顏料品種與摻量對(duì)彩色砂漿性能的影響

孫培釗，邢振賢，耿世博

(華北水利水電大學(xué)，鄭州 450045)

0 前 言

水泥混凝土作為建筑材料具有凝結(jié)硬化快、抗凍性好、成型強(qiáng)度高及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，大量的水泥混凝土用于房建、公路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施中[1]。但水泥混凝土色彩單一，在“鋼鐵混凝土森林”中生活令人感覺(jué)枯燥乏味[2]。彩色水泥混凝土在保證其應(yīng)用性能的基礎(chǔ)上，解決色彩單調(diào)的問(wèn)題，給城市基礎(chǔ)建設(shè)增添活力，解決市民審美疲勞的問(wèn)題。

顏料分為無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料兩大類(lèi)，有機(jī)顏料無(wú)論在色澤、著色力和使用性能上都優(yōu)于無(wú)機(jī)顏料，且毒性小，色譜全，品種多[3]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，各類(lèi)有機(jī)顏料的品種不斷出現(xiàn)，性能不斷提升。其中酞菁系列和偶氮系列[4]有機(jī)顏料以優(yōu)良的耐光耐熱、耐酸堿侵蝕、在各種氣候條件下不褪色不變化為優(yōu)點(diǎn)作為本次試驗(yàn)樣本[5]。無(wú)機(jī)顏料大多屬于礦物質(zhì)顏料，在水泥混凝土體系中除有較好的分散性外，抗紫外線老化性能[6]也優(yōu)于有機(jī)顏料，一般情況下對(duì)水泥混凝土的性能影響較小。常用的無(wú)機(jī)顏料有氧化鐵系、氧化鉻系、鈷藍(lán)和群青藍(lán)等，本次試驗(yàn)采用氧化鐵紅、氧化鐵黃與氧化鉻綠顏料為著色劑，試驗(yàn)研究彩色砂漿的強(qiáng)度、顏色和耐老化性，為配制彩色混凝土提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)原材料

1.1 水 泥

水泥選用河南省新鄉(xiāng)市秀建水泥廠生產(chǎn)的42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，基本性能見(jiàn)表1。

表1 水泥基本性能表

1.2 細(xì)集料

本試驗(yàn)采用鄭州市建材市場(chǎng)的天然河砂，細(xì)度模數(shù)3.0。

1.3 顏 料

顏料按化學(xué)成分分為有機(jī)顏料與無(wú)機(jī)顏料兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)顏料又可分為天然顏料和合成顏料，由于天然顏料著色力小，雜質(zhì)多，顆粒不均勻，在配制混凝土?xí)r優(yōu)先選取合成型無(wú)機(jī)顏料；有機(jī)顏料是有色的有機(jī)化合物，也分為天然和合成的兩大類(lèi)?，F(xiàn)在常用的是合成有機(jī)顏料，有機(jī)顏料的品種多，色彩比較齊全，著色性能優(yōu)于無(wú)機(jī)顏料。

本次試驗(yàn)使用顏料采用上海一品顏料有限公司生產(chǎn)的氧化鐵紅、氧化鐵黃和氧化鉻綠顏料，上海染料化工一廠生產(chǎn)偶氮紅，酞菁綠和耐曬黃顏料。

有機(jī)顏料結(jié)構(gòu)多樣，色譜齊全，顏色鮮艷純正，著色力強(qiáng)，但部分產(chǎn)品耐光、耐侯、耐溶劑性差，高檔有機(jī)顏料也有很好的耐光、耐候、耐溶劑性，但價(jià)格昂貴。無(wú)機(jī)顏料耐曬、耐熱、耐候、耐溶劑性好，遮蓋力強(qiáng)，但色譜不齊全，著色力低，顏色鮮艷度差。

本試驗(yàn)采用紅、黃、青三種顏色作為主要研究對(duì)象，所選顏料分別為無(wú)機(jī)顏料氧化鐵紅、氧化鐵黃和氧化鉻綠。有機(jī)顏料偶氮紅、耐曬黃和酞菁綠。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)基準(zhǔn)方法》(GB/T 17671-1999)設(shè)計(jì)試驗(yàn)配合比為：水泥∶河砂∶水∶顏料=1∶3∶0.5∶X。根據(jù)試驗(yàn)需要，將無(wú)機(jī)顏料和有機(jī)顏料按照表2數(shù)據(jù)進(jìn)行摻加，基礎(chǔ)組編號(hào)為0，無(wú)機(jī)顏料組分別為1到4組，有機(jī)顏料分別為5到8組。采用JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)按比例充分?jǐn)嚢柚谱魉嗄z砂，制作40 mm×40 mm×160 mm砂漿試塊，在水中養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 彩色水泥膠砂試塊配合比

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 砂漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)無(wú)機(jī)顏料采用紅色、黃色、綠色進(jìn)行膠砂性能測(cè)試，其中O組表示基礎(chǔ)組，A組表示加入氧化鐵紅的砂漿試樣，B組表示加入氧化鐵黃的砂漿試樣，C組表示加入氧化鉻綠的砂漿試樣。對(duì)有機(jī)顏料采用紅、黃、綠三色進(jìn)行膠砂性能測(cè)試，分別為D、E、F組。根據(jù)表2對(duì)A,B,C組按照無(wú)機(jī)顏料1、2、3、4組進(jìn)行摻加，對(duì)D,E,F組按照有機(jī)顏料5到8組進(jìn)行摻加。

由表3和表4發(fā)現(xiàn)顏料的化學(xué)性質(zhì)是對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的主要因素。根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)顏料比有機(jī)顏料對(duì)強(qiáng)度影響更小。

表3 無(wú)機(jī)顏料水泥膠砂試塊強(qiáng)度表

表4 有機(jī)顏料水泥膠砂試塊強(qiáng)度表

由表3分析發(fā)現(xiàn)有機(jī)顏料摻量和試塊強(qiáng)度成負(fù)相關(guān)。偶氮紅顏料和耐曬黃對(duì)砂漿試塊強(qiáng)度影響較小，適合作為有機(jī)顏料用于砂漿拌合料中。酞菁綠對(duì)水泥膠砂抗壓強(qiáng)度損傷大，不建議采取這種顏料。通過(guò)圖3發(fā)現(xiàn)抗折強(qiáng)度下降趨勢(shì)與抗壓強(qiáng)度趨勢(shì)基本相符，膠砂強(qiáng)度隨著顏料摻量的增加而減弱。

由圖2分析發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)顏料在摻量較少的情況下對(duì)膠砂強(qiáng)度有加強(qiáng)作用，隨著摻量的增加，當(dāng)摻量達(dá)到4%附近時(shí)強(qiáng)度達(dá)到極限開(kāi)始降低?？紤]由于摻加顏料會(huì)吸收一部分水分，從而降低水泥水灰比，會(huì)對(duì)砂漿強(qiáng)度有提高作用。其中氧化鉻綠對(duì)強(qiáng)度加強(qiáng)效果最強(qiáng)。綜合兩種性質(zhì)的顏料比較發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)顏料對(duì)強(qiáng)度的影響較小，而有機(jī)顏料對(duì)強(qiáng)度有損傷。

圖1 有機(jī)顏料對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響曲線

圖2 無(wú)機(jī)顏料對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響曲線

圖3 有機(jī)顏料對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響曲線

圖4 無(wú)機(jī)顏料對(duì)砂漿抗折強(qiáng)度的影響曲線

3.2 砂漿顏色效果分析

每種顏料都有一定的著色力，著色效果隨著顏料摻量的增加而加強(qiáng)。隨著顏料摻量的增加，混凝土混合料的表面被顏料完全覆蓋，此時(shí)混凝土顏色不再發(fā)生變化，此時(shí)達(dá)到顏料的飽和點(diǎn)。通過(guò)試驗(yàn)可見(jiàn)，有機(jī)顏料著色力強(qiáng)，當(dāng)紅色、綠色顏料摻量達(dá)到2%時(shí)色彩達(dá)到飽和，黃色顏料達(dá)到4%時(shí)接近飽和。無(wú)機(jī)顏料摻量達(dá)到6%時(shí)，基本達(dá)到最佳的著色效果。試驗(yàn)采用普通硅酸鹽水泥，由于材料本色影響會(huì)對(duì)顏料著色效果起到弱化作用。對(duì)設(shè)計(jì)要求高的結(jié)構(gòu)可采用白水泥達(dá)到顏色效果。

3.3 砂漿老化性試驗(yàn)結(jié)果分析

本試驗(yàn)采用UV人工加速紫外線加速老化箱，老化箱模擬日光、熱量、雨水和露水等自然氣候條件對(duì)試樣進(jìn)行老化影響。試件老化試驗(yàn)參照《彩色建筑材料色度測(cè)量方法》(GB/11942-89)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)以12個(gè)小時(shí)為一個(gè)周期，分別對(duì)紅黃青三基色的六組試塊進(jìn)行老化試驗(yàn)。整個(gè)老化時(shí)間點(diǎn)分別為10 d、20 d和40 d，每組平行老化6個(gè)試塊為各時(shí)間點(diǎn)試樣對(duì)照。

表5 彩色水泥膠砂的老化試驗(yàn)過(guò)程

檢測(cè)方法有目視法、光電積分法、分光光度法。根據(jù)試樣老化情況明顯，試樣數(shù)量少等特點(diǎn)，采用目視法對(duì)試驗(yàn)顏色進(jìn)行測(cè)量。圖中試樣為摻加氧化鐵紅顏料的水泥膠砂試塊，右側(cè)試驗(yàn)面在UV試驗(yàn)機(jī)中正面照射40 d，左側(cè)為對(duì)比面未經(jīng)過(guò)紫外線照射。在紫外線照射下，試塊表面發(fā)生褪色。

圖3.6 彩色試塊老化效果

通過(guò)觀察可見(jiàn)，所有試樣經(jīng)過(guò)紫外線老化以后其顏色都發(fā)生了明顯的變化，且老化時(shí)間越長(zhǎng)褪色情況越嚴(yán)重。除了酞菁綠以外，其他兩種有機(jī)顏料顏色褪色最為嚴(yán)重。有機(jī)顏料著色褪色情況較輕。

3.4 酸堿性試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)了解顏料對(duì)水泥試樣的酸堿性影響。試驗(yàn)采用7組試樣，A鐵紅B氮紅C鉻綠D酞菁綠E鐵黃F耐曬黃和G普通對(duì)照組，其中A到F為顏料摻量為4%的水泥膠砂試，G組為普通水泥膠砂試塊。試驗(yàn)將7組試塊破碎研磨，過(guò)0.08 mm方孔篩，各稱(chēng)取10g粉體試樣。將稱(chēng)取試樣加入100g蒸餾水，封好瓶口防止碳化，每隔5 min震蕩均勻1次，2 h后用濾紙過(guò)濾，使用測(cè)定計(jì)檢測(cè)pH值。

表6 彩色水泥膠砂的堿性檢測(cè)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果證明,顏料對(duì)砂漿具有降低堿性的作用，但作用有限。

4 結(jié) 論

1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)顏料最佳摻量為2%，無(wú)機(jī)顏料最佳摻量為4%。無(wú)機(jī)顏料對(duì)砂漿有增加強(qiáng)度的作用，有機(jī)顏料摻量越大，砂漿強(qiáng)度越低。

2)無(wú)機(jī)顏料在6%以上時(shí)色彩接近飽和，有機(jī)顏料在3%時(shí)接近飽和。對(duì)比而言，無(wú)機(jī)顏料色彩厚重，抗紫外線老化性能好；有機(jī)顏料色彩鮮艷，抗紫外線老化性能不理想。

3)建議采用偶氮紅和耐曬黃作砂漿或混凝土的著色劑。

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