摻顏料超高性能混凝土性能的研究

摘要：本文采取在超高性能混凝土中分別摻入1%、3%、5%的紅、黃、藍(lán)、綠四種顏料的方式，研究了不同顏料種類(lèi)和不同顏料摻量對(duì)超高性能混凝土染色效果、拌和性能、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：在超高性能混凝土中摻入3%的顏料染色效果最佳;由于顏料吸水，超高性能混凝土的坍落度隨著染料摻量增加而減少;顏料的摻入會(huì)延長(zhǎng)超高性能混凝土的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間;顏料的摻入會(huì)降低超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，摻入藍(lán)色顏料的超高性能混凝土強(qiáng)度降低幅度最大。

關(guān)鍵詞：超高性能混凝土;顏料種類(lèi);顏料摻量;拌和性能;強(qiáng)度

Abstract： The paper studied the effects of different kinds of pigments and different amounts of pigments on dyeing effect， mixing performance， initial setting time， final setting time， compressive strength and flexural strength of UHPC for respectively adding 1%， 3% and 5% red， yellow， green and blue pigments into UHPC. The result showed that the best dyeing effect of UHPC is 3%; due to the water absorption of pigment， the slump of UHPC decreases with the increase of dye content; the addition of pigment can prolong the initial setting time and final setting time of UHPC; the strength of ultra-high performance concrete will be reduced by the addition of pigment， and the strength of UHPC with blue pigment will decrease most.

0? 引言

超高性能混凝土[1-5]（UHPC：ultra high performance concrete）是迄今為止最具創(chuàng)新性的水泥基工程材料，相比普通混凝土和高性能混凝土，超高性能混凝土具有超高的耐久性和超高的力學(xué)性能。目前，由中國(guó)建筑材料協(xié)會(huì)制定的《超高性能混凝土預(yù)混料》正在征求意見(jiàn)，《超高性能混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》、《超高性能混凝土現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》和《超高性能混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范正在制定中，相信在不久的將來(lái)，超高性能混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。

超高性能混凝土為建筑師設(shè)計(jì)創(chuàng)意和表現(xiàn)提供了新的、自由度更大的材料。目前，超高性能混凝土在橋梁建設(shè)、橋面板鋪裝、結(jié)構(gòu)加固、電桿生產(chǎn)、重型井蓋等領(lǐng)域的研究已經(jīng)成熟并得到大力推廣應(yīng)用，但翻閱文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)在裝飾性超高性能混凝土的研究方面還比較少，現(xiàn)有的文獻(xiàn)主要集中在彩色普通混凝土的研究，應(yīng)用方面主要集中在彩色地磚路面、彩色路緣石等方面。目前，國(guó)內(nèi)大部分超高性能混凝土研究方面的專(zhuān)家學(xué)者在裝飾性超高性能混凝土應(yīng)用方面主要傾向于彩色建筑幕墻、彩色藝術(shù)造型等領(lǐng)域的研究應(yīng)用，摻入不同顏料種類(lèi)和不同顏料摻量對(duì)超高性能混凝土性能有何影響，正是本文所要研究的重點(diǎn)。

目前，制備裝飾性混凝土[6-13]的方法主要有彩色水泥法、摻加顏料法、面層著色法、化學(xué)染色法四種方法，因摻加顏料法具有制備工藝簡(jiǎn)單、色調(diào)不受顏色范圍限制、價(jià)格較為便宜、顏色耐久性好等諸多優(yōu)勢(shì)，本研究主要采取摻加顏料法研究顏料對(duì)超高性能混凝土性能的影響。

1? 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

水泥，P.O.42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥;硅灰，淺灰色粉末，呈球型，平均粒徑80nm;粉煤灰，Ⅱ級(jí)，灰色粉末;?；郀t礦渣，S95型;石英砂，粒徑0.5-1mm;減水劑，聚羧酸高效減水劑，含固量36%，減水率大于25%。氧化鐵紅，紅色氧化鐵粉末;氧化鐵黃，檸檬黃色的固體粉末;氧化鐵藍(lán)，深藍(lán)色或淺藍(lán)色固體粉末;氧化鐵綠，呈草綠色固體粉末狀。

試驗(yàn)原材料化學(xué)成分見(jiàn)表1、表2。

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)以U0配比作為超高性能混凝土的基本組，其它配比的變化相比U0配比在于顏料種類(lèi)及摻量的變化，如，U11表示氧化鐵紅摻量為1%，U23表示為氧化鐵黃摻量為3%，摻入鋼纖維為超高性能混凝土體積摻量以質(zhì)量計(jì)，顏料摻量為UHPC膠凝材料的百分比以質(zhì)量計(jì)，具體見(jiàn)表3。

1.3 試驗(yàn)方法

超高性能混凝土的攪拌步驟如下：按配合比設(shè)計(jì)要求稱(chēng)量原材料，將骨料與硅灰充分干拌2分鐘，再加入水泥、粉煤灰、礦渣干拌2分鐘，充分混合后加入2/3的水和高效減水劑攪拌3分鐘，再加入剩下的水?dāng)嚢?分鐘，最后邊攪拌邊加入鋼纖維、顏料高速拌和1分鐘，測(cè)定拌合物的坍落度、初凝時(shí)間及終凝時(shí)間，將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（20±2℃）養(yǎng)護(hù)48h后拆模，再放入90℃的水浴中加熱養(yǎng)護(hù)48h后進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)定，強(qiáng)度試驗(yàn)參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[14]（JTE E30-2005）規(guī)定執(zhí)行。

2? 結(jié)果與討論

2.1 不同顏料摻量對(duì)UHPC顏色深度的影響

在混凝土中摻入顏料，顏料摻量對(duì)混凝土的色彩效果起決定性作用，然而目前顏料對(duì)混凝土的染色效果沒(méi)有統(tǒng)一的定量評(píng)價(jià)，本研究主要采取目測(cè)法對(duì)摻顏料超高性能混凝土的試件的顏色深度進(jìn)行定性評(píng)定，主要采取“淺、深、飽和”3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體見(jiàn)表4。從表4可以看出，隨著顏料摻量的增加，摻顏料超高性能混凝土的顏色深度逐漸加深，其中氧化鐵藍(lán)、摻氧化鐵綠摻量為1%時(shí)，顏色深度即可達(dá)到“深”的指標(biāo);氧化鐵紅、摻氧化鐵黃的UHPC試件在摻量為3%時(shí)才可達(dá)到“深”的指標(biāo)，說(shuō)明藍(lán)、綠顏料要達(dá)到深的色度比紅、黃顏料摻量要少，圖1為摻1%、3%、5%氧化鐵藍(lán)UHPC顏色深度對(duì)比圖，圖2為摻3%氧化鐵紅UHPC試件顏色深度圖。

2.2 不同顏料對(duì)UHPC凝結(jié)時(shí)間的影響

由于顏料的化學(xué)組分不具有火山灰活性，在超高性能混凝土中加入顏料在一定程度上會(huì)延長(zhǎng)膠凝材料的水化反應(yīng)時(shí)間，從而造成摻顏料超高性能混凝土的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間延長(zhǎng)。由表5可知，隨著顏料摻量的增加，摻4種顏料的超高性能混凝土的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均逐漸延長(zhǎng)，但是延長(zhǎng)的時(shí)間間隔與顏料摻量的增加并不成比例關(guān)系。由圖3可知，相比不摻顏料的超高性能混凝土，摻3%藍(lán)色和綠色顏料的超高性能混凝土初凝時(shí)間和終凝時(shí)間最長(zhǎng)，摻3%紅色和黃色顏料的超高性能混凝土初凝時(shí)間和終凝時(shí)間增幅最小。

2.3 不同顏料對(duì)UHPC坍落擴(kuò)展度的影響

由于氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵藍(lán)、氧化鐵綠4種顏料的密度依次遞減，其比表面積依次增大，4種顏料的吸水性逐漸增強(qiáng)。由圖4可知，隨著顏料摻量的增加，摻顏料的超高性能坍落擴(kuò)展度逐漸減小，顏料摻量相同時(shí)，藍(lán)色和綠色的顏料超高性能混凝土坍落擴(kuò)展度減少最小，工作性能最佳，紅色和黃色顏料超高性能混凝土工作性能最差。

2.4 不同顏料對(duì)UHPC顏色強(qiáng)壓、抗折強(qiáng)度的影響

由表5、圖5可知，隨著顏料摻量的增加，摻顏料超高性能混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度均逐漸下降，其中，摻藍(lán)色顏料的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度最高，摻黃色顏料的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度最低，紅色和綠色顏料次之。摻1%藍(lán)色顏料抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別為不摻的1/2和1/3，摻5%藍(lán)色顏料抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度為不摻的1/5左右，這是由于藍(lán)色顏料成分中的表面活性劑在超高性能混凝土拌和過(guò)程中將空氣引入混凝土內(nèi)部使混凝土密實(shí)度下降，從而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度下降。在黃色顏料摻量為1%、3%時(shí)，超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度降低最少，但當(dāng)在黃色顏料摻量為5%時(shí)，超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度降為不摻顏料的1/2，主要是因?yàn)辄S色顏料吸水多，進(jìn)一步降低了超高性能混凝土的有效水灰比，從而提高混凝土的密實(shí)度，所以其強(qiáng)度降低的幅度較小，同時(shí)，由于顏料本身沒(méi)有火山灰活性，相比不摻顏料的超高性能混凝土，其強(qiáng)度還是會(huì)降低。

3? 結(jié)論

①內(nèi)摻顏料超高性能混凝土試件達(dá)到同樣顏色深度效果，藍(lán)色、綠色顏料比紅色、黃色顏料摻量可以更少。

②隨著顏料摻量的增加，摻紅、黃、綠、藍(lán)顏料的超高性能混凝土初凝時(shí)間和終凝時(shí)間均逐漸延長(zhǎng)，摻藍(lán)色和綠色顏料的超高性能混凝土初凝時(shí)間和終凝時(shí)間最長(zhǎng)，摻紅色和黃色顏料的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間增幅最小。

③隨著顏料摻量的增加，摻顏料的超高性能坍落度逐漸減小，顏料摻量相同時(shí)，摻藍(lán)色和綠色顏料超高性能混凝土坍落度減少最小，工作性能最佳。

④隨著顏料摻量的增加，摻顏料超高性能混凝土抗壓、抗折強(qiáng)度均逐漸下降，其中，摻藍(lán)色顏料的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度最高，摻黃色顏料的超高性能混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度最低，紅色和綠色顏料次之。

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