混凝土著色技術(shù)研究現(xiàn)狀

祝云，徐國棟，陳景，劉霞

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

隨著建筑物生態(tài)環(huán)保、回歸自然、綠色低能設(shè)計(jì)理念的發(fā)展，與之理念相同的綠色混凝土制品逐漸在建筑行業(yè)興起，其中仿制、彩色、造型等裝飾混凝土發(fā)展和應(yīng)用尤為突出。人們對混凝土外觀要求也越來越高，除造型設(shè)計(jì)外，色彩最能改觀混凝土的視覺效果。國內(nèi)外對混凝土著色技術(shù)做了大量研究，以實(shí)際工程應(yīng)用，證明了適用于裝飾混凝土的諸多種類著色劑及其著色技術(shù)。

1 混凝土著色技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，混凝土著色技術(shù)主要有無機(jī)顏料、彩色水泥、彩色骨料、化學(xué)著色劑及涂料等。

1.1 無機(jī)顏料

無機(jī)顏料是指其主要成分為一種或幾種無機(jī)氧化物復(fù)合的顏料，其中金屬構(gòu)成了分子中的重要組成部份。從混凝土性質(zhì)來看，混凝土用顏料應(yīng)選擇親水性好、耐堿、耐酸、熱穩(wěn)定性、抗凍性、易分散、不易褪色、對外界環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、對混凝土強(qiáng)度發(fā)展無明顯影響[1]?；炷劣脽o機(jī)顏料主要有以下幾種：氧化鐵、氧化鉻、鈦鎳黃、鈦鉻棕、鈷藍(lán)、鈷綠、銅鉻黑等，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)屋面瓦、混凝土建筑磚、庭院砌塊、鋪地塊等。

無機(jī)顏料著色相對比較簡單，直接在混凝土加入顏料，攪拌混合均勻，成型、養(yǎng)護(hù)后可制備出彩色混凝土。但是，要注意顏料與水泥比例應(yīng)嚴(yán)格控制，若選用外加劑應(yīng)注意顏料與外加劑的相容性，以降低色斑或斑紋出現(xiàn)的概率。

混凝土在大氣、光熱等諸多環(huán)境因素下，表面會發(fā)生析霜，也稱泛堿現(xiàn)象?；炷粮稍镉不^程中發(fā)生水泥水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、鈣礬石、氫氧化鈣等強(qiáng)度發(fā)展物質(zhì)。繼續(xù)干燥硬化，水分沿著孔隙向混凝土表面移動(dòng)，在水分蒸發(fā)的過程中會帶出可溶性氫氧化鈣停留在表面，與空氣中二氧化碳接觸，生成白色碳酸鈣，即泛堿，反應(yīng)式見式 (1)。

該白色結(jié)晶在彩色混凝土表面尤為明顯，為使混凝土表面更加美觀可采取一些措施來降低此現(xiàn)象發(fā)生的可能性：

（1）用水沖洗砂石表面，如有可能使用軟水[2]；

（2）引入引氣劑和防水劑，降低混凝土用水量的同時(shí)減少混凝土表面水分，增加混凝土的密實(shí)度，使混凝土表面更加光滑，色彩更加均勻。

無機(jī)顏料作為混凝土著色劑普遍應(yīng)用于混凝土工程項(xiàng)目，如采用普通硅酸鹽水泥、無機(jī)顏料、普通骨料作為主要原材料，成功制備出可以大面積使用的C20～C60 水泥基彩色混凝土產(chǎn)品，并將其應(yīng)用在成都音樂公園地坪，單次施工面積超過 1000m2。圖 1 為該工程彩色混凝土施工現(xiàn)場圖。

圖1 彩色混凝土施工

1.2 彩色水泥

彩色水泥用于整體著色混凝土，呈現(xiàn)出各種色彩、圖案、質(zhì)感，模擬出自然材質(zhì)、紋理，隨意刻畫出各種圖案，實(shí)現(xiàn)建筑與人文、自然環(huán)境和諧相處。普遍應(yīng)用于裝飾室內(nèi)外混凝土地面、墻面、景點(diǎn)，如園林、浮雕、廣場、人行道、停車場、建筑外墻、屋面等裝飾改造工程。

以彩色水泥為主要膠凝材料配制而成的混凝土為彩色混凝土，通常為滿足建筑藝術(shù)混凝土的要求，會加入白色水泥、彩色骨料和彩色顏料來調(diào)節(jié)彩色混凝土的色彩。改變骨料及顏料深淺，通過光影照射原理映射出不同視覺效果的彩色混凝土；采用適當(dāng)模具成型，一定工藝方法，骨料裝飾形成手段，凸顯混凝土的線條和質(zhì)感。

彩色水泥、粗骨料制備彩色透水混凝土多應(yīng)用于路面，在海綿城市透水環(huán)保實(shí)用的基礎(chǔ)上增加裝飾美觀。

1.3 彩色骨料

彩色骨料本身有著與眾不同的天然色彩，將其用在裝飾混凝土中能巧妙地展示出渾然天成的效果。運(yùn)用自身形態(tài)及光澤，可以實(shí)現(xiàn)人工無法雕琢的自然鋪面美感，無需多加裝飾就可實(shí)現(xiàn)與自然環(huán)境相結(jié)合的情景。一般將彩色骨料用于制備裝飾墻、板及露骨透水混凝土路面。

彩色混凝土骨料常見的為卵石、碎石、玻璃、再生磚等，用其制備的彩色露骨混凝土表層為在終凝前經(jīng)水沖洗露出的彩色骨料，除保證色彩長久不褪還可對強(qiáng)光形成漫反射，減輕墻面及路面反射的強(qiáng)度。

1.4 化學(xué)著色劑

混凝土化學(xué)著色劑可以在混凝土內(nèi)部及表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成一種永久性色彩，在例如家居仿海灘巖石著色混凝土地坪（圖 2）和保齡球館著色混凝土地坪等使用。它可以在預(yù)先處理過的表面使用，形成其他材料不可能有的獨(dú)特外觀。目前常用的化學(xué)著色劑分為兩種：混凝土離子著色劑和混凝土滲透著色劑。

圖2 家居仿海灘巖石著色混凝土地坪

1.4.1 混凝土離子著色劑

混凝土離子著色劑，顧名思義，離子與混凝土中礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成顯色物質(zhì)，形成性能穩(wěn)定的彩色結(jié)構(gòu)，且具有抗老化、色澤穩(wěn)定自然、不褪色、與環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)的特點(diǎn)。常用的離子著色劑主要成分有金屬離子、氧化劑、潤濕劑等，廣泛用于混凝土制品及室內(nèi)外地坪著色。

采用噴灑著色方式將混凝土離子著色劑噴在成型好的混凝土表面，隨著著色劑與混凝土接觸，一方面中和改變混凝土表面堿性環(huán)境，減小著色劑與混凝土的表面張力，促進(jìn)氧化劑與混凝土堿性礦物質(zhì)氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加著色劑在混凝土表面的穩(wěn)定性，降低脫色掉色概率；另一方面著色劑中氧化劑（本文以過氧化氫為例）以微弱的電離常數(shù)電離出部分電子，此時(shí)的氧化劑充當(dāng)配位體，電子轉(zhuǎn)移，吸引金屬離子與氧化劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成性質(zhì)穩(wěn)定的絡(luò)合物融合在混凝土表面，從而形成性質(zhì)穩(wěn)定的彩色混凝土[3]。反應(yīng)方程式為：

著色施工方式：

（1）混凝土必須干燥，著色前先將其表面打磨平整、清理干凈。（2）為防止顏色混雜，在非著色部位做好保護(hù)措施。（3）大面積著色用噴，小面積著色可以使用刷子，以畫圈形式涂刷。（4）著色反應(yīng)為2～8h。（5）待著色反應(yīng)完成，可用 2% 小蘇打水溶液噴灑以中和反應(yīng)多余著色劑，并用高壓水槍沖洗。（6）如果需要進(jìn)行密封固化處理，可在著色劑完全干燥后（24h 以上，低溫環(huán)境適當(dāng)延長干燥時(shí)間）進(jìn)行。（7）風(fēng)、雨、高溫天氣禁止施工。

1.4.2 混凝土滲透著色劑

混凝土滲透著色劑是一種以有機(jī)顏料和滲透劑為主要成分，能有效滲透至混凝土表層和內(nèi)部，形成顏色豐富、色彩絢麗的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的著色劑。具有良好的抗紫外線能力及耐磨性能，廣泛用于混凝土制品及室內(nèi)外地坪著色[4]。

采用同樣著色方式將混凝土滲透著色劑噴灑在需著色混凝土表面，著色劑在向四周擴(kuò)散的同時(shí)向混凝土內(nèi)部滲透；在滲透劑的作用下，混凝土表面張力降低，著色劑流動(dòng)阻力減小，滲透更加順暢，著色更加均勻、穩(wěn)定。

著色施工方式：

（1）混凝土必須干燥，著色前先將其表面打磨平整、清理干凈。（2）為防止顏色混雜，在非著色部位做好保護(hù)措施。（3）著色劑噴涂均勻后，若要繼續(xù)重復(fù)噴灑加重顏色，需著色劑完全干燥（24h 以上，低溫環(huán)境適當(dāng)延長干燥時(shí)間），方可進(jìn)行第二次著色，以達(dá)到最佳著色效果。（4）待著色劑完全干燥后，用高速拋光機(jī)將混凝土表面拋磨干凈，打磨至設(shè)計(jì)要求的光澤度。（5）如果需要進(jìn)行密封固化處理，可在著色劑完全干燥后（24h 以上，低溫環(huán)境適當(dāng)延長干燥時(shí)間）進(jìn)行。（6）風(fēng)、雨、高溫天氣禁止施工。（7）應(yīng)定期打蠟維護(hù)，保持著色地坪的長久性和美觀性。

1.5 涂料

混凝土著色涂料主要為乳膠、橡膠、聚氨酯、環(huán)氧類等涂料，顏色選擇范圍較寬，層次豐富[5]，以墻體、板面飾面著色為主。針對我國空氣、水等環(huán)境因素，宜選用防水、耐化學(xué)性強(qiáng)、附著力強(qiáng)、耐老化、耐玷污、施工性能好、綠色環(huán)保的水性聚氨酯涂料[6] 來涂刷混凝土外墻。若著色結(jié)構(gòu)為地下室、室內(nèi)等紫外線光照較少的混凝土結(jié)構(gòu)，則可以選擇防腐性、附著性強(qiáng)的水性環(huán)氧涂料。

涂料攪拌均勻，采用涂刷方式噴涂在混凝土需著色面，彰顯出涂料的本身色。另一方面，涂料滲透擴(kuò)散到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，將其毛細(xì)孔隙堵塞，在成膜過程中相互交聯(lián)，保證完美的涂層質(zhì)量，有效屏蔽外界銹蝕鋼筋、碳鋼等不利因素引發(fā)的混凝土腐蝕，對混凝土基材表面起到加固作用[7]，延長混凝土的壽命，提高混凝土的耐久性。但是，涂料著色混凝土經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)吹雨淋，面層易脫落、褪色，影響著色效果。

涂刷施工方式：

（1）涂料在使用前必須徹底攪拌均勻。（2）混凝土表面打磨平整、清理干凈（增加涂料附著力）。（3）為防止顏色混雜，在非著色部位做好保護(hù)措施。（4）嚴(yán)格控制涂刷厚度，以防止超過“起泡極限”。（5）保證良好的通風(fēng)及消防措施（涂料中溶劑均易燃燒）。

2 結(jié)語

混凝土著色應(yīng)根據(jù)實(shí)際著色部位、面積、材料、外界條件等因素來考慮，不同條件選擇不同著色劑以及著色技術(shù)來進(jìn)行。特別地，若要設(shè)計(jì)仿制海灘、風(fēng)化侵蝕等特殊效果的混凝土著色造型，以混凝土化學(xué)著色劑選擇為先，在模具澆筑技術(shù)配合的情況下，可以輕易得到設(shè)計(jì)所需要著色效果。