩色混凝土的黏聚性優(yōu)于普通混凝土，使得彩色混凝土試件的勻質(zhì)性更好，缺陷更少。

圖4 彩色混凝土的抗壓強度

2.3 耐久性能

2.3.1 滲透性能

表5的結果顯示，彩色混凝土在1.2MPa的滲水壓力下無試件滲水，說明彩色混凝土的抗?jié)B等級達到P12以上。這是由于彩色混凝土的顏料顆粒極細，均勻分散在混凝土中，能堵塞混凝土內(nèi)部連通的毛細孔，使混凝土具有較高的抗?jié)B性能。

2.3.2 收縮性能

試驗測試了彩色混凝土和同強度等級的普通混凝土的自由收縮，見圖5。從混凝土的收縮曲線可以看出，彩色混凝土和普通混凝土的收縮變化規(guī)律與普通混凝土基本一致。

圖5 彩色混凝土的自由收縮值

3 結論

⑴結構彩色混凝土應根據(jù)其預期的顏色要求來選擇水泥的品種，普通硅酸鹽水泥適用于配制深顏色混凝土，白色水泥適用于配制淺色混凝土；著色顏料宜選擇氧化鐵系列顏料，摻量范圍為0%~6%。

⑵結構彩色混凝土的配制宜將顏色、坍落度和28d立方體抗壓強度作為控制指標，配制方法為：在普通混凝土配合比的基礎上，通過顏料選取方法確定顏料用量，通過外加劑選取方法確定外加劑摻量，最后通過試配試驗最終確定彩色混凝土的配合比。

⑶結構彩色混凝土坍落度經(jīng)時損失高于普通混凝土，強度發(fā)展優(yōu)于普通混凝土，抗?jié)B性能和收縮性能與普通混凝土相當。

[1]程景銘，楊建達，郭京旭.彩色建筑混凝土在施工中的應用[J].建筑技術，2005(10).

[2]史忠，葛海濤，呂麗萍.彩色混凝土的研究及應用[J].市政技術，2011，28(1).

[3]胡軍.彩色混凝土瓦在高層建筑中的應用研究[J].施工技術，2002，31(8).

[4]姜勇.彩色混凝土在某大使館工程外墻的應用[J].商品混凝土，2007(6).