水泥基建材产品使用美史乐颜料指南

       

在混凝土建筑材料中颜色的使用越来越普及。今天，它是建筑师、建造商、工程师和业主表达他们的风格和个性的一个重要的设计工具。颜色普遍使用在如混凝土瓦、路面砖、砌块、耐磨地坪材料、嵌缝剂、强固剂等水泥基材料中。这些彩色建筑材料比无色彩的同类产品有更高的需求和更多的利润。

在这些产品中正确熟练的选择和使用颜料使混凝土建筑材料饰面更具挑战性。美史乐颜料了解这些挑战并且愿意帮助你。这就是为什么我们有这详细的小册子介绍。它是你了解和使用美史乐颜料用在混凝土产品中的指南。它是经验、检验测试和工厂生产质量控制几十年经验积累的总结。

 

 

一.原材料对彩色混凝土制品颜色的影响

颜料

颜料的选择是彩色混凝土制品产品质量首要的选择。彩色制品暴露于不同气候条件下经过长时间的测试，在世界各地显示我们的氧化铁颜料在水泥基制品中有出众的性能特性。

颜料制造标准

美史乐水泥基建材用颜料满足EN 12878、ASTM C979、DIN 55913、GB 1863标准。能经受水泥碱性强烈侵蚀的要求。耐晒性、耐候性稳定，并且亲水但不溶于水。通过加工，颜料稳定地结合到混凝土混合物中。无机颜料，特别是氧化铁，尤其优秀。一般限定加到混凝土中颜料的数量最多是水泥重量的10%。这些主要颜料是建筑材料中最普遍使用的颜色。由于颜料色调、加入数量或水泥颜色和其它原材料的改变，最终的颜色可能是变化无穷，如：

红颜料→浅粉红色到暗紫色

黄颜料→浅黄色到黄绿色

棕颜料→浅桔黄色到深棕色

黑颜料→浅灰色到深黑色

绿颜料→草绿色到深绿色

蓝颜料→天蓝色到蓝灰色

水泥

所有混凝土制品包含水泥，而水泥的颜色影响制品的最终颜色。水泥在混凝土中担当粘结砂、集料和颜料的作用，把所有的东西凝固在一起。当加水后水泥产生粘结力，混合和凝固颜料到制品中防止被冲走。

水泥最普遍颜色是灰色。不可能使灰水泥从灰颜色转到鲜明的或浅淡的色调。灰水泥最好调配成深颜色，如深棕色，黑色，灰色和许多红色。

要想得到浅淡色调，必须使用白水泥制造。浅或亮丽的粉红色，茶色，蓝色，绿色和黄色尽可能用白水泥。用氧化铬绿或复合颜料，使用白水泥替代灰水泥颜色差异是明显的。当白色集料同白水泥和颜料一起使用时能产生更亮丽的色调。

水泥公司制造许多类型的水泥，它们从浅灰到深灰变化。通常那样比较干粉，是不可能告诉你混凝土的最终颜色如水泥粉颜色的样子。因此在同一项目上应使用相同水泥供应商和相同型号水泥以减少色差的风险。只要改变供应商和水泥型号，最终颜色很可能改变。

 

 

 

在彩色混凝土中，颜料是不能溶解的并比水泥细十倍。水泥是“胶水”把混凝土制品凝固在一起，它也把颜料凝固在一起。混凝土混合物中颜料加入的数量是由整个水泥基材料重量决定的。水泥数量的改变象颜料数量的改变一样最终决定混凝土制品的颜色。如果颜料的数量不变，但水泥的数量是变量，则高水泥含量将有一个低饱和度的颜色。

 

 

 

集料

除水泥之外，所有混凝土制品包含集料，它们代表混凝土混合物最大部分，它们的颜色影响制品的最终颜色。这些集料最后将被暴露在大量的侵蚀中。

混凝土制品也能通过“水洗”或“研磨”去掉彩色水泥，集料颜色就立即暴露出来。也有这种情况，与水泥颜色一样，集料的自然颜色在低颜料用量中比高颜料用量对混凝土着色有更显著的影响。

 

 

 

颜色影响范围取决于水泥和集料的配合比。如果水泥对集料的比例是1：10或更高，这些集料颗粒将更多的暴露在混凝土的表面并没有彩色水泥层。因此，在配方中这些原材料颜色的任何改变将引起更多的混凝土颜色的变化。

水

当努力使混凝土无颜料色差时，仔细监控混合物中用水量，原材料中水分含量，尤其是砂的水分含量是十分重要的。高水灰比不仅对混凝土的强度是有害的，而且也使制品出现浅颜色。

 

 

 

为什么？回想一下刚倒入啤酒的玻璃杯。玻璃杯的顶部是白色泡沫，一会儿静止下来玻璃杯充满金黄色或琥珀色啤酒。那是因为泡沫由许多微小的空气组成，散射光使它非常浅和明亮。同样，在混凝土制品中，过量的混合用水蒸发到表面留下许多细孔-象啤酒中的泡沫，使混凝土出现较浅的颜色。因此，较高水灰比混凝土颜色较浅，不管其是否是彩色混凝土。

因此，所有混凝土制品的生产者必须仔细的监控用水量和集料的含水量以确保制品颜色的一致性。

二.颜料详情

可用的颜料形态

十年前，颜料粉是仅有的可用的颜料形态。颜料粉体是最普遍使用的形态，因为它可用在很广的范围，而且经济优势很吸引人。粉体无论如何是脏的和流动性不佳。当尝试自动计量粉体时，仅有少数系统可利用。

今天，混凝土制品生产有了其它的选择。颜料也能购买预混色浆。当色浆第一次被引进时，它们供应给制造商流动的、无粉尘的能被自动计量的产品。可是，运费（运水是昂贵的），有效性，着色的价格，沉淀物，严冬和蒸发问题限制了它们的使用。

最近的颜料形态是颜料由气流输送并计量，状态干燥，混合非常精确的颗粒颜料，在水泥基中应用是恰当的。

着色力

只要颜料使用在混凝土中，它一定增加重量，重量决定于混合物中水泥基材料重量的百分率，一般3%或4%。

在颜料的干燥状态，颜色可能出现相同的，但颜料没有混合（如在混凝土中）绝不能直接来评价颜料。一旦颜料混合到混凝土，产品要被固化，两种颜料在干燥状态颜色相同的也会出现重大的色差。这种不同证明两种颜料的着色力不同。

 

 

 

 

 

 

 

 

例如，在上方的图片中，两个红粉末看起来十分接近。在左边是粘土砖粉，在右边是标准红颜料。但一旦6%的这些颜料混合在混凝土中，结果色差十分巨大。

 

 

 

另一个例子，用3%颜料含量比较颜料A和颜料B，做成三块不同的路面砖。注意两块使用颜料A，一块使用3%颜料含量，另一块使用10%含量。现在同用3%颜料B做成的路面砖比较。3%含量的两种颜料，颜色完全不同。但当使用10%的颜料A时，它看起来类似3%颜料B的颜色。因此，颜料B着色力比颜料A高约3倍。尽管颜料A较便宜，但它使用起来不是最经济的。

颜料用量

 

 

 

 

 

 

上面的图表证明更多颜色加到混凝土中，在图表中颜色饱和度的变化位置按照反射率作为颜料加入量的函数来表示。图片证明实际的颜色变化，你能看到当使用纯合成氧化铁颜料从2%到6%时变化巨大。在5%到6%范围内，颜料达到他们最适宜的饱和度水平。

当更多颜料加入时，在路面砖中颜料加入量6%到8%差异很小。因此，不仅加入过多的颜料是不必的，也是不经济的。对想达到的颜色知道最合适颜料用量是重要的，不仅要有精确的颜料数量而且必须加入到混合物中去。

不褪色性

不褪色性是衡量当暴露于自然环境超过一定时期后颜料的抗褪色性能。我们对颜料在混凝土中的应用实施广泛的测试。在下方显示的是我们自己的耐候场，在那里混凝土瓦和其它混凝土制品作不褪色性评价。经过几年室外耐候试验考验提供在混凝土中颜料风化稳定性的可靠结论。如用加速耐候试验，用实验设备操作，则不提供精确的耐久日期，特别是碳黑和某些有机颜料。

当纯合成或天然氧化铁颜料被使用到彩色混凝土制品中时，颜料不褪色。当然，当混凝土制品被暴露于自然环境时，制品的表面受到腐蚀。这自然腐蚀改变制品的表面：水泥和颜料微粒逐渐迁移，更多集料颗粒被暴露，泥土进入表面等等。所有这些行为对制品颜色的作用是有害的，但颜料没有褪色。

颜料质量影响颜色耐久性

记住水泥是“胶水”凝固了混凝土制品，它也把颜料凝固在一起。混凝土混合物中颜料加入的数量是由整个水泥基材料重量决定的。当水泥增加或减少时，颜料同比例变化。

在混凝土的表面，有一层由细集料、水泥粘结剂和颜料微粒组成的凝固层。这薄层依靠配合比设计，压实的方法等。当这层暴露于大气在它影响下，水泥基层的细微粒被逐渐地磨损，取走了颜料，当集料微粒暴露于表面时，制品的全部颜色更多的由集料颜色起作用。

因此，低颜料用量只有较少颜料被水泥凝固住。所以，低颜料用量比高颜料用量颜色的变化随着时间的过去更明显，应该有更多的颜料微粒被凝固住。

三.彩色混凝土制品的生产

颜料计量

干颜料粉和颗粒颜料必须计量重量。计量的精度±5%，充分避免明显地颜色波动。决不应该将干颜料由体积加入。首先，颜料有不同的容重。同样，精确分等的容重可以因装运量不同而改变，因为对托盘和存储条件有不同的压紧状态。色浆能由重量或体积计量。

未来在你的工厂使用主要颜料时，不需要预混和它们。颜料测量系统有能力自动选择正确的颜料，测量精确的必须数量，并输送颜料到混凝土搅拌器，在那里发生混和。

 

在混凝土中混和颜料

一旦你选择了颜料形态和适当的测量系统，我们推荐按下列顺序加颜色到混合物中去。

表：为适当分散任何类型的颜料的混凝土混合顺序：

1． 加砂和集料

2． 加颜料粉末或颗粒颜料

3． 至少混合30分钟

4． 加水泥

5． 加余下的水

6． 混合至均匀

    因为颜料粉末是一种小微粒尺寸材料，注意必须确保全部分散在混合物中。作为一种一般规则，预混和粉末颜料或颗粒颜料，砂和集料相互混合是最有益的。较粗糙的集料作用象“分散辅助设备”帮助颜料微粒分散均匀。然后一定数量的混合水加到混合物里直到均匀。如果使用轻集料，必须预湿润轻集料。这过程让水充满集料的孔隙。然后按上面建议完成混合。

颜料对混凝土质量的影响

ASTM C979限制颜料加到混凝土中的数量超10%。当使用那些低着色强度的颜料时必须小心，因为颜色饱和度不够除非加入大量的颜料。这些颜料的数量要求给制品一定色值但增加到混合物中的细微粒的数量太大会负面影响混凝土技术性能和超过ASTM的限制。

一般颜料粉末比水泥细10到20倍。黄颜料有一种针状晶体结构，红颜料是球形晶体结构，黑颜料是立方晶体结构。同样地黄颜料有较高的需水量。这影响仅用约5%的颜料用量就相当明显。如果超过5%黄颜料加入量，这将导致有效水灰比减少和混凝土稠度的改变。如果比较加入黄颜料和无颜料混凝土，在高颜料用量下为了获得同样稠度或工作性可能需要增加混合水的数量。

四.颜色其它影响

泛碱

任何水泥制品易受泛碱影响。我们的颜料既不对泛碱产生影响，也不能防止水泥制品泛碱的发生。某种程度，泛碱始终发生。但当它出现在着色制品的时候，它好像更明显，客户更易投诉。

 

 

 

一次泛碱是水泥中的游离氧化钙被溶解在混合水中而产生影响的结果。当氢氧化钙与混凝土表面空气中的二氧化碳起反应便组成不能溶解的碳酸钙。二次泛碱是同样的现象，但它发生在混凝土固化以后当雨水或露水把氢氧化钙带到表面时。所以，混凝土的多孔性在泛碱中扮演了一个重要的角色。较少孔隙的混凝土较低的发生混凝土泛碱。化学反应方程式是：

                    CaO+H2O→Ca(OH)2

                 Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

如何消除？在一个随后的反应中，不能溶解的碳酸钙在混凝土表面同含有二氧化碳的水反应后被溶解在水中，以碳酸氢钙形式逐渐溶解在水中。这个反应能进行15到24个月。所以，在泛碱的产生和消除过程中风化扮演了一个积极的角色。同样，消除泛碱雨水是必须的，在干燥气候中这个过程将是长期的。

                  CaCO3+2CO2+ H2O→Ca(HCO3)2

养护

养护温度影响素混凝土的颜色，它也将影响彩色混凝土的颜色。这是由于养护改变了水泥晶体的尺寸和形状。

硬化水泥石是混合水和水泥反应后成型的，产生各种尺寸的硅酸钙晶体依靠混凝土的养护温度。晶体的尺寸和不规则形状影响光线散射。因此，改变了这着色混凝土制品的外观。当养护温度提高时，混凝土的晶体结构变得更不规则。这结果产生更多孔的混凝土，增加光线散射并且混凝土的外观较浅。当混凝土在高温养护比常温养护色差更明显。

 

 

 

只要使用蒸汽养护，色差（与室内常温比）是更明显。首先，在素混凝土中，水泥晶体受影响，产生极浅的灰色混凝土。当颜料加到蒸汽养护制品里时，特别是黑或棕的色调，高温会影响它的颜色。这是因为铁黑颜料在温度增加到180℃时氧化成棕色颜料最终成红色。所以，如果混凝土被蒸汽养护到200℃，颜色从黑变成红棕色。同样，如果使用深棕色颜料（一种黑和红颜料的化合物）颜色改变是同样的理由。

外加剂

外加剂是除了普通水泥，集料和水之外在混凝土中的另一成分，在混合之前或混合时加到混合物里。颜料被认为是外加剂的一种。最普通的外加剂是引气剂、减水剂、速凝剂、矿粉（火山灰）、防水剂。每种类型的外加剂对混凝土制品的颜色和外观有不同的影响。

引气剂是产生微小气泡用来改善抗冻性。这些小气泡允许冰水扩张和收缩，从而减少收缩值。这些小气泡分布于混凝土。在混凝土的表面，气泡引起散射光增加，这是出现浅颜色的原因。

减水剂是用来减少在混凝土混合时维持高水平工作性所需的用水量。水的减少增加了混凝土强度。这也减少了表面的孔隙。减少了孔隙便产生较低的散射光，出现深颜色的结果。

混凝土混合时加入速凝剂是为了减少凝结时间和增加早期强度。速凝剂的加入通常产生深颜色的结果，因为混凝土的凝结时间较早，泛碱的形成有些减少。

火山灰用来增加工作性并替代部分水泥。一般，火山灰比普通水泥轻和细，可以形成较浅颜色的混凝土。某些火山灰能表现出一定的可塑性。这种可塑性能减少用水量并产生深颜色。

防水剂减少混凝土的渗水性。可能变暗色。

 

外加剂分类

外加剂类型	材料	渴望的效果	对颜色影响
引气剂（ASTM C260）	松香树脂松香皂木质素磺酸盐奈磺酸盐类脂肪和树脂酸及盐类烷基苯磺酸盐	改善耐久性	通常颜色较浅
可塑剂（ASTM C494，Type A）	木质素磺酸盐羟基化羧酸	减少需水量，给与和易性	最初暗色调，在后期减少颜色影响
速凝剂（ASTM C494，Type C）	氯化钙（ASTM D98）三乙醇胺	加速凝结时间，提高早期强度	暗颜色
火山灰（ASTM C618）	天然火山灰（N等级）粉煤灰（F和G等级）其它材料（S等级）	降低成本改善工作性和可塑性	典型的消色材料，但由于塑化效果可使颜色变暗。最终颜色具有固有颜色效果
防水剂	硬脂酸钙，硬脂酸铝丁基合成橡胶油膏可溶性氯化物	减少渗透性	可能变暗色

                        

保护剂

多数建筑材料都时刻暴露于各种破坏性环境中，特别是混凝土类其强度要在适宜的温度和湿度下随时间的增加才能得到稳定增长的建材，需要合适的保护剂，来防止环境中酸、碱、盐、海水、紫外线等的侵蚀，避免泛碱、起砂、剥落、锈蚀、褪色等现象的产生。

无色保护剂分类

保护剂类型	材料	适用基层	对颜色影响
防水透气型无色保护剂	有机硅	干、湿（无明水）混凝土、砖瓦等材料表面均可使用	无影响
亚光型无色保护剂	纯丙树脂	干、湿（无明水）混凝土、砖瓦等材料表面均可使用	加深颜色
亮光型无色保护剂	纯丙树脂	只能用于混凝土、砖瓦等干燥材料表面	加深颜色
防腐型无色保护剂	环氧树脂	只能用于混凝土、钢铁等干燥材料表面	加深颜色

                        2008-03