王 攀 郭文星

（北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 北京 100044）

0 引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)日趨完善，越來(lái)越多的高層建筑也在城市中林立而起，但隨著高層建筑數(shù)量的增加，由于墻磚墜落而引發(fā)的傷亡事故也逐漸為人們所重視。除此問(wèn)題外，目前裝飾外墻常用的墻磚和涂料還存在環(huán)境污染、耐久性差以及施工難等問(wèn)題。而彩色混凝土具有良好的力學(xué)性能、抗老化性能以及耐磨性能等，可很好地代替上述材料作為外墻使用。

另一點(diǎn)，隨著高性能混凝土的普及，自密實(shí)混凝土作為一種無(wú)需振搗即可充實(shí)模板的高性能混凝土在國(guó)內(nèi)外有較廣泛應(yīng)用。

兩種混凝土技術(shù)雖然分別針對(duì)混凝土的裝飾感官和改善混凝土性能，但兩種技術(shù)具有一定的互補(bǔ)性，將二者結(jié)合，得到具有高工作性能的裝飾混凝土——彩色自密實(shí)混凝土。雖然黃月玲[1]、陳凌生[2]、楊林[3]等研究了彩色混凝土的工作性能，但自密實(shí)混凝土還有填充性、間隙通過(guò)性和抗離析性等工作性能指標(biāo)，所以明確顏料對(duì)自密實(shí)混凝土工作性能的影響就顯得尤為重要。本文以不同顏料種類和摻量制備彩色自密實(shí)混凝土，并探究顏料會(huì)對(duì)彩色自密實(shí)混凝土的工作性能產(chǎn)生何種影響及原因。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所使用的是由河北燕新建材有限公司生產(chǎn)的鉆牌P.O.42.5的普通硅酸鹽水泥。水泥的基本化學(xué)成分見表1；粉煤灰選用一級(jí)粉煤灰，粒徑范圍為0.5~300μm，比表面積330m2/g；細(xì)骨料選用天然河沙，采用篩分析的方法測(cè)定沙的顆粒級(jí)配位于二區(qū)，粗細(xì)程度為中砂。試驗(yàn)測(cè)定出沙的表觀密度為2.6kg/m3，堆積密度為1.58kg/m3；選用大興石場(chǎng)生產(chǎn)的石灰質(zhì)碎石，其中粒徑為10～25mm的碎石占30%，粒徑為25～40mm的碎石占70%；減水劑為聚羧酸系高性能減水劑，減水率為20%～30%，固含量（20±2）%，泌水率比≤20%；選用氧化鐵系顏料為紅、黃、藍(lán)、綠四種，均由上海倍墨實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，分別為氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵綠和氧化鐵藍(lán)，四種顏料基材均為氧化鐵，藍(lán)綠顏料外包裹有機(jī)顏料酞菁藍(lán)，因此紅黃顏料為無(wú)機(jī)顏料、藍(lán)綠顏料為復(fù)合顏料，四種顏料的基本性能見表2。

表1 P.O.42.5號(hào)水泥的化學(xué)成分

表2 氧化鐵系顏料基本性質(zhì)及化學(xué)成分

1.2 試驗(yàn)方案

為確定顏料種類及摻量對(duì)混凝土的工作性能會(huì)產(chǎn)生何種影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了4種顏料種類（氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵綠和氧化鐵藍(lán)）和4個(gè)顏料摻量（摻入方式為外摻法，分別替代總膠凝材料的0%、2%、4%和6%）以及混凝土強(qiáng)度等級(jí)3種，并根據(jù)《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的方法測(cè)定彩色自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度和T500時(shí)間，用以確定顏料種類及摻量對(duì)不同強(qiáng)度下混凝土工作性能的影響。

1.3 試件制備

表3為混凝土配合比。按表3稱取水泥、粉煤灰、以及顏料并混合于容器中，將材料倒入攪拌機(jī)中并加入細(xì)骨料和粗骨料預(yù)拌1min，隨后將水與減水劑加入其中，再攪拌3min即可制得彩色自密實(shí)混凝土。制得的普通自密實(shí)的工作性能如表3所示。

表3 彩色自密實(shí)混凝土配合比

2 結(jié)果與分析

2.1 不同顏料及摻量對(duì)混凝土坍落擴(kuò)展度的影響

圖1 C30組彩色自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度

圖2 C50組彩色自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度

圖3 C70組彩色自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度

從圖1、圖2和圖3可以看出，隨著顏料摻量增加，四組混凝土的坍落擴(kuò)展度均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，其中無(wú)機(jī)顏料的變化趨勢(shì)明顯，而復(fù)合顏料的變化趨勢(shì)不明顯。當(dāng)顏料摻量達(dá)到2%時(shí)，四組混凝土的坍落擴(kuò)展度的變化趨勢(shì)均較??；顏料摻量達(dá)到4%時(shí)，可觀察到摻入無(wú)機(jī)顏料的混凝土的坍落擴(kuò)展度大幅降低，而復(fù)合顏料則變化不明顯；當(dāng)顏料摻量達(dá)到6%時(shí)，無(wú)機(jī)顏料對(duì)混凝土坍落擴(kuò)展度影響依舊明顯，復(fù)合顏料對(duì)混凝土的影響有所減緩，但C30組混凝土出現(xiàn)輕微離析跡象。隨著混凝土等級(jí)的提高，四種顏料對(duì)混凝土影響的程度逐漸接近。由此可以認(rèn)為，復(fù)合顏料對(duì)混凝土的坍落擴(kuò)展度影響較小，但摻量過(guò)大則可能導(dǎo)致混凝土離析；無(wú)機(jī)顏料對(duì)混凝土的坍落擴(kuò)展度影響較大，摻量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致混凝土不能達(dá)到應(yīng)有擴(kuò)展度；混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，使得無(wú)機(jī)顏料對(duì)混凝土的影響減小，復(fù)合顏料對(duì)混凝土的影響有所增加。所以應(yīng)選擇合適顏料摻量和混凝土強(qiáng)度以保證混凝土工作性能。

2.2 不同顏料及摻量對(duì)混凝土T500時(shí)間的影響

圖4 C30組彩色自密實(shí)混凝土T500時(shí)間

圖5 C50組彩色自密實(shí)混凝土T500時(shí)間

圖6 C70組彩色自密實(shí)混凝土T500時(shí)間

T500時(shí)間是用于測(cè)定自密實(shí)混凝土粘聚性和流動(dòng)性的指標(biāo)。由圖4、圖5和圖6可知，由于無(wú)機(jī)顏料明顯降低混凝土的擴(kuò)展度，使得部分混凝土的擴(kuò)展度無(wú)法達(dá)到500mm，因此未有數(shù)據(jù)記錄。但從已有記錄可看出，隨著顏料摻量增加，摻入復(fù)合顏料的混凝土的T500時(shí)間有所增加，但T500時(shí)間變化趨于穩(wěn)定。隨著混凝土強(qiáng)度的提高，復(fù)合顏料對(duì)混凝土的影響程度有所提高。由此可以認(rèn)為，四種顏料均使混凝土粘聚性提高，部分試驗(yàn)組已不能達(dá)到自密實(shí)混凝土要求。隨著混凝土等級(jí)的提高，四種顏料對(duì)混凝土T500時(shí)間的影響有所減弱，但在使用時(shí)仍需注意調(diào)整配合比，保證混凝土達(dá)到自密實(shí)的要求。

2.3 結(jié)果分析

通過(guò)以上試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，四種顏料均會(huì)使自密實(shí)混凝土工作性能變差，其原因是通常顏料的細(xì)度要較水泥細(xì)10～20倍[4]，造成膠凝材料實(shí)際密度提高，間接降低水膠比。但無(wú)機(jī)顏料和復(fù)合顏料在對(duì)混凝土工作性能的影響程度存在明顯區(qū)別，而產(chǎn)生主要影響的原因在于復(fù)合顏料含有的酞菁藍(lán)成分。由于酞菁藍(lán)具有較強(qiáng)的疏水性，使得復(fù)合顏料也具有疏水性[5]。在混凝土拌合過(guò)程中，酞菁藍(lán)包裹其他膠凝材料，阻礙膠凝材料與水接觸，造成初始的水膠比較大；且在復(fù)合顏料制備過(guò)程中為保證顏料包裹牢固和具有良好的分散性，常會(huì)加入一定量的活性劑成分[6-7]，所以在混凝土制備過(guò)程中，復(fù)合顏料會(huì)帶入一定量的空氣潤(rùn)滑混凝土。因此復(fù)合顏料組具有較好的工作性能，但水膠比較大時(shí)則可能造成混凝土離析；而無(wú)機(jī)顏料具有較強(qiáng)親水性[8]，會(huì)導(dǎo)致混凝土工作性的嚴(yán)重降低。

圖7 紅色混凝土SEM照片

圖8 黃色混凝土SEM照片

摻入黃色組混凝土的工作性能始終差于紅色組混凝土，圖7和圖8為Hyun-SooLee[9]拍攝的SEM照片，比較無(wú)機(jī)顏料組混凝土的工作性能可以發(fā)現(xiàn)，二者的密度和晶體結(jié)構(gòu)不同，氧化鐵紅密度約為5.24g/cm2，晶體結(jié)構(gòu)為圓球狀，氧化鐵黃密度約為2.44～3.6g/cm2，晶體結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)針狀。較小的密度讓氧化鐵黃更易奪去混凝土中的自由水，不規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)使得自密實(shí)混凝土粘聚性過(guò)大，嚴(yán)重阻礙自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性，所以黃色自密實(shí)混凝土更難以達(dá)到應(yīng)有工作性能。

隨著混凝土的強(qiáng)度提高，水膠比也相應(yīng)減小，四種顏料對(duì)混凝土工作性能的影響程度逐漸改善和趨同。其原因是由于四種顏料均為惰性材料[10]，不與混凝土組分發(fā)生反應(yīng)，僅由于密度較小而減小混凝土實(shí)際水膠比和親水性、疏水性導(dǎo)致的工作性能差異。所以當(dāng)混凝土用水量減小時(shí)，四種顏料與水產(chǎn)生的作用也隨之降低。

3 結(jié)論

（1）四種顏料均會(huì)降低自密實(shí)混凝土的工作性能工作性能。

（2）由于酞菁藍(lán)的疏水性和符合顏料的活性劑成分，使得復(fù)合顏料對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性能影響不大，但使用中需注意避免離析。

（3）無(wú)機(jī)顏料具有較強(qiáng)的親水性，粒徑遠(yuǎn)小于水泥，對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性能影響較大。而氧化鐵黃還由于不規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致對(duì)自密實(shí)混凝土的工作性能影響更大。

（4）隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高，其需水量也逐漸減少，所以顏料對(duì)混凝土中的自由水的影響逐漸降低，四種彩色自密實(shí)混凝土的工作性能表現(xiàn)也逐漸改善和趨同。