结构彩色混凝土的配制方法及性能探讨

张意，黄煌

（重庆建工住宅建设有限公司，重庆400015）

0 引言

在建筑结构中，为使建筑物的表面美观，一般要在其表面进行装修饰面，如涂刷装饰涂料、铺贴装饰板材等。这些饰面不仅耗费大量工时和材料，使工程成本大大增加，而且随着使用年限的延长，还会出现褪色、剥落、掉皮等现象，严重影响建筑物的外观质量。而彩色混凝土的出现恰好弥补现有装饰材料的缺陷，其作为一种理想的结构装饰材料，不仅具有独特的色彩、纹理和质感，而且具有成型、施工简单，使用期长，无需维护等优点，可广泛地用于房屋建筑、园林景观、市政设施、公路工程等建筑领域，具有很大的应用前景[1-4]。

1 彩色混凝土配制

1.1 原材料选择

1.1.1 水泥

普通硅酸盐水泥可用于配制颜色为红色、米色、棕色和黑色的混凝土，且普通硅酸盐水泥质量稳定、来源广泛、价格便宜，因此，在配制结构彩色混凝土时，除特殊要求外，一般选用普通硅酸盐水泥。

1.1.2 颜料

着色颜料选择着色能力强，分散性、耐碱性和耐候性好，且价格便宜、来源丰富和购买方便氧化铁系列颜料。

1.1.3 集料

结合重庆混凝土地材的实际情况，选择颜色较浅、色泽均匀、级配连续的石灰石质机制中砂作为彩色混凝土配制的细集料，石灰石碎石作为彩色混凝土生产的粗集料（粒径为5～20mm）。

1.1.4 外加剂

减水剂选择减水率高（减水率大于25%），与水泥适应性好，对混凝土颜色无影响的聚羧酸高性能减水剂。此外，为了增加彩色混凝土的黏聚性和保水性，保证其硬化后的颜色效果，选择使用混凝土增稠剂（羟丙基甲基纤维素醚）。

1.1.5 掺合料

由于粉煤灰会使彩色混凝土不易被调整到目标颜色，而矿渣粉会增加混凝土的泌水，影响彩色混凝土的色彩效果，因此，配制彩色混凝土不使用掺合料。

1.2 配合比设计

1.2.1 配合比设计方法

目前有效可行的设计方法是参照现行行业标准 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011，以颜色、坍落度和28d立方体抗压强度作为控制指标，在普通混凝土配合比的基础上，根据所配制彩色混凝土的颜色要求及配合比参数要求，确定彩色混凝土的试配配比，然后通过大量试配确定最终配合比。其中，彩色混凝土的配比参数要求见表1，配合比设计流程见图1。

表1 彩色混凝土的配比参数要求

图1 彩色混凝土配合比设计流程

1.2.2 颜料选取及用量确定

对于目标颜色的获取，通过使用不同色系的颜料来实现，颜料品种根据表2选取。

表2 彩色混凝土颜料的色彩效果

由于颜料在混凝土的着色效果存在饱和点现象（即颜料掺量达到某一数值时，再增加颜料掺量，颜色强度也不再提高）。经试验，氧化铁颜料的饱和点约为水泥重量的6%～8%之间。故使用氧化铁颜料配制彩色混凝土时，氧化铁颜料的掺量范围区间应为0%～6%，当采用浅色时取靠近下限，鲜明的色彩取中值，色深时取上限。颜料掺量根据表3进行初步选取。但由于混凝土表面的彩色效果与砂子的颜色、水泥和粗集料的种类、水胶比以及混凝土的养护方式等有关，彩色混凝土的最终的颜色还需通过试验来调整和确定。

表3 颜料的掺量

1.2.3 外加剂掺量确定

由于彩色混凝土中的颜料会对减水剂的作用效果产生影响，因此，对彩色混凝土使用的减水剂，其掺量必须通过试验来选择。具体方法如下：

⑴基准胶砂，参照胶砂减水率的测定法，水泥用量450g，标准砂用量1350g，外加剂用量为普通混凝土配合比中的掺量，用水量为使胶砂流动度为180±50mm的用水量。

⑵根据基准胶砂的配比，并在其中掺入设计值的颜料，通过改变外加剂的掺量使胶砂流动度达到180±50mm，且使胶砂的强度不降低，则此外加剂可用以配制彩色混凝土，并且减水剂的掺量为胶砂流动度达到180±50mm时的掺量。

此外，混凝土的增稠剂，掺量范围为0.005~0.02%，推荐掺量0.01%，具体用量根据彩色混凝土拌合物情况调整确定。

2 彩色混凝土性能

为了解彩色混凝土的性能，以强度等级为C40的彩色混凝土为研究对象，测试了彩色混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能，并与普通C40混凝土性能进行对比分析。试验配合比见表4。

表4 试验配合比

2.1 工作性

通过外加剂手段可以在同配比下，使彩色混凝土的坍落度与普通混凝土保持一致，达到预拌、运输、泵送浇筑的要求。但是，彩色混凝土的坍落度经时损失明显高于普通混凝土（见图2），这主要是因为颜料会吸附混凝土拌合物中的自由水和减水剂分子。而对于混凝土的泌水率，彩色混凝土由于使用了增稠剂，拌合物的黏聚性优于普通混凝土，使得其泌水率明显小于普通混凝土（见图3）。

图2 混凝土的坍落度

图3 混凝土的泌水率

2.2 抗压强度

从图4可以看出，彩色混凝土各龄期的抗压强度都高于普通混凝土，这一方面是由于彩色混凝土中的颜料粒径很小，能填充水泥颗粒之间的孔隙，发挥形态效应，从而提高混凝土的强度；另一方面，由于彩色混凝土的黏聚性优于普通混凝土，使得彩色混凝土试件的匀质性更好，缺陷更少。

图4 彩色混凝土的抗压强度

2.3 耐久性能

2.3.1 渗透性能

表5的结果显示，彩色混凝土在1.2MPa的渗水压力下无试件渗水，说明彩色混凝土的抗渗等级达到P12以上。这是由于彩色混凝土的颜料颗粒极细，均匀分散在混凝土中，能堵塞混凝土内部连通的毛细孔，使混凝土具有较高的抗渗性能。

2.3.2 收缩性能

试验测试了彩色混凝土和同强度等级的普通混凝土的自由收缩，见图5。从混凝土的收缩曲线可以看出，彩色混凝土和普通混凝土的收缩变化规律与普通混凝土基本一致。

图5 彩色混凝土的自由收缩值

3 结论

⑴结构彩色混凝土应根据其预期的颜色要求来选择水泥的品种，普通硅酸盐水泥适用于配制深颜色混凝土，白色水泥适用于配制浅色混凝土；着色颜料宜选择氧化铁系列颜料，掺量范围为0%~6%。

⑵结构彩色混凝土的配制宜将颜色、坍落度和28d立方体抗压强度作为控制指标，配制方法为：在普通混凝土配合比的基础上，通过颜料选取方法确定颜料用量，通过外加剂选取方法确定外加剂掺量，最后通过试配试验最终确定彩色混凝土的配合比。

⑶结构彩色混凝土坍落度经时损失高于普通混凝土，强度发展优于普通混凝土，抗渗性能和收缩性能与普通混凝土相当。

[1]程景铭，杨建达，郭京旭.彩色建筑混凝土在施工中的应用[J].建筑技术，2005(10).

[2]史忠，葛海涛，吕丽萍.彩色混凝土的研究及应用[J].市政技术，2011，28(1).

[3]胡军.彩色混凝土瓦在高层建筑中的应用研究[J].施工技术，2002，31(8).

[4]姜勇.彩色混凝土在某大使馆工程外墙的应用[J].商品混凝土，2007(6).