顏料品種與摻量對彩色砂漿性能的影響

孫培釗，邢振賢，耿世博

(華北水利水電大學，鄭州 450045)

0 前 言

水泥混凝土作為建筑材料具有凝結硬化快、抗凍性好、成型強度高及使用壽命長等優點，大量的水泥混凝土用于房建、公路、橋梁等基礎設施中[1]。但水泥混凝土色彩單一，在“鋼鐵混凝土森林”中生活令人感覺枯燥乏味[2]。彩色水泥混凝土在保證其應用性能的基礎上，解決色彩單調的問題，給城市基礎建設增添活力，解決市民審美疲勞的問題。

顏料分為無機顏料和有機顏料兩大類，有機顏料無論在色澤、著色力和使用性能上都優于無機顏料，且毒性小，色譜全，品種多[3]。隨著技術的進步，各類有機顏料的品種不斷出現，性能不斷提升。其中酞菁系列和偶氮系列[4]有機顏料以優良的耐光耐熱、耐酸堿侵蝕、在各種氣候條件下不褪色不變化為優點作為本次試驗樣本[5]。無機顏料大多屬于礦物質顏料，在水泥混凝土體系中除有較好的分散性外，抗紫外線老化性能[6]也優于有機顏料，一般情況下對水泥混凝土的性能影響較小。常用的無機顏料有氧化鐵系、氧化鉻系、鈷藍和群青藍等，本次試驗采用氧化鐵紅、氧化鐵黃與氧化鉻綠顏料為著色劑，試驗研究彩色砂漿的強度、顏色和耐老化性，為配制彩色混凝土提供技術支持。

1 試驗原材料

1.1 水 泥

水泥選用河南省新鄉市秀建水泥廠生產的42.5級普通硅酸鹽水泥，基本性能見表1。

表1 水泥基本性能表

1.2 細集料

本試驗采用鄭州市建材市場的天然河砂，細度模數3.0。

1.3 顏 料

顏料按化學成分分為有機顏料與無機顏料兩大類。無機顏料又可分為天然顏料和合成顏料，由于天然顏料著色力小，雜質多，顆粒不均勻，在配制混凝土時優先選取合成型無機顏料；有機顏料是有色的有機化合物，也分為天然和合成的兩大類。現在常用的是合成有機顏料，有機顏料的品種多，色彩比較齊全，著色性能優于無機顏料。

本次試驗使用顏料采用上海一品顏料有限公司生產的氧化鐵紅、氧化鐵黃和氧化鉻綠顏料，上海染料化工一廠生產偶氮紅，酞菁綠和耐曬黃顏料。

有機顏料結構多樣，色譜齊全，顏色鮮艷純正，著色力強，但部分產品耐光、耐侯、耐溶劑性差，高檔有機顏料也有很好的耐光、耐候、耐溶劑性，但價格昂貴。無機顏料耐曬、耐熱、耐候、耐溶劑性好，遮蓋力強，但色譜不齊全，著色力低，顏色鮮艷度差。

本試驗采用紅、黃、青三種顏色作為主要研究對象，所選顏料分別為無機顏料氧化鐵紅、氧化鐵黃和氧化鉻綠。有機顏料偶氮紅、耐曬黃和酞菁綠。

2 試驗設計

按照《水泥膠砂強度檢驗基準方法》(GB/T 17671-1999)設計試驗配合比為：水泥∶河砂∶水∶顏料=1∶3∶0.5∶X。根據試驗需要，將無機顏料和有機顏料按照表2數據進行摻加，基礎組編號為0，無機顏料組分別為1到4組，有機顏料分別為5到8組。采用JJ-5型水泥膠砂攪拌機按比例充分攪拌制作水泥膠砂，制作40 mm×40 mm×160 mm砂漿試塊，在水中養護28 d后進行試驗。

表2 彩色水泥膠砂試塊配合比

3 試驗結果與分析

3.1 砂漿強度試驗結果分析

對無機顏料采用紅色、黃色、綠色進行膠砂性能測試，其中O組表示基礎組，A組表示加入氧化鐵紅的砂漿試樣，B組表示加入氧化鐵黃的砂漿試樣，C組表示加入氧化鉻綠的砂漿試樣。對有機顏料采用紅、黃、綠三色進行膠砂性能測試，分別為D、E、F組。根據表2對A,B,C組按照無機顏料1、2、3、4組進行摻加，對D,E,F組按照有機顏料5到8組進行摻加。

由表3和表4發現顏料的化學性質是對砂漿抗壓強度和抗折強度的主要因素。根據數據對比發現無機顏料比有機顏料對強度影響更小。

表3 無機顏料水泥膠砂試塊強度表

表4 有機顏料水泥膠砂試塊強度表

由表3分析發現有機顏料摻量和試塊強度成負相關。偶氮紅顏料和耐曬黃對砂漿試塊強度影響較小，適合作為有機顏料用于砂漿拌合料中。酞菁綠對水泥膠砂抗壓強度損傷大，不建議采取這種顏料。通過圖3發現抗折強度下降趨勢與抗壓強度趨勢基本相符，膠砂強度隨著顏料摻量的增加而減弱。

由圖2分析發現無機顏料在摻量較少的情況下對膠砂強度有加強作用，隨著摻量的增加，當摻量達到4%附近時強度達到極限開始降低。考慮由于摻加顏料會吸收一部分水分，從而降低水泥水灰比，會對砂漿強度有提高作用。其中氧化鉻綠對強度加強效果最強。綜合兩種性質的顏料比較發現，無機顏料對強度的影響較小，而有機顏料對強度有損傷。

圖1 有機顏料對砂漿抗壓強度的影響曲線

圖2 無機顏料對砂漿抗壓強度的影響曲線

圖3 有機顏料對砂漿抗折強度的影響曲線

圖4 無機顏料對砂漿抗折強度的影響曲線

3.2 砂漿顏色效果分析

每種顏料都有一定的著色力，著色效果隨著顏料摻量的增加而加強。隨著顏料摻量的增加，混凝土混合料的表面被顏料完全覆蓋，此時混凝土顏色不再發生變化，此時達到顏料的飽和點。通過試驗可見，有機顏料著色力強，當紅色、綠色顏料摻量達到2%時色彩達到飽和，黃色顏料達到4%時接近飽和。無機顏料摻量達到6%時，基本達到最佳的著色效果。試驗采用普通硅酸鹽水泥，由于材料本色影響會對顏料著色效果起到弱化作用。對設計要求高的結構可采用白水泥達到顏色效果。

3.3 砂漿老化性試驗結果分析

本試驗采用UV人工加速紫外線加速老化箱，老化箱模擬日光、熱量、雨水和露水等自然氣候條件對試樣進行老化影響。試件老化試驗參照《彩色建筑材料色度測量方法》(GB/11942-89)進行試驗。試驗以12個小時為一個周期，分別對紅黃青三基色的六組試塊進行老化試驗。整個老化時間點分別為10 d、20 d和40 d，每組平行老化6個試塊為各時間點試樣對照。

表5 彩色水泥膠砂的老化試驗過程

檢測方法有目視法、光電積分法、分光光度法。根據試樣老化情況明顯，試樣數量少等特點，采用目視法對試驗顏色進行測量。圖中試樣為摻加氧化鐵紅顏料的水泥膠砂試塊，右側試驗面在UV試驗機中正面照射40 d，左側為對比面未經過紫外線照射。在紫外線照射下，試塊表面發生褪色。

圖3.6 彩色試塊老化效果

通過觀察可見，所有試樣經過紫外線老化以后其顏色都發生了明顯的變化，且老化時間越長褪色情況越嚴重。除了酞菁綠以外，其他兩種有機顏料顏色褪色最為嚴重。有機顏料著色褪色情況較輕。

3.4 酸堿性試驗結果及分析

試驗目標了解顏料對水泥試樣的酸堿性影響。試驗采用7組試樣，A鐵紅B氮紅C鉻綠D酞菁綠E鐵黃F耐曬黃和G普通對照組，其中A到F為顏料摻量為4%的水泥膠砂試，G組為普通水泥膠砂試塊。試驗將7組試塊破碎研磨，過0.08 mm方孔篩，各稱取10g粉體試樣。將稱取試樣加入100g蒸餾水，封好瓶口防止碳化，每隔5 min震蕩均勻1次，2 h后用濾紙過濾，使用測定計檢測pH值。

表6 彩色水泥膠砂的堿性檢測結果分析

試驗結果證明,顏料對砂漿具有降低堿性的作用，但作用有限。

4 結 論

1)實驗結果表明，有機顏料最佳摻量為2%，無機顏料最佳摻量為4%。無機顏料對砂漿有增加強度的作用，有機顏料摻量越大，砂漿強度越低。

2)無機顏料在6%以上時色彩接近飽和，有機顏料在3%時接近飽和。對比而言，無機顏料色彩厚重，抗紫外線老化性能好；有機顏料色彩鮮艷，抗紫外線老化性能不理想。

3)建議采用偶氮紅和耐曬黃作砂漿或混凝土的著色劑。

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