CN101044104A - 用于制造薄平板形式的复合石材物品的方法以及得到的物品 - Google Patents

用于制造薄平板形式的复合石材物品的方法以及得到的物品 Download PDF

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Abstract

在用于制造薄的(10－30mm)和宽的平板的方法中，使包含水、水泥和流化剂的水泥混合物与具有受控的颗粒尺寸的惰性石骨料混合。以预定的厚度将得到的混合物沉积在临时支承件上并进行真空振动压实。这样形成的平板经受通过养护、将其封装在沿其边缘热密封的两个薄的不透水蒸汽的塑料板材之间来实现凝固和硬化的步骤。该方法设想了关于在水泥混合物的制备以及水泥浆与石骨料混合的步骤期间执行的混合方法的具体措施。其它改进涉及水泥浆的组分以及在骨料与水泥浆的混合期间引入骨料的顺序。

Description

用于制造薄平板形式的复合石材物品的方法以及得到的物品
技术领域
本发明涉及由一种或多种石骨料和水泥浆构成的复合石材薄平板的制造。
更具体地，本发明涉及一种用于制造这些薄平板(厚度在10和30mm之间)的方法以及由此获得的平板。
背景技术
通常，由一种或多种惰性石骨料和水泥粘合剂构成的物品是已知的，称为混凝土。今天，最好的水泥粘合剂是Portland，其是水凝粘合剂(通过与水反应而硬化的粘合剂)中的参照产品。下文，在提到水泥或水泥粘合剂时，将主要参考Portland水泥，但是并不排除使用具有相似特性的其它水凝粘合剂。
由于其显著的压缩强度，混凝土主要用于建筑物结构的建造。
组分“水泥粘合剂”(或者“水泥浆”)使用水/水泥(w/c)重量比按配方制造，以便确保为能够将其灌注和包装在模板或活板(shutterwork)内所必需的可加工性和流动性，从而在硬化后保持其几何形状。
当使用传统包装系统例如振动板和台或振动针时，具有适当地计量的组分的混凝土——其中水泥浆的w/c比为0.50——具有令人满意的可加工性，并且适合于传统建筑物结构的建造。
使用具有足以确保其可加工性的w/c比的水泥浆制备的混凝土是多孔的，这是因为混合水总是多于在水泥水合过程中使用的量，因此水泥混合物具有大量的微毛细孔隙。
根据可应用于混凝土的理论，完全水合水泥颗粒所必需的w/c化学计量比是0.42，并且在此情况下产生一定的毛细孔隙，这是因为水合的水泥凝胶不会填充所有可用空间。根据相同的理论，为了制造凝胶/空间比＝1的物品——其中水泥浆没有毛细孔隙(可能有从外部添加的水)，必须使用小于0.3615的w/c比(按重量计算)。
水泥颗粒的表面随着时间逐渐与水化合，与混合水一起形成水泥凝胶(主要包含复合含水硅酸盐)，该增加同时朝向颗粒的内部和外部进行，并且会与颗粒的无水晶核(nucleus)以及由相邻颗粒生成的凝胶形成一个整体，在硬化的水泥浆内产生连续体。但是，该过程缓慢，在一年的养护之后，水泥颗粒仅在各个单独颗粒的球状周界的8μm的深度内水合。在物品的给定孔隙度和渗透性条件以及环境湿度的情况下，水泥颗粒的无水晶核的水合能够缓慢地继续进行，但是即使在许多年后也不会完成。
形成Portland 525水泥的粉末的颗粒的直径通常在0.1到60μm的范围内，平均值为大约30μm，从而硬化的水泥浆必然会在其皮层周界(其中深度远小于所述的8μm)内发生水合的颗粒内包含无水的水泥晶核，所述颗粒粘结在一起形成大量凝胶。考虑到形成水泥粉末的各个颗粒的大小和分布以及其它次要的相关联的现象，与混合水接触而水合的水泥在实践中不会超过混合物内存在的水泥的55％到70％。由此可见，水合过程中将使用的混合水的量可通过可水合水泥的百分比乘以化学计量比0.42得到，即：
(a)在可水合水泥的百分比等于55％的情况下，每100公斤水泥将使用23.1升水(w/c＝0.231)；
(b)在可水合水泥的百分比等于70％的情况下，每100公斤水泥将使用29.4升水(w/c＝0.294)。
在每种情况下，相对于给出的百分比引入混合物内的任何过量的水不参与水合过程，但是蒸发在硬化的水泥混合物内产生孔隙。
因此，在实践中，考虑到水泥不可能完全水合，在w/c比小于0.3615并且有从外部添加的水的情况下存在毛细孔隙，这导致水泥物品的吸水。因此，为了确定最小毛细孔隙度并从而确定物品的最小吸水率，必须在w/c比小于0.29的情况下操作。
从上文可清楚地看到，在w/c比小于0.3615的情况下，一部分水泥将不会水合。但是，未水合的水泥的存在不会有损于物品的最终强度。相反，在都具有凝胶/空间比＝1的各种混合物中，具有较大比例的未水合水泥(在较低w/c比的情况下获得)的那些混合物强度较大，这可能是由于围绕水泥的原始颗粒的凝胶层较薄这一事实导致的。
混凝土的物理/机械特性主要由下列因素确定：
-水泥浆的孔隙度；
-系统的孔隙度；
-水泥浆或多或少紧密粘结在骨料表面上。
在混凝土中，水泥浆是系统内的链条中弱的一环。
实际上，硬化的水泥浆(水泥凝胶)可比得上具有按体积计算28％的毫微米级孔隙(称为“凝胶孔隙”)的石材，该石材由被稳定地吸收因此不能蒸发的水浸透。
此外，在没有外部添加的水的情况下，此多孔岩石充满微毛细孔隙，毛细管空间的总量占其体积的8.7％。
在结构混凝土——由可容易地被压实并且以w/c比为0.36和0.50为特征的配方得到——中，空隙的存在、水泥浆不完全地粘结在骨料表面以及由此获得的物理/机械特性普遍地可接受并且已被接受。
实际上，在结构中，弯曲强度不是非常重要的因素，其具有大约为40到70N/mm2的近似值，同样，吸水率也不构成非常重要的因素，其在按重量计算7到10％的范围内。如上所述，可获得的抗压强度值完全符合标准。
相反，当需要制造厚度有限且具有大尺寸的物品例如尺寸为300×140cm、厚度为10到30mm的平板时，则绝对地需要达到不小于20-22N/mm2的弯曲强度值、小于1％的吸水率，并且需要消除任何天然预先存在的缺陷，该缺陷使得物品在所指出的厚度下尤其易碎。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种可以生产尤其是上述类型的薄平板的方法，其中以工业上有利的方式解决了上述问题和缺陷。
该目的通过用于制造这种类型的薄平板形式的物品的方法实现，即在该类型中具有受控的颗粒尺寸(粒度)的一种或多种惰性骨料与水泥浆混合，在临时支承件上形成层，该层经受真空压实步骤，同时应用具有预定频率和持续时间的振动，然后执行包括使得到的物品凝固和硬化的步骤，其特征在于以下步骤：
(1)通过使用混合叶片将水泥、水、流化剂和胶乳持续混合几分钟——优选地大约10分钟——来制备水/水泥重量比为0.21-0.25的水泥浆，所述混合叶片的形状形成为可在混合物上施加切削(cutting)作用；
(2)将获得的水泥浆与尺寸大于0.8mm的粗骨料混合大约7分钟以便使各个颗粒具有水泥浆覆层；
(3)将剩余的颗粒——即尺寸在0.1和0.3mm之间的颗粒——添加到所得到的混合物中，并混合大约4分钟直到获得均匀的混合物；
(4)将混合物以具有预定厚度和大小的层的形式分配在其上放置有不透水蒸汽的塑料板材的临时支承件上或模具内；
(5)利用不透水蒸汽的第二塑料板材覆盖所述层，并通过振动压缩操作真空压实所述层；
(6)在压实之后，沿所述两个不可渗透的塑料板材的周向边缘密封所述板材以便形成一种外壳；
(7)使该压实的平板硬化大约24小时，以便达到适于操纵(处理)的条件；并且
(8)使平板养护至少7天，平板一直被保持封装在由两个所述塑料板材形成的密封壳体内。
然后，从该壳体中取出平板，并传送该平板以便进行修整操作例如精压(sizing)和抛光。
在本发明的优选实施例中，用于制备最初的水泥浆的水泥中的在5-15％范围内的一部分用具有火山灰活性的细粉——例如强反应性偏高岭土(被理解为煅烧高岭土的术语)或硅粉(铸钢烟尘内包含的灰的总商品名称)——替代，这主要是为了减小最终物品的水硬性收缩(hydraulicshrinkage)。
对于该优选实施例，在步骤(1)中，向制备水泥浆所用的材料中添加大约20％的粗颗粒是有效的，这有利于混合叶片对细粉的分离作用。尤其在高环境温度下，还可有利地向混合物添加混凝土技术内已知的类型的凝固阻滞剂，以防止在压实物品之前就开始凝固。
仍对于本发明的该优选实施例，为了获得松散的和可除气形式的最终混合物，向在水泥浆与石骨料的混合的最终阶段期间添加的中等尺寸的颗粒补充亲水添加剂，尤其是在基本环境中速溶和耐久类型的干燥羧甲基纤维素，该添加剂的添加相对于用于制备最初的水泥混合物的水量按重量计算在2-3％的范围内。
如果需要生产薄平板形式的具有特定的机械强度并尤其具有在发生破损时抗塌陷特性的物品，则混合物在成形模具内的分配分成两个分离的步骤执行，在每个步骤期间将用于形成平板的混合物的总量的一部分灌注到模具中，在第一和第二混合物分配步骤之间插入另一个步骤，在该步骤期间将直径大约为0.5mm且长度大约为20mm的加强材料、优选地为松散钢(loose steel)——优选地为不锈钢——纤维形式的层分配在已经沉积在模具内的部分混合物层的表面上，然后执行第二混合物层的沉积，使得钢纤维加强层保持结合在物品的体部中。
作为松散钢纤维的替代品，可使用由直径通常不大于大约0.5mm的优选地用不锈钢制成的细金属丝形成的网状物或席子。
此外，所述中心加强层还可由具有适当特性的非金属材料、例如对水泥或塑料有抗力的玻璃纤维构成。
作为本发明的方法的另外的可选方案，必须提及以下内容：
1)在大约24小时的硬化步骤之后以及除去不透水蒸汽的塑料板材之后，已成形和被压实的平板的养护通过将所述平板放置在处于潮湿环境(即存在液态水相)以及高温和高压条件即大约180℃和大约10巴下的高压釜内而加速进行，该处理持续数个小时(优选地大约10小时)，而不是执行大约7天的时间。当骨料是硅质的——典型地为石英——时方法的此变型尤其有利，因为在此情况下骨料和水合水泥之间形成另外的化学键。以减小的表面积和晶体结构为特征的所得到的平板的水泥浆仅在24小时之后就具有在室温下经过28天养护的水泥浆所具有的典型阻力系数，与之伴随的还有水硬性收缩比在正常条件下养护的相同水泥浆小5-10倍。
还可为水泥浆补充锐钛矿形式的二氧化钛：实际上，此物质的光催化特性是公知的，从而一旦硬化已终止，在存在光和大气氧的情况下，其就能够氧化大气内存在的并与物品的表面接触的有机和无机污染物质，从而一方面获得保持物品的表面美学特性的效果，另一方面执行从与所述物品直接接触的大气中去除污染物的操作。
在可能用于混合物的添加剂中，还可提及石质元素(例如玻璃、贝壳等)，其可使最终的平板具有特定的美学和与形式相关的特性，该特性显现在将保持可见的表面上。此外，还可向水泥浆中添加杀菌剂，这些杀菌剂在聚集物领域是公知的，并且将缓慢地和长期地从平板表面释放。在此情况下，得到的平板尤其适合于卫生保健应用。
如果现在考虑本发明的方法的其它特性方面，首先应提及的是，可采用真空振动压缩压实来制造具有非常低的水/水泥比——小于0.25——的薄的和宽的平板形式的物品。实际上，在根据本发明的方法中，可压实水/水泥比为0.21-0.25的混合物，从而得到这样的物品，即该物品在养护之后具有高达22N/mm2的非常好的弯曲强度，以及如相应的标准所规定的在105℃干燥之后非常低的吸水率(小于按重量计算0.5-0.7％)。
如果现在考虑制备水泥混合物的步骤，必须首先指出成分包括水泥技术中已知的并且优选地选自氢磺化(hydrosulphonated)、丙烯酸类、羧基类和三聚氰胺超级流化剂系列或市场上可买到的其它有效的系列的所谓的流化剂。
对于上述流化剂，必须通过混合叶片执行的切削作用对于确保流化剂对水泥颗粒的聚集具有有效的抗絮凝作用是决定性的，如果必要的话可通过添加大约20％的粗颗粒使该切削作用更有效。换句话说，这样可确保每个单独的水泥颗粒完全被水包围，这是具有非常低的水/水泥比的混合物的最优水合的必要条件。
继而，向开始的混合物添加胶乳——优选地是具有平均尺寸为0.1μm的颗粒的丙烯酸树脂的水乳状液，以便实现各种作用：
有助于使用低w/c比，使水和水泥混合物内存在的空隙饱和；
提高了水合水泥的颗粒之间的粘合(在凝固期间散布的水从胶乳释放到水泥中，导致通过塑性薄膜部分地覆盖凝胶的胶乳的聚结)；
其改进了物品的机械特性，因为其防止出现传统混凝土的水泥浆内总是存在的那些微裂缝；
其减小了水泥浆的最终孔隙度，使微孔隙饱和。
在本发明的方法中使用胶乳使得可实现几乎没有微缺陷并且在技术领域中称为MDFC(无微缺陷混凝土)的物品的工业生产。
对于仅在最后的混合步骤期间添加中等尺寸的颗粒(尺寸为0.1-0.3mm)，此措施的目的是避免水泥浆被粗颗粒磨损，损坏在颗粒和水泥浆之间的界面的质量，此界面通常构成混凝土的弱点；实际上，物品的物理/机械特性主要依赖于界面的质量。
对于用细粉形式的偏高岭土或硅粉替换水泥的一部分，它们的作用是通过改变动力学和水合产品而导致机械特性增加以及物品的渗透性减小，几乎使水硬性收缩减半并从而大大增加物品的稳定性。
“水硬性收缩”应理解为放置在湿度不饱和的环境中的潮湿混凝土的体积减小(主要是潮湿混凝土的干燥)；实际上，物品的各个部分的不均匀收缩(不均匀干燥)会导致很大的张力，并且会导致出现危险的裂缝。
最后，如果考虑已经提到的在基本环境中速溶且耐久的亲水产品尤其是干燥羰甲基纤维素的添加，则其具有已经提到的使水泥浆与颗粒的混合物变松并除气的作用，从而其是为在成形模具内沉积的步骤以及随后的步骤做准备。
实际上，尽管水/水泥比非常低，但是不具有此亲水产品的混合物仍比较湿润并且外观类似于湿粘土，使得难以在成形模具内操纵和沉积成薄层。
如果执行不同颜色的两种或多种混合物的混合物振动压实，则缺少此亲水产品的混合物的另一个负面结果会出现，这是因为会发生混合水的迁移以及颜色的混合，导致较差的美学外观。但是，混合物的颜色优选地保持区分明显。
最后，如果考虑成形或模制步骤和养护步骤，在两个不透水蒸汽的塑料板材(例如聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA))之间压实平板，所述塑料板材沿其周边热密封以便确保在不损失水的情况下硬化和养护。这样，所有混合水都用于水泥的水合而在物品内不会出现孔隙，该孔隙是由于已成形和模制的物品暴露在正常环境条件下损失水而导致的。优选地，平板在坚固的织物上成形，然后将该织物拉到优选地平的、刚性的金属表面上，在该表面上发生最初的硬化，持续大约24小时。
在24小时之后，平板通常在垂直位置养护，在被精压和抛光之前始终保持密封大约7天。
具体实施方式
下面提供一个示出根据本发明的平板的生产的示例。
粘合剂                   White Portland 525水泥
颗粒                     石英/硅质砂
％体积
Portland水泥             16.0
水(包括流化水
(fluidizer water))       6.7
胶乳(水)                 5.0
胶乳(固体部分)           4.3
将被称重量的胶乳         9.3
偏高岭土501              1.6
硅质砂0.1-0.3mm            16.0
石英0.8-1.2mm              17.5
石英1.2-2.5mm              32.9
                           100.0
每立方米的水泥的公斤数     504
水/水泥重量比              0.231
水/粘合剂粉末重量比        0.213
流化剂                     1263.4g(相对于水泥重量4.0％)
羧甲基纤维素               219.15g(相对于水重量3.0％)
染料                       100g
相对于水泥重量的固态胶乳％ 9.8％
首先，通过将水、流化剂、20％的粗颗粒、Portland水泥、偏高岭土和胶乳在高效率的外摆线混合器内混合10分钟执行水泥浆的制备。
将由较大尺寸的石英(0.8-2.5mm)构成的剩余颗粒和染料添加到混合器内存在的混合物中，并继续进行7分钟混合。
然后添加细颗粒(0.1-0.3mm的硅质砂)和羧甲基纤维素，并继续进行4分钟混合。将此混合物填充到其上已放置有EVA板材的由织物增强橡胶制成的成形模具中，形成具有预定大小和厚度的层。
在已用第二EVA板材覆盖该层之后，通过振动压缩操作真空压实该层以便形成尺寸为140×310×2cm的平板。
在压实之后，使所述两个不可渗透的塑料板材沿它们的周向边缘热密封以便形成一种外壳。
然后，将模具传送到优选地为平的金属支承件上，在该支承件上使该压实的平板硬化大约24小时，以便达到适于操纵的条件。
在经过24小时之后，垂直放置硬化的平板，并使其一直被封装在由两个所述塑料板材形成的密封壳体内养护至少7天。
一旦一周的养护结束，则除去EVA板材并对平板进行精压和抛光。
对得到的物品进行试验，得到22N/mm2的弯曲强度和在105℃干燥之后仅为0.6％的吸水率。

Claims (26)

1.用于制造薄平板形式的物品的方法，其中具有受控的颗粒尺寸的一种或多种惰性骨料与水泥浆混合，在临时支承件上形成层，该层经受真空压实步骤，同时应用具有预定频率和持续时间的振动，然后执行使得到的物品凝固和硬化的步骤，其特征在于以下步骤：
(a)通过使用混合叶片将水泥、水、流化剂和胶乳混合几分钟来制备水泥浆，所述混合叶片的形状形成为使得在混合物上施加切削作用；
(b)将获得的水泥浆与尺寸大于0.8mm的粗骨料混合大约7分钟以便使各个颗粒具有水泥浆覆层；
(c)将剩余的颗粒添加到得到的混合物中并混合几分钟以便得到均匀的混合物；
(d)将混合物以具有预定大小和厚度的层的形式分配在预先覆盖有不透水蒸汽的塑料板材的临时支承件上或模具内；
(e)将不透水蒸汽的第二塑料板材覆盖在所述层上，并通过伴随的振动真空压实被这样包围的所述层；
(f)沿所述塑料板材的周边密封该板材，并将模制的物品传送到刚性的和平坦的硬化支承件上；
(g)使该压实的平板凝固和硬化大约24小时，以便达到适于操纵的条件；并且
(h)使平板养护至少7天，平板一直被保持封装在由两个所述塑料板材形成的密封壳体内。
2.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所使用的水泥的一部分用具有火山灰活性的细粉代替。
3.根据权利要求2的用于制造薄平板的方法，其特征在于，所述具有火山灰活性的细粉选自偏高岭土和硅粉。
4.根据权利要求2的用于制造薄平板的方法，其特征在于，以相对于用于制备水泥浆的水泥为5-15％的量添加所述具有火山灰活性的细粉。
5.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，在用于制备水泥浆的材料中包含粗颗粒中的至少一部分。
6.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，以大约20％的量添加所述粗颗粒。
7.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，在用于制备水泥浆的材料中包含混凝土技术内已知类型的凝固阻滞剂。
8.根据权利要求5的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在水泥浆和石骨料混合的最后步骤中添加亲水添加剂。
9.根据权利要求7的用于制造薄平板的方法，其特征在于，所述亲水添加剂是在基本环境中速溶且耐久的类型的干燥羧甲基纤维素。
10.根据权利要求5或6的用于制造薄平板的方法，其特征在于，以按重量计算占用于制备水泥浆的水量的2-3％的量添加所述亲水剂。
11.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述混合执行大约10分钟。
12.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述混合执行大约7分钟。
13.根据权利要求1和5和/或6的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，混合尺寸大于0.8mm的剩余粗骨料。
14.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所添加的颗粒为尺寸在0.1和0.3mm之间的中等尺寸的颗粒，并且可选地为更细的颗粒。
15.根据权利要求1和14的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，混合执行大约4分钟。
16.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，所述不透水蒸汽的塑料板材是薄的。
17.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，以相对于水泥的重量为大约10％的量为所述水泥浆补充锐钛矿形式的二氧化钛。
18.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在所述凝固步骤之后，在存在液态水、处于高温和高压的高压釜内对不再被封装在所述壳体内的已硬化的平板执行所述养护步骤，该处理执行几个小时。
19.根据权利要求18的用于制造薄平板的方法，其特征在于，所述压力为大约10巴且所述温度为大约180℃，该处理执行大约10个小时。
20.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，使所述混合物层在所述临时支承件上或所述成形模具内的沉积分成两个分离的步骤执行，在每个步骤中沉积其厚度等于层的总厚度的一部分的层，在所述两个沉积步骤之间插入另一步骤，该步骤涉及将加强材料沉积在已经沉积的层的上表面上。
21.根据权利要求20的用于制造薄平板的方法，其特征在于，所述加强材料选自金属纤维、金属网状物、细金属丝毡制品、对水泥和塑料纤维有抗力的玻璃纤维。
22.根据权利要求21的用于制造薄平板的方法，其特征在于，所述金属纤维由直径为大约0.5mm且长度为大约20mm的不锈钢制成。
23.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，在步骤(a)内的所述水泥浆的制备期间，使用小于0.25并且在0.21和0.25之间的水/水泥重量比。
24.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，所述流化剂选自氢磺化、丙烯酸类、羧基类和三聚氰胺流化剂系列或其它有效的系列。
25.根据权利要求1的用于制造薄平板的方法，其特征在于，向所述水泥浆中添加本身是已知的类型的杀菌添加剂。
26.可通过根据权利要求1-25中任一项获得的复合石材薄平板。
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