CN110655363B - 一种高性能无机人造石方料制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种生产高性能无机人造石方料的制造工艺，其方料集料具有良好的流动性，可压制出高性能板材的大块方料。其集料由胶凝材料及无机矿物填料组成。胶凝材料由无机硅酸盐或铝酸盐水泥及其使其胶凝的液体水及其他功能性添加剂组成。无机矿物填料为各种碳酸盐矿物、铝酸盐矿物、硅酸盐矿物、氧化物矿物、直接来自于矿山开采或加工废料。集料具有最紧密堆积级配。集料含有超细矿物粉。集料最紧密堆积计算公式为Andreassen公式。超细矿物粉包括碳酸钙粉、或微硅粉、或煅烧高岭土粉、或一种以上混合粉。能有效提高无机人造石制造过程中集料的流动状态及密致性，因而能有效地提高无机人造石的性能。
Description
技术领域
本发明涉及性能优良的无机人造石制造工艺。用此工艺生产出的无机人造石其性能达到或超过天然大理石或天然花岗石的性能。
技术背景
随着对生态环境保护的加强，无节制地开采石材资源用于建筑材料将被严格控制。以高耐用性人造石材取代天然石材用于建筑装修已成为建筑材料一个新的领域。
现代人造石制造工艺始于意大利百力通(Breton)1987年10月6日的专利US4698010，工艺的整体流程大致是：混料——布料——压制——固化——切割、打磨、抛光、加工。百力通人造石生产设备的核心是真空下混料布料，真空振动下压制。用百力通人造石生产线生产出来的人造石密致、吸水率低、机械性能好。目前中国大多数人造石生产企业生产的人造石其设备要么是意大利进口的百力通生产线或国内仿意大利百力通的生产线。
人造石的原料主要由三大部分构成：粘合剂、填料及助剂。人造石产品按填料分类分成人造岗石及人造石英石。岗石的填料以碳酸钙为主，石英石的填料以二氧化硅为主；按粘合剂分类分成有机人造石或称之为树脂人造石和无机人造石。
不饱和聚酯树脂因为成本低，使用方便，所以被广泛用作人造石的粘合剂。用不饱和聚酯树脂作为粘合剂制造的人造石可以满足作为室内台面板及墙面装饰用。但是，不饱和聚酯树脂耐候性差，用于室外受到限制。用于地面安装时，也由于聚酯树脂本身耐化学性能较差，当长时间被渗过混凝土的高碱性水汽侵蚀时，聚酯发生水解降解，因而导致人造石地面出现板面翘曲、空鼓、开裂等问题。此外，不饱和聚酯树脂中20-30％的可挥发性活性稀释剂苯乙烯在生产过程，特别是在搅料及布料过程中的挥发，严重污染工作环境及自然环境，影响工人的身体健康，已成为目前不饱和聚酯树脂人造石急需要改进的工艺。
为了解决不饱和聚酯树脂人造石以上的问题，以硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或其他无机化合物为粘合剂的无机人造石越来越受到重视。对现有技术文献检索，以下中国专利公开号都涉及无机人造石制造：CN101357842A涉及一种高强度无机人造石的制备方法；CN101948293B公开了一种新型非水泥基无机人造石板材及制造方法；CN101913806B公开一种水泥基人造石及其生产工艺；CN103204663A公开了一种用固体废渣的人造石；CN103613355A涉及一种地聚物基无机人造石；CN100450963C涉及一种建筑饰面水泥基人造石；CN102584322B涉及一种高强轻质人造石制造；CN104276795A公开了一种高强度复合型无机人造石及其制备；CN103313953B公开了一种无机人造石及其制备方法。
无机人造石与树脂型有机人造石主要的区别在于将填料粘合在一起的粘合剂。在树脂人造石，树脂作为粘合剂，也作为液体填充剂填充在填料颗粒间的空隙，固化后成为人造石的一部分，所以树脂人造石孔隙率很小，吸水率很低。
在无机人造石，将填料粘合在一起的是无机胶凝材料，水通常是无机胶凝材料组合里的一个组分。物料体系的水可以分成三部分：用于与胶凝材料水合反应的水、维系物料可操作的水、多余的水。与胶凝材料反应引发胶凝材料胶凝的水经与胶凝材料反应存留在人造石里，成为人造石的一部分；用来操作物料及多余的水在无机石固化过程中，从人造石中挥发。这部分水在挥发过程中留下的通道成为毛细孔存在于无机人造石内部，决定了所制备无机人造石的孔隙率、吸水率、及机械强度。所以无机人造石的吸水率及机械强度与集料的水灰比有密切关系。
无机人造石与树脂型有机人造石另一个主要的区别在于物料的流动性。树脂型人造石通过对填料粉体的改性提高物料流动性，集料容易被压得密致。另一方面，树脂作为粘合剂，也作为液体填充剂填充在填料颗粒间的空隙，所以树脂人造石对填料的级配要求不高。无机人造石物料的流动性比较差，为了获得比较好的流动性，要么增加减水剂要么增加水含量。增加减水剂量增加成本，过量的减水剂还带来严重缓凝或水泥析出负面效应。加大物料含水量带来的负面现象如上所述：孔隙率增大、吸水率增高、机械强度降低。
所以，尽可能降低物料的含水量同时提高物料的流动性，是获得高性能无机人造石的重要手段。以上所查阅的无机人造石制造文献，无一涉及提高物料流动性这方面工艺技术。
发明内容
一种高性能的无机人造石方料的制造工艺，其方料集料具有良好的流动性，可压制出高性能板材的大块方料。
其集料由胶凝材料及无机矿物填料组成。胶凝材料由无机硅酸盐或铝酸盐水泥及其使其胶凝的液体水及其他功能性添加剂组成。无机矿物填料为各种碳酸盐矿物、铝酸盐矿物、硅酸盐矿物、氧化物矿物、直接来自于矿山开采或加工废料。集料具有最紧密堆积级配。集料含有超细矿物粉。集料最紧密堆积计算公式为Andreassen公式。超细矿物粉包括碳酸钙粉、或微硅粉、或煅烧高岭土粉、或一种以上混合粉。
本发明者发现，以下两个方法能有效提高无机人造石制造过程中集料的流动状态及密致性，因而能有效地提高无机人造石的性能。
1、填料最紧密堆积方法
当填料处于最紧密堆积时，填料颗粒间的空隙率最小，因此可以把颗粒间的水“挤压”出来，相当于用较少的水就能使料态达到较好的流动状态。此外，当填料处于最紧密堆积时，填料之间只需要最少的胶凝材料就可以将填料颗粒粘结在一起。在无机人造石，固化的胶凝材料结构相对于填料通常都是比较疏松，其强度因此不如填料。所以减少填料颗粒间的胶凝材料有助于无机人造石强度的提高。
填料最紧密堆积法主要是依据修正的Andreassen公式计算填料级配。修正的Andreassen公式如下：
式中，A为粒径小于某一粒径D的填料的累积百分率。DL为填料中最大的粒径，DS为最小的粒径，q为修正系数，通常取值0.20-0.6，更优的选择在0.3-0.5。
实施例里填料的级配正是依据此公式计算一系列不同粒径填料的百分量，然后以可用填料的粒径为中心，收集以此粒径为中心的两端粒径作为一个粒径集合，最终组合成填料级配。
2、超细粉活化流动性
在无机石填料粉体里加入一定量的超细(0.1-3微米)微硅粉、煅烧高岭土粉、碳酸钙粉、或一种以上混合粉能使粒径在10-100微米的粉体具有更好的流动性。本发明者无意将此现象与任何理论相联系，但是可以理解为加入一定量的超细粉，能使粒径在10-100微米的粉体颗粒表面包裹了一层微小颗粒，使颗粒较粗的填料表面更圆滑，因而减少物料颗粒间的摩擦系数，提高物料的流动性，从而提高荒料压制的密致性，类似于树脂人造石的粉体改性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的权利要求书做进一步说明，但不构成对本发明的任何限制，任何以本发明的技术方案为基础所作出的有限次修改仍然属于本发明所要保护的内容。
一种高性能的无机人造石方料的制造工艺，其方料集料具有良好的流动性，可压制出高性能板材的大块方料。
其集料由胶凝材料及无机矿物填料组成。胶凝材料由无机硅酸盐或铝酸盐水泥及其使其胶凝的液体水及其他功能性添加剂组成。无机矿物填料为各种碳酸盐矿物、铝酸盐矿物、硅酸盐矿物、氧化物矿物、直接来自于矿山开采或加工废料。集料具有最紧密堆积级配。集料含有超细矿物粉。集料最紧密堆积计算公式为Andreassen公式。超细矿物粉包括碳酸钙粉、或微硅粉、或煅烧高岭土粉、或一种以上混合粉。
实施例1石英石方料
添加剂组分
| 原料 | 含量％(水泥量) |
| 减水剂 | 2.0 |
| 缓凝剂 | 0.2 |
| 抗返碱剂 | 0.4 |
| 其它添加剂 | 0.1 |
实施工艺：将800目以上超细粉预搅拌3-5分钟后加入各种目数的砂粉-水泥混合料体里混合均匀。用200公斤左右的水将添加剂配成水溶液后分两次加入已经混合好的粉体，添加剂溶液加完后，视混合体的料态继续加水，当所加的水的总量达到水灰比0.2-0.25左右时，要密切关注料态的变化，如料态在搅拌过程中呈现成团状态，但在翻滚过程中团状仍可以散开，则可以开启真空，达到需要的真空状态后即可开始将料布入模具、开启振动压制等程序。
压制好的方料24小时后可以脱模，脱模后用塑料薄膜包裹养护，28天后可以开锯方料成板并打磨。
实施例2岗石方料
添加剂组分
| 原料 | 含量％(水泥量) |
| 减水剂 | 2.5 |
| 缓凝剂 | 0.2 |
| 抗返碱剂 | 0.4 |
| 其它添加剂 | 0.1 |
实施工艺与实施例1相同
检测结果
与可查阅到的无机人造石制造文献提供的检测数据相比，本发明的工艺制出的无机人造石其性能更优越。
上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的改变、装饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种生产高性能无机人造石方料的制造工艺，其特征是：方料中填料按最紧密堆积理论Andreassen计算公式计算级配：
式中，A为粒径小于某一粒径D的填料的累积百分率，DL为填料中最大的粒径，DS为最小的粒径，q为修正系数，取值在0.3-0.5；方料中含有可促进集料流动性的超细粉体，超细粉体为微硅粉；方料由以下组分组成：52.5白水泥22％，微硅粉2.00％，1250目填料1.50％，800目填料1.50％，325目填料8.00％，70-120目填料8.00％，40-70目填料2.00％，26-40目填料8.00％，16-26目填料11.00％，8-16目填料14.00％，6-8目填料8.00％，4-6目填料14.00％，方料中添加剂各组分占水泥用量的百分比如下：减水剂2.0％，缓凝剂0.2％，抗返碱剂0.4％，其它添加剂0.1％；具体实施工艺如下：将800目以上微硅粉预搅拌3-5分钟后加入各种目数的填料与水泥混合料体里混合均匀，用200公斤的水将添加剂配成水溶液后分两次加入已经混合好的粉体，添加剂溶液加完后，视混合体的料态继续加水，当所加的水的总量达到水灰比0.2-0.25时，要密切关注料态的变化，如料态在搅拌过程中呈现成团状态，但在翻滚过程中团状仍可以散开，则可以开启真空，达到需要的真空状态后即可开始将料布入模具、开启振动压制的程序，压制好的方料24小时后可以脱模，脱模后用塑料薄膜包裹养护，28天后可以开锯方料成板并打磨。
2.根据权利要求1所述的高性能的无机人造石方料的制造工艺，其特征是，填料为各种碳酸盐矿物、铝酸盐矿物、硅酸盐矿物、氧化物矿物、直接来自于矿山开采或加工废料。
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