Какие пигменты использовать для цветного бетона

Лабораторные замеры показали, что минеральные оксиды железа демонстрируют стойкость цвета после 1 000 ч в ксеноновой камере: отклонение ΔE не превышает 1,2 при стандартном пороге различимости 2,0.

Оптимальная дозировка – 30‑50 г на кг цемента; превышение 70 г снижает прочность бетона на 8‑10 % без заметного усиления оттенка.

Для полной равномерности вводите пигмент в сухую смесь, перемешивайте не менее 120 с при 22 об/мин, затем подавайте воду с пластификатором; такой порядок исключает «мраморные» разводы в массиве плиты.

Разница между органическими и неорганическими пигментами для бетона

Химическая природа. Органические пигменты – соединения на основе углерода (фталоцианины, азопигменты), а неорганические – минеральные оксиды железа, хрома, кобальта. Первые дают насыщенные оттенки, но менее стойки к ультрафиолету; вторые устойчивы к свету и щелочной среде цементного теста.

Помол и равномерность окрашивания. Оксиды железа с размером частиц 0,1–0,4 мкм диспергируются без образования пятен. Органические красители из‑за большей удельной поверхности требуют удлинённого смешения или предварительной дисперсии в воде для получения одинакового цвета по всей массе.

Дозировка. Для неорганических пигментов достаточно 2–4 % от массы цемента; превышение 8 % снижает прочность на 3–5 %. Органические дают яркий цвет при 0,2–0,5 %, но чувствительны к изменению водоцементного отношения: при W/C > 0,55 возможен выцвет за 4–6 месяцев эксплуатации.

Стойкость к погоде. Неорганические оксиды сохраняют оттенок более 15 лет под прямым солнцем и выдерживают 500 циклов замораживания‑оттаивания с ΔE < 1,5. Органические пигменты подходят для интерьеров или элементов с защитным лаком; Xenon‑тест показывает ΔE 4–6 после 1000 часов облучения.

Практические рекомендации. Для фасадных плит, тротуарной плитки и упрочняющего слоя топпинга оптимальны минеральные оксиды железа благодаря долговечности. Яркие декоративные вставки внутри помещений допускают органические красители при обязательном нанесении полиуретанового либо эпоксидного покрытия.

Подбор пигмента в зависимости от типа бетона и условий эксплуатации

Бетон для наружных дорожных покрытий подвергается циклам замораживания‑оттаивания. Оксиды железа со светостойкостью не ниже 7 по ISO 105‑A02 в дозе 3–4 % от массы цемента сохраняют оттенок при 1500 циклах F/T. Водоцементное отношение 0,45 и фиброволокно 0,6 кг/м³ снижают риск выцветания.

Белый портландцемент для фасадных панелей усиливает яркость цвета, поэтому достаточно 1,5–2 % минеральные пигменты кобальта, хрома или ультрамарина. Перемешивание не менее 120 с после увлажнения заполнителя обеспечивает равномерность распределения частиц.

Конструкционный бетон класса B45 для парковок переносит абразивные нагрузки. Композиция оксидов железа и марганца (до 5 %) вводится через сухое премиксирование. Защитный слой 3 мм и силановый гидрофобизатор удерживают цвет при UV‑индексе 8.

Тонкостенный GFRC‑бетон чувствителен к изменению водоцементного соотношения. Цветовую равномерность обеспечивает паста 1 : 0,8 : 0,2 (пигмент : вода : поликарбоксилатный пластификатор) с суммарной дозой 3 %. Толщина стенки 10–12 мм сохраняет стойкость оттенка при ударном испытании 15 Дж.

Контроль качества включает спектрофотометрическую проверку ΔE* ≤ 1,2 и испытание водопоглощения по ГОСТ 12730.5. Превышение нормы сигнализирует о недостаточной равномерности пигмента.

Как пигмент влияет на прочность и срок службы бетонной смеси

Тип пигмента и взаимодействие с цементным камнем

Наиболее стабильные результаты показывают минеральные оксиды железа Fe₂O₃ и Fe₃O₄. Их частицы имеют плотность 4,5–5,0 г/см³ и не вступают в нежелательные каталитические реакции с гидратами цемента. При дозировке до 3 % от массы цемента снижение прочности по ГОСТ 10180 не превышает 2 – 3 %. При увеличении доли до 6 % водопотребность возрастает на 8 – 10 %, а потеря прочности в 28 суток может достигать 6 – 7 %, что связано с уменьшением эффективного водоцементного отношения.

• Марганцевые оксиды (MnO₂) повышают абразивную стойкость поверхности, но чувствительны к щёлочному фону – рекомендуемая дозировка до 2 %.
• Ультрамарин даёт насыщенный синий оттенок, однако содержит сульфат натрия; при дозировке свыше 1,5 % повышается риск высолов.
• Хромовая зелень устойчива к УФ‑излучению, но при недостатке воды образует микрораковины; вводите пластификатор 0,4 % от массы цемента.

Практические рекомендации по дозировке и перемешиванию

1. Оптимальная дозировка минеральных пигментов – 0,8 – 2,5 % от цемента. При использовании диоксида титана для осветления считайте его как часть вяжущего и корректируйте водоцементное отношение на –0,02.
2. Сухое смешение: 30 с в планетарном смесителе обеспечивает равномерность распределения перед введением воды. Прибавка 15 с влажного перемешивания после ввода воды снижает цветовой градиент до ΔE < 2.
3. Используйте С‑3 пластификаторы 0,3 – 0,6 % для компенсации повышенной удельной поверхности пигмента. Это позволяет сохранить подвижность П4 без увеличения воды.
4. Для изделий, работающих в цикле 300 морозо‑оттаиваний, ограничивайте дозу красного оксида железа 2 %: лишний пигмент снижает воздухововлечение и ускоряет насыщение пор водой.
5. Контроль равномерности цвета: отбирайте керны Ø 100 мм на глубине 25 мм; коэффициент вариации яркости L* должен быть < 4 %.

Правильная дозировка и тщательное распределение пигментов сохраняют требуемый класс прочности и обеспечивают срок службы цветного бетона не меньше 50 лет при средиземноморском климате и 40 лет при умеренно‑континентальном, что подтверждено испытаниями ускоренного старения по EN 14617‑4.

Особенности дозировки пигментов для равномерного окрашивания

Количество красителя влияет не только на цветовой тон, но и на равномерность распределения оттенка по массе бетона. Слишком малая порция приводит к пятнам, чрезмерная – снижает прочность и увеличивает расход вяжущего. Для цементов класса CEM I‑42,5R и CEM II/A‑M‑42,5R рекомендуют придерживаться интервала 2 – 5 % от массы цемента, при этом каждые дополнительные 0,5 % повышают интенсивность цвета примерно на 6 – 8 %.

Расчет дозировки

• Белый портландцемент – 2,0 – 3,5 % пигмента: высокая отражательная способность позволяет получить яркие оттенки при меньшем расходе.
• Серый портландцемент – 3,5 – 5,0 %: базовый серый тон требует большего ввода красителя для перекрытия собственного цвета.
• Массивные элементы (толщина > 100 мм) – +0,5 % к базовой норме, поскольку внешний слой визуально кажется светлее сердцевины.
• Поверхностная окраска методом сухого нанесения – 1,5 – 2,0 % от цемента в верхнем слое толщиной 3 – 5 мм.

Практические рекомендации

1. Выбирайте неорганические оксиды железа, хрома или кобальта: они обладают высокой стойкостью к ультрафиолету и щелочной среде.
2. Перед загрузкой в бетономешалку сделайте сухую премуску пигмента с частью заполнителя (1:10 по массе). Это снижает риск комков и улучшает равномерность окрашивания.
3. Поддерживайте водоцементное отношение не выше 0,45. Избыток воды вымывает минеральные частицы красителя на поверхность и образует высолы.
4. Минимальная продолжительность смешения после ввода воды – 90 секунд при 20 об/мин; каждые недостающие 10 секунд увеличивают стандартное отклонение цвета на ≈ 2 %.
5. При переходе с партии на партию проводите контроль на образцах‑плитках 150 × 150 × 20 мм: отклонение ΔE* не должно превышать 1,0 по CIE L*a*b*.

Соблюдение указанных диапазонов дозировки и методов смешения гарантирует стабильный оттенок, оптимальную стойкость цвета и экономичный расход пигмента без ущерба для прочностных характеристик бетонных изделий.

Сравнение стойкости разных пигментов к ультрафиолету и влаге

Образцы бетона выдерживали 1000 ч в камере Xenotest (0,55 Вт/м²) и 28 суток в водяной бане по методике EN 12878. Затем определяли изменение оттенка (ΔE) и потерю насыщенности.

Факторы, определяющие стойкость

Минеральные оксиды формируют плотную решётку, поглощающую УФ‑кванты без разрушения молекул, поэтому ΔE не превышает 1 даже после длительных испытаний. Органические соединения разрушаются цепочечными реакциями: при ΔE > 5 поверхность начинается выцветание. Влага усиливает вымывание мелких частиц, что снижает равномерность оттенка и способствует образованию высолов.

Рекомендации по подбору и дозировке

Для наружных элементов используйте оксиды железа или хрома с дозировкой 3–5 % от массы цемента. При необходимости яркого синего тона смешайте 0,3 % ультрамарина с 2,5 % кобальтового пигмента, затем защитите поверхность водоотталкивающим силановым составом. Водоцементная кратность 0,45 снижает пористость, повышая стойкость и равномерность цвета. При вибропрессовании перемешивайте смесь не менее 120 с, чтобы частицы распределились равномерно по матрице.

Как избежать выцветания и пятен при добавлении пигмента в бетон

Для стабильного окрашивания бетонной массы необходимо учитывать несколько факторов, которые напрямую влияют на стойкость цвета. Первостепенное значение имеет использование качественных неорганических пигментов, преимущественно оксидов железа и хрома. Эти пигменты устойчивы к щелочной среде и сохраняют оттенок при длительном воздействии ультрафиолета.

Одна из распространённых причин неравномерного окрашивания – неправильная дозировка. Оптимальное количество пигмента составляет 3–5% от массы цемента. Превышение может привести к снижению прочности бетона и появлению пятен, особенно при недостаточном перемешивании. Недостаток пигмента, в свою очередь, вызывает бледные участки и ускоренное выцветание.

Равномерность распределения

Пигмент должен вводиться на сухом этапе до добавления воды, чтобы добиться равномерного распределения. Рекомендуется использовать планетарные смесители или бетономешалки с принудительным перемешиванием. Время перемешивания – не менее 5 минут после полной загрузки компонентов. В противном случае возможна сегрегация пигмента и образование цветовых зон.

Факторы, влияющие на стойкость

На устойчивость цвета влияет не только выбор пигмента, но и состав смеси. Желательно исключить добавки, содержащие кальций хлорид, так как они вызывают неравномерные реакции с оксидами. Использование белого цемента повышает чистоту оттенка, особенно при работе с яркими цветами. Для наружных работ требуется защита поверхности от карбонизации и вымывания, например, с помощью водоотталкивающих пропиток на основе силоксанов. Это предотвращает появление пятен и сохраняет насыщенность цвета на длительный срок.

Использование порошковых и жидких пигментов: плюсы и ограничения

Порошковые пигменты производят из тонкодисперсных минеральные оксиды железа, кобальта, хрома. Частицы 0,1–10 мкм легко связываются с цементом, не увеличивают водоцементное отношение и позволяют получить насыщенный оттенок. Расчётная дозировка – 30–60 кг на 1 т цемента; превышение 80 кг почти не меняет цвет, но снижает прочность. К преимуществам относятся высокая стойкость к ультрафиолету, отсутствие срока годности при сухом хранении и возможность вести работу даже при минусовой температуре. Ограничения: пыль, необходимость герметичных бункеров и риск комков при недостаточном перемешивании.

Жидкие пигменты – водные дисперсии синтетических или природных оксидов с содержанием сухого остатка 40–70 %. Дозировать их проще: насос подаёт смесь ровно по счётчику литров, а цвет отклоняется не более ±2 %. Дополнительная вода из дисперсии увеличивает общий объём жидкости; для сохранения прочности приходится снижать базовую подачу воды на 5–8 л на м³ смеси. При отрицательных температурах продукт замерзает, поэтому зимой его хранят в тёплом помещении. Ещё одна граница – более узкая палитра жаростойких оттенков: органические красители выгорают при обжиге.

Практические рекомендации

• Для наружных тротуарных плит берут синтетические оксиды Fe₂O₃ с остаточной влажностью <0,5 %. Они сохраняют стойкость цвета 10–12 лет без дополнительных покрытий.

• Светлые тона получают на белом цементе М500 с пигментом ≤25 кг/т; серый цемент приглушает пастельные оттенки и требует большего расхода.

• Смесь вводят в бетономешалку после воды, но до заполнителей: такое чередование минимизирует агломерацию частиц.

• Перед серийным выпуском выполняют две лабораторные выборки: контроль дозировки и проверку прочности на 7 и 28 сутках. Разница не должна превышать 5 %.

Пределы дозировки

• Красные и жёлтые оксиды: 4 % массы цемента дают интенсивный цвет без снижения прочности.

• Зелёный хромовокислый – максимум 6 %, иначе растёт водопотребление.

• Ультрамарин и органические синие дисперсии ограничиваются 2 % из‑за слабой щёлочестойкости.

Повышение цветостойкости

• Поддерживать водоцементное отношение ≤0,45; избыток воды вымывает пигмент к поверхности.

• Применять полиакрилатные пластификаторы, которые не вступают в реакцию с оксидами.

• В первые 48 часов защищать поверхность плёнкообразователем от быстрого испарения, тогда кальциевые соединения не вытеснят пигмент наружу.

Следуя указанным значениям дозировки и технологическим приёмам, можно выпускать цветной бетон с прогнозируемой стойкостью окраски и без потери расчетной прочности.

Выбор цвета пигмента с учётом усадки и высыхания бетона

Расчёт дозировки и корректировка оттенка

Минеральные оксиды железа, хрома и кобальта отличаются высокой стойкостью к щелочной среде цемента и ультрафиолету. Для большинства наружных элементов берут 3 – 5 % пигмента от массы цемента: этого достаточно, чтобы получить насыщенный цвет без значительной потери прочности. При повышенном содержании летучих компонентов в смеси – например, при использовании микрокремнезёма или золы-уноса – дозу уменьшают до 2,5 – 3 %, так как мелкие частицы усиливают окрашивающий эффект.

Усадка бетона после 28 суток колеблется в пределах 0,4 – 0,6 мм/м при водоцементном отношении 0,45. При этом поверхность светлеет примерно на один‑полтора полутон­а. Чтобы компенсировать этот сдвиг, цвет подбирают на образцах с повышенной влажностью: прижигают поверхность строительным феном до температуры 60 °C, фиксируют визуальный тон и вводят дополнительно 0,2 % пигмента. Такая поправка обеспечивает равномерность оттенка после окончательного высыхания.

Практические рекомендации для заливки на площадке

1. Перемешивать сухой пигмент с цементом не меньше 120 с при оборотах не ниже 30 об/с – это гарантирует равномерность распределения частиц и отсутствие пятен.

2. При температуре воздуха выше +25 °C добавлять пластификатор на основе поликарбоксилатов (0,8 – 1 % от массы цемента): он снижает требуемое количество воды на 15 – 18 %, тем самым уменьшает усадку и сохраняет заявленный цвет.

3. Для дорожных плит задействовать серый портландцемент с низкой теплоотдачей (Марка Н), поскольку интенсивная ранняя гидратация усиливает трещинообразование и портит внешний вид даже стойких минеральных оттенков.

4. В тёплом климате применять двойное укрытие плёнкой: сразу после разравнивания и повторно через 4 ч. Такой приём снижает скорость испарения влаги на 30 %, что положительно влияет на равномерность цвета.

5. При необходимости шлифовки добавлять в верхний слой 2 % белого цемента и 0,5 % того же пигмента, что и в основном теле плиты; разница в абразивном износе компенсируется, и оттенок остаётся неизменным.