混凝土着色技术研究现状

2018-10-11祝云徐国栋陈景刘霞

商品混凝土 2018年9期

祝云，徐国栋，陈景，刘霞

（中建西部建设西南有限公司，四川成都 610041）

0 引言

随着建筑物生态环保、回归自然、绿色低能设计理念的发展，与之理念相同的绿色混凝土制品逐渐在建筑行业兴起，其中仿制、彩色、造型等装饰混凝土发展和应用尤为突出。人们对混凝土外观要求也越来越高，除造型设计外，色彩最能改观混凝土的视觉效果。国内外对混凝土着色技术做了大量研究，以实际工程应用，证明了适用于装饰混凝土的诸多种类着色剂及其着色技术。

1 混凝土着色技术研究现状

目前，混凝土着色技术主要有无机颜料、彩色水泥、彩色骨料、化学着色剂及涂料等。

1.1 无机颜料

无机颜料是指其主要成分为一种或几种无机氧化物复合的颜料，其中金属构成了分子中的重要组成部份。从混凝土性质来看，混凝土用颜料应选择亲水性好、耐碱、耐酸、热稳定性、抗冻性、易分散、不易褪色、对外界环境适应力强、对混凝土强度发展无明显影响[1]。混凝土用无机颜料主要有以下几种：氧化铁、氧化铬、钛镍黄、钛铬棕、钴蓝、钴绿、铜铬黑等，广泛应用于生产屋面瓦、混凝土建筑砖、庭院砌块、铺地块等。

无机颜料着色相对比较简单，直接在混凝土加入颜料，搅拌混合均匀，成型、养护后可制备出彩色混凝土。但是，要注意颜料与水泥比例应严格控制，若选用外加剂应注意颜料与外加剂的相容性，以降低色斑或斑纹出现的概率。

混凝土在大气、光热等诸多环境因素下，表面会发生析霜，也称泛碱现象。混凝土干燥硬化过程中发生水泥水化反应，生成水化硅酸钙、钙矾石、氢氧化钙等强度发展物质。继续干燥硬化，水分沿着孔隙向混凝土表面移动，在水分蒸发的过程中会带出可溶性氢氧化钙停留在表面，与空气中二氧化碳接触，生成白色碳酸钙，即泛碱，反应式见式 (1)。

该白色结晶在彩色混凝土表面尤为明显，为使混凝土表面更加美观可采取一些措施来降低此现象发生的可能性：

（1）用水冲洗砂石表面，如有可能使用软水[2]；

（2）引入引气剂和防水剂，降低混凝土用水量的同时减少混凝土表面水分，增加混凝土的密实度，使混凝土表面更加光滑，色彩更加均匀。

无机颜料作为混凝土着色剂普遍应用于混凝土工程项目，如采用普通硅酸盐水泥、无机颜料、普通骨料作为主要原材料，成功制备出可以大面积使用的C20～C60 水泥基彩色混凝土产品，并将其应用在成都音乐公园地坪，单次施工面积超过 1000m2。图 1 为该工程彩色混凝土施工现场图。

图1 彩色混凝土施工

1.2 彩色水泥

彩色水泥用于整体着色混凝土，呈现出各种色彩、图案、质感，模拟出自然材质、纹理，随意刻画出各种图案，实现建筑与人文、自然环境和谐相处。普遍应用于装饰室内外混凝土地面、墙面、景点，如园林、浮雕、广场、人行道、停车场、建筑外墙、屋面等装饰改造工程。

以彩色水泥为主要胶凝材料配制而成的混凝土为彩色混凝土，通常为满足建筑艺术混凝土的要求，会加入白色水泥、彩色骨料和彩色颜料来调节彩色混凝土的色彩。改变骨料及颜料深浅，通过光影照射原理映射出不同视觉效果的彩色混凝土；采用适当模具成型，一定工艺方法，骨料装饰形成手段，凸显混凝土的线条和质感。

彩色水泥、粗骨料制备彩色透水混凝土多应用于路面，在海绵城市透水环保实用的基础上增加装饰美观。

1.3 彩色骨料

彩色骨料本身有着与众不同的天然色彩，将其用在装饰混凝土中能巧妙地展示出浑然天成的效果。运用自身形态及光泽，可以实现人工无法雕琢的自然铺面美感，无需多加装饰就可实现与自然环境相结合的情景。一般将彩色骨料用于制备装饰墙、板及露骨透水混凝土路面。

彩色混凝土骨料常见的为卵石、碎石、玻璃、再生砖等，用其制备的彩色露骨混凝土表层为在终凝前经水冲洗露出的彩色骨料，除保证色彩长久不褪还可对强光形成漫反射，减轻墙面及路面反射的强度。

1.4 化学着色剂

混凝土化学着色剂可以在混凝土内部及表面发生化学反应而形成一种永久性色彩，在例如家居仿海滩岩石着色混凝土地坪（图 2）和保龄球馆着色混凝土地坪等使用。它可以在预先处理过的表面使用，形成其他材料不可能有的独特外观。目前常用的化学着色剂分为两种：混凝土离子着色剂和混凝土渗透着色剂。

图2 家居仿海滩岩石着色混凝土地坪

1.4.1 混凝土离子着色剂

混凝土离子着色剂，顾名思义，离子与混凝土中矿物质发生化学反应，生成显色物质，形成性能稳定的彩色结构，且具有抗老化、色泽稳定自然、不褪色、与环境适应力强的特点。常用的离子着色剂主要成分有金属离子、氧化剂、润湿剂等，广泛用于混凝土制品及室内外地坪着色。

采用喷洒着色方式将混凝土离子着色剂喷在成型好的混凝土表面，随着着色剂与混凝土接触，一方面中和改变混凝土表面碱性环境，减小着色剂与混凝土的表面张力，促进氧化剂与混凝土碱性矿物质氢氧化钙发生化学反应，增加着色剂在混凝土表面的稳定性，降低脱色掉色概率；另一方面着色剂中氧化剂（本文以过氧化氢为例）以微弱的电离常数电离出部分电子，此时的氧化剂充当配位体，电子转移，吸引金属离子与氧化剂发生络合反应，生成性质稳定的络合物融合在混凝土表面，从而形成性质稳定的彩色混凝土[3]。反应方程式为：

着色施工方式：

（1）混凝土必须干燥，着色前先将其表面打磨平整、清理干净。（2）为防止颜色混杂，在非着色部位做好保护措施。（3）大面积着色用喷，小面积着色可以使用刷子，以画圈形式涂刷。（4）着色反应为2～8h。（5）待着色反应完成，可用 2% 小苏打水溶液喷洒以中和反应多余着色剂，并用高压水枪冲洗。（6）如果需要进行密封固化处理，可在着色剂完全干燥后（24h 以上，低温环境适当延长干燥时间）进行。（7）风、雨、高温天气禁止施工。

1.4.2 混凝土渗透着色剂

混凝土渗透着色剂是一种以有机颜料和渗透剂为主要成分，能有效渗透至混凝土表层和内部，形成颜色丰富、色彩绚丽的稳定结构的着色剂。具有良好的抗紫外线能力及耐磨性能，广泛用于混凝土制品及室内外地坪着色[4]。

采用同样着色方式将混凝土渗透着色剂喷洒在需着色混凝土表面，着色剂在向四周扩散的同时向混凝土内部渗透；在渗透剂的作用下，混凝土表面张力降低，着色剂流动阻力减小，渗透更加顺畅，着色更加均匀、稳定。

着色施工方式：

（1）混凝土必须干燥，着色前先将其表面打磨平整、清理干净。（2）为防止颜色混杂，在非着色部位做好保护措施。（3）着色剂喷涂均匀后，若要继续重复喷洒加重颜色，需着色剂完全干燥（24h 以上，低温环境适当延长干燥时间），方可进行第二次着色，以达到最佳着色效果。（4）待着色剂完全干燥后，用高速抛光机将混凝土表面抛磨干净，打磨至设计要求的光泽度。（5）如果需要进行密封固化处理，可在着色剂完全干燥后（24h 以上，低温环境适当延长干燥时间）进行。（6）风、雨、高温天气禁止施工。（7）应定期打蜡维护，保持着色地坪的长久性和美观性。

1.5 涂料

混凝土着色涂料主要为乳胶、橡胶、聚氨酯、环氧类等涂料，颜色选择范围较宽，层次丰富[5]，以墙体、板面饰面着色为主。针对我国空气、水等环境因素，宜选用防水、耐化学性强、附着力强、耐老化、耐玷污、施工性能好、绿色环保的水性聚氨酯涂料[6] 来涂刷混凝土外墙。若着色结构为地下室、室内等紫外线光照较少的混凝土结构，则可以选择防腐性、附着性强的水性环氧涂料。

涂料搅拌均匀，采用涂刷方式喷涂在混凝土需着色面，彰显出涂料的本身色。另一方面，涂料渗透扩散到混凝土结构内，将其毛细孔隙堵塞，在成膜过程中相互交联，保证完美的涂层质量，有效屏蔽外界锈蚀钢筋、碳钢等不利因素引发的混凝土腐蚀，对混凝土基材表面起到加固作用[7]，延长混凝土的寿命，提高混凝土的耐久性。但是，涂料着色混凝土经过一段时间的风吹雨淋，面层易脱落、褪色，影响着色效果。

涂刷施工方式：

（1）涂料在使用前必须彻底搅拌均匀。（2）混凝土表面打磨平整、清理干净（增加涂料附着力）。（3）为防止颜色混杂，在非着色部位做好保护措施。（4）严格控制涂刷厚度，以防止超过“起泡极限”。（5）保证良好的通风及消防措施（涂料中溶剂均易燃烧）。