CN107540322B - 含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，按重量份数计，所述无机人造石包含以下组分：硫铝酸盐水泥60‑70份，细砂10‑23份，高性能陶粒10‑17份，高吸水树脂1‑1.5份，柠檬酸盐0.5‑1份，葡萄糖酸盐0.2‑0.5份。本发明的无机人造石具有轻质，保温，防火，隔热，吸水率低等优点。本发明还提供一种无机人造石的制备方法，步骤简单，原料混合、搅拌、成型、定厚、抛光和微波碳化养护的工序制得无机人造石；能使所制备出的无机人造石表面的致密性提高、降低表面的孔隙率，且降低边缘部分的脱落。

Description

含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石及其制备方法

技术领域

本发明属于制备人造石技术领域，涉及一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石及其制备方法。

背景技术

我国是世界第一的石材生产、销售和出口大国，年总产值达1000多亿人民币。在早期生产石材阶段，主要以开山挖矿的方式开采荒料进而加工成天然石材，一方面因其开采效率低下，最高仅有30％的成材率，使得宝贵的自然资源浪费，更进一步的是各种废料填埋沟壑，这样易形成山体滑坡等自然灾害，另一方面随着天然矿藏资源的过度开采，天然石材的价格不断升高，这也使得石材在应用市场上的发展受到了阻碍。

人造石的兴起，石材业的发展得到了保证。人造石材能替代天然石材的诸多特性和性能，并且还具有利废，节能，环保，价格较低等优点，逐步在建筑行业得到了广泛的应用和推广。其中无机人造石因其良好的耐候性和机械性以及不燃等优点，又由于其价格相对较低，外观花纹美观，在很多场合可以代替天然石材使用，但相对的也面临一些亟待解决的问题：

一是水泥后期强度倒缩现象较为严重；主要是六方晶系CAH₁₀和C₂AH₈(针、片状晶体)向立方晶系C₃AH₆转化引起的，主要是铝酸盐水泥水化时间较快，初凝时间段所造成的水泥浆体中部分物质尚未完全水化；另外，水泥后期强度倒缩的幅度也和温度有密切关系；

二是无机人造石在后期运用的过程中出现断裂和泛霜的现象。特别是以水泥为基础的人造石，在搅拌成型的过程中会有自身产生或搅拌所带入的气泡，这些气泡从数量、大小和分布上都会对基体的强度和吸水率产生影响，以致于后期运用的过程中出现断裂和泛霜的现象；

三是以水泥为基础的人造石在制造过程中，进行定厚和抛光后，未抛光面在后期与水接触后容易有碱金属离子逸出，如Ca(OH)₂等，使得边缘部分脱落，影响产品的性能和质量。

硫铝酸盐水泥长期强度稳定，可减少出现倒缩现象。目前其在制备无机类人造石等建筑材料已取得一定的成果。中国专利CN1176948A公开了一种人造石的制备方法，该专利利用浮石和高铝酸盐水泥为骨料以及胶黏剂，制备基体无机人造石，再辅以化学着色得到人造石；其利用浮石的质轻，气孔多等代替石英石作为骨料，使所制得的产品具有质轻的优点。但其也存在缺点，由于浮石颗粒大，不宜掺入较多。另外，浮石本身不能起到承重的作用，在后期水泥发生干缩时，浮石内部的大体积孔隙会产生较大应力，使得人造石发生开裂，所制得的人造石相较于天然石材和其他水泥基人造石在抗压强度会有所下降。

因此，开发一种具有良好的抗压抗折性能、隔热保温性能，且质轻、吸水率低的无机人造石实属必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术所存在的不足，提供一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其具有良好的抗压抗折性能、隔热保温性能，且质轻、低吸水率。

本发明的另一目的在于提供一种上述无机人造石的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，按重量份数计，所述无机人造石包含以下组分：硫铝酸盐水泥60—70份，细砂10—23份，高性能陶粒10—17份，高吸水树脂1—1.5份，柠檬酸盐0.5—1份，葡萄糖酸盐0.2—0.5份。

优选的，所述高性能陶粒选自页岩陶粒、铁尾矿陶粒中的一种或两种混合物。

特别优选的，所述高性能陶粒的粒径大于等于2毫米，且小于等于5毫米；三价铁离子的含量为大于等于所述高性能陶粒质量的1％，且小于等于所述高性能陶粒质量的3％；抗压强度大于等于8千帕，孔隙率大于等于30％。

优选的，所述高吸水树脂选自聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂中的一种或两种混合物。

高性能陶粒的粒径小且具有较大的孔隙率，在高性能陶粒与高吸水树脂混合的过程中，高吸水树脂充分地进入高性能陶粒的孔隙中。在加水搅拌后，高性能陶粒吸水膨胀，但又不占用水泥基体内部体积；高吸水树脂吸收水分体积膨胀，阻挡水泥浆体以及多余水分进入到陶粒内部，在水泥水化后期，随着体系内部水分的被消耗，体系中离子浓度变化能使得吸水后的高吸水树脂逐渐释放所吸入的水分，这样相当于继续维持水泥内部的水化进程，避免了水泥后期的倒缩现象。释放完水分后的高吸水树脂的体积急剧缩小，高性能陶粒的孔隙露出，较大的孔隙能吸收周围毛细孔道中的水分以及空气，可继续维持水泥水化的进行，更进一步避免了水泥后期的倒缩现象。由于毛细孔道与高性能陶粒孔隙之间有一定的负压力，相当于高性能陶粒聚集了周围的小型气孔，防止气孔分散形成连通孔，避免了底层和表层的吸水，降低了人造石的吸水率。另外，粒径小且具有连续级配的高性能陶粒在水泥基体中起到压力传递的作用，进一步的提高人造石的物理力学性能。

优选的，所述柠檬酸盐包括柠檬酸钠和柠檬酸钾；所述柠檬酸盐不包括柠檬酸钙。

优选的，所述葡萄糖酸盐包括葡萄糖酸钠和葡萄糖酸钾；所述葡萄糖酸盐不包括葡萄糖酸钙。

葡萄糖酸盐一方面能够有效的延缓硫铝酸盐水泥的初凝时间，使得浆体在前期具有一定的流动度，高性能陶粒和高吸水树脂能充分的混合均匀以及吸水；另一方面它又具有减水剂的效果，在水与硫铝酸盐水泥的质量比不变的情况下，使水泥更好的包裹住陶粒，不至于在搅拌的过程中陶粒与浆体分离或分散到边缘和表层。而柠檬酸盐可以有效的改善浆体的流动性，对于浆体内部的气泡在搅拌和成型时顺利的逸出，避免出现表层光滑、四周多孔的现象。

更重要的是，葡萄糖酸盐和柠檬酸盐配合具有极强的阻垢和络合能力。由于二者配合对钙、镁、铁盐具有很强的络合能力，特别是对三价铁离子具有极好的螯合作用；在体系中会形成较大基团的凝胶状物质，有利于阻塞毛细孔道，增加基体密实度。在无机人造石，特别是以水泥为基体的人造石，着色剂大多采用三价铁离子类，在水泥水化所形成的高碱度环境中易形成沉淀，在后期实际应用的过程中易形成色斑和色差，而采用葡萄糖酸盐和柠檬酸盐合用，即便在高碱度的环境中也能与三价铁离子螯合，形成凝胶基团，既增加基体的密实度，又减少了色斑和色差现象的发生。

优选的，所述细砂的粒径小于或等于1毫米。

优选的，所述无机人造石还包含消泡剂0.02—0.05份。

特别优选的，所述消泡剂选自聚氧丙烯甘油醚或聚氧乙烯聚丙醇胺醚。

优选的，所述无机人造石还包含水，所述水的量为相当于硫铝酸盐水泥重量的0.35—0.45倍量和高吸水树脂重量的15—25倍量之和。水泥与水的重量比最佳为1:0.35—0.45。而高吸水树脂具有吸水性，在原料配方中加入高吸水树脂会使原有的水泥与水的重量比发生改变，因此需要有额外补水量。最佳的额外补水量为高吸水树脂重量的15—25倍量。所以，优选的水的量为相当于硫铝酸盐水泥重量的0.35—0.45倍量和高吸水树脂重量的15—25倍量之和。

另外，上述无机人造石的制备方法，包含以下步骤：

(1)将高性能陶粒和高吸水树脂混合，所述高性能陶粒孔隙中吸入高吸水树脂；

(2)在步骤(1)的混合物料中，加入硫铝酸盐水泥、细砂、柠檬酸盐和葡萄糖酸盐，混合均匀；

(3)在步骤(2)的混合物料中，加入水、消泡剂，并搅拌均匀，倒入模具、成型、定厚、抛光、微波碳化养护。

优选的，所述步骤(1)中，将高性能陶粒和高吸水树脂在真空的条件下混合3—5小时，所述高性能陶粒孔隙中吸入高吸水树脂。

优选的，所述步骤(3)中加入消泡剂包括以下步骤：

将消泡剂溶于水中，制得消泡剂水溶液；一边搅拌混合物料，一边滴入所述消泡剂水溶液。

优选的，所述微波碳化养护包括以下步骤：在微波养护设备中，抽取真空，通入二氧化碳气体，功率为800—1000瓦，时间为1.5—2.5小时；所述二氧化碳气体压力为0.3—0.5千帕。

特别优选的，所述微波碳化养护包括以下步骤：在微波养护设备中，抽取真空，通入二氧化碳气体，功率为900瓦，时间为2小时；所述二氧化碳气体压力为0.4千帕。

微波养护技术具有无温度梯度整体加热的特点，能使得板材浆体能快速、均匀的干燥；另一方面，微波产生的电磁场使得物料中化学物质的结晶反应速率和结晶晶格的规则度得以极大的提高，避免了后期因六方晶系CAH₁₀和C₂AH₈(针、片状晶体)向立方晶系C₃AH₆(等尺寸晶体)转化，从而避免了晶体间结合强度降低所导致的倒缩现象，增加了无机人造石的抗压强度。另外，通入二氧化碳气体，二氧化碳能与浆体矿物发生反应，同时放出大量的热，在快速反应期所形成的反应物覆盖在未反应部分的表面而减慢了反应速率，使得制品表面的致密性提高，可一方面降低边缘部分的脱落，另外一方面降低表面的孔隙率。

本发明具有如下优点和有益技术效果：

(1)本发明的无机人造石具有轻质，保温，防火，隔热，吸水率低等优点；本发明通过高性能陶粒、高吸水树脂搭配，利用了高性能陶粒的粒径小且具有较大的孔隙率和高吸水树脂吸水的特性，使水泥浆体中的物质尚完全水化，避免出现水泥期强度倒缩现象，降低了人造石的吸水率，同时也提高人造石的物理力学性能；本发明还通过柠檬酸盐、葡萄糖酸盐搭配，既增加基体的密实度，又减少了色斑和色差现象的发生；

(2)本发明无机人造石的制备方法，步骤简单，原料混合、搅拌、成型、定厚、抛光和微波碳化养护的工序制得无机人造石；通过在微波养护中通入二氧化碳气体，能使所制备出的无机人造石表面的致密性提高、降低表面的孔隙率，且降低边缘部分的脱落。

具体实施方式

下面通过具体较佳实施例结合效果试验例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。以下实施例中重量份的单位是g或kg。

实施例1

一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，按重量份数计，包含以下组分：

硫铝酸盐水泥60份，细砂23份，页岩陶粒15份，聚丙烯酸树脂1份，柠檬酸钠1份，葡萄糖酸钠0.5份，水44份(水的量为相当于硫铝酸盐水泥重量的0.4倍量和聚丙烯酸树脂重量的20倍量之和)，聚氧丙烯甘油醚0.02—0.05份(相当于浓度为0.9g/ml的聚氧丙烯甘油醚溶液3—5滴)。

上述无机人造石的制备方法，包括以下步骤：

1)将页岩陶粒和聚丙烯酸树脂置于真空混料机中混合，混合时间4小时；

2)步骤1)的混合物料经密闭绝干输送装置输送到混料器，硫铝酸盐水泥、细砂、柠檬酸钠和葡萄糖酸钠经斗式提升机输送到混料器中混合，混合时间2小时；

3)步骤2)的混合物料经卸料机与皮带输送装置输送到料浆池中，加入水搅拌，一边搅拌一边加入聚氧丙烯甘油醚溶液(加入量具体视实际气温所定)，快速注浆到模具中成型，成型脱模后的样板于室温条件下干燥24小时，再经定厚和抛光生产线，半成品输送至微波养护室中，抽取真空，通入二氧化碳气体，养护功率为900瓦，二氧化碳气体压力为0.4千帕，养护时间为2小时，养护完成取出即可制得无机人造石。

实施例2

一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，按重量份数计，包含以下组分：

硫铝酸盐水泥70份，细砂10份，铁尾矿陶粒17份，聚丙烯酰胺树脂1.5份，柠檬酸钠1份，葡萄糖酸钠0.5份，水54份(水的量为相当于硫铝酸盐水泥重量的0.45倍量和聚丙烯酰胺重量的15倍量之和)，聚氧乙烯聚丙醇胺醚0.02—0.05份(相当于浓度为0.9g/ml的聚氧乙烯聚丙醇胺醚溶液3—6滴)。

上述无机人造石的制备方法，包括以下步骤：

1)将铁尾矿陶粒和聚丙烯酰胺树脂置于真空混料机中混合，混合时间4小时；

2)步骤1)的混合物料经密闭绝干输送装置输送到混料器，硫铝酸盐水泥、细砂、柠檬酸钠和葡萄糖酸钠经斗式提升机输送到混料器中混合，混合时间2小时；

3)步骤2)的混合物料经卸料机与皮带输送装置输送到料浆池中，加入水搅拌，一边搅拌一边加入聚氧乙烯聚丙醇胺醚溶液(加入量具体视实际气温所定)，快速注浆到模具中成型，成型脱模后的样板于室温条件下干燥24小时，再经定厚和抛光生产线，半成品输送至微波养护室中，抽取真空，通入二氧化碳气体，养护功率为900瓦，二氧化碳气体压力为0.4千帕，养护时间为2小时，养护完成取出即可制得无机人造石。

实施例3

一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，按重量份数计，包含以下组分：

硫铝酸盐水泥65份，细砂19份，页岩陶粒和铁尾矿陶粒混合物14份，聚丙烯酸树脂和聚丙烯酰胺树脂混合物1份，柠檬酸钠0.7份，葡萄糖酸钠0.3份，水44.5份(水的量为相当于硫铝酸盐水泥重量的0.3倍量和聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂混合物重量的25倍量之和)。

上述无机人造石的制备方法，包括以下步骤：

1)将页岩陶粒和铁尾矿陶粒混合物、聚丙烯酸树脂和聚丙烯酰胺树脂混合物置于真空混料机中混合，混合时间4小时；

2)步骤1)的混合物料经密闭绝干输送装置输送到混料器，硫铝酸盐水泥、细砂、柠檬酸钠和葡萄糖酸钠经斗式提升机输送到混料器中混合，混合时间2小时；

3)步骤2)的混合物料经卸料机与皮带输送装置输送到料浆池中，加入水搅拌，快速注浆到模具中成型，成型脱模后的样板于室温条件下干燥24小时，再经定厚和抛光生产线，半成品输送至微波养护室中，抽取真空，通入二氧化碳气体，养护功率为900瓦，二氧化碳气体压力为0.4千帕，养护时间为2小时，养护完成取出即可制得无机人造石。

对比例1

一种市售无机人造石，按重量份数计，包含以下组分：

复合水泥48份，河砂30.5份，骨料17份，聚醇聚醚类改性剂3份，碳酸锂0.05份，矿物纤维1.45份和水19.2份；其中，复合水泥由矿渣水泥和硫铝酸盐水泥组成，矿渣水泥占复合水泥重量的80％，硫铝酸盐水泥占复合水泥重量的20％。

上述无机人造石的制备方法，包括以下步骤：

(1)将复合水泥、河砂、骨料经斗式提升机输送到混料器中混合，混合时间2小时；

(2)将聚醇聚醚类改性剂、碳酸锂、矿物纤维和水混合，并置于超声波震荡装置分散1小时，制得分散溶液；

(3)将步骤(1)的混合物料经卸料机与皮带输送装置输送到搅拌箱，加入步骤(2)的分散溶液，搅拌均匀，快速注浆到模具中成型，成型脱模后的样板进行7天标准养护，养护完成取出即可制得无机人造石。

性能验证试验例

按照人造石国家标准GB/T1.1-2009中GB/T17657-1999及JCT908-2013标准试验方法对规格尺寸为3053×760×12.0(单位毫米)的实施例1-3所制备的人造石及对比例1(市售产品的人造石)进行性能检测，检测结果如下表1所示。

表1实施例1-3与对比例1所制备的人造石的性能检测结果

由表1可知，本发明实施例1-3的体积密度分别为2.07g/cm³、2.43g/cm³和2.14g/cm³，对比例的体积密度为2.83g/cm³，本发明所制备的人造石具有质轻的优点。

实施例1-3通过抗压抗折荷载试验得到抗压强度分别为2945N/cm²、3117N/cm²和3011N/cm²，较标准值2744N/cm²，分别高出7.32％、13.59％和9.73％；抗折强度分别为627N/cm²、588N/cm²和650N/cm²，较标准值490N/cm²，分别高出27.96％、20.00％和32.65％。与对比例相比，实施例1-3均有较高的抗压强度及抗折强度。本发明制备出的无机人造石具有很好的抗压抗折性能。

实施例1-3导热系数分别为0.0015W/m·K、0.0023W/m·K和0.0021W/m·K，较标准值0.0037W/m·K，高出62.15％、62.16和56.75％；本发明所制备出的无机人造石具有很好的隔热、保温、防火性能。实施例1-3通过吸水率测定得到48小时的吸水率分别为0.35％、0.46％和0.37％，15天的吸水率分别为0.68％、0.77％和0.74％，均符合标准中吸水率小于0.8％的要求。48小时的吸水率，实施例1-3和对比例相近；但15天的吸水率，实施例1-3明显小于对比例。

例1-3还通过JCT908-2013标准试验方法得到其莫氏硬度分别为7、8和7；抛光后镜像光泽度分别为75、80和75。

可见，本发明制得的无机人造石具有轻质，保温，防火，隔热，吸水率低等优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于：按重量份数计，所述无机人造石包含以下组分：硫铝酸盐水泥60-70份，细砂10-23份，高性能陶粒10-17份，高吸水树脂1-1.5份，柠檬酸盐0.5-1份，葡萄糖酸盐0.2-0.5份；所述柠檬酸盐包括柠檬酸钠和柠檬酸钾；所述葡萄糖酸盐包括葡萄糖酸钠和葡萄糖酸钾；

所述无机人造石是通过以下工艺制得：

1)将高性能陶粒和高吸水树脂混合，所述高性能陶粒孔隙中吸入高吸水树脂；

2)在步骤1)的混合物料中，加入硫铝酸盐水泥、细砂、柠檬酸盐和葡萄糖酸盐，混合均匀；

3)在步骤2)的混合物料中，加入水、消泡剂，并搅拌均匀，倒入模具、成型、定厚、抛光、微波碳化养护。

2.根据权利要求1所述的含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于：所述高性能陶粒选自页岩陶粒、铁尾矿陶粒中的一种或两种混合物。

3.根据权利要求1所述的含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于：所述高吸水树脂选自聚丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂中的一种或两种混合物。

4.根据权利要求1所述的含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于：所述细砂的粒径小于或等于1毫米。

5.根据权利要求1所述的含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于：所述无机人造石还包含消泡剂0.02-0.05份。

6.根据权利要求1所述的含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于：所述无机人造石还包含水，所述水的量为相当于硫铝酸盐水泥重量的0.35-0.45倍量和高吸水树脂重量的15-25倍量之和。

7.根据权利要求1所述的含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于，所述步骤3)中加入消泡剂包括以下步骤：

将消泡剂溶于水中，制得消泡剂水溶液；一边搅拌混合物料，一边滴入所述消泡剂水溶液。

8.根据权利要求1所述的含有高性能陶粒和高吸水树脂的无机人造石，其特征在于，所述微波碳化养护包括以下步骤：

在微波养护设备中，抽取真空，通入二氧化碳气体，功率为800-1000瓦，时间为1.5-2.5小时；所述二氧化碳气体压力为0.3-0.5千帕。