CN114940603B - 一种高强度再生石材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案公开了一种高强度再生石材，包括以下重量份数的原料：石材废料加工石子30～40份、矿山废料15～25份、普通硅酸盐水泥25～40份、偏高岭土混合物1516～2022份、壳聚糖添加剂1～2份、粘结剂3～5份超塑化剂1.5～2份、减缩剂0.8～1.2份、减水剂0.9～1.5份和水7～10份；通过石材废料加工石子、矿山废料、普通硅酸盐水泥、偏高岭土混合物、超塑化剂、减缩剂、减水剂和水的相互配合，最终得到高强度的再生石材，节约资源，有利于环境的保护。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种高强度再生石材及其制备方法。
背景技术
石材矿山开采的过程中产生了大量的废石料，且在加工石材的过程中，将会产生大约为荒料25％、毛板总量1/5的边角余料，大多数石材生产基地产生的废料逐年积累，大量废石料无法得到充分的利用，对环境造成了二次污染。随着技术的发展，将石材矿山开采过程中产生的废石料、及石材加工过程中产生的边角余料等石材废料进行重复利用，用来生产人造石材。但是目前市场上的人造石材的强度通常较低，耐久性较差。
专利CN 106278359B公开了一种高强度保温石材板及其制备方法，所述的高强度保温石材板由包含如下重量百分比的原料制成：瓷砖废料40％～60％；高岭土35％～45％、发泡剂0.5～2.0％、矿砂3％～8％、釉料5％～10％，每立方厘米高强度保温石材板中含有2000个以上的独立孔，高强度保温石材板质量轻，密度小，强度高，具有良好的保温隔热功能，但是整体的强度较低，在城市建筑等领域中的应用受到限制。
现有的石材废料进行重复利用时，为了提高再生产品的强度，通常是对石材废料进行改性处理，提高各成分间的结合力，从而提高再生产品的强度，但是改性处理操作步骤复杂，且成本较高，不环保，产品的强度仍然较低。
发明内容
为了解决现有的技术问题，本发明提供了一种高强度再生石材及其制备方法，通过石材废料加工石子、矿山废料、普通硅酸盐水泥、偏高岭土混合物、超塑化剂、减缩剂、减水剂和水的相互配合，最终得到高强度的再生石材，节约资源，有利于环境的保护。
本发明的技术方案是：一种高强度再生石材，包括以下重量份数的原料：石材废料加工石子30～40份、矿山废料15～25份、普通硅酸盐水泥25～40份、偏高岭土混合物16～22份、超塑化剂1.5～2份、减缩剂0.8～1.2份、减水剂0.9～1.5份和水7～10份；
所述石材废料加工石子由以下重量百分比的原料组成：粒径为2mm～5mm的石子15％～25％、粒径为1mm～2mm的石子35％～45％、粒径为0.6mm～1mm的石子15％～25％和粒径为0.6mm以下的石子20～25％。
进一步地，所述偏高岭土混合物包括活性偏高岭土、硅灰和纳米材料按(10～13)：(5～7)：(1～2)的质量比混合制成。
进一步地，所述纳米材料为纳米碳酸钙和纳米二氧化硅中的至少一种。
进一步地，所述超塑化剂包括醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按(1～5)：(1.3～3.0)的质量比混合制成。
进一步地，所述减缩剂包括二元醇聚合减缩剂和多元醇共聚减缩剂按(0.4～1.2)：(0.7～2)的质量比混合制成。
进一步地，所述减水剂包括木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐甲醛缩聚物减水剂、磺化三聚氰胺甲醛缩聚物减水剂和聚羧酸减水剂的至少一种。
一种高强度再生石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料制备，将矿山废料加入粉碎机中粉碎20～30min，过20～30目筛，得到矿山废料；将石材废料通过破碎设备进行破碎，再筛分为不同粒径的石子，按照重量百分比，将粒径为2mm～5mm的石子15％～25％、粒径为1mm～2mm的石子35％～45％、粒径为0.6mm～1mm的石子15％～25％和粒径为0.6mm以下的石子20～25％混合，得到石材废料加工石子；将活性偏高岭土、硅灰和纳米材料按(10～13)：(5～7)：(1～2)的质量比混合均匀，制成偏高岭土混合物；将醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按(1～5)：(1.3～3)的质量比混合均匀，制成超塑化剂；将二元醇聚合减缩剂和多元醇共聚减缩剂按(0.4～1.2)：(0.7～2)的质量比混合均匀，制成减缩剂；
(2)混合搅拌，按照重量份数计，先将30～40份石材废料加工石子、15～25份矿山废料和16～22份偏高岭土混合物加入搅拌机中，搅拌10～15min，然后加入25～40份普通硅酸盐水泥、1.5～2份超塑化剂、0.8～1.2份减缩剂、0.9～1.5份减水剂和7～10份水，搅拌60～90min，将所有原料混合搅拌均匀；
(3)机械模压，原料混合搅拌完成后，将原料投入静压成型设备的下模中，利用上模下压，使原料成型，在下压的同时进行抽真空，将成型的原料、下模和上模一同在室温条件下静置1天，脱模，得到预处理再生石材；
(4)加温养护，将预处理再生石材转移至人工养护室进行堆放，在60～70℃的环境下养护3天，然后在20～25℃的环境下养护7天，得到高强度的再生石材。
进一步地，所述步骤(2)中上模下压的压力为30～35MPa。
本发明通过四个方面来提高再生石材的强度，第一方面是调整骨料的颗粒级配；将石材废料进行破碎后，再筛分为不通粒径的石子，通过间断级配的石子进行混合，对所有粒径的石子进行利用，提高了对石材废料的利用率；且通过不同粒径的石子的重量配比，可以看出，为了增加对粒径为0.6mm以下的石子的利用，将粒径为2mm～5mm的石子、粒径为1mm～2mm的石子、粒径为0.6mm～1mm的石子和粒径为0.6mm以下的石子的量的多少进行交替设置，且整体的粒径分布较为均匀，尤其是保证粒径为0.6mm～1mm的石子比粒径为0.6mm以下的石子的量稍微减少，从而使得骨料符合要求，保证最终生产的再生石材具有高强度。
第二方面是矿山废料掺量，矿山废料进行粉碎后再过20～30目筛，使得矿山废料的粒径较小，将矿山废料的量与粒径为0.6mm～1mm的石子的用量相似，从而保证最终生产的再生石材的强度较高。
第三方面是偏高岭土混合物掺量，在制备再生石材的过程中添加适量的偏高岭土，偏高岭土具有疏水性，容易在原料中混合分散均匀，高岭土的加入，减少了普通硅酸盐水泥的用量，且改善自流平特性，提供较好的平整面，且偏高岭土中的活性成分有水硅酸铝与普通硅酸盐水泥水化析出的氢氧化钙反应生成具有凝胶性质的水化钙铝黄长石和二次C-S-H凝胶，这些水化产物使最终的再生石材的抗压、抗弯和劈裂抗拉强度增强。
此外，偏高岭土和硅灰起到了微集料效应，增加化学反应活性，可加速水化，在发生水化的同时形成水化晶体，使偏高岭土和硅灰的化学微观结构更加致密，使的整体的再生石材结构更加密实，抑制再生石材自身干缩的作用大于自收缩效应，从而降低再生石材裂缝产生的概率，提高再生石材的耐久性。纳米碳酸钙和纳米二氧化硅的颗粒小，可以充分填充再生石材的孔结构，抑制再生石材的收缩。
第四方面是制备步骤中的加温养护，先在60～70℃的环境下养护，有利于再生石材中的交联体系进一步稳定，从而使得再生石材的强度更加稳定；再在20～25℃条件下进行养护，有利于再生石材在各个温度和环境下的强度维持稳定。
超塑化剂中的醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物的混合物进行复合效应使塑化剂具有更好的塑化性，提高塑化效率。减水剂提高了石材废料加工石子和矿山废料的延伸率从而提高石材废料加工石子和矿山废料的抗冲击韧性，也能使石材废料加工石子和矿山废料有良好的分散作用，同时减水剂有一定的渗透性，混合后充分浸润硅酸盐水泥颗粒表面，进而有助于硅酸盐水泥的进一步水化以及再生石材强度的提高；偏高岭土、硅灰、纳米颗粒、塑化剂、减缩剂和减水剂相互协同，可以穿过硅酸盐水泥、石材废料加工石子和矿山废料中的孔洞、裂隙，改善了骨料与水泥水化产物的粘结，从而提高了再生石材的耐磨性。
采用上述技术方案，本发明实现的有益效果如下：
(1)本发明通过石材废料加工石子、矿山废料、普通硅酸盐水泥、偏高岭土混合物、超塑化剂、减缩剂、减水剂和水的相互配合，从骨料的颗粒级配、矿山废料掺量、偏高岭土混合物掺量以及制备过程中的加温养护五个方面提高再生石材的强度，最终得到高强度的再生石材，且对石材废料、矿山废料进行回收利用，实现废物资源利用，变废为宝，节约资源，减少环境污染，不使用大量的化学添加剂，有利于环境的保护。
(2)原料易得，制备方法简单，成本低，制备的高强度再生石材可以替代传统建筑材料，用在广场道路建设等方面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种高强度再生石材，包括以下重量份数的原料：石材废料加工石子34kg、矿山废料21kg、普通硅酸盐水泥30kg、偏高岭土混合物18.8kg、超塑化剂1.8kg、减缩剂1kg、木质素磺酸盐减水剂1.2kg和水8kg；
所述石材废料加工石子由以下重量百分比的原料组成：粒径为2mm～5mm的石子6.8kg、粒径为1mm～2mm的石子13.6kg、粒径为0.6mm～1mm的石子6.12kg和粒径为0.6mm以下的石子7.48kg；
所述偏高岭土混合物包括活性偏高岭土10kg、硅灰6.8kg和纳米二氧化硅2kg。
所述超塑化剂包括醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物0.6kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按1.2kg。
所述减缩剂包括二元醇聚合减缩剂0.2kg和多元醇共聚减缩剂0.8kg。
一种高强度再生石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料制备，将矿山废料加入粉碎机中粉碎20min，过20目筛，得到矿山废料；将石材废料通过破碎设备进行破碎，再筛分为不同粒径的石子，将粒径为2mm～5mm的石子6.8kg、粒径为1mm～2mm的石子13.6kg、粒径为0.6mm～1mm的石子6.12kg和粒径为0.6mm以下的石子7.48kg混合，得到石材废料加工石子；将活性偏高岭土10kg、硅灰6.8kg和纳米二氧化硅2kg混合均匀，制成偏高岭土混合物；将醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物0.6kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物1.2kg混合均匀，制成超塑化剂；将二元醇聚合减缩剂0.2kg和多元醇共聚减缩剂0.8kg混合均匀，制成减缩剂；
(2)混合搅拌，先将34kg石材废料加工石子、21kg矿山废料和18.8kg偏高岭土混合物加入搅拌机中，搅拌13min，然后加入30kg普通硅酸盐水泥、1.8kg塑化剂、1kg减缩剂、1.2kg木质素磺酸盐减水剂和8kg水，搅拌70min，将所有原料混合搅拌均匀；
(3)机械模压，原料混合搅拌完成后，将原料投入静压成型设备的下模中，利用上模下压，上模下压的压力为32MPa使原料成型，在下压的同时进行抽真空，将成型的原料、下模和上模一同在室温条件下静置1天，脱模，得到预处理再生石材；
(4)加温养护，将预处理再生石材转移至人工养护室进行堆放，在68℃的环境下养护3天，然后在25℃的环境下养护7天，得到高强度的再生石材。
实施例2
一种高强度再生石材，包括以下重量份数的原料：石材废料加工石子40kg、矿山废料15kg、普通硅酸盐水泥37kg、偏高岭土混合物18kg、超塑化剂1.6kg、减缩剂0.8kg、萘磺酸盐甲醛缩聚物减水剂1kg和水7kg；
所述石材废料加工石子由以下重量百分比的原料组成：粒径为2mm～5mm的石子9.2kg、粒径为1mm～2mm的石子16.8kg、粒径为0.6mm～1mm的石子6kg和粒径为0.6mm以下的石子8kg；
所述偏高岭土混合物包括活性偏高岭土11kg、硅灰5.5kg和纳米碳酸钙1.5kg。
所述超塑化剂包括醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物1kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按0.6kg。
所述减缩剂包括二元醇聚合减缩剂0.3kg和多元醇共聚减缩剂0.5kg。
一种高强度再生石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料制备，将矿山废料加入粉碎机中粉碎30min，过30目筛，得到矿山废料；将石材废料通过破碎设备进行破碎，再筛分为不同粒径的石子，将粒径为2mm～5mm的石子9.2kg、粒径为1mm～2mm的石子16.8kg、粒径为0.6mm～1mm的石子6kg和粒径为0.6mm以下的石子8kg混合，得到石材废料加工石子；将活性偏高岭土11kg、硅灰5.5kg和纳米碳酸钙1.5kg混合均匀，制成偏高岭土混合物；将醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物1kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物0.6kg混合均匀，制成超塑化剂；将二元醇聚合减缩剂0.3kg和多元醇共聚减缩剂0.5kg混合均匀，制成减缩剂；
(2)混合搅拌，先将40kg石材废料加工石子、15kg矿山废料和16kg偏高岭土加入搅拌机中，搅拌15min，然后加入37kg普通硅酸盐水泥、1.6kg塑化剂、0.8kg减缩剂、1kg萘磺酸盐甲醛缩聚物减水剂和7kg水，搅拌90min，将所有原料混合搅拌均匀；
(3)机械模压，原料混合搅拌完成后，将原料投入静压成型设备的下模中，利用上模下压，上模下压的压力为35MPa使原料成型，在下压的同时进行抽真空，将成型的原料、下模和上模一同在室温条件下静置1天，脱模，得到预处理再生石材；
(4)加温养护，将预处理再生石材转移至人工养护室进行堆放，在65℃的环境下养护3天，然后在20℃的环境下养护7天，得到高强度的再生石材。
对照组1
对照组1和实施例1的区别在于，对照组1将石材废料加工石子和矿山废料更换成5～25mm的连续级配碎石，具体如下。
一种高强度再生石材，包括以下重量份数的原料：5～25mm的连续级配碎石55kg、普通硅酸盐水泥30kg、偏高岭土混合物18.8kg、超塑化剂1.8kg、减缩剂1kg、木质素磺酸盐减水剂1.2kg和水8kg；所述偏高岭土混合物包括活性偏高岭土10kg、硅灰6.8kg和纳米二氧化硅2kg。
所述超塑化剂包括醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物0.6kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按1.2kg。
所述减缩剂包括二元醇聚合减缩剂0.2kg和多元醇共聚减缩剂0.8kg。
一种高强度再生石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料制备，将活性偏高岭土10kg、硅灰6.8kg和纳米二氧化硅2kg混合均匀，制成偏高岭土混合物；将醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物0.6kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物1.2kg混合均匀，制成超塑化剂；将二元醇聚合减缩剂0.2kg和多元醇共聚减缩剂0.8kg混合均匀，制成减缩剂；
(2)混合搅拌，先将55kg的5～25mm的连续级配碎石和18.8kg偏高岭土混合物加入搅拌机中，搅拌13min，然后加入30kg普通硅酸盐水泥、1.8kg塑化剂、1kg减缩剂、1.2kg木质素磺酸盐减水剂和8kg水，搅拌70min，将所有原料混合搅拌均匀；
(3)机械模压，原料混合搅拌完成后，将原料投入静压成型设备的下模中，利用上模下压，上模下压的压力为32MPa使原料成型，在下压的同时进行抽真空，将成型的原料、下模和上模一同在室温条件下静置1天，脱模，得到预处理再生石材；
(4)加温养护，将预处理再生石材转移至人工养护室进行堆放，在68℃的环境下养护3天，然后在25℃的环境下养护7天，得到高强度的再生石材。
对照组2
对照组2和实施例1的区别在于对照组2将偏高岭土混合物更换为普通硅酸盐水泥。
一种高强度再生石材，包括以下重量份数的原料：石材废料加工石子34kg、矿山废料21kg、普通硅酸盐水泥48.8kg、超塑化剂1.8kg、减缩剂1kg、木质素磺酸盐减水剂1.2kg和水8kg；
所述石材废料加工石子由以下重量百分比的原料组成：粒径为2mm～5mm的石子6.8kg、粒径为1mm～2mm的石子13.6kg、粒径为0.6mm～1mm的石子6.12kg和粒径为0.6mm以下的石子7.48kg；
所述偏高岭土混合物包括活性偏高岭土10kg、硅灰6.8kg和纳米二氧化硅2kg。
所述超塑化剂包括醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物0.6kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按1.2kg。
所述减缩剂包括二元醇聚合减缩剂0.2kg和多元醇共聚减缩剂0.8kg。
一种高强度再生石材的制备方法，包括以下步骤：
(1)原料制备，将矿山废料加入粉碎机中粉碎20min，过20目筛，得到矿山废料；将石材废料通过破碎设备进行破碎，再筛分为不同粒径的石子，将粒径为2mm～5mm的石子6.8kg、粒径为1mm～2mm的石子13.6kg、粒径为0.6mm～1mm的石子6.12kg和粒径为0.6mm以下的石子7.48kg混合，得到石材废料加工石子；将醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物0.6kg和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物1.2kg混合均匀，制成超塑化剂；将二元醇聚合减缩剂0.2kg和多元醇共聚减缩剂0.8kg混合均匀，制成减缩剂；
(2)混合搅拌，先将34kg石材废料加工石子和21kg矿山废料加入搅拌机中，搅拌13min，然后加入48.8kg普通硅酸盐水泥、1.8kg塑化剂、1kg减缩剂、1.2kg木质素磺酸盐减水剂和8kg水，搅拌70min，将所有原料混合搅拌均匀；
(3)机械模压，原料混合搅拌完成后，将原料投入静压成型设备的下模中，利用上模下压，上模下压的压力为32MPa使原料成型，在下压的同时进行抽真空，将成型的原料、下模和上模一同在室温条件下静置1天，脱模，得到预处理再生石材；
(4)加温养护，将预处理再生石材转移至人工养护室进行堆放，在68℃的环境下养护3天，然后在25℃的环境下养护7天，得到高强度的再生石材。
性能测试
对实施例1～2，对照组1～2的抗压强度和抗折强度进行测试，性能测试结果如表1所示。
表1再生石材的性能测试结果
| 组别 | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) | |
| 实施例1 | 158 | 22 | |
| 实施例2 | 152 | 21 | |
| 对照组1 | 146 | 19 | |
| 对照组2 | 98 | 11 |
从表1的数据可以看出，实施例1和实施例2的抗压强度≥120Mpa、抗折强度≥20Mpa；对照组1的抗压强度和抗折强度与对照组1相似，说明实施例1～2中不同粒径的石子和矿山废料的用量的合理设置，使得再生石材维持较高的抗压强度和抗折强度，有利于维持再生石材的高强度的稳定。对照组2的抗压强度和抗折强度显著低于实施例1～2，说明实施例1中偏高岭土混合物的使用显著增强了再生石材的抗压强度、抗折强度，从而证明本发明中偏高岭土混合物的使用，显著提高了再生石材的强度。
Claims (2)
1.一种高强度再生石材，其特征在于：由以下重量份数的原料组成：石材废料加工石子30~40份、矿山废料15~25份、普通硅酸盐水泥25~40份、偏高岭土混合物16~22份、超塑化剂1.5~2份、减缩剂0.8~1.2份、减水剂0.9~1.5份和水7~10份；
所述偏高岭土混合物由活性偏高岭土、硅灰和纳米材料按（10~13）：（5~7）：（1~2）的质量比混合组成；
所述纳米材料为纳米碳酸钙和纳米二氧化硅中的至少一种；
所述石材废料加工石子的制备方法为将石材废料通过破碎设备进行破碎，再筛分为不同粒径的石子，按照重量百分比，将粒径为2mm～5mm的石子15%~25%、粒径为1mm～2mm的石子35%~45%、粒径为0.6mm～1mm的石子15%~25%和粒径为0.6mm以下的石子20~25%混合；
所述矿山废料的制备方法为将矿山废料加入粉碎机中粉碎20~30min，过20~30目筛；
所述超塑化剂为醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按（1~5）：（1.3~3.0）的质量比混合制成；
所述减缩剂为二元醇聚合减缩剂和多元醇共聚减缩剂按（0.4~1.2）：（0.7~2）的质量比混合制成；
所述减水剂为木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐甲醛缩聚物减水剂、磺化三聚氰胺甲醛缩聚物减水剂和聚羧酸减水剂的至少一种。
2.如权利要求1所述的一种高强度再生石材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）原料制备，将活性偏高岭土、硅灰和纳米材料按（10~13）：（5~7）：（1~2）的质量比混合均匀，制成偏高岭土混合物；将醋酸乙烯酯-丙烯酸酯-高级脂肪酸乙烯酯三元共聚物和氯乙烯-乙烯-月桂酸乙烯酯三元共聚物按（1~5）：（1.3~3）的质量比混合均匀，制成超塑化剂；将二元醇聚合减缩剂和多元醇共聚减缩剂按（0.4~1.2）：（0.7~2）的质量比混合均匀，制成减缩剂；
（2）混合搅拌，按照重量份数计，先将30~40份石材废料加工石子、15~25份矿山废料和16~22份偏高岭土混合物加入搅拌机中，搅拌10~15min，然后加入25~40份普通硅酸盐水泥、1.5~2份超塑化剂、0.8~1.2份减缩剂、0.9~1.5份减水剂和7~10份水，搅拌60~90min，将所有原料混合搅拌均匀；
（3）机械模压，原料混合搅拌完成后，将原料投入静压成型设备的下模中，利用上模下压，使原料成型，上模下压的压力为30~35Mpa，在下压的同时进行抽真空，将成型的原料、下模和上模一同在室温条件下静置1天，脱模，得到预处理再生石材；
（4）加温养护，将预处理再生石材转移至人工养护室进行堆放，在60~70℃的环境下养护3天，然后在20~25℃的环境下养护7天，得到高强度的再生石材。
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