王彥鵬

（甘肅建投綠色建材產(chǎn)業(yè)發(fā)展集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

普通混凝土作為當(dāng)今主要建筑材料之一，其單一的色彩以及灰暗、呆板的色調(diào)已無(wú)法滿足市場(chǎng)的多元化需求。尤其在建筑裝飾工程設(shè)計(jì)和施工中，對(duì)建筑物的表面美觀要求較高，一般會(huì)在其表面進(jìn)行裝飾粉刷或鋪貼板材等，但如此施工不僅消耗額外材料及工時(shí)，增加工程成本，而且這些裝飾材料還會(huì)隨時(shí)間出現(xiàn)褪色、剝落等現(xiàn)象，后期修繕費(fèi)用較高。在此情景下，彩色混凝土得以出現(xiàn)[1-4]。早在20世紀(jì)20年代就有人研究將普通水泥混凝土進(jìn)行改良，直接當(dāng)作裝飾材料。40年代，人們開(kāi)始對(duì)彩色混凝土制作有了系統(tǒng)、完整研究，不斷增加混凝土色彩，彩色裝飾混凝土得到發(fā)展。進(jìn)入70年代后，裝飾混凝土的種類更是層出不窮，不再局限于單一彩色混凝土[5-7]。

1 原材料和配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1）水泥：水泥選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，廠家為祁連山，根據(jù)GB 175-2007規(guī)范要求檢測(cè)得出各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 祁連山P.O42.5水泥性能指標(biāo)

2）粉煤灰：粉煤灰選用II級(jí)粉煤灰，廠家為西固電廠，根據(jù)GB/T 51003-014規(guī)范要求檢測(cè)得出相關(guān)性能指標(biāo)如表2所示，活性如表3所示。

表2 西固電廠II級(jí)粉煤灰性能指標(biāo)

表3 西固電廠II級(jí)粉煤灰活性

3）礦粉：礦粉選用S95 礦粉，產(chǎn)自東盛，根據(jù)GB/T 51003-2014規(guī)范要求檢測(cè)得出相關(guān)性能指標(biāo)如表4所示。

表4 東盛S95礦粉性能指標(biāo)

4）細(xì)集料：根據(jù)JGJ 52-2006規(guī)范要求，細(xì)集料選用產(chǎn)自甘肅臨洮的天然砂（細(xì)度模數(shù)μf=3.0～2.3），相關(guān)性能指標(biāo)如表5所示。

表5 臨洮天然砂性能指標(biāo)

4）粗集料：粗集料選用5～31.5mm的礦業(yè)碎石，產(chǎn)自永靖地區(qū)，根據(jù)JGJ 52-2006規(guī)范要求，其相關(guān)性能指標(biāo)如表6所示。

表6 礦業(yè)碎石相關(guān)性能指標(biāo)

5）外加劑：所用外加劑選用綠色環(huán)保型的高性能減水劑。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)JGJ 55-2011和JGJ 51-2002規(guī)范要求確定配合比如表7所示[8-10]。本次試驗(yàn)共有6種顏色，針對(duì)每種顏色設(shè)計(jì)4種摻量，分別進(jìn)行試配，做成邊長(zhǎng)為100mm的立方體試件，共3組，24h后脫模養(yǎng)護(hù)，分別在養(yǎng)護(hù)7d、28d齡期時(shí)進(jìn)行抗壓測(cè)試，觀察其著色情況。同時(shí)做100mm×400mm的長(zhǎng)方體試件，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)[11-12]。

表7 C30彩色混凝土配合比（kg/m3）

2 試驗(yàn)

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

混凝土在建筑材料使用中主要作為受壓材料，故通過(guò)抗壓強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)定。結(jié)合實(shí)際工程對(duì)混凝土強(qiáng)度要求，本試驗(yàn)分別對(duì)7d、28d齡期的試塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)?？箟簭?qiáng)度也是混凝土等級(jí)評(píng)定的最主要指標(biāo)，可作為評(píng)定混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)指標(biāo)。

2.2 耐久性試驗(yàn)

為確保彩色混凝土使用年限，設(shè)計(jì)了室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)，分析此類環(huán)境下彩色混凝土的耐久性能?；炷潦覂?nèi)凍融試驗(yàn)是將達(dá)到齡期的混凝土放置水中至吸水飽和，取出后使其內(nèi)部孔隙水結(jié)冰而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，且凍融不斷交替，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，從而使混凝土由表及里逐層剝蝕，直至失效。本試驗(yàn)依照GB 50082-2009T《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。凍融循環(huán)試驗(yàn)作為室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)之一，選取相對(duì)質(zhì)量ωa和相對(duì)動(dòng)彈性模量ωb對(duì)混凝土劣化性能進(jìn)行評(píng)定。

3 結(jié)果分析

3.1 混凝土力學(xué)性能

由圖1可以看出，以藍(lán)色顏料為例，在2%-5%不同摻量下，混凝土7d、28d齡期下抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)為隨顏料摻量增加先增長(zhǎng)后降低趨勢(shì)，整體對(duì)比得出3%摻量下混凝土抗壓強(qiáng)度最優(yōu)，可能是由于隨著顏料摻量增加，對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)性有一定改善，但繼續(xù)增加顏料摻量對(duì)水泥水化作用有一定阻礙，故混凝土強(qiáng)度轉(zhuǎn)而下降。

圖1 不同摻量下藍(lán)色混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度

由圖2可以看出，在同一摻量下，各顏色混凝土整體混凝土抗壓強(qiáng)度保持同一水平，5%摻量下混凝土抗壓強(qiáng)度最低，顏料為3%摻量的混凝土抗壓強(qiáng)度基本處于所有曲線上方，即該摻量下混凝土抗壓強(qiáng)度最優(yōu)。

圖2 相同摻量下各顏色混凝土28d抗壓強(qiáng)度

3.2 混凝土著色情況

對(duì)各種顏料在不同氧化鐵顏料摻量下拌和混凝土著色情況留取照片，從左至右氧化鐵顏料摻加量依次為5%、4%、3%、2%。

由圖3-圖8可以看出，彩色混凝土試塊整體著色情況良好，各顏色混凝土與顏料融合較好，整體顏色較為明顯，尤其深色顏料拌和混凝土顏色鮮亮。各顏色混凝土在5%摻量下著色情況最佳，且黑色、藍(lán)色、綠色等較深顏料著色情況較黃色等淺色顏料著色鮮亮。

圖3 不同摻量下黑色混凝土

圖4 不同摻量下棕色混凝土

圖5 不同摻量下藍(lán)色混凝土

圖6 不同摻量下綠色混凝土

圖7 不同摻量下橙色混凝土

圖8 不同摻量下黃色混凝土

3.3 耐久性分析

在對(duì)彩色混凝土力學(xué)性能測(cè)定的同時(shí)進(jìn)行室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)所用100mm×400mm長(zhǎng)方體試塊在達(dá)到28d養(yǎng)護(hù)齡期后放入凍融循環(huán)機(jī)，每2h一次循環(huán)，每25次采集一次數(shù)據(jù)，分別對(duì)質(zhì)量及動(dòng)彈性模量進(jìn)行測(cè)量，共進(jìn)行200次凍融循環(huán)。對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出相對(duì)質(zhì)量及動(dòng)彈性模量的變化。

由圖9可以看出，各顏色混凝土試塊在整個(gè)凍融循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中，質(zhì)量不斷減少，各顏色混凝土試塊的相對(duì)質(zhì)量整體變化趨勢(shì)一致，在初期凍融循環(huán)過(guò)程時(shí)，混凝土試塊的相對(duì)質(zhì)量一直降低，且隨著凍融次數(shù)不斷增加，后期質(zhì)量減少趨勢(shì)更明顯，這是由于后期混凝土劣化越來(lái)越嚴(yán)重，混凝土破壞也越來(lái)越快，試塊內(nèi)部破壞嚴(yán)重，直至失效。

圖9 顏料摻量5%下混凝土相對(duì)質(zhì)量ωa

由圖10可以看出，在整個(gè)凍融循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中，各顏料拌和試塊相對(duì)動(dòng)彈性模量在50次循環(huán)之前有所增長(zhǎng)，50次循環(huán)后試塊動(dòng)彈性模量開(kāi)始降低，且整個(gè)劣化過(guò)程中各顏色混凝土試塊的變化趨勢(shì)一致，隨著凍融次數(shù)不斷增加，后期試塊動(dòng)彈性模量降低越來(lái)越多，趨勢(shì)更明顯，這是由于后期混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞越來(lái)越嚴(yán)重，劣化隨之增長(zhǎng)，直至失效。

圖10 顏料摻量5%下混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量ωb

以黑色混凝土為例，各摻量下混凝土相對(duì)質(zhì)量變化趨勢(shì)如圖11所示，整體混凝土質(zhì)量不斷下降，且5%摻量下混凝土質(zhì)量損失較其他摻量下要快，大約在160次循環(huán)時(shí)達(dá)到破壞，而2%、3%摻量下混凝土整體劣化速度要比其他組慢，表明該摻量下混凝土性能良好，抗凍融能力較強(qiáng)，分別在約175、165次循環(huán)后失效。

圖11 黑色各摻量混凝土相對(duì)質(zhì)量ωa

以黑色混凝土為例，混凝土中顏料在不同摻量下相對(duì)動(dòng)彈性模量變化趨勢(shì)如圖12所示，整體混凝土動(dòng)彈性模量先期有小幅增長(zhǎng)，隨后不斷下降，且5%摻量下混凝土動(dòng)彈性模量的損失較其他摻量要大，混凝土劣化速率較快，而低摻量下混凝土整體劣化速度慢，混凝土性能較優(yōu)，具有更強(qiáng)抗凍融能力。

圖12 黑色各摻量混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量ωb

4 結(jié)論

1）在原材料選擇方面，應(yīng)盡可能選用顏色較淺的水泥，著色效果更佳。通過(guò)使用礦物摻合料和對(duì)細(xì)集料的顏色篩選，適當(dāng)中和混凝土中水泥顏色，彩色混凝土著色狀況良好。

2）應(yīng)保證生產(chǎn)前原材料和顏料充分?jǐn)噭?，拌和過(guò)程中嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間，防止出機(jī)顏色不均勻。

3）從抗壓強(qiáng)度看，各摻量7d抗壓平均值大于32.0MPa，28d抗壓平均值大于40.0MPa。

4）從耐久性能看，2%及3%摻量下混凝土的性能較優(yōu)，整體性能高于5%摻量下混凝土。

5）從著色情況看，棕色、藍(lán)色、綠色、黑色的著色較鮮亮，橙色、黃色較為暗淡。

6）綜合強(qiáng)度、著色及成本分析，氧化鐵顏料摻量為膠凝材料的3.0%最為適中，且宜選用較深顏色氧化鐵顏料。