Пигменты для бетона – рекомендации по применению

1. Железоокисные пигменты для бетона

1.1 Требования к пигментам для окраски бетона
1.2 Цвета железоокисных пигментов
1.3 Интенсивность окраски железоокисными пигментами
1.4 Техника безопасности и промышленная санитария

2. Факторы, влияющие на цвет окрашенного бетона

2.1. Цвет цемента и его воздействие на цвет окрашенного бетона
2.2. Влияние наполнителя на цвет окрашенного бетона
2.3. Влияние количества пигмента (дозировка) на качество цветного бетона
2.4. Водоцементное соотношение и цвет бетона
2.5. Цвет бетона в зависимости от содержания цемента
2.6. Влияние используемых добавок
2.7. Порядок приготовления цветного бетона
2.8. Воздействие условий отверждения на цвет бетона

3. Высолы на бетоне – причина образования и методы борьбы

4. Особенности применения отдельных марок пигментов

4.1 Пигмент «Белый PRETIOX R-200M (диоксид титана)»
4.2 Пигмент черный термостойкий “Карелит-610” (К-610)
4.3 Смесевые светостойкие пигменты для окраски бетона:

Пигмент «Алый светопрочный СВ-3026»
Пигмент “Зелёный 5605”
Пигмент “Зеленый 234”
Пигмент “Синий 1001”
Пигмент “Синий 886”

4.4 Пигмент черный «ТС-778, UB330, Т-725, Т-777»

Железоокисные пигменты характеризуются широкой цветовой палитрой, высокой окрашивающей способностью, хорошей химической стойкостью, высокой устойчивостью к атмосферно-климатическим условиям, токсикологической безопасностью и относительно низкой ценой, что делает их незаменимыми во многих отраслях промышленности.

Крупнейшими областями применения являются окрашивание строительных материалов, красок, покрытий и полимеров, керамики и др.

Более половины мирового потребления железоокисных пигментов приходится на производство строительных материалов.

Ими окрашена кровельная черепица, тротуарная плитка и асфальт, строительные растворы, уплотнительные составы и многое другое.

Второй по объемам потребления областью применения (более 25% рынка)является производство красок и покрытий. Цветовая гамма, химическая стойкость и погодоустойчивость обеспечивают железоокисным пигментам стабильный спрос в этом секторе.

Железоокисные пигменты применяются также для окраски пластмасс. Важным преимуществом оксидов железа по сравнению со многими органическими пигментами является их термическая стабильность при температурах переработки большинства полимеров (за исключением желтого пигмента стабильного до 200 С).

Но рынке представлено много производителей железоокисных пигментов. Заслуженными лидерами являются пигменты компании Lanxess (Германия, торговая марка Bayferrox®) и компании Precheza (Чехия , торговая марка Fepren® и Pretiox®).

Благодаря строгому контролю качества и современным технологиям производства пигменты данных марок отличаются не только высокой насыщенностью, стойкостью к выцветанию и погодоустойчивостью, но и неизменной точностью цветопередачи  от партии к партии на протяжении многих лет.

1.1 Требования к пигментам для окраски бетона

Выбор пигмента имеет решающее значение для качества конечного продукта. К ним предъявляются следующие основные требования:

• высокая окрашивающая способность;
• устойчивость к агрессивной среде, создаваемой сильнощелочным цементным вяжущим;
• светостойкость;
• атмосферостойкость;
• нерастворимость в воде и слабых кислотах;
• физиологическая инертность (безопасность для здоровья);

Пигменты не должны растворяться в воде затворения. В процессе изготовления окрашенного бетона они должны равномерно и устойчиво распределяться по его объему. С помощью пигментов, используемых для окраски бетона, можно получить практически любой тон или оттенок, пользующийся  наибольшим спросом. Тем не менее, следует помнить, что добиться получения чистого цвета, например желтого, можно лишь используя белый цемент.

1.2 Цвета железоокисных пигментов

Самыми популярными в окрашивании бетонов являются следующие цвета:

• белый
• красный;
• зеленый;
• синий;
• черный;
• коричневый;
• желтый
• оранжевый.

Кроме чисто неорганических пигментов, для окраски бетона также используются смесевые пигменты, которые отвечают большинству требований предъявляемых к красителям для окраски бетона в массе.

Смесевые пигменты представляют собой смесь неорганического цветоносителя и органического фталоцианинового пигмента. В отличие от железоокисных пигментов, смесевые пигменты отличаются меньшей долговечностью и более капризны в использовании.

1.3 Интенсивность окраски железоокисными пигментами

Интенсивность окраски является важным показателем качества пигментов. В конечном счете, окрашивающая способность  – решающий фактор для оценки экономичности данного пигмента, при соблюдении других основных требований.

Под интенсивностью окрашивания понимается способность пигмента окрасить в свой цвет окружающую среду. Относительную окрашивающую способность можно оценить как отношение массовой части пигмента-эталона к массовой части исследуемого пигмента при достижении одинаковой интенсивности.

1.4 Техника безопасности и промышленная санитария.

Порошкообразные пигменты не являются токсичными и не раздражают кожу  и слизистую оболочку. Тем не менее, при работе с ними следует избегать пылеобразования в целях соблюдения санитарно-гигиенических норм на рабочем месте.

Пигменты не наносят вреда организмам, обитающим в водной среде благодаря своей нерастворимости, однако вызывают окрашивание воды. В случае попадания пигментов в окружающую среду их следует собрать в сухом или увлажненном виде.

При приготовлении цветных бетонов и цементно-песчаных смесей на основе различных вяжущих (цемент, гипс, ГЦПВ)  на результат оказывает влияние несколько факторов :

• Цвет используемого цемента (белый серый);
• Цвет инертного наполнителя (песок, щебень, отсев);
• Дозировка пигмента;
• Водо-цементное отношение (В/Ц);
• Содержание цемента в смеси;
• Использование добавок (особенно противоморозных, воздухововлекающих);
• Порядок приготовления смеси;
• Температура и условия созревания бетона;

Далее рассмотрим более подробно влияние каждого из этих факторов на результат окраски бетона железоокисными пигментами.

2.1 Цвет цемента и его воздействие на цвет окрашенного бетона.

Портландцемент имеет различные оттенки серого цвета.  Серый цвет приглушает все остальные цвета и оттенки. Поэтому при окраске бетона, который производится на основе обычного портландцемента, невозможно добиться  той яркости и сочности цвета, которые можно обеспечить на белом цементе.

Степень насыщенности и чистоты цвета, получаемого на белом цементе, зависит и от  цвета самого пигмента. В том случае, когда применяют черный  пигмент, окрашенный им серый цемент практически не отличается от окрашенного им же бетона на белом цементе. В случае красно-коричневого пигмента это отличие также бывает незначительным. Что касается зеленого, синего и, особенно желтого пигмента, отличие может быть разительным. Чем выше степень чистоты желаемого оттенка, чем он светлее, тем больше необходимость использования белого цемента.

Необходимо учитывать также, что на практике цвет серого цемента варьируется от светло-серого до темно-серого. Смена сорта цемента или поставщика часто приводят к тому, что изменяется и конечный цвет полученного после окраски бетона.

2.2 Наполнители в цветной бетон

При изготовлении цветного бетона частицы наполнителя обволакиваются окрашенным цементным вяжущим. При этом может случиться, что частицы наполнителя не укрываются полностью, что приводит к влиянию цвета наполнителя на конечный оттенок бетона.

Еще заметнее влияние цвета наполнителя на  оттенок бетона вследствие атмосферного воздействия, когда зерна наполнителя более отчетливо проступают на бетонной поверхности. В этом случае происходит визуальное смешение цветов.

Подобное же воздействие на светлые тона бетона (желтые, голубые, зеленые)  оказывает собственный цвет песка. Это влияние значительно снижается, когда речь идет о коричневом или черном бетоне.

2.3 Влияние количества пигмента (дозировка) на качество цветного бетона.

Информация об оптимальном количестве пигмента (дозировке пигмента), необходимом для получения желаемого результата, помогает сэкономить средства, так как в этом случае не будет происходить перерасхода дорогостоящего (по сравнению с остальными компонентами) продукта.

При увеличении пигментной части в композиции достигается линейное увеличение интенсивности окрашивания. При дальнейшем увеличении количества пигмента наступает момент, когда изменения  интенсивности цвета не наблюдается. Именно с этого момента увеличение доли пигмента в смеси становится экономически невыгодным.

Рекомендуемый верхний предел применения пигментов в бетонных смесях на сером портландцементе ограничен 6-ю %-ми пигмента от массовой части вяжущего (цемент, гипс).  Для обладающих сильной красящей способностью пигментов Fepren® (Чехия)  и Bayferrox® (Германия),  нет необходимости вводить более 5 % (по отношению к количеству вяжущего).

В случае использования менее интенсивных пигментов граница насыщения достигается при добавлении значительно большего количества пигмента.

Однако может случиться так, что необходимое для получения желаемого результата количество пигмента вырастет  до такой степени, что повлечет за собой негативные последствия в виде ухудшения технологических характеристик бетона. Это происходит при увеличении доли пигмента свыше 10% массы цемента и связано с тем, что прочность пигмента не высока и существенное увеличение дозировки приводит к снижению показателя прочности бетона.

При снижении дозировки < 3% происходит не полное укрытие зерен цемента пигментом, что ведет к резкому падению интенсивности окраски, особенно на сером цементе. Кроме того низкая дозировка (< 3% от массы цемента) приводит к «выцветанию» с течением времени, так как часть пигмента с поверхности бетона истирается в процессе эксплуатации и атмосферного воздействия.

Путем комбинации двух или трех пигментов можно получить почти неограниченное число цветов.

Рекомендация по разбеливанию пигмента : При необходимости получения светлых (пастельных) тонов на белом цементе необходимо произвести разбеливание пигмента с использованием белого пигмента – диоксид титана. Нельзя просто уменьшить дозировку пигмента < 2-3% , при этом его кол-ва будет недостаточно для укрытия зерен цемента и наполнителя, что приведет к неравномерности окраски.

Поэтому используется смесь белого и цветного пигментов, общей массой не менее 2-3% от массы цемента.

2.4 Водоцементное соотношение и цвет бетона.

Избыток воды затворения испаряется из бетона, что  ведет к образованию мелких пор, которые рассеивают падающий свет и осветляют бетон. Чем больше величина водоцементного отношения, тем  более светлым кажется бетон.

Влияние этого фактора на различие оттенков можно почти полностью исключить тщательным соблюдением технологии приготовления бетона и использование пластификаторов с сильными водоредуцирующими свойствами на основе эфиров поликарбоксилатов и полиарилатов (MasterGlenium 115, MasterGlenium 430 , MasterGlenium 808, MasterPolyheed 3043) в рекомендуемой дозировке.

2.5 Цвет бетона в зависимости от содержания цемента.

При окраске бетона окрашивается не наполнитель, а цементное вяжущее, которое, в свою очередь, укрывает отдельные частицы наполнителя. Чем больше окрашенное цементное вяжущее разбавляется наполнителем, тем менее насыщенным становится конечный цвет бетона. При одинаковом уровне пигментирования  бетон с высоким содержанием цемента имеет значительно более интенсивную окраску, чем бетон с низким содержанием  вяжущего.

2.6 Влияние используемых добавок.

Цвет пластификатора (например коричневый для MasterGlenium 430 или С-3), воздухововлекающие добавки, а также противоморозные и другие добавки могут оказывать определенное влияние на цвет окрашенного в массе бетона.

Внимание : Не используйте хлорид кальция с цветными пигментами. Это может вызвать обесцвечивание и появление пятен.

Хлорид кальция активно применяется в строительстве (противоморозная добавка при зимнем бетонировании или как ускоритель схватывания круглый год) и коммунальном хозяйстве (как антигололедный реагент).

Бывает, что остатки смеси песка с этим реагентом по окончании зимнего периода продаются под видом простого строительного песка.  Применение такой смеси песка с реагентом для приготовления цветного бетона приведет к проблемам с цветом высолами на поверхности бетона.

2.7 Порядок приготовления цветного бетона.

Для обеспечения требуемого качества и стойкости цвета окрашенных бетонных изделий большое значение имеет вопрос об очередности и времени подачи (дозировании)  пигмента в бетоносмеситель и диспергировании (распределении) пигмента в бетонной смеси.

Фактор влияющий на интенсивность окраски и ее равномерность : При хранении пигмент (пудра) слеживается и при замешивании необходимо добиться диспергирования пигментов за счет наполнителя бетона (песок, щебень, крошка). Этот процесс лучше происходит в водной среде.

Наилучшим образом цвет проявляется при следующем порядке загрузки компонентов (по рекомендации технологов компании Lanxess, торговая марка пигментов Bayferrox (Германия):

1. Загрузите в смеситель требуемый обьем инертного наполнителя (песок, щебень, отсев);
2. Добавьте в смеситель 2/3 обьем всей расчетной воды затворения;
3. Добавьте точное количество пигмента (в сухом виде) и начните перемешивание в течение минимум 1 минуты.
4. Добавьте точное количество цемента (вяжущего) и необходимых добавок (пластификатор и др.). Перемешивайте минимум 2 минуты (без пластификатора) или 5-7 минут (при наличии пластификатора) на высокой скорости;
5. Добавьте оставшуюся воду затворения для получения необходимой по подвижности смеси и перемешивайте 1-1,5 минуты.

При использовании покупного бетона с завода допускается окрашивание сухим пигментом путем его добавления в миксер и перемешивания не менее 5 -7 минут.

Не перегружайте бетоносмеситель, так как это снижает эффективность перемешивания. Точно так же, смеситель должен быть загружен минимум на 30-40% объема (в зависимости от модели смесителя), для равномерного перемешивания пигмента в смеси.

Естественно, большое значение имеет и время смешивания, а также тот факт, была ли достигнута достаточная степень однородности смеси. Для каждого типа бетоносмесителя должно быть определено минимальное время смешивания. Наилучших результатов можно добиться на смесителях принудительного типа.

2.8 Воздействие условий отверждения на цвет бетона

Цементный камень, который возникает при смешивании цемента с водой, представляет собой, в зависимости от температуры отверждения, более или менее крупные кристаллы. От величины этих кристаллов зависит рассеивание света, падающего на бетон. При этом существует закономерность: более высокие температуры отверждения вызывают образование более мелких игольчатых кристаллов.

Более сильное рассеивание света игольчатыми кристаллами приводит к тому, что оттенок бетона, отвержденного при более высокой температуре, кажется более светлым, чем оттенок такого же бетона, отвержденного при более низкой температуре.

Этот  факт становится очевидным, когда разница температур значительна, например,  бетон, отвержденный в  пропарочной камере сравнивается с бетоном,  твердевшим при комнатной температуре, или при температуре 5-10 С.

Необходимо учитывать, что процесс гидратации – идет с выделением тепла и бетон разогревается, что особенно заметно в крупных формах. При этом материал опалубки (дерево или металл) будет влиять на отдачу тепла и соответственно на температуру созревающего изделия.

Высолы на бетонных изделиях – это проблема всех производителей. Особое значение она приобретает в случае высоких  эстетических требований к внешнему виду строительных материалов. Практика окрашивания бетонов говорит о том, что светоустойчивые пигменты  не оказывают никакого воздействия на процесс высаливания. Другое дело, что белые известковые пятна гораздо заметнее на окрашенной поверхности, чем на сером или белом бетоне.

Известковые пятна возникают на поверхности бетона вследствие того, что при схватывании цемента происходит образование свободной извести, которая, растворяясь в воде затворения, попадает на поверхность бетона (первичное высаливание) или в дождевой, грунтовой воде (вторичное высаливание), затем вступает в реакцию с углекислым газом, находящимся в воздухе и превращается в нерастворимый карбонат кальция СаСО₃ (высолы).

В дальнейшем находящийся на поверхности бетона карбонат кальция (известь) может реагировать с растворенной в воде двуокисью углерода, образуя гидрокарбонат кальция Са(НСО₃)₂, который в свою очередь уже растворим в воде и вымывается с поверхности под действием дождя. Поэтому с течением времени высолы сами исчезают. Кислые компоненты атмосферы также приводят к растворению отложений извести на поверхности бетона.

Первичные высолы можно удалить используя смывку, но гидратация бетона продолжается по факту до года, и возможно появление вторичных высолов.

При  этом на степень высаливания играет роль пористость бетона и его состав. Чем выше плотность бетона, тем меньше склонность к известковому высаливанию.  Для повышения плотности бетона необходимо использовать эффективные пластификаторы (поликарбоксилаты, полиарилаты).

Также возможно использование пуццолановой добавки – высокоактивный метакаолин, которая не только связывает свободную известь, но и увеличивает плотность и прочность бетона.

4.1 Пигмент «Белый PRETIOX R-200M (диоксид титана)»

Белый пигмент (диоксид титана, рутильная форма) позволяет разбеливать любые пигменты, придать серому бетону белый цвет или доотбелить смеси на основе белого цемента.

Важное применение – разбеливание цветных пигментов. Нельзя просто ввести малую дозировку. Пигмент не укроет зерна и не будет равномерной окраски. Поэтому цветной пигмент разбеливают диоксидом и полученную смесь пигментов вводят в состав бетона. Особенно актуально для серого цемента.

Так как на получение белого цвета влияют все составляющие смеси (цвет цемента, наполнителя, пластификатора) кол-во белого пигмента обычно рассчитывают не по массе вяжущего (цемента) а по массе всей смеси. Диапазон дозировки обычно составляет 0.5-2% от массы смеси !

4.2 Пигмент черный термостойкий “Карелит-610” (К-610)

Особенностью данного пигмента является высокая собственная прочность (сравнимая с прочностью гранита). Поэтому данный пигмент может использоваться не только как собственно пигмент, но и как тонкодисперсионный наполнитель (каменная мука) вводимый в состав смесей для увеличения прочности.

Это позволяет снять ограничение по верхней дозировке (<10% от массы цемента) и при необходимости использовать существенно большее кол-во пигмента и увеличить насыщенность цвета и одновременно увеличить прочность бетона.

По факту тестировались дозировки до 100% от массы цемента. При этом следует учитывать, что из за высокой удельной площади поверхности, смесь с каменной мукой в больших дозировках требует большего кол-ва воды и необходимо использовать высокоэффективные гиперпластификаторы на основе на основе поликарбоксилатов (MasterGlenium 115, MasterGlenium 430) , полиарилатов (MasterPolyheed 3043) или их смеси (MasterGlenium 808)  в увеличенных дозировках.

4.3 Смесевые светостойкие пигменты для окраски бетона

1. Пигмент «Алый светопрочный СВ-3026»
2. Пигмент “Зелёный 5605”
3. Пигмент “Зеленый 234”
4. Пигмент “Синий 1001”
5. Пигмент “Синий 886”

Данные пигменты относятся к классу смесевых пигментов (неорганический цветоноситель и смесь светостойких органических и неорганических красителей). Эта особенность требует более аккуратного процесса введения данного красителя в раствор.

Ограничения и рекомендации по применению смесевых пигментов  :

• Не допускается предварительное разведение данного пигмента в воде для получения дисперсии (такую рекомендацию иногда можно встретить для железоокисных пигментов).
• Необходимо готовить раствор на минимальном В/Ц (водо-цементном отношении) Для снижения В/Ц рекомендуется использование гиперпластификаторов на основе поликарбоксилатов (MasterGlenium 115, MasterGlenium 430) , полиарилатов (MasterPolyheed 3043) или их смеси (MasterGlenium 808) в дозировке 1.2-1.5% от массы цемента.
• Воду в раствор необходимо добавлять в режиме непрерывного перемешивания и постепенно, избегая одновременного добавления большого объема воды в бетон (локально возникают области, где воды много и часть пигмента может разделиться).
• Также возможно окрашивание данным пигментом бетона после смешивания всех компонентов и воды (свободная вода при этом отсутствует, что предотвращает разделение пигмента), но такой вариант требует наличия хорошего смесителя (принудительного типа) для равномерного распределения пигмента в бетоне.
• При использовании смесевого красителя для окраски бетона не рекомендуется использование порогасителей (типа  ПГ-2СТ, ПГ-20, ПГ-5 , GEOS-P92, Foamsolver DF01) , либо его применение требует добавление в состав пигментного диспергатора (например диспергатор Esapon 1850/C)

4.4 Пигмент черный с добавлением технического углерода

Данный пигмент также относятся к классу смесевых пигментов. Но в отличие от зеленого, синего и алого , в его состав входят только неорганические составляющие и проблем свойственных смесевым пигментам на основе органических красителей у него нет. В эту группу входят все сухие железоокисные пигменты, красящая способность которых (усиление черного цвета) увеличена за счет добавления к железооксидному пигменту (Fe3O4) технического углерода, доля которого варьируется обычно от 10 до 40% .

В нашем  магазине вы можете купить ультра-черные пигменты марок : «Iron oxide BLACK 725» ,  «Черный TC-778 (330 UB)» ,  «Iron oxide black Т-777»

В состав данных пигментов входят технический углерод, черный железоокисный пигмент диспергирующие и стабилизирующие добавки облегчающие размешивание и удержание пигмента в составе смесей на основе цемента и гипса.

Основное достоинство данного пигмента – высокая красящая способность, позволяющая получить максимальную насыщенность черного цвета при равных дозировках с другими черными пигментами.

Но при этом, несмотря на наличие в составе стабилизирующих добавок, технический углерод, будучи очень гидрофобным материалом, не до конца связывается в составе бетона.

Это приводит к остатку части пигмента на поверхности форм, некоторой маркости готовых изделий окрашенных данным пигментом и впоследствии используемых без дополнительной защитной обработки, , а также постепенной небольшой потере цвета при воздействии дождя из-за вымывания тех.углерода в поверхностном слое.