新型无机人造石的制备及常见问题解决措施

赵宝军，吴琛，曾正祥，王俊，尹正，谭鹏

（广东海龙建筑科技有限公司，广东 珠海 519000）

0 前言

随着我国经济社会的快速发展，各类建筑装饰材料被广泛运用于建筑工程中，切实满足了人们对现代建筑的审美和使用要求。我国对于绿色可持续发展的日益重视，使得现代建筑对建筑装饰材料提出了更高的要求，市场对于节约资源、无污染、无公害的新型建筑装饰材料的需求也日益增加[1]。

人造石是以高分子聚合物或无机胶凝材料或两者混合物作为粘合材料，以天然石材碎（粉）料或天然石英石（砂、粉）等为主要原料，加入颜料及其他辅助剂，经搅拌混合、凝结固化等工序复合而成的材料[2]。是目前市场中的主要装饰材料之一，具有生产原料丰富、制备工艺简单、使用性能优异等特点，弥补了天然石材资源紧张及其性能缺陷，应用前景广阔[3-4]。

目前国内的人造石产品主要以精加工的石英砂或玻璃颗粒来作为其主要填充骨料，价格昂贵，生产成本居高不下。另外，人造石生产加工过程中产生的边角料通常采取堆放和掩埋的方式处理。大量人造石板材边角料的堆放填埋占用土地，浪费土地资源，不能满足环保的要求。因此，研发一种成本低廉、绿色环保的新型人造石产品成为了石材行业的发展方向。

针对上述传统建筑装饰材料的不足，本文介绍了一种新型无机人造石产品及其生产工艺，其充分利用无机人造石边角料作为骨料进行生产，成本较低，使用性能优异，具有广阔的应用前景。

1 试验

1.1 原材料

人造石边角料：为公司无机人造石生产加工过程中产生，对其进行多级破碎后用作骨料，粒度分布在10~20目之间。石英砂：粒径为6~8目、8~16目、16~24目、24~40目、40~70目、70~120目等，江西省赣宁实业有限公司。白水泥：P·W-Ⅰ52.5白色硅酸盐水泥，白度≥89，江西银杉白水泥股份有限公司；乳液：丁苯乳液，5840型，上海昕特玛化学品有限公司，其主要技术性能见表1；偏高岭土：广州铭源诚建材科技有限公司；减水剂：HSP-V型聚羧酸高效减水剂，固含量为30%，减水率为25%，中交第四航务工程局有限公司；钛白粉：R-369型，攀枝花恒通钛业有限公司生产；铁红、铁黄、铁黑、铁蓝、铁绿和铁棕等：朗盛拜耳乐。

表1 丁苯乳液的主要技术性能

1.2 配合比设计

新型无机人造石生产所用原材料包括人造石边角料、石英砂、白水泥、乳液、填料、减水剂、无机颜料等。其以白色硅酸盐水泥为基材，以人造石边角料、石英砂等为骨料，以偏高岭土等为填充材料，并添加适量的丁苯乳液、减水剂和颜料等。其设计配合比为：胶骨比0.37，水胶比0.22，减水剂掺量为水泥质量的4%，丁苯乳液用量为水泥质量的10%~20%。

1.3 生产工艺

传统有机人造石通常是将石英砂等骨料与不饱和聚酯树脂等经搅拌混合后制成立方体料块，然后通过机械切割成所需厚度的板材，再进行打磨、抛光等后续工序制得[5]。而无机人造石则是采用压板法进行生产，即将搅拌均匀的原料经布料后在真空环境下振动压制成型，其生产工艺流程如图1所示。

图1 无机人造石的生产工艺流程

（1）配料与混料

按照配方准确称量骨料、水泥、填料、颜料、减水剂、水、乳液等原料后，依次投入到搅拌机中。搅拌时间不少于10 min，以保证原料充分混合均匀。每次搅拌后应及时清理搅拌机，以减少色差，新型无机人造石的搅拌步骤如图2所示。

图2 制备新型无机人造石的搅拌步骤

（2）布料

将搅拌好的物料倒入模具中进行布料。根据花色和纹理的需求，将物料填充至相应的模具内，保证物料在模具中平整均匀地分布。

（3）真空压制

在真空环境下进行振动压制成型。真空度需达到-0.09~-0.1 MPa，压制时间随配方、板材厚度等进行适当调整，一般不少于30 s。

（4）养护

压制完成后即可脱模得到人造石毛坯板，将其放入养护箱中进行养护，养护温度为30~60℃，恒温养护时间不少于72 h。

（5）定厚抛光

养护结束后，对人造石板材进行定厚抛光，使其表面光泽度达到要求。

1.4 性能测试

无机人造石板材养护28 d后，参照中国石材协会团体标准T/CSBZ 009—2019《无机型人造石（压板法）工艺技术规范》对板材的性能进行测试。

2 新型无机人造石的性能及应用

采用上述生产工艺制备的新型无机人造石板材，色彩纹理丰富，装饰效果良好（见图3），可广泛应用于家庭、公共建筑、高档酒店等的装饰装修。

图3 新型无机人造石板材的装饰效果

表2为新型无机人造石与同类建筑装饰材料的综合性能对比。

表2 新型无机人造石与同类建筑装饰材料的性能对比

由表2可知：

（1）新型无机人造石的弯曲强度和压缩强度均显著优于天然石材，表明新型无机人造石相较于天然石材具有更丰富的应用场景；新型无机人造石的密度和吸水率与天然石材相近，表明新型无机人造石的结构致密，采取适当措施后可避免出现天然石材使用过程中普遍存在的泛碱现象。

（2）相较于JC/T 908—2013《人造石》对传统树脂型人造石的要求，新型无机人造石在线性热膨胀系数、莫氏硬度和防火性等方面均显著优于传统树脂型人造石，表明新型无机人造石具有更优异的耐火、耐高温性能，可取代传统树脂型人造石应用于对防火要求较高的公共装饰场所及树脂型人造石不适用的室外地面、墙面等，可极大地拓宽人造石材的应用领域。

3 新型无机人造石生产过程中常见问题及解决措施

新型无机人造石生产过程中，由于操作控制不当，会出现各类缺陷，如色差、色斑、孔洞、泛碱等。为避免上述缺陷的产生，提高产品的合格率，总结出以下经验：

（1）色差和色斑：深色板材生产过程中易出现色差或色斑问题，这是由于在搅拌或布料过程中物料发生“结团”，使得“结团”区域颜色和板面其他区域颜色存在差异。针对该现象提出了以下预防措施：在混料和布料工序之间增设过筛操作，过筛后的物料尺寸均一，无明显“结团”，可以较好解决色差或色斑问题。

（2）气孔：板材表面会出现小气孔或不规则的较大气孔，这通常是由于真空度不足、材料级配不合理、布料或压制工序操作不当等所造成的。预防措施如下：①制定合理的原料配方，控制骨料级配和用水量等；②对压机、真空泵等成型设备进行定期维护和保养；③严格遵守相关操作规程进行生产。

（3）泛碱：板材长期放置容易出现泛碱现象，深色板材尤为明显，影响人造石板材的美观。泛碱是水泥、砂等材料中的钙离子、钠离子等可溶性组分溶解后，随着板材表面水分蒸发，在其表面析出或与空气中的CO2等反应生成白色沉积物的现象[6]。主要预防措施有：①在混料过程中添加粉煤灰等活性矿物掺合料[7]或阻碱外加剂等来抑制板材泛碱；②对成型板材进行表面防护，与空气隔离，抑制泛碱反应的发生。

4 结语

（1）新型无机人造石采用边角料部分替代骨料进行生产，实现了板材边角料的资源化，减少了人造石生产过和中的废弃物排放，绿色环保，符合当今社会可持续发展要求。

（2）采用聚合物改性的方法提高了产品的力学性能，新型无机人造石的抗折强度为19.9 MPa、抗压强度为95.7 MPa，具有高抗折强度和抗压强度的无机人造石在其生产加工过程中不易发生断裂或破损，良品率高。同时，该无机人造石的耐磨、耐高温性能均较传统树脂型人造石有明显的改善，且色彩和纹理也越来越丰富，应用场景广泛。因此，绿色环保的新型无机人造石具有良好的发展前景。