不同环境下彩色混凝土颜色的耐久性研究_唐强.pdf

试验研究Experimental Research28CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163引言目前，我国正处在经济和文化高速发展的时代，城市规划建设推陈出新，新型建筑材料在应用中进行了不断创新。混凝土作为建筑中必不可少的原材料，以其强度高、耐久性好等优点被广泛应用，但是混凝土的颜色过于灰暗，整体过于单调压抑，因此彩色混凝土应运而生1。彩色混凝土的研究可以追溯到20世纪20年代；在40年代得到发展，并对彩色混凝土的制作有了系统和完整的研究，混凝土色彩不断增加；进入70年代后，装饰混凝土的种类更是层出不穷，不再局限于单一彩色混凝土2-7。观察彩色混凝土建筑，会发现当其长期暴露在室外环境下时，表面颜色会随着年限逐渐变浅，表面形成一层白色物质，是因为当水泥水化时混凝土内部产生大量胶凝物质，伴随着大量的Ca(OH)2等可溶性碱，生成的可溶性碱随着水分蒸发沿着毛细孔迁移到混凝土表面再与空气中的二氧化碳发生化学反应8，生成白色碳酸钙沉淀，这个现象也称作“析霜”。碳酸钙沉淀的化学反应式如下：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O（1）目前，减少“泛霜”一般选用如下几种方法：（1）充分振捣混凝土，减少混凝土内部孔隙，切断水分迁移至表面的通道；（2）使用低水灰比的混凝土配合比；（3）掺加引气剂，提高密实度；（4）提高养护温度，使二氧化碳提前进入混凝土内部提前与内部的可溶性碱发生反应，将生成的碳酸钙封锁在混凝土内部，提前在内部就将碱性物质消耗；不同环境下彩色混凝土颜色的耐久性研究唐强1李双成1褚雅楠2许译之3,4张舒栋21.中国雄安集团基础建设有限公司 河北 雄安 0717002.河北雄安容西混凝土有限公司 河北 雄安 071700 3.中冶建筑研究总院有限公司 北京 1000884.北京市工业建筑特种材料工程技术研究中心 北京 100088摘 要：本文研究了不同颜料在自然环境、紫外老化照射环境中的颜色耐久性的变化规律。将不同种类防护剂涂刷于试块表面，与未涂刷的试块放置于同一环境中，分析防护剂对彩色混凝土的保护作用。结果表明：由2种无机颜料制成的试块颜色耐久性较复合颜料更稳定，涂刷了双组份水性聚氨酯防水剂的试块颜色持久性优于单组份苯丙 防水剂。关键词：彩色混凝土；颜色耐久性；保护剂Study on Color Durability of Color Concrete in Different EnvironmentsAbstract:In this paper,we studied the change pattern of color durability of different pigments in natural environment and UV aging irradiation environment.Different types of protective agents were applied to the surface of the test blocks and placed in the same environment as the unpainted test blocks to analyze the protective and protective effect on the colored concrete.The results show that the color durability of the test block made of two inorganic pigments is more stable than the composite pigment,and the color durability of the test block coated with a two-component water-based polyurethane waterproofing agent is better than that of the one-component acrylic waterproofing agent.Key words:Colored concrete;color durability;protector收稿日期：2022-10-27第一作者：唐强，1988年生，硕士，工程师，主要研究方向为工程技术及建材，E-mail：试验研究Experimental Research29总163期 2023.01 混凝土世界（5）表面涂刷防水涂层。白色碳酸钙是可溶性碱暴露于空气中与二氧化碳发生反应生成，保护剂能够在混凝土表面形成一层憎水薄膜以达到隔绝混凝土表面与空气接触，减少水分的析出，达到控制“析霜”的目的8。本文选用2种无机颜料（氧化铁红、氧化铬绿）和2种有机无机复合颜料（复合宝蓝、氧化铁绿）进行颜色耐久性试验，使用色差仪记录其颜色变化，分析其在不同环境下的颜色持久性；并使用2种不同组份的保护剂，将这2种保护剂分别涂刷于试块表面，通过色差仪数据分析涂刷防水剂是否能够有效保护彩色混凝土表面的颜色。1 材料与方法1.1 试验材料水泥：P W 42.5级白水泥，其化学成分见表1。粗集料：选用510mm和1025mm规格的集料以2 1的比例构成连续级配且细度模数为2.8的河砂。聚羧酸减水剂：江苏苏博特生产，减水率28%。拌合水：自来水。颜料：2种无机颜料（氧化铁红和氧化铬绿）和2种复合颜料（氧化铁绿、复合宝蓝），其各项性能指标见表2；颜料使用外掺法，配合比见表3。保护剂：苯丙（A）和水性聚氨酯（B）保护剂。1.2 试验设备水-紫外线老化箱型号：SZW-3型，来自河南建筑材料研究设计院。色差仪：STT-601型，来自北京中交工程仪器研究所。1.3 颜色耐久性试验方法将4种颜料制成的70.7mm70.7mm70.7mm混凝土试块，养护至28d后进行试验，第1组放置于自然环境和紫外老化试验箱进行耐久性试验。因使用紫外老化箱能够加速混凝土老化，在短时间内模拟混凝土表面在经过长期日照后的颜色变化。本次试验为期21d，每3d为一个周期，并定期使用色差仪测量颜色数据。1.4 色差评价方法彩色效果评价的结果主要基于色差仪测量的数据，色彩的值用国际通用的CIELAB均匀色空间来表示。测量过程中，第1次测量的数据记为标准样，之后的测量为测量色差。计算见式（2）：L=L样品-L标准a=a样品-a标准 （2）b=b样品-b标准其中“L”表示物体的明亮度，“a”代表物体的红绿色度，a0时，样品颜色比标准品颜色红，反之比标准品绿，“b”代表物体的黄蓝色度，b0时，样品颜色比标准品颜色黄，反之比标准品蓝9。表 1 水泥性能指标%化学成分SiO2CaOAl2O3MgOFe2O3K2ONa2OCl-含量25.5855.345.734.400.660.750.240.008 表 2 颜料性能指标%颜色化学分类相对着色力筛余物105挥发物水溶物氧化铁红Alpha-Fe2O3960.511氧化铬绿Cr2O31030.30.20.5复合宝蓝C32H16N8Cu，BaSO41010.513氧化铁绿Fe2O3H2O，C32H16N8Cu970.513表 3 C30彩色混凝土配合比 颜料掺量（外掺）/%水泥/kg矿粉/kg砂/kg石子/kg水/kg减水剂%510mm1025mm5303678626323411701.5试验研究Experimental Research30CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163总色差的计算方式为：（3）2 结果与分析2.1 颜料耐久性能2.1.1 自然环境下颜料耐久性在自然环境下，4种彩色混凝土试块的色差变化规律如图1所示。由图1可知，21d时，氧化铁红、氧化铬绿、复合宝蓝以及氧化铁绿的总色差E分别是0.72、1.46、8.31和1.5。除了复合宝蓝外，2种无机颜料和氧化铁绿的颜色强度比较稳定，色差值浮动在2以内。作为复合颜料，氧化铁绿颜料的耐久性要优于复合宝蓝。颜色耐久性方面，氧化铁红氧化铬绿氧化铁绿，复合宝蓝不推荐用于彩色混凝土的拌制。2.1.2 紫外老化环境下颜料耐久性在进行紫外老化试验时，紫外老化箱内温度设定为60，配有功率为60W的紫外灯管2根。表4为21d紫外老化后彩色混凝土照片。由表4可知，在经过21d紫外照射后，氧化铁红和氧化铬绿表面颜色没有出现明显的斑驳及褪色，肉眼观察，对比试块没有明显色差。而复合宝蓝以及氧化铁绿试块，照射后试块表面出现明显褪色，是因为复合宝蓝和氧化铁绿颜料中含有酞菁铜，在混凝土拌合过程中，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，给内部氢氧化物制造了向表面迁移的通道10。彩色混凝土试块在紫外老化环境中色差变化规律如图2所示。观察紫外老化环境和自然环境中测得的颜色数据趋势，无机颜料的颜色耐久性更稳定。短期内，氧化铁绿和复合宝蓝试块不会出现严重的褪色，但经长期照射后，氧化铁绿和复合宝蓝试块表面颜色变化明显，在彩色混凝土中应用时，颜料应优先选用无机颜料。由图2可知，在照射的21d中，2种有机颜料的总色差图 1 自然环境下混凝土试块色差值图 2 紫外老化环境下混凝土试块色差值表 4 紫外照射21天后试块与未照射试块对比组别氧化铁红氧化铬绿氧化铁绿复合宝蓝紫外照射后 未照射试验研究Experimental Research31总163期 2023.01 混凝土世界呈现一个上升趋势，21d时，复合宝蓝和氧化铁绿的总色差E为13.27和19.2，色差变化较明显。氧化铁红和氧化铬绿总色差变化E为1.59和1.1，色差变化幅度较小。由此可见，从长期耐久性角度来看，无机颜料氧化铁系、氧化铬系相较于有机颜料颜色耐久性更稳定，色彩更持久。2.2 保护剂对彩色混凝土颜色耐久性的影响为了增强彩色混凝土的颜色耐久性，采用保护剂A和B对彩色混凝土试块表面进行涂刷，对于4种颜色的彩色混凝土分别进行如下试验：将未涂刷保护剂的试块与涂刷了A和B保护剂的试块放入紫外老化试验箱，每3d进行一次色差测试，共计21d。其颜色耐久性表现见表5。由表5可知，氧化铁红和氧化铬绿试块基本没有受到紫外光照射的影响，颜色保持良好。复合宝蓝和氧化铁绿表面已经严重斑驳，没有涂刷防水剂以及涂刷了防水剂A的试块在21d已经完全褪色。结合颜色耐久性部分的数据分析，能够证明无机颜料的耐久性更好，因此研究防水剂对颜色耐久性影响，只使用了有机颜料制成的试块，使用色差仪测量紫外照射后色度变化规律。图3是分别涂刷了A和B防水剂的复合宝蓝试块在21d内的色度值b的变化趋势。由图3可知，3组试块的色度值均呈现一个上升的趋势，b值逐渐趋向正值，表明了试块颜色都有偏黄的趋势。图4是复合宝蓝试块明度值的变化，当明度值L变化越大，说明褪色程度越大。由图4可知，涂刷了防水剂B的试块明度值的变化最小，L为5.91，而基准试块与涂刷了防水剂A的试块L的变化值分别为8.53和13.63，表明防水剂B能够一定程度上减轻褪色程度。图5为3组氧化铁绿试块紫外照射21d后值色度变化趋势。由图5可知，随着照射时间的增加，试块色度值a逐表 5 紫外老化照射后试块颜色变化对比组（未照射）基准组（未涂刷防水剂）涂刷防水剂A涂刷防水剂B氧化铁红 氧化铬绿 氧化铁绿 复合宝蓝试验研究Experimental Research32CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163参考文献1 常迅夫,焦媛,况栋梁,等.不同条件下彩色混凝土强度及颜色耐久性能J.科学技术与工程,2019,19(9):200-205.2 王彦鹏.普硅水泥在彩色混凝土中应用及颜料最优掺量研究J.中国建材科技,2021,30(4):64-67.3 左虹俊.彩色路面在柳州环江滨水大道工程中的应用研究J.西部交通科技,2020(3):28-31.4 佀传铭.彩色水泥混凝土路用性能研究J.公路交通科技(应用技术版),2019,15(1):90-92.5 田洪光.关于彩色清水混凝土工艺性能及应用的研