新型無(wú)機(jī)人造石的制備及常見(jiàn)問(wèn)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(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，各類建筑裝飾材料被廣泛運(yùn)用于建筑工程中，切實(shí)滿足了人們對(duì)現(xiàn)代建筑的審美和使用要求。我國(guó)對(duì)于綠色可持續(xù)發(fā)展的日益重視，使得現(xiàn)代建筑對(duì)建筑裝飾材料提出了更高的要求，市場(chǎng)對(duì)于節(jié)約資源、無(wú)污染、無(wú)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(wú)機(jī)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(chǎng)中的主要裝飾材料之一，具有生產(chǎn)原料豐富、制備工藝簡(jiǎn)單、使用性能優(yōu)異等特點(diǎn)，彌補(bǔ)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(guó)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(lái)作為其主要填充骨料，價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本居高不下。另外，人造石生產(chǎn)加工過(guò)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(fèi)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(duì)上述傳統(tǒng)建筑裝飾材料的不足，本文介紹了一種新型無(wú)機(jī)人造石產(chǎn)品及其生產(chǎn)工藝，其充分利用無(wú)機(jī)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(yàn)

1.1 原材料

人造石邊角料：為公司無(wú)機(jī)人造石生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生，對(duì)其進(jìn)行多級(jí)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(shí)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(jiàn)表1；偏高嶺土：廣州銘源誠(chéng)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(lè)。

表1 丁苯乳液的主要技術(shù)性能

1.2 配合比設(shè)計(jì)

新型無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)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(jì)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(jī)人造石通常是將石英砂等骨料與不飽和聚酯樹(shù)脂等經(jīng)攪拌混合后制成立方體料塊，然后通過(guò)機(jī)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(wú)機(jī)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(dòng)壓制成型，其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 無(wú)機(jī)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(jī)中。攪拌時(shí)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(shí)清理攪拌機(jī)，以減少色差，新型無(wú)機(jī)人造石的攪拌步驟如圖2所示。

圖2 制備新型無(wú)機(jī)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(dòng)壓制成型。真空度需達(dá)到-0.09~-0.1 MPa，壓制時(shí)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(shí)間不少于72 h。

（5）定厚拋光

養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，對(duì)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(cè)試

無(wú)機(jī)人造石板材養(yǎng)護(hù)28 d后，參照中國(guó)石材協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSBZ 009—2019《無(wú)機(jī)型人造石（壓板法）工藝技術(shù)規(guī)范》對(duì)板材的性能進(jìn)行測(cè)試。

2 新型無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)人造石板材，色彩紋理豐富，裝飾效果良好（見(jiàn)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(wú)機(jī)人造石板材的裝飾效果

表2為新型無(wú)機(jī)人造石與同類建筑裝飾材料的綜合性能對(duì)比。

表2 新型無(wú)機(jī)人造石與同類建筑裝飾材料的性能對(duì)比

由表2可知：

（1）新型無(wú)機(jī)人造石的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度均顯著優(yōu)于天然石材，表明新型無(wú)機(jī)人造石相較于天然石材具有更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景；新型無(wú)機(jī)人造石的密度和吸水率與天然石材相近，表明新型無(wú)機(jī)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(guò)程中普遍存在的泛堿現(xiàn)象。

（2）相較于JC/T 908—2013《人造石》對(duì)傳統(tǒng)樹(shù)脂型人造石的要求，新型無(wú)機(jī)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(shù)脂型人造石，表明新型無(wú)機(jī)人造石具有更優(yōu)異的耐火、耐高溫性能，可取代傳統(tǒng)樹(shù)脂型人造石應(yīng)用于對(duì)防火要求較高的公共裝飾場(chǎng)所及樹(shù)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(wú)機(jī)人造石生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題及解決措施

新型無(wú)機(jī)人造石生產(chǎn)過(guò)程中，由于操作控制不當(dāng)，會(huì)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(yàn)：

（1）色差和色斑：深色板材生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)色差或色斑問(wèn)題，這是由于在攪拌或布料過(guò)程中物料發(fā)生“結(jié)團(tuán)”，使得“結(jié)團(tuán)”區(qū)域顏色和板面其他區(qū)域顏色存在差異。針對(duì)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(guò)篩操作，過(guò)篩后的物料尺寸均一，無(wú)明顯“結(jié)團(tuán)”，可以較好解決色差或色斑問(wèn)題。

（2）氣孔：板材表面會(huì)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(jí)配不合理、布料或壓制工序操作不當(dāng)?shù)人斐傻?。預(yù)防措施如下：①制定合理的原料配方，控制骨料級(jí)配和用水量等；②對(duì)壓機(jī)、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(zhǎng)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(guò)程中添加粉煤灰等活性礦物摻合料[7]或阻堿外加劑等來(lái)抑制板材泛堿；②對(duì)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(yǔ)

（1）新型無(wú)機(jī)人造石采用邊角料部分替代骨料進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了板材邊角料的資源化，減少了人造石生產(chǎn)過(guò)和中的廢棄物排放，綠色環(huán)保，符合當(dāng)今社會(huì)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(wú)機(jī)人造石的抗折強(qiáng)度為19.9 MPa、抗壓強(qiáng)度為95.7 MPa，具有高抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的無(wú)機(jī)人造石在其生產(chǎn)加工過(guò)程中不易發(fā)生斷裂或破損，良品率高。同時(shí)，該無(wú)機(jī)人造石的耐磨、耐高溫性能均較傳統(tǒng)樹(shù)脂型人造石有明顯的改善，且色彩和紋理也越來(lái)越豐富，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。因此，綠色環(huán)保的新型無(wú)機(jī)人造石具有良好的發(fā)展前景。