摻顏料超高性能混凝土性能的研究

摘要：本文采取在超高性能混凝土中分別摻入1%、3%、5%的紅、黃、藍、綠四種顏料的方式，研究了不同顏料種類和不同顏料摻量對超高性能混凝土染色效果、拌和性能、初凝時間、終凝時間、抗壓強度和抗折強度的影響。試驗結果表明：在超高性能混凝土中摻入3%的顏料染色效果最佳;由于顏料吸水，超高性能混凝土的坍落度隨著染料摻量增加而減少;顏料的摻入會延長超高性能混凝土的初凝時間和終凝時間;顏料的摻入會降低超高性能混凝土的抗壓強度和抗折強度，摻入藍色顏料的超高性能混凝土強度降低幅度最大。

關鍵詞：超高性能混凝土;顏料種類;顏料摻量;拌和性能;強度

Abstract： The paper studied the effects of different kinds of pigments and different amounts of pigments on dyeing effect， mixing performance， initial setting time， final setting time， compressive strength and flexural strength of UHPC for respectively adding 1%， 3% and 5% red， yellow， green and blue pigments into UHPC. The result showed that the best dyeing effect of UHPC is 3%; due to the water absorption of pigment， the slump of UHPC decreases with the increase of dye content; the addition of pigment can prolong the initial setting time and final setting time of UHPC; the strength of ultra-high performance concrete will be reduced by the addition of pigment， and the strength of UHPC with blue pigment will decrease most.

0? 引言

超高性能混凝土[1-5]（UHPC：ultra high performance concrete）是迄今為止最具創新性的水泥基工程材料，相比普通混凝土和高性能混凝土，超高性能混凝土具有超高的耐久性和超高的力學性能。目前，由中國建筑材料協會制定的《超高性能混凝土預混料》正在征求意見，《超高性能混凝土預制構件生產技術規程》、《超高性能混凝土現澆施工技術規程》和《超高性能混凝土結構設計技術規程》等規范正在制定中，相信在不久的將來，超高性能混凝土的應用領域將更加廣泛。

超高性能混凝土為建筑師設計創意和表現提供了新的、自由度更大的材料。目前，超高性能混凝土在橋梁建設、橋面板鋪裝、結構加固、電桿生產、重型井蓋等領域的研究已經成熟并得到大力推廣應用，但翻閱文獻，國內在裝飾性超高性能混凝土的研究方面還比較少，現有的文獻主要集中在彩色普通混凝土的研究，應用方面主要集中在彩色地磚路面、彩色路緣石等方面。目前，國內大部分超高性能混凝土研究方面的專家學者在裝飾性超高性能混凝土應用方面主要傾向于彩色建筑幕墻、彩色藝術造型等領域的研究應用，摻入不同顏料種類和不同顏料摻量對超高性能混凝土性能有何影響，正是本文所要研究的重點。

目前，制備裝飾性混凝土[6-13]的方法主要有彩色水泥法、摻加顏料法、面層著色法、化學染色法四種方法，因摻加顏料法具有制備工藝簡單、色調不受顏色范圍限制、價格較為便宜、顏色耐久性好等諸多優勢，本研究主要采取摻加顏料法研究顏料對超高性能混凝土性能的影響。

1? 實驗

1.1 原材料

水泥，P.O.42.5級普通硅酸鹽水泥;硅灰，淺灰色粉末，呈球型，平均粒徑80nm;粉煤灰，Ⅱ級，灰色粉末;粒化高爐礦渣，S95型;石英砂，粒徑0.5-1mm;減水劑，聚羧酸高效減水劑，含固量36%，減水率大于25%。氧化鐵紅，紅色氧化鐵粉末;氧化鐵黃，檸檬黃色的固體粉末;氧化鐵藍，深藍色或淺藍色固體粉末;氧化鐵綠，呈草綠色固體粉末狀。

試驗原材料化學成分見表1、表2。

1.2 試驗方案

本試驗以U0配比作為超高性能混凝土的基本組，其它配比的變化相比U0配比在于顏料種類及摻量的變化，如，U11表示氧化鐵紅摻量為1%，U23表示為氧化鐵黃摻量為3%，摻入鋼纖維為超高性能混凝土體積摻量以質量計，顏料摻量為UHPC膠凝材料的百分比以質量計，具體見表3。

1.3 試驗方法

超高性能混凝土的攪拌步驟如下：按配合比設計要求稱量原材料，將骨料與硅灰充分干拌2分鐘，再加入水泥、粉煤灰、礦渣干拌2分鐘，充分混合后加入2/3的水和高效減水劑攪拌3分鐘，再加入剩下的水攪拌2分鐘，最后邊攪拌邊加入鋼纖維、顏料高速拌和1分鐘，測定拌合物的坍落度、初凝時間及終凝時間，將試件放入標準養護室（20±2℃）養護48h后拆模，再放入90℃的水浴中加熱養護48h后進行強度測定，強度試驗參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》[14]（JTE E30-2005）規定執行。

2? 結果與討論

2.1 不同顏料摻量對UHPC顏色深度的影響

在混凝土中摻入顏料，顏料摻量對混凝土的色彩效果起決定性作用，然而目前顏料對混凝土的染色效果沒有統一的定量評價，本研究主要采取目測法對摻顏料超高性能混凝土的試件的顏色深度進行定性評定，主要采取“淺、深、飽和”3個評價指標，具體見表4。從表4可以看出，隨著顏料摻量的增加，摻顏料超高性能混凝土的顏色深度逐漸加深，其中氧化鐵藍、摻氧化鐵綠摻量為1%時，顏色深度即可達到“深”的指標;氧化鐵紅、摻氧化鐵黃的UHPC試件在摻量為3%時才可達到“深”的指標，說明藍、綠顏料要達到深的色度比紅、黃顏料摻量要少，圖1為摻1%、3%、5%氧化鐵藍UHPC顏色深度對比圖，圖2為摻3%氧化鐵紅UHPC試件顏色深度圖。

2.2 不同顏料對UHPC凝結時間的影響

由于顏料的化學組分不具有火山灰活性，在超高性能混凝土中加入顏料在一定程度上會延長膠凝材料的水化反應時間，從而造成摻顏料超高性能混凝土的初凝時間和終凝時間延長。由表5可知，隨著顏料摻量的增加，摻4種顏料的超高性能混凝土的初凝時間和終凝時間均逐漸延長，但是延長的時間間隔與顏料摻量的增加并不成比例關系。由圖3可知，相比不摻顏料的超高性能混凝土，摻3%藍色和綠色顏料的超高性能混凝土初凝時間和終凝時間最長，摻3%紅色和黃色顏料的超高性能混凝土初凝時間和終凝時間增幅最小。

2.3 不同顏料對UHPC坍落擴展度的影響

由于氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵藍、氧化鐵綠4種顏料的密度依次遞減，其比表面積依次增大，4種顏料的吸水性逐漸增強。由圖4可知，隨著顏料摻量的增加，摻顏料的超高性能坍落擴展度逐漸減小，顏料摻量相同時，藍色和綠色的顏料超高性能混凝土坍落擴展度減少最小，工作性能最佳，紅色和黃色顏料超高性能混凝土工作性能最差。

2.4 不同顏料對UHPC顏色強壓、抗折強度的影響

由表5、圖5可知，隨著顏料摻量的增加，摻顏料超高性能混凝土抗壓、抗折強度均逐漸下降，其中，摻藍色顏料的超高性能混凝土抗壓強度降低幅度最高，摻黃色顏料的超高性能混凝土抗壓強度降低幅度最低，紅色和綠色顏料次之。摻1%藍色顏料抗壓強度和抗折強度分別為不摻的1/2和1/3，摻5%藍色顏料抗壓強度和抗折強度為不摻的1/5左右，這是由于藍色顏料成分中的表面活性劑在超高性能混凝土拌和過程中將空氣引入混凝土內部使混凝土密實度下降，從而導致抗壓強度和抗折強度下降。在黃色顏料摻量為1%、3%時，超高性能混凝土的抗壓強度降低最少，但當在黃色顏料摻量為5%時，超高性能混凝土的抗壓強度、抗折強度降為不摻顏料的1/2，主要是因為黃色顏料吸水多，進一步降低了超高性能混凝土的有效水灰比，從而提高混凝土的密實度，所以其強度降低的幅度較小，同時，由于顏料本身沒有火山灰活性，相比不摻顏料的超高性能混凝土，其強度還是會降低。

3? 結論

①內摻顏料超高性能混凝土試件達到同樣顏色深度效果，藍色、綠色顏料比紅色、黃色顏料摻量可以更少。

②隨著顏料摻量的增加，摻紅、黃、綠、藍顏料的超高性能混凝土初凝時間和終凝時間均逐漸延長，摻藍色和綠色顏料的超高性能混凝土初凝時間和終凝時間最長，摻紅色和黃色顏料的初凝時間和終凝時間增幅最小。

③隨著顏料摻量的增加，摻顏料的超高性能坍落度逐漸減小，顏料摻量相同時，摻藍色和綠色顏料超高性能混凝土坍落度減少最小，工作性能最佳。

④隨著顏料摻量的增加，摻顏料超高性能混凝土抗壓、抗折強度均逐漸下降，其中，摻藍色顏料的超高性能混凝土抗壓強度降低幅度最高，摻黃色顏料的超高性能混凝土抗壓強度降低幅度最低，紅色和綠色顏料次之。

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