彩色装饰砂浆颜色影响因素探讨
彩色装饰砂浆颜色影响因素探讨
赵海洋1，孙顺杰2
（1.中国建材研究总院北京新中岩建材科技有限公司，北京100024；2 中国建材检验认证集团股份有限公司，北京100024）
1.2 基础配方
0 前言
由于彩色装饰砂浆的弹性模量、热膨胀系数等热、力学性能与外保温体系的抹面砂浆相似，故与外保温系统有良好的匹配性和相容性。彩色装饰砂浆与瓷砖装饰相比，施工速度快、效率提高100％，而价格可降低50％。彩色装饰砂浆厚度仅为1~3 mm，质量轻，可大大降低外保温系统负荷，作为高层建筑装饰时，不会因负风压问题出现掉砖现象，从而使外墙外保温系统在使用中更安全可靠。目前，彩色装饰砂浆在发达国家已广泛代替涂料和瓷砖应用于建筑物的内、外墙装饰。随着我国城市建设的发展，城市化进程快速推进，很多老城区面临改造，其中原有旧墙面翻新的问题尤为突出。20世纪八九十年代，人们的审美习惯不同，很多外墙面采用了瓷砖装饰。随着时间延长，瓷砖表面出现锈蚀、脏污甚至脱落情况，而且因瓷砖表面相对光滑，旧墙改造中在原有瓷砖表面进行粉刷涂料存在很大难度。而采用涂料翻新旧墙面时，需要采用界面剂对基材界面进行特殊处理，而且涂料装饰层很薄，为保证装饰效果，基材表面至少需批刮2~3 遍腻子。应用彩色装饰砂浆能很好地解决以上问题，非常适合新旧墙面的装饰。由于彩色装饰砂浆具有很强的基材附着力，非常适合各种基材的装饰施工。另外，装饰砂浆具有丰富的颜色，多变的质感，如仿瓷砖、表面拉毛等造型，广泛应用于住宅、别墅、办公楼、医院、工厂等建筑的外墙面。彩色装饰砂浆应用中也存在不尽人意的方面，最突出的是易泛碱[1-2]。另外就是彩色装饰砂浆的色差问题。出现色差的原因较多，原材料的批次稳定性、工厂计量的准确性以及施工中加水量、施工环境等因素均可能导致色差的出现[3]。本文主要探讨颜料种类及掺量、分散剂、加水量等对装饰砂浆颜色的影响。
1 试验
1.1 原材料
水泥：白水泥，P·O32.5R，河北产；机制石英砂：30~60 目、60~120 目2 种规格；填料：重质碳酸钙，325 目，辽宁海城产；可再分散乳胶粉：RE 5010N，德国瓦克公司；触变润滑剂：987，美国Rockwood 公司；纤维素醚：PMC-15US，韩国三星化学公司；磺化密胺类减水剂：F10，德国BASF 公司；颜料：金红石型钛白粉CR-828，科美基颜料公司，氧化铁系列颜料，德国朗盛公司；炭黑，CB-408，马科姆公司，颜料的基本性能见表1；粉状分散剂，市售。
1.2 基础配方
综合参考文献，选择基础配方如表2 所示。
从表6 可以看出，添加分散剂D1、D2 后，当砂浆达到相同流动度时，加水量可减少，样品颜色均加深，饱和度也相应增加。同D1 相比，D2 具有更好的分散效果，同空白样品的色差值△E 分别为1.9 和5.7，表明在一定程度上，使用分散剂能减少颜料用量，同时使颜料分散更容易，可避免装饰表面发花等现象产生。
1.3 试样制备和性能测试方法
1.3.1 物理性能测试
试验环境温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%。实验时将彩色装饰砂浆干粉混合均匀，倒入预先计量好水的胶砂搅拌机中，搅拌至均匀。加水量以达到合适的流动度为准。按照JC/T 1024《墙体装饰砂浆》进行物理性能测试。
1.3.2 砂浆表观颜色测试
将搅拌好的砂浆填充进孔尺寸为70 mm×150 mm×5 mm的6 孔硅胶模具中，采用一次成型的方法，为方便脱模，基材采用聚四氟乙烯板。成型后置于标准养护室养护1 d 后脱模，继续养护至28 d 后用测色仪测试砂浆表面颜色参数Lab 值，并计算不同颜色的色差△E 值。测量时采用D65 光源，每个样品同时成型6 个，取算术平均值。
2 试验结果和分析
2.1 不同颜料掺量对砂浆物理性能的影响
在砂浆中分别添加铁红4110、炭黑CB-408，掺量分别为1%、2%、3%和4%，砂浆流动度控制在（150±5）mm 其不同颜料掺量对砂浆物理性能的影响测试结果见表3。
注：试样编号中W 表示白水泥体系，R—铁红，Y—铁黄，B—铁黑，C—炭黑，数字表示颜料添加质量百分比，下同。
从表3 可以看出，由于铁红吸油值较小，对砂浆加水量影响较小，而炭黑由于粒径非常小，比表面积大，随着掺量的提高，加水量也大大增加。铁红掺量从0 增加至3%时，砂浆抗压强度从初始的4.1 MPa 增加到4.5 MPa，抗折强度从1.81MPa 增加到2.08 MPa，但掺量超过3%时，抗压、抗折强度均会下降。同样，添加炭黑颜料也有类似的趋势。而对于粘接强度，掺量低于2%时，粘接强度随颜料掺量增加而提高，超过2%时，随着颜料掺量增加，强度反而降低。铁黑同铁红吸油值、粒径接近，对砂浆的加水量和强度影响也铁红相似。与铁红相比，铁黄吸油值略大，但由于铁黄是针状结构，分散相对困难，导致加水量会相应加大，但对砂浆强度影响结果刀铁红类似。
2.2 不同颜料掺量对砂浆颜色的影响
目前，色彩的表示方法（或模式）较多，常见的有XYZ、Lab、RGB 和CMYK 等色彩模式，分别适用于不同的行业。建筑行业通常采用Lab 色彩模式，该色彩模式是由国际照明委员会（CIE）规定的颜色标定模式，其中L 值代表明度，范围在0～100，最黑为0，最白为100；a 值表示由绿到红的色彩变化，范围在-128～+128，纯绿为-128，纯红为+128，之间分为256级；b 值表示由蓝到黄的色彩变化，范围也是在-128～+128，纯蓝为-128，纯黄为+128，之间分为256 级。图1 为实际样品图，图2 为按照以上色彩模式建立的坐标系，图3 为颜料样品的a、b 值坐标。测试样品颜料的Lab 值如表4 所示。
图1 实际样品照片图1 中，从左至右添加颜料分为铁红、炭黑、铁黄和铁黑，从上至下颜料掺量分别为1%、2%、3%和4%。
图1 实际样品照片图1 中，从左至右添加颜料分为铁红、炭黑、铁黄和铁黑，从上至下颜料掺量分别为1%、2%、3%和4%。
从表4 可以看出，随着颜料的掺量增加，样品颜色逐渐加深，L 值均变小，红色、黄色样品a、b 值变大，即饱和度增大；而黑色样品a、b 值向坐标原点逐渐靠近。但随着颜料增加，相邻样品的色差△E 值逐渐变小，即颜色变化越来越小。考虑到颜料成本以及对砂浆物理性能的影响，建议颜料掺量不超过3%。
2.3 钛白粉对砂浆颜色的影响
在基础试样W-00 和WR-02 中分别添加1%和2%的钛白粉R828，加水量保持一致，测试对颜色的影响结果见表5。
从表5 可以看出，随着钛白粉增加，基础试样和铁红样品的L 值均变大，a、b 值均变小，表明饱和度减小，颜色变浅。钛白粉特别是金红石型钛白粉，对太阳光紫外线有强烈的吸收性，能极大提高装饰砂浆的耐候性。同时钛白粉具有极好的遮盖力，特别适合用于浅色或有质感的装饰砂浆中。考虑其成本，通常添加量为1%。由于钛白粉表面大多采用有机包裹处理，对加水量影响较小。
从表5 可以看出，随着钛白粉增加，基础试样和铁红样品的L 值均变大，a、b 值均变小，表明饱和度减小，颜色变浅。钛白粉特别是金红石型钛白粉，对太阳光紫外线有强烈的吸收性，能极大提高装饰砂浆的耐候性。同时钛白粉具有极好的遮盖力，特别适合用于浅色或有质感的装饰砂浆中。考虑其成本，通常添加量为1%。由于钛白粉表面大多采用有机包裹处理，对加水量影响较小。
2.4 分散剂对砂浆颜色的影响
为了保障颜色能均一性，装饰砂浆使用前应搅拌均匀，除了改进机械设备外，选择合适的分散剂也可大大提高分散效果。以WR-02 为基准样，分别添加分散剂D1、D2，掺量均为0.2%，分散剂D1、D2 均为粉末分散剂，其中D1 主要成分为改性脂肪族衍生物，D2 主要成分为多聚磷酸盐。测试分散剂对砂浆颜色的影响，结果见表6。
从表6 可以看出，添加分散剂D1、D2 后，当砂浆达到相同流动度时，加水量可减少，样品颜色均加深，饱和度也相应增加。同D1 相比，D2 具有更好的分散效果，同空白样品的色差值△E 分别为1.9 和5.7，表明在一定程度上，使用分散剂能减少颜料用量，同时使颜料分散更容易，可避免装饰表面发花等现象产生。
2.5 加水量对砂浆颜色的影响
同样以WR-02 为基准样，加水量分别为18%、19%、20%、21%和22%，加水量对砂浆颜色的影响见表7。
从表7 可以看出，不同加水量对砂浆颜色影响不大，基准样品加水量为22%，加水量分别变为21%、20%、19%和18%时，色差△E 值分别为1.2、0.8、1.0 和1.4，其中加水量18%时色差最大，但此时由于加水量较少，砂浆稠度较大，施工时有一定困难。实际施工中，虽然不同的加水量对颜色影响较小，但为了避免色差、发花现象产生，现场应严格控制加水量。
3 结论
砂浆中添加颜料可配制出彩色装饰砂浆，考虑颜料的耐碱性、耐候性以及成本等因素，通常添加无机颜料，常见的品种有钛白粉、氧化铁系列颜料、炭黑以及铬绿等。随着颜料掺量增加，砂浆的颜色加深，但色差逐渐变小。最佳成本的颜料掺量以不超过3%为宜。
砂浆中添加钛白粉能使颜色变浅，极大提高砂浆的耐候性，一般添加量为1%。添加合适的分散剂能有效减少颜料用量，提高分散效率，避免发花现象产生。而不同加水量对砂浆颜色影响较小，为了避免色差、发花现象，现场应严格控制加水量。