CN102584144A - 一种彩色混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种彩色混凝土及其制备方法，属于建筑材料制备领域。所述原料的重量以每立方米彩色混凝土计：水150kg～190kg、水泥150kg～400kg、超细矿渣粉100kg～160kg、细骨料650kg～1010kg、粗骨料900kg～1020kg、颜料4kg/m3～20kg/m3；所述细骨料粒径80μm～5mm；所述粗骨料粒径5mm～20mm；所述超细矿渣粉白度大于75，800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg；将上述原料经过加入搅拌筒内进行充分制备得到彩色混凝土。在本发明所述的彩色混凝土及其制备方法中，通过加入超细矿渣粉，制备得到颜色均匀的彩色混凝土，并且降低了彩色混凝土的成本，生产工艺简单，施工方便，便于批量快速生产，且制备得到的彩色混凝土可用于建筑承重部位。
Description
技术领域
本发明涉及一种彩色混凝土及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术
普通水泥混凝土是当今世界上最主要的建筑材料。但是，普通水泥混凝土的最大不足之处是色彩单调、灰暗、呆板，给人以压抑感。为了使建筑物表面美观，人们常在建筑装饰工程的设计和施工中对其表面进行装修饰面，如涂刷装饰涂料、铺贴装饰板材等。但是，这些装修饰面不仅耗费大量时间和材料，使工程成本大大增加，而且随着使用期的延长，经过装修饰面的建筑物往往出现褪色、剥落、掉皮等现象，严重影响了建筑物的外观美。
为了解决上述技术问题，近几十年内逐渐发展起来一种新型装饰混凝土，即彩色混凝土。彩色混凝土是以白色水泥、彩色水泥或白色水泥渗入彩色颜料，以及彩色骨料和白色或浅色骨料按一定比例配制而成的混凝土。如果采用在普通混凝土制备过程中加入彩色颜料、彩色骨料时，由于制备混凝土的浆体粘度太大，而颜料的粒径过细，细粒径的颜料在高粘度的浆体中搅拌时极易产生颜料集结，造成颜色分布不均匀。采用上述方法制备彩色混凝土时，为了得到颜色均匀的彩色混凝土，人们常采用小批量方式生产彩色混凝土。中国专利CN1293166A公开了一种彩色多孔混凝土及其制备方法。所述彩色多孔混凝土各成份配比为：水泥120～206kg/m3，水50～133kg/m3，粗骨料1450～1780kg/m3，颜料9.6～46.8kg/m3。所述彩色多孔混凝土的制备方法可以采用强制式搅拌机搅拌3～5min，使水泥浆能够保证均匀地包裹在骨料上；也可以采用预拌水泥法，首先现场制浆，然后将骨料与已拌好的水泥浆一起搅拌，保证每段骨料上包裹较多的水泥浆。上述技术中主要采用将水泥、颜料与水一起搅拌制备成水泥浆，然后将水泥浆与骨料一起搅拌制备彩色混凝土。为了控制颜料在水泥浆中的分布均匀性，通过上述技术制备彩色混凝土时，一次搅拌料不宜太多，一般为每次搅拌料1m3以下。
由于颜色控制难的问题，现有技术中很难像预拌混凝土一样快速生产彩色混凝土。这极大地限制了彩色混凝土的应用范围。为了解决上述技术问题，中国专利CN1854102A公开了一种颜料用于混凝土制品的方法，具体为(1)将平均粒径小于80μm的氧化铁颜料粉末和颜料重量0.5～5％的彩色增强剂与水混合，配制成浆液；(2)将所形成的浆液与白色普通硅酸盐水泥、砂子和水混合，制备得到彩色混凝土。
上述技术中，在制备彩色混凝土时，由于考虑到颜料以及颜色增强剂在彩色混凝土内部的分散问题，首先需要将颜料、颜色增强剂及水混合制备浆液，然后再将浆液与集料、水泥和水混合搅拌制备得到彩色混凝土。上述技术虽然解决了在大批量工业化生产彩色混凝土时颜料分布问题，但是上述技术增加了颜料浆液的制备过程，而颜料浆液的制备需要混合、溶解、充分分散的过程，在颜料浆液制备后还需要和其他原料组分进一步通过搅拌混合制备彩色混凝土，所以导致生产彩色混凝土的步骤较为繁琐。同时，上述浆液的制备是以水作为溶剂，其只能溶解无机颜料，尤其是无机氧化铁颜料，也就是说只能生产褐色、黄色、红色和黑色的彩色混凝土；对于有机颜料而言是无法充分溶解在水内制备得到浆液的，有机颜料需要溶解在有机溶剂内制备浆液，但是通过有机溶剂溶解有机颜料制备彩色混凝土时，一方面有机溶剂对环境会产生很大的污染，另一反面有机溶剂的成本很高，所以限制了有机颜料的应用。而有机颜料的色彩较之无机颜料更为丰富，可以形成无机颜料所无法形成的蓝色、绿色的彩色混凝土，所以上述彩色混凝土的制备方法限制了彩色混凝土的颜色多样性。
另外，上述技术中，彩色混凝土的组成主要包括无机氧化铁颜料、彩色增强剂、水泥、石英砂和水。现有技术中，本领域技术人员一直以来都在探寻能够在满足彩色混凝土的抗压强度、颜色分布均匀性等性能指标的前提下，增加矿渣粉作为彩色混凝土的组成，从而使彩色混凝土的成本大大降低。中华人民共和国国家标准GB/T 18046-2008中规定用于水泥和混凝土中的矿渣粉为S105、S95或S75，其中S105比表面积大于500m2/kg，S95比表面积大于400m2/kg，S75比表面积大于300m2/kg，而用于混凝土中的水泥比表面积通常小于400m2/kg，在混凝土技术领域，矿渣粉或水泥的比表面积反应其粒径的大小，比表面积越大粒径越小，由上述比表面积数据可知S105比水泥的粒径稍小，但是其粒径还是大于水泥颗粒之间形成的孔隙直径，S95矿渣粉粒径与水泥的粒径相当，而S75矿渣粉的粒径大于水泥的粒径，如果将上述符合国标规定的矿渣粉转用到彩色混凝土中时，矿渣粉均不能填充于水泥颗粒之间的孔隙内，而是在矿渣粉颗粒与水泥颗粒之间形成孔隙，而孔隙的存在容易造成彩色混凝土中颜料在孔隙内结集而影响颜料的分布，造成彩色混凝土的颜色分布不均匀。
对于上述技术问题，本领域技术人员一直在寻找一种粒径更细、比表面积更大、活性更高的超细矿渣粉，并且认为矿渣粉的粒径越细、比表面积越大、活性越高，用于填充混凝土的性能越好。中国专利CN101613190A公开了一种超活性矿渣粉及其生产方法，主要生产比表面积为800～2000m2/kg的超活性矿渣粉，作为建材领域的超细高活性混凝土掺合料。但是经发明人进一步研究发现，矿渣粉的粒径并不是越细越好，对于比表面积大于850m2/kg的超细矿渣粉，其活性反而降低，尤其对于彩色混凝土而言，超细矿渣粉的活性降低后会影响彩色混凝土中颜料分布的均匀性，造成彩色混凝土颜色分布不均。因此具有最佳比表面积的超细矿渣粉，其活性和粒径对于彩色混凝土的颜色分布影响至关重要。由于上述问题的存在，制约了超细矿渣粉在彩色混凝土中的应用，无法使得彩色混凝土的生产成本进一步降低。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：解决现有技术中制备彩色混凝土时，需要先将颜料制备成浆体，增加了制备颜料浆体的设备，从而使得生产彩色混凝土的成本提高、生产步骤繁琐的问题，进而提供一种减少制备颜料浆体步骤，生产工艺简单、施工方便的彩色混凝土及其制备方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是：解决现有技术中制备彩色混凝土时需要将颜料溶解于水中制备成浆体，所以所采用的颜料只能是具有很好水溶性的无机氧化铁颜料，这样导致只能生产褐色、黄色、红色和黑色的彩色混凝土，而不能生产其它颜色的彩色混凝土，进而提供一种无机颜料和有机颜料均可应用的色彩多样的彩色混凝土及其制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：解决现有技术中彩色混凝土制备过程中加入矿渣粉时，会使彩色混凝土的强度降低，颜色分布不均匀，进而提供一种不降低彩色混凝土强度和颜色分布均匀性，在彩色混凝土制备过程中加入矿渣粉，降低彩色混凝土成本的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种彩色混凝土，所述原料的重量以每立方米彩色混凝土计：水150kg～190kg、水泥150kg～400kg、超细矿渣粉100kg～160kg、细骨料650kg～1010kg、粗骨料900kg～1020kg、颜料4kg～20kg；
所述细骨料粒径为80μm～5mm；
所述粗骨料粒径为5mm～20mm；
所述超细矿渣粉白度大于75，800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg。
所述水泥为白水泥或普通硅酸盐水泥，所述白水泥白度大于80；所述细骨料为砂子，白度大于85；所述粗骨料为石子。
所述砂子细度模数为2.6～2.9，含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，含水率≤5％；所述石子为5mm～20mm连续级配，含泥量≤0.5％，泥块含量≤0.2％，针片状含量≤8.0％，含水率≤5％。
所述颜料为无机颜料或有机颜料。
所述无机颜料为氧化铁颜料、二氧化锰、氧化铬、钴蓝、群青蓝、炭黑中的任意一种，所述有机颜料为孔雀蓝、天津绿中的任意一种。
所述彩色混凝土中还含有聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂，以每立方米彩色混凝土计，添加量为0＜聚羧酸减水剂≤18kg。
所述聚羧酸减水剂减水率大于20％，碱含量小于0.2％。
本发明还提供了一种制备所述彩色混凝土的方法，包括如下步骤：
(1)将超细矿渣粉100kg～160kg与颜料4kg～20kg加入搅拌筒内，充分搅拌0.5min～1.5min；
(2)将水泥150kg～400kg，细骨料650kg～1010kg，粗骨料900kg～1020kg加入上述搅拌筒内，进行充分搅拌0.5min～1.5min；
(3)然后再向上述搅拌桶内加入150kg～190kg水搅拌4min～5min，制备得到彩色混凝土；
其中，
所述原料加入量以每立方米彩色混凝土计；
所述细骨料粒径为80μm～5mm；
所述粗骨料粒径为5mm～20mm；
所述超细矿渣粉白度大于75，800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg。
所述水泥为白水泥或普通硅酸盐水泥，所述白水泥白度＞80；所述细骨料为砂子，白度大于85；所述粗骨料为石子。
所述砂子细度模数为2.6～2.9，含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，含水率小于等于5％；所述石子为5～20mm连续级配，含泥量≤0.5％，泥块含量≤0.2％，针片状含量≤8.0％，含水率小于等于5％。
所述步骤(2)中还加入聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂以每立方米彩色混凝土计，加入量为0＜聚羧酸减水剂≤18kg。
所述聚羧酸减水剂减水率大于20％，碱含量小于0.2％。
所述颜料为无机颜料或有机颜料，所述无机颜料为氧化铁颜料、二氧化锰、氧化铬、钴蓝、群青蓝、炭黑中的任意一种；所述有机颜料为孔雀蓝、天津绿中的任意一种。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明所述的彩色混凝土，通过加入800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg的超细矿渣粉，超细矿渣粉填充在骨料之间的孔隙及水泥颗粒之间的孔隙中，增强了混凝土内部结构的密实度，保证了彩色混凝土的强度不会降低；另一方面，采用800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg的超细矿渣粉时，由于其具有很好的活性，在该活性下使得所述超细矿渣粉具有最佳的对颜料的吸附作用，大量超细矿渣粉与颜料搅拌，使得颜料颗粒吸附在超细矿渣粉上，并随着搅拌一同均匀分散在骨料之间的孔隙及水泥颗粒之间的孔隙中，改善了加入矿渣粉时彩色混凝土颜色分布不均的问题。另外，采用超细矿渣粉还可以利用超细矿渣粉的吸附作用来制备有机颜料、无机颜料等各种类型颜料的彩色混凝土，避免了制浆时有机颜料不易溶于水中的问题，增加了彩色混凝土的色彩多样性。
(2)本发明所述的彩色混凝土制备方法，通过将超细矿渣粉与颜料加入搅拌筒内，充分搅拌0.5min～1.5min，便于随着搅拌，颜料均匀吸附在超细矿渣粉的颗粒表面；然后再向吸附有颜料的超细矿渣粉内依次加入水泥、白色砂子、石子、聚羧酸外加剂，进行充分搅拌0.5min～1.5min，上述固体材料在搅拌桶内经过充分搅拌，便于吸附有颜料的超细矿渣粉均匀分散在骨料之间的孔隙及水泥颗粒之间的孔隙中；然后再向搅拌均匀的固体材料中加入水，再搅拌4min～5min制备得到彩色混凝土。该工艺减少了将颜料分布于水中制成浆体的制浆步骤，具有生产工艺简单，施工方便、色彩多样等优点。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
实施例1
以每立方米彩色混凝土计，将超细矿渣粉100kg、红色氧化铁4.0kg加入到搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，充分搅拌0.5min；再将白水泥150kg，砂子1010kg，石子900kg，依次加入上述搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，进行充分搅拌0.5min；最后再向上述搅拌桶内加入190kg水搅拌4min，制备得到彩色混凝土A。
实施例2
以每立方米彩色混凝土计，将超细矿渣粉115kg、褐色二氧化锰6kg加入到搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，充分搅拌0.75min；再将普通硅酸盐水泥200kg，砂子970kg，石子930kg，聚羧酸外加剂5.9kg依次加入上述搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，进行充分搅拌0.75min；最后再向上述搅拌桶内加入172kg水搅拌4min，制备得到彩色混凝土B。
实施例3
以每立方米彩色混凝土计，将超细矿渣粉130kg、钴蓝11.6kg加入到搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，充分搅拌1min；再将白水泥290kg，砂子890kg，石子950kg，聚羧酸外加剂8.8kg依次加入上述搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，进行充分搅拌1min；最后再向上述搅拌桶内加入169kg水搅拌4min，制备得到彩色混凝土C。
实施例4
以每立方米彩色混凝土计，将超细矿渣粉140kg、群青蓝13.2kg加入到搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，充分搅拌1.25min；再将白水泥330kg，砂子820kg，石子970kg，聚羧酸外加剂11.1kg依次加入上述搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，进行充分搅拌1.25min；最后再向上述搅拌桶内加入166kg水搅拌5min，制备得到彩色混凝土D。
实施例5
以每立方米彩色混凝土计，将超细矿渣粉150kg、炭黑18kg加入到搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，充分搅拌1.5min；再将普通硅酸盐水泥360kg，砂子750kg，石子990kg，聚羧酸外加剂15.2kg依次加入上述搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，进行充分搅拌1.5min；最后再向上述搅拌桶内加入163kg水搅拌5min，制备得到彩色混凝土E。
实施例6
以每立方米彩色混凝土计，将超细矿渣粉160kg、孔雀蓝20kg加入到搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，充分搅拌1.5min；再将白水泥400kg，砂子650kg，石子1020kg，聚羧酸外加剂18kg依次加入上述搅拌功率为2.2kw的搅拌筒内，进行充分搅拌1.5min；最后再向上述搅拌桶内加入150kg水搅拌5min，制备得到彩色混凝土F。
上述实施例中所使用的原料为：
白水泥：P425，白度＞80，市售。
普通硅酸盐灰水泥：P425，市售。
超细矿渣粉：白度＞75，800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg，为市售S105超细矿渣粉经粉磨后制得。
砂子：白度＞85，细度模数为2.6～2.9，含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，含水率≤5％，市售。
石子：5～20mm连续级配，含泥量≤0.5％，泥块含量≤0.2％，针片状含量≤8.0％，含水率≤5％，市售。
颜料：红色氧化铁、褐色二氧化锰、钴蓝、群青蓝、炭黑、孔雀蓝，均为市售
白度测试仪：测试方法依据GB/T 5950-2008建筑材料与非金属矿产品白度测量方法
作为可以变换的实施方式，本发明所述彩色混凝土及其制备方法中，上述原料可以选择任何市售的化工原料。
性能测定评价例
取上述实施例1至6制备得到的彩色混凝土进行3d抗压强度、7d抗压强度、28d抗压强度、塌落度性能测试，测试结果见表1。
表1彩色混凝土拌合物性能
由上述实施例及表1可知，采用本发明所述的彩色混凝土制备方法制备得到的彩色混凝土其塌落度及各龄期抗压强度均符合技术标准要求的指标，且颜色分布均匀。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (14)
1.一种彩色混凝土，其特征在于，所述原料以每立方米彩色混凝土计：水150kg～190kg、水泥150kg～400kg、超细矿渣粉100kg～160kg、细骨料650kg～1010kg、粗骨料900kg～1020kg、颜料4kg～20kg；
所述细骨料粒径为80μm～5mm；
所述粗骨料粒径为5mm～20mm；
所述超细矿渣粉白度大于75，800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg。
2.根据权利要求1所述彩色混凝土，其特征在于，所述水泥为白水泥或普通硅酸盐水泥，所述白水泥白度大于80；所述细骨料为砂子，白度大于85；所述粗骨料为石子。
3.根据权利要求1或2所述彩色混凝土，其特征在于，所述砂子细度模数为2.6～2.9，含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，含水率≤5％；所述石子为5mm～20mm连续级配，含泥量≤0.5％，泥块含量≤0.2％，针片状含量≤8.0％，含水率≤5％。
4.根据权利要求1～3任一所述彩色混凝土，其特征在于，所述颜料为无机颜料或有机颜料。
5.根据权利要求4所述彩色混凝土，其特征在于，所述无机颜料为氧化铁颜料、二氧化锰、氧化铬、钴蓝、群青蓝、炭黑中的任意一种，所述有机颜料为孔雀蓝、天津绿中的任意一种。
6.根据权利要求1～5任一所述彩色混凝土，其特征在于，所述彩色混凝土中还含有聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂，以每立方米彩色混凝土计，添加量为0＜聚羧酸减水剂≤18kg。
7.根据权利要求6所述彩色混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂减水率大于20％，碱含量小于0.2％。
8.一种制备权利要求1～7任一所述彩色混凝土的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将超细矿渣粉100kg～160kg与颜料4kg～20kg加入搅拌筒内，充分搅拌0.5～1.5min；
(2)将水泥150kg～400kg，细骨料650kg～1010kg，粗骨料900kg～1020kg加入上述搅拌筒内，进行充分搅拌0.5min～1.5min；
(3)然后再向上述搅拌桶内加入150kg～190kg水搅拌4min～5min，制备得到彩色混凝土；
其中，
所述原料加入量以每立方米彩色混凝土计；
所述细骨料粒径为80μm～5mm；
所述粗骨料粒径为5mm～20mm；
所述超细矿渣粉白度大于75，800m2/kg＜比表面积≤900m2/kg。
9.根据权利要求8所述制备彩色混凝土的方法，其特征在于所述水泥为白水泥或普通硅酸盐水泥，所述白水泥白度＞80；所述细骨料为砂子，白度大于85；所述粗骨料为石子。
10.根据权利要求8或9所述制备彩色混凝土的方法，其特征在于所述砂子细度模数为2.6～2.9，含泥量≤2.0％，泥块含量≤0.5％，含水率小于等于5％；所述石子为5～20mm连续级配，含泥量≤0.5％，泥块含量≤0.2％，针片状含量≤8.0％，含水率小于等于5％。
11.根据权利要求8～10任一所述制备彩色混凝土的方法，其特征在于，所述步骤(2)中还加入聚羧酸减水剂，所述聚羧酸减水剂以每立方米彩色混凝土计，加入量为0＜聚羧酸减水剂≤18kg。
12.根据权利要求11所述彩色混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂减水率大于20％，碱含量小于0.2％。
13.根据权利要求8～12任一所述制备彩色混凝土的方法，其特征在于，所述颜料为无机颜料或有机颜料。
14.根据权利要求13所述制备彩色混凝土的方法，其特征在于，所述无机颜料为氧化铁颜料、二氧化锰、氧化铬、钴蓝、群青蓝、炭黑中的任意一种；所述有机颜料为孔雀蓝、天津绿中的任意一种。
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