新型無機人造石的制備及常見問題解決措施

趙寶軍，吳琛，曾正祥，王俊，尹正，譚鵬

（廣東海龍建筑科技有限公司，廣東 珠海 519000）

0 前言

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，各類建筑裝飾材料被廣泛運用于建筑工程中，切實滿足了人們對現(xiàn)代建筑的審美和使用要求。我國對于綠色可持續(xù)發(fā)展的日益重視，使得現(xiàn)代建筑對建筑裝飾材料提出了更高的要求，市場對于節(jié)約資源、無污染、無公害的新型建筑裝飾材料的需求也日益增加[1]。

人造石是以高分子聚合物或無機膠凝材料或兩者混合物作為粘合材料，以天然石材碎（粉）料或天然石英石（砂、粉）等為主要原料，加入顏料及其他輔助劑，經(jīng)攪拌混合、凝結(jié)固化等工序復(fù)合而成的材料[2]。是目前市場中的主要裝飾材料之一，具有生產(chǎn)原料豐富、制備工藝簡單、使用性能優(yōu)異等特點，彌補了天然石材資源緊張及其性能缺陷，應(yīng)用前景廣闊[3-4]。

目前國內(nèi)的人造石產(chǎn)品主要以精加工的石英砂或玻璃顆粒來作為其主要填充骨料，價格昂貴，生產(chǎn)成本居高不下。另外，人造石生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的邊角料通常采取堆放和掩埋的方式處理。大量人造石板材邊角料的堆放填埋占用土地，浪費土地資源，不能滿足環(huán)保的要求。因此，研發(fā)一種成本低廉、綠色環(huán)保的新型人造石產(chǎn)品成為了石材行業(yè)的發(fā)展方向。

針對上述傳統(tǒng)建筑裝飾材料的不足，本文介紹了一種新型無機人造石產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝，其充分利用無機人造石邊角料作為骨料進(jìn)行生產(chǎn)，成本較低，使用性能優(yōu)異，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 試驗

1.1 原材料

人造石邊角料：為公司無機人造石生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生，對其進(jìn)行多級破碎后用作骨料，粒度分布在10~20目之間。石英砂：粒徑為6~8目、8~16目、16~24目、24~40目、40~70目、70~120目等，江西省贛寧實業(yè)有限公司。白水泥：P·W-Ⅰ52.5白色硅酸鹽水泥，白度≥89，江西銀杉白水泥股份有限公司；乳液：丁苯乳液，5840型，上海昕特瑪化學(xué)品有限公司，其主要技術(shù)性能見表1；偏高嶺土：廣州銘源誠建材科技有限公司；減水劑：HSP-V型聚羧酸高效減水劑，固含量為30%，減水率為25%，中交第四航務(wù)工程局有限公司；鈦白粉：R-369型，攀枝花恒通鈦業(yè)有限公司生產(chǎn)；鐵紅、鐵黃、鐵黑、鐵藍(lán)、鐵綠和鐵棕等：朗盛拜耳樂。

表1 丁苯乳液的主要技術(shù)性能

1.2 配合比設(shè)計

新型無機人造石生產(chǎn)所用原材料包括人造石邊角料、石英砂、白水泥、乳液、填料、減水劑、無機顏料等。其以白色硅酸鹽水泥為基材，以人造石邊角料、石英砂等為骨料，以偏高嶺土等為填充材料，并添加適量的丁苯乳液、減水劑和顏料等。其設(shè)計配合比為：膠骨比0.37，水膠比0.22，減水劑摻量為水泥質(zhì)量的4%，丁苯乳液用量為水泥質(zhì)量的10%~20%。

1.3 生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)有機人造石通常是將石英砂等骨料與不飽和聚酯樹脂等經(jīng)攪拌混合后制成立方體料塊，然后通過機械切割成所需厚度的板材，再進(jìn)行打磨、拋光等后續(xù)工序制得[5]。而無機人造石則是采用壓板法進(jìn)行生產(chǎn)，即將攪拌均勻的原料經(jīng)布料后在真空環(huán)境下振動壓制成型，其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 無機人造石的生產(chǎn)工藝流程

（1）配料與混料

按照配方準(zhǔn)確稱量骨料、水泥、填料、顏料、減水劑、水、乳液等原料后，依次投入到攪拌機中。攪拌時間不少于10 min，以保證原料充分混合均勻。每次攪拌后應(yīng)及時清理攪拌機，以減少色差，新型無機人造石的攪拌步驟如圖2所示。

圖2 制備新型無機人造石的攪拌步驟

（2）布料

將攪拌好的物料倒入模具中進(jìn)行布料。根據(jù)花色和紋理的需求，將物料填充至相應(yīng)的模具內(nèi)，保證物料在模具中平整均勻地分布。

（3）真空壓制

在真空環(huán)境下進(jìn)行振動壓制成型。真空度需達(dá)到-0.09~-0.1 MPa，壓制時間隨配方、板材厚度等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，一般不少于30 s。

（4）養(yǎng)護(hù)

壓制完成后即可脫模得到人造石毛坯板，將其放入養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為30~60℃，恒溫養(yǎng)護(hù)時間不少于72 h。

（5）定厚拋光

養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，對人造石板材進(jìn)行定厚拋光，使其表面光澤度達(dá)到要求。

1.4 性能測試

無機人造石板材養(yǎng)護(hù)28 d后，參照中國石材協(xié)會團體標(biāo)準(zhǔn)T/CSBZ 009—2019《無機型人造石（壓板法）工藝技術(shù)規(guī)范》對板材的性能進(jìn)行測試。

2 新型無機人造石的性能及應(yīng)用

采用上述生產(chǎn)工藝制備的新型無機人造石板材，色彩紋理豐富，裝飾效果良好（見圖3），可廣泛應(yīng)用于家庭、公共建筑、高檔酒店等的裝飾裝修。

圖3 新型無機人造石板材的裝飾效果

表2為新型無機人造石與同類建筑裝飾材料的綜合性能對比。

表2 新型無機人造石與同類建筑裝飾材料的性能對比

由表2可知：

（1）新型無機人造石的彎曲強度和壓縮強度均顯著優(yōu)于天然石材，表明新型無機人造石相較于天然石材具有更豐富的應(yīng)用場景；新型無機人造石的密度和吸水率與天然石材相近，表明新型無機人造石的結(jié)構(gòu)致密，采取適當(dāng)措施后可避免出現(xiàn)天然石材使用過程中普遍存在的泛堿現(xiàn)象。

（2）相較于JC/T 908—2013《人造石》對傳統(tǒng)樹脂型人造石的要求，新型無機人造石在線性熱膨脹系數(shù)、莫氏硬度和防火性等方面均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)樹脂型人造石，表明新型無機人造石具有更優(yōu)異的耐火、耐高溫性能，可取代傳統(tǒng)樹脂型人造石應(yīng)用于對防火要求較高的公共裝飾場所及樹脂型人造石不適用的室外地面、墻面等，可極大地拓寬人造石材的應(yīng)用領(lǐng)域。

3 新型無機人造石生產(chǎn)過程中常見問題及解決措施

新型無機人造石生產(chǎn)過程中，由于操作控制不當(dāng)，會出現(xiàn)各類缺陷，如色差、色斑、孔洞、泛堿等。為避免上述缺陷的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品的合格率，總結(jié)出以下經(jīng)驗：

（1）色差和色斑：深色板材生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)色差或色斑問題，這是由于在攪拌或布料過程中物料發(fā)生“結(jié)團”，使得“結(jié)團”區(qū)域顏色和板面其他區(qū)域顏色存在差異。針對該現(xiàn)象提出了以下預(yù)防措施：在混料和布料工序之間增設(shè)過篩操作，過篩后的物料尺寸均一，無明顯“結(jié)團”，可以較好解決色差或色斑問題。

（2）氣孔：板材表面會出現(xiàn)小氣孔或不規(guī)則的較大氣孔，這通常是由于真空度不足、材料級配不合理、布料或壓制工序操作不當(dāng)?shù)人斐傻摹ｎA(yù)防措施如下：①制定合理的原料配方，控制骨料級配和用水量等；②對壓機、真空泵等成型設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和保養(yǎng)；③嚴(yán)格遵守相關(guān)操作規(guī)程進(jìn)行生產(chǎn)。

（3）泛堿：板材長期放置容易出現(xiàn)泛堿現(xiàn)象，深色板材尤為明顯，影響人造石板材的美觀。泛堿是水泥、砂等材料中的鈣離子、鈉離子等可溶性組分溶解后，隨著板材表面水分蒸發(fā)，在其表面析出或與空氣中的CO2等反應(yīng)生成白色沉積物的現(xiàn)象[6]。主要預(yù)防措施有：①在混料過程中添加粉煤灰等活性礦物摻合料[7]或阻堿外加劑等來抑制板材泛堿；②對成型板材進(jìn)行表面防護(hù)，與空氣隔離，抑制泛堿反應(yīng)的發(fā)生。

4 結(jié)語

（1）新型無機人造石采用邊角料部分替代骨料進(jìn)行生產(chǎn)，實現(xiàn)了板材邊角料的資源化，減少了人造石生產(chǎn)過和中的廢棄物排放，綠色環(huán)保，符合當(dāng)今社會可持續(xù)發(fā)展要求。

（2）采用聚合物改性的方法提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能，新型無機人造石的抗折強度為19.9 MPa、抗壓強度為95.7 MPa，具有高抗折強度和抗壓強度的無機人造石在其生產(chǎn)加工過程中不易發(fā)生斷裂或破損，良品率高。同時，該無機人造石的耐磨、耐高溫性能均較傳統(tǒng)樹脂型人造石有明顯的改善，且色彩和紋理也越來越豐富，應(yīng)用場景廣泛。因此，綠色環(huán)保的新型無機人造石具有良好的發(fā)展前景。