《Journal of Building Engineering》：Phase Segregation-Induced Color Deviation in High-Fluidity Cement Paste: Mechanisms and Mitigation
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•临界流动性阈值（约330毫米）会导致垂直方向的色彩偏差。•石膏、活性粉煤灰以及水会上浮，而熟料则会下沉。•X-CT检测显示高流动性浆体中存在超过1000微米的渗流通道。•更细的矿物掺合料可通过填充和吸收作用减轻色彩差异。引言颜色源于材料对波长在380到780纳米之间的可见光的选
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临界流动性阈值（约330毫米）会导致垂直方向的色彩偏差。
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石膏、活性粉煤灰以及水会上浮，而熟料则会下沉。
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X-CT检测显示高流动性浆体中存在超过1000微米的渗流通道。
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更细的矿物掺合料可通过填充和吸收作用减轻色彩差异。
引言
颜色源于材料对波长在380到780纳米之间的可见光的选择性吸收、反射或透射[1]。在建筑领域中，颜色起着至关重要的作用，它是传递视觉信息的重要手段[2]、[3]。有一种名为饰面混凝土或装饰混凝土的建筑材料，它通过颜色、形状、无缺陷的表面以及纹理独特地展现出视觉美感[4]、[5]、[6]（如图1所示），近年来受到了建筑师们的极大关注。混凝土表面的颜色表现——包括其色调、变化程度以及稳定性——会影响到建筑设计的结果、质量以及整体美学效果[7]、[8]。
水泥基材料的表面颜色受多种因素影响，包括水泥的种类、熟料成分、辅助水泥基材料的种类与用量、暴露环境、颜料的使用、脱模剂、防护涂层，甚至是不同的损伤情况[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]。通过合理选择原材料并科学设计水泥基材料的配方，就可以实现混凝土理想的整体颜色效果。尽管如此，人们仍需付出大量努力来生产和处理水泥基材料，以避免出现不希望出现的颜色偏差。显然，控制颜色偏差与解决混凝土中的孔洞问题一样重要且具有挑战性，这两者都是提升水泥基材料美观品质时常见的难题[18]、[19]、[20]、[21]。
从组成相分布的角度来看，表面颜色的变化是由于水泥基材料中各相分布不均匀所致。韩等人[22]研究表明，石膏、熟料颗粒以及水的分离会导致水泥浆体因水化产物的颜色差异而出现颜色变化。在混凝土中，过高的坍落度或砂浆性能不足会导致表面出现斑驳现象，这种颜色变化被称为骨料透色性[23]。Megid等人[24]发现，通过使用特定的模板降低新鲜混凝土表面的含水量，可以使混凝土颜色变深。相反，由于孔隙率增加，硬化后的混凝土表面若吸收雨水，其湿度上升也会导致表面颜色比干燥时更深。Qian等人[19]也得到了类似的结果，他们观察到，随着硬化混凝土表面湿度的增加，设计颜色差值的标准差几乎呈线性上升。在Strehlein的研究中[25]，他们发现表面微观结构致密且近表面区域氢氧化钙沉积较多时，表面容易出现暗色变色现象。另一种颜色变化称为泛碱，它是由于水泥水化过程中释放出的氢氧化钙和盐类从内部迁移到表面所导致的[26]。当大气中的二氧化碳与水泥水化过程中产生的游离石灰发生反应时，就会形成不溶性的碳酸钙沉淀，这种现象被称为 Bloom现象[26]、[27]。如果在混凝土中加入粉煤灰，这些轻质且颜色较深的粉煤灰颗粒会在新鲜混凝土中因重力作用向上浮动，从而在硬化后的混凝土表面形成暗色条纹[28]。综上所述，可以得出结论：混凝土近表面的微观结构与化学成分与其最终的颜色表现密切相关。
根据作者在现场的详细观察，新鲜混凝土的流动性与硬化后混凝土表面的不均匀颜色之间存在一定的关联：适当的流动性能够使颜色均匀，而过高的流动性则会导致分离和渗流现象，进而引起明显的颜色变化。虽然较高的流动性（即较低的屈服应力与粘度）有助于消除表面空隙[29]、[30]、[31]，但过低的流动性究竟是如何在水泥基材料中引发颜色异常的，这一机制在学术研究和工程实践中的探索还远远不够。填补这一知识空白对于协调控制饰面混凝土中的表面空隙与颜色变化至关重要。
为了解决这一问题，本文通过实验研究了浆体流动性（300–350毫米）与水泥浆体垂直方向颜色变化之间的定量关系。这项研究有三个创新点。首先，首次确定了临界流动性阈值，超过这一阈值后，重力驱动的相分离现象会变得更为明显，从而导致显著的色彩偏差。其次，多种尺度分析技术（图像灰度分析、XRD、SEM以及X-CT）不仅揭示了熟料与较轻相之间的差异性沉降现象，还通过X-CT直接展示了那些有助于水分向上迁移的相互连接的渗流通道（超过1000微米），而此前人们并未将这种现象与颜色变化联系起来。第三，本文定量评估了三种矿物掺合料（FACs、LS以及SF）在减少颜色不均匀方面的作用，为如何在保持较高流动性的同时提升混凝土的美观性提供了实用策略。通过从相分离的角度阐明颜色变化的形成机制，本研究架起了流变学设计与表面外观控制之间的桥梁，为生产出颜色均匀且具有良好工作性的饰面混凝土提供了可行的指导。
章节节选
材料
本研究选取了P·II 52.5型波特兰水泥（C）、F类粉煤灰球状颗粒（FACs）、800目石灰石粉（LS）以及硅灰（SF）作为粘结材料。本研究所使用的FACs是通过干法工艺（空气分级）从F类粉煤灰中分离得到的高纯度球状颗粒产品。粘结材料的粒度分布曲线与XRD图谱分别如图2和图3所示。此外还使用了去离子水以及聚羧酸类物质
流动性
图5展示了用不同粘结材料制备的新鲜浆体的流动性测试结果。总体而言，在300毫米到350毫米的范围内，每种水泥浆体的流动性都与PCE的添加量呈现出近乎线性的关系，且与粘结材料的种类无关。PCE的主要作用是通过吸附在水泥颗粒表面并产生空间阻碍，从而削弱颗粒间的引力，进而减少接触处的黏聚力
局限性与未来展望
本研究从多尺度角度系统地分析了高流动性水泥浆体出现颜色偏差的机制，重点研究了水化初期由重力驱动的相分离现象以及渗流通道的形成过程。不过，本研究也存在一些局限性，这些局限性同时也指出了未来研究的重要方向。
在材料组成方面，本研究是在不含骨料的水泥浆体上进行的，而实际混凝土则包含
结论
本研究通过对流动性更高的硬化水泥浆体的颜色变化进行定量分析，并结合相组成与微观结构分析，阐明了其背后的形成机制。基于研究结果与讨论，可得出以下结论：
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当流动性超过330毫米时，硬化水泥浆体会出现明显的垂直颜色梯度，即顶部颜色较浅，底部颜色较深。而低于这一阈值时（比如流动性为300毫米时），颜色和相组成
CRediT作者贡献说明
刘志勇：撰写——审阅与编辑，指导工作。张云生：指导工作，方法设计，概念构思。刘成：撰写——审阅与编辑，正式分析。于成：撰写——审阅与编辑，正式分析。张倩：撰写——审阅与编辑，实验研究，正式分析。杨福康：方法设计，实验研究。江志华：指导工作，实验研究。江倩：撰写——初稿，方法设计，实验研究，正式分析，概念构思
数据可用性
本研究的相关数据可在合理请求下向通讯作者获取。
利益冲突声明
? 作者声明自己不存在任何可能影响本文研究成果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号：2023YFB3711403）、中国国家自然科学基金（项目编号：52308253）以及江苏省科学技术协会青年人才扶持项目资助计划（项目编号：JSTJ-2023-007）的支持。
江倩|杨福康|江志华|于成|张倩|刘成|刘志勇|张云生
