摘 要
随着绿色建筑材料的发展，传统混凝土由于耐久性差、色调单一，已不能满足建筑业的需求，而且当下经常出现社区、学校等建筑的外墙砖脱落伤人事件。将颜料掺入清水自密实混凝土制成彩色清水自密实混凝土，并作为外墙结构使用，不仅可以避免安全问题的出现，还可以为混凝土的外观添色不少。但是，掺入颜料不仅会增加混凝土造价，还可能影响混凝土的性能。所以，探究颜料对混凝土性能的影响、比较评价彩色清水自密实混凝土与其他装饰方法的工程应用效果，不仅具有非常重要的意义，还能为今后的市场推广夯实基础。
本文拟配制三种强度的混凝土和砂浆。首先通过配制彩色砂浆确定颜料的适宜掺量；其次，基于得到的适宜掺量，通过进行坍落扩展度、扩展时间（T500）、立方抗压强度试验，研究不同强度等级下，颜料种类及掺量对混凝土性能的影响，并改善其中性能较差的混凝土；然后，通过模拟北京夏季光照强度和温度，研究不同强度等级下，各彩色砂浆的耐光性能；最后，通过工程案例模拟比较使用彩色清水自密实混凝土、涂料、墙砖作为外墙装饰的施工工期、工程造价的差异。
本文研究结果如下：
（1）通过色差仪记录的数据显示，随着颜料掺量的增加，四种彩色清水自密实混凝土均在5%掺量时基本达到饱和，再掺入颜料则不能产生明显的颜色变化。相比之下，红、黄颜料的染色力度明显，1%的掺量即可产生明显的颜色变化，但绿、蓝颜料全过程的颜色变化均较小，而且会出现颜料浮浆现象，不能准确得知颜料实际掺量。
（2）进行了混凝土工作性能和力学性能试验，得到结果为：小掺量的复合颜料（蓝色、绿色）对混凝土工作性能和力学性能影响不大，但大掺量则可能导致混凝土离析并明显降低混凝土力学性能；无机颜料（红色、黄色）对混凝土力学性能影响不大，但增加颜料掺量（超过4%）会明显降低混凝土工作性能；改变混凝土强度后发现，随着强度的提高，四组混凝土的工作性能均有一定程度的改善，复合颜料对混凝土力学性能的影响降低。
（3）当改进混凝土原材料与配合比后，彩色清水自密实混凝土的工作性能得到明显改善，无机颜料掺量达到8%时仍可得到满意工作性能（黄色混凝土坍落扩展度和扩展时间可达到505mm和5.5s）；通过力学试验可发现，氧化铁红对混凝土的前期强度无明显影响，但会造成混凝土的后期强度的降低；氧化铁黄可提高水泥水化速率和效率，对混凝土前期的力学性能有提高作用，而较大的吸水性会明显降低混凝土水胶比，弥补了混凝土后期强度的损失。
（4）通过紫外线抗老化试验研究了砂浆的耐光性能。试验发现无机颜料对紫外线有较好的耐性，复合颜料随着光照时长增加而出现明显褪色现象（色差值超过3）；对比两种无机颜料，由于氧化铁黄耐热性较差，黄色砂浆试件逐渐变红；强度较高的试件密实度较好，可一定程度上减少受阳光照射的面积，提高试件的耐光性能。
（5）通过工程案例模拟比较了三种装饰方法在使用工人数、工期、造价方面的差异。得到结果为使用彩色清水自密实混凝土可显着减少人工使用量，明显缩短工期以及降低工程造价。
关键词： 彩色清水自密实混凝土；工作性能；力学性能；颜料；耐光性能。
Abstract
With the development of green building materials, traditional concrete can no longer meet the needs of the construction industry because of its poor durability and single tone, and there are often incidents of external wall tiles falling off in communities, schools and other buildings. Colored architectural self-compacting concrete concrete is made by mixing pigment into architectural self-compacting concrete and used as external wall structure, which can not only avoid safety problems, but also add a lot of color to the appearance of concrete. However, the addition of pigments will not only increase the cost of concrete, but also affect the performance of concrete. Therefore, exploring the influence of pigments on the performance of concrete and comparing and evaluating the engineering application effect of colored architectural self-compacting concrete and other decoration methods is not only of great significance, but also can lay a solid foundation for market promotion in the future.
This paper intends to prepare concrete and mortar of three kinds of strength. Firstly, the suitable content of pigment is determined by preparing color mortar; secondly, based on the appropriate content, the experiments of slump extension, slump-flow time (T500) and cubic compressive strength are carried out to study the influence of the type and content of pigments on the performance of concrete under different strength grades, and improve the poor performance of concrete. Then, by simulating the light intensity and temperature in summer in Beijing, the light resistance of each color mortar under different intensity grades is studied.
Finally, through an engineering case simulation, the differences of construction period and project cost of using colored architectural self-compacting concrete, paint and wall brick as exterior wall decoration are compared.
The research results of this paper are as follows:
（1）The data recorded by the chromatic aberration meter shows that with the increase of the pigment content, the four kinds of colored architectural self-compacting concrete all basically reach saturation at 5% of the pigment content, and no significant color change can be produced when the pigment is added.In contrast, the dyeing strength of red and yellow pigments is obvious, and 1% of the content can produce obvious color change, but the color change in the whole process of green and blue pigments is small, and there will be pigment floating phenomenon, so it is impossible to accurately know the actual content of pigment.
（2）The tests of working and mechanical properties of concrete were carried out. The results show that the small amount of composite pigments (blue and green) has little effect on the working and mechanical properties of concrete, but a large amount of composite pigments (blue and green) may lead to the segregation of concrete and obviously reduce the mechanical properties of concrete. Inorganic pigments (red and yellow) have little effect on the mechanical properties of concrete, But increasing the amount of pigment (more than 4%) will obviously reduce the working performance of concrete. After changing the strength of concrete, it is found that with the increase of strength, the working properties of the four groups of concrete are improved to a certain extent, and the effect of composite pigments on the mechanical properties of concrete is reduced.
（3）When the raw material and mix ratio of concrete are improved, the working performance of colored architectural self-compacting concrete is obviously improved, andsatisfactory working performance can still be obtained when the content of inorganic pigment reaches 8% (The slump extension and extension time of yellow concrete can reach 505mm and 5.5s). Iron oxide red has no obvious effect on the early strength of concrete, but it will reduce the strength of concrete in the later stage. Iron oxide yellow can improve the hydration rate and efficiency of cement and improve the mechanical properties of concrete in the early stage, while the larger water absorption will obviously reduce the water-binder ratio of concrete and make up for the loss of later strength of concrete.
（4）The light resistance of mortar was studied by ultraviolet aging test.It is found that inorganic pigments have better tolerance to ultraviolet rays, but composite pigments fade obviously with the increase of illumination duration (The value of color difference exceeds 3).Compared with two kinds of inorganic pigments, the yellow mortar specimens gradually turn red due to the poor heat resistance of iron oxide yellow.Higher strength specimens have better compactness, which can reduce the area exposed to sunlight to some extent and improve the light resistance of the specimens.
（5）Through the simulation of engineering cases, the differences of the three decoration methods in the number of workers, construction period and cost are compared. Theresults show that the use of colored architectural self-compacting concrete can significantly reduce the amount of labor, shorten the construction period and reduce the project cost.
Key words: Colored architectural self-compacting concrete; Working performance;Mechanical properties; Pigment; Light resistance.
第 1 章 绪论
1.1、 研究背景。
随着城市现代化发展的日益推进，各式各样的建筑也出现在城市中，但现代化进程带来的问题却也日渐凸显。近年来，全国各地不断有高空坠物伤人的新闻出现在报纸和网络中，其罪魁祸首便是墙面贴砖；另一方面，由于涂料耐久性较差，用其代替墙砖做装饰也不是长久之计，所以如何提高建筑外墙的耐久性能和安全性能便是亟待解决的问题；并且当前建筑材料也有了长足的发展，可为建筑装饰提供新的思路。
鉴于此，本章结合其他方面，对当前外墙建筑材料的发展及建筑装饰方法存在的问题进行了详细介绍。
1.1.1、 现代混凝土简介及发展与应用现状。
混凝土作为现代建筑工程中用途最广、用量最大的建筑材料之一、目前全世界每年生产量超过100亿吨[1]，2007年中国的产量就已超过25亿m3混凝土，位居世界第一[2]。
自1970年，不少发达国家逐渐发现许多建筑物出现过早老化的现象，以及日本由于社会严重老龄化导致劳动力不足，人们发现传统混凝土已不能满足当前建筑的特殊需求，对混凝土的性能要求也不仅考虑力学性能，因此提出了“高性能混凝土”
的概念，考虑提高混凝土的耐久、工作等性能；另一点，随着人们生活水平的提高、审美的提升以及对环保的重视，人们发现了装饰混凝土的价值，并在美国、加拿大、澳大利亚、欧洲等世界主要发达国家和地区迅速流行起来。
1.1.1.1、 装饰混凝土。
从徐永模[3]的《国内外装饰混凝土的发展简介》中可以了解到，随着可持续发展、绿色建筑的理念深入人心，国际上采用装饰混凝土作为结构与装饰一体化材料的实践越来越多，其中具有代表性的就是清水混凝土和彩色混凝土，下面将对两种混凝土的简介和国内外应用情况进行介绍。
（1）清水混凝土。
根据《清水混凝土应用技术规程》中的定义：清水混凝土为直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土。清水混凝土是依靠材料本身的质感体现了与自然相融、古朴庄重的艺术风格。如图1-1、图1-2所示，清水混凝土在大学图书馆和教堂等公共建筑上的应用不仅兼具节能、节材、环保等显着特点，还可以充实精神内涵，具有广阔的应用价值。
国外的清水混凝土于上世纪20年代产生，随着建筑师对混凝土材料本身质感的关注，世界上越来越多的建筑师采用清水混凝土工艺，如路易·康、贝聿铭和安藤忠雄等都大量使用清水混凝土进行设计[4]。此外，外国建筑师不仅在建筑造型上别出心裁，更是尝试以白色水泥为原材料设计建筑，如图1-3、图1-4所示，阿尔瓦罗西扎就是以此设计了Ibere Camargo先生基金会博物馆和淮安实联水上大楼等清水混凝土建筑。
相比之下，国内对清水混凝土的研究应用起步较晚，但随着我国混凝土行业在节能环保和提高工程质量方面有越来越多的诉求，人们聚焦于对清水混凝土的研究与应用。“智研咨询”发布的《2016-2022年中国清水混凝土市场研究及投资前景预测报告》[5]中显示：中国清水混凝土建筑起步较晚，很多国外知名的建筑都采用了清水混凝土施工技术。中国清水混凝土的发展大致经历原始清水混凝土、清水混凝土、镜面清水混凝土和彩色清水混凝土这四个阶段。“十二五”期间，中国清水混凝土产量增长迅速。2015年，中国清水混凝土产量达到760万m?，市场规模达到52.4亿元，但实际上由表1-1以及图1-5、图1-6可发现，现阶段清水混凝土市场规模有上升，可实际用量占比非常之少。
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1.1.2、外墙构造及装饰的主要方法和存在问题
1.2、国内外研究现状
1.2.1 、国外研究现状
1.2.2、 国内研究现状
1.2.3 、本节小结.
1.3、彩色清水自密实混凝土的提出，
1.3.1、彩色清水自密实混凝土.
1.3.2、当前存在问题及难点
1.4、研究意义
1.5、本章小结
第2章 研究内容与试验准备.
2.1、研究内容与技术路线
2.1.1、主要研究内容.
2.1.2、 试验方案汇总
2.1.3、 技术路线
2.2、试验准备
2.2.1、试验原材料及试验设备
2.2.2、配合比设计.
2.2.3、确定颜料掺量范围.
2.2.4、试件制备及养护
2.3、本章小结.
第3章 彩色清水自密实混凝土工作性能及力学性能试验研究.
3.1、 引言.
3.2、彩色清水自密实混凝士工作性能试验研究.
3.2.1、研究内容
3.2.2、试验结果.
3.2.3、试验分析
3.3、彩色清水自密实混凝土力学性能试验研究
3.3.1、研究内容.
3.3.2、试验结果.
3.3.3、试验分析.
3.4、彩色清水自密实混凝土性能的改善试验.
3.4.1、研究内容
3.4.2、试验结果.
3.4.3、试验分析.
3.5、本章小结
第4章 彩色砂浆耐光性能试验研究
4.1、引言.
4.2、研究内容.
4.2.1、试验简述.
4.2.2、试验方案
4.3、试验结果
4.3.1、比较掺入不同性质颜料的砂浆的耐光性能
4.3.2、比较掺入无机颜料的砂浆的耐光性能
4.3.3、砂浆强度等级对试件耐光性能的影响规律.
4.4、试验分析.
4.4.1、不同性质的颜料的耐光性能差异分析.
4.4.2、无机颜料的耐光性能差异分析.
4.4.3、砂浆强度等级对试件耐光性能的影响
4.5、本章小结
第5章 工程案例分析.
5.1、 工程概况
5.2、各装饰方法施工步骤.
5.2.1、相同部分.
5.2.2、差异部分.
5.3、各装饰方法的工程周期比较
5.3.1、使用彩色清水自密实混凝土装饰的工程周期.
5.3.2、使用外墙涂料装饰的工程周期
5.3.3、使用外墙贴砖装饰的工程周期
5.3.4、工程工期比较.
5.4、各装饰方法的工程经济性比较.
5.4.1、彩色清水自密实混凝土施工造价预算
5.4.2、涂料施工造价预算
5.4.3、贴砖施工造价预算
5.4.4、工程造价比较.
5.5、本章小结
结 论
本文首先使用红、黄、绿、蓝四种颜料制备彩色砂浆，以胶凝材料质量的1%为单位依次增加颜料掺量，观察不同颜料和掺量对混凝土颜色的影响，并通过色差仪测定砂浆颜色变化趋势，直至颜色变化趋于稳定得到颜料的最佳掺量为5%，而后分别以2%、4%、6%的掺量掺入自密实混凝土制得彩色清水自密实混凝土。通过坍落扩展度与扩展时间以及立方抗压强度试验，研究不同颜料种类及掺量对彩色清水自密实混凝土工作性能和力学性能的影响，并尝试改善部分混凝土的性能；以6%最佳掺量配置彩色砂浆放入紫外线老化箱进行抗老化试验，研究彩色砂浆耐光性能；通过对比使用外墙砖、涂料、彩色清水自密实混凝土的工程项目，比较三种外墙做法的经济性及施工周期，为将彩色清水自密实混凝土推向市场夯实基础。
（1）通过色差仪记录的数据显示，随着颜料掺量的增加，四种彩色清水自密实混凝土均在5%掺量时基本达到饱和，再掺入颜料则不能产生明显的颜色变化。相比之下，红、黄颜料的染色力度明显，1%的掺量即可产生明显的颜色变化，但绿、蓝颜料全过程的颜色变化均较小，而且会出现颜料浮浆现象，不能准确得知颜料实际掺量。
（2）通过坍落扩展度和扩展时间的试验研究颜料对彩色清水自密实混凝土的工作性能的影响。试验发现两类颜料在坍落扩展度和扩展时间上的表现均不相同，其中无机颜料由于粒径较小，具有较强吸水性，随着颜料掺量增加会导致混凝土工作性能变差，氧化铁黄对混凝土的影响更加明显；复合颜料由于表面包覆有机颜料酞菁蓝，具有一定的疏水性，对混凝土坍落扩展度的影响较小，但较小的粒径仍会对扩展时间造成影响，提高混凝土的粘聚性；随着强度的提高，混凝土的用水量逐渐减少，颜料对混凝土中的自由水的影响也逐渐降低，所以四种彩色清水自密实混凝土的工作性能表现均有一定程度改善。
（3）通过立方抗压强度试验研究颜料对彩色清水自密实混凝土的力学性能的影响。试验发现两类颜料对混凝土的立方抗压强度影响不相同，无机颜料具有一定吸水性，降低混凝土的实际水胶比，可使混凝土的强度有一定提高，氧化铁红对混凝土强度提高效果较小，而氧化铁黄的提高效果较明显；复合颜料表面有活性剂成分，导致混凝土内部出现较多微气泡，且复合颜料的疏水性阻碍了水泥的水化，导致混凝土强度明显降低；当改变混凝土强度后，由于高强度的混凝土用水量较少，复合颜料对自由水的影响程度逐渐降低，使复合颜料混凝土的立方抗压强度趋同无机颜料混凝土。
（4）当改进混凝土原材料与配合比后，彩色清水自密实混凝土的工作性能得到明显改善，无机颜料掺量达到8%时仍可得到满意工作性能；通过力学试验可发现，由于氧化铁红仅作为填料掺入混凝土，在水泥水化不完全时，对混凝土的前期强度无明显影响，却由于无法为混凝土提供强度降低了混凝土的后期强度；氧化铁黄不仅作为填料，还为水泥水化提供结晶场所，会提高水泥水化速率和效率，所以氧化铁黄对混凝土前期的力学性能有提高作用，而较大的吸水性会明显降低混凝土水胶比，弥补了混凝土后期强度的损失。
（5）通过紫外线抗老化试验研究颜料对彩色清水自密实混凝土的耐光性能的影响。试验发现无机颜料对紫外线有较好的耐性，有机颜料随着光照时长增加而出现明显褪色现象；对比两种无机颜料，由于氧化铁黄耐热性较差，可发现随着光照时长增加，黄色砂浆试件逐渐变红；对比不同强度下的彩色砂浆耐光性能可发现，由于强度较高的试件密实度较好，可一定程度上减少受阳光照射的面积，因此砂浆试件的耐光性能也有一定提高。
（6）通过工程案例模拟比较了三种装饰方法在使用工人数、工期、造价方面的差异。得到结果为使用彩色清水自密实混凝土可显着减少人工使用量，明显缩短工期以及降低工程造价。
参考文献.
