CN115572104A - 一种原位生成纤维增强的人造石及其制备方法 - Google Patents

一种原位生成纤维增强的人造石及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体公开了一种原位生成纤维增强的人造石的制备方法，将钢渣、水性环氧树脂和水混合得到浆料；将所述浆料置于模具中，将其压制成型，制成生胚；将所述生胚置于反应釜中，在CO2气氛下反应并硬化，制得人造石成品。本发明所使用的水性环氧树脂的可溶性和易成膜有助于填充人造石的孔隙，形成三维纤维/膜框架，提升其致密度和抗折强度。由于水性环氧树脂纤维/膜可填充人造石胚体孔隙且其可与水形成氢键，这一性质也减缓了胚体水分的流失速率，从而延长活性物质存在时间，促进人造石的碳化，进而得到性能更加优异的人造石材料。

Description

一种原位生成纤维增强的人造石及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种原位生成纤维增强的人造石及其制备方法。
背景技术
近年来，随着“低碳经济”和“绿色经济”的发展，人造石制备技术应运而生，该技术具有工艺简单、成本低、无污染的特点，且所制备人造石的基本物理性能优越，可用于建筑外墙表面及室内外地板/砖的铺设。然而，在人造石的制备过程中，由于人造石孔隙较多且碳化过程大量放热，这会导致水分挥发过快，进而影响碳化反应的速率和程度；另一方面，由于水分挥发导致活性物质比例降低且由外而内的反应限制了人造石内部反应的进行，这限制了更大厚度人造石的制备；此外，在人造石使用过程中，随着日常的磨损、踩踏及行车的碾压，所制备的人造石容易产生断裂而损坏。因此，通过工艺优化以制备应用范围更广、力学性能更强的人造石的需求变得迫在眉睫。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种原位生成纤维增强的人造石及其制备方法，本发明提供的原位生成纤维增强的人造石强度更大，具有更长的使用寿命。
本发明提供了一种原位生成纤维增强的人造石，由包括以下物料的原料制备得到：
钢渣、环氧树脂溶液。
优选的，所述环氧树脂为水性环氧树脂。
优选的，所述钢渣和环氧树脂溶液的质量比(85～95)：(5～15)。
优选的，所述钢渣的粒度为50～325目。
优选的，所述环氧树脂溶液包括：环氧树脂和水；
所述环氧树脂和水的质量比为(1～10)：(90～99)。
本发明提供了一种上述技术方案所述的原位生成纤维增强的人造石的制备方法，包括：
将钢渣和环氧树脂溶液混合，得到浆料；
将所述浆料压制成型，得到生坯；
将所述生坯在CO2的气氛下进行硬化，得到原位生成纤维增强的人造石。
优选的，所述环氧树脂溶液的制备方法包括：
将环氧树脂和水混合后加热，得到环氧树脂溶液；
优选的，所述加热的温度为50～100℃。
优选的，所述压制成型过程中的压力为5～50MPa。
优选的，所述硬化过程中的CO2的压力为0.04～0.30MPa。
本发明研究发现，在人造石改进及性能增强技术中，纤维增强技术具有操作简单且成本低廉的优点。本发明提供了一种原位生成纤维增强的人造石的制备方法，通过添加水性环氧树脂溶液，并在脱水过程中原位形成纤维/膜，可以有效地提升所制备的人造石的断裂韧性，本发明中水性环氧树脂纤维/膜的高比强度有助于提升人造石的抗折强度。此外，原位生成的水性环氧树脂纤维/膜可以填充于基体的缝隙，并形成三维纤维/膜框架，从而可以与胚体形成更强的结合力，提升人造石产品的致密度和抗折强度。另外，由于水性环氧树脂纤维/膜可填充人造石胚体孔隙且其可与水形成氢键，也减缓了胚体水分的流失速率，从而延长活性物质的存在时间，促进人造石的碳化，进而得到性能更加优异的人造石材料。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种原位生成纤维增强的人造石，由包括以下物料的原料制备得到：
钢渣、环氧树脂溶液。
在本发明中，所述钢渣优选为炼钢所产生的固体废弃物，成分优选包括：氧化钙、氧化硅、氧化镁、氧化铁和氧化钛的一种或多种。
在本发明中，所述钢渣的粒度优选为50～325目，更优选为100～300目，更优选为150～250目，最优选为200目。
在本发明中，所述环氧树脂溶液优选包括：环氧树脂和水。
在本发明中，所述环氧树脂优选为水性环氧树脂；所述环氧树脂的聚合度可以为低聚合物、中聚合物度、高聚合度或超高聚合度。
在本发明中，所述环氧树脂和水的质量比优选为(1～10)：(90～99)，更优选为(2～8)：(92～98)，更优选为(3～6)：(94～97)，最优选为(4～5)：(94～95)。
在本发明中，所述环氧树脂溶液的制备方法优选包括：
将环氧树脂和水混合后加热，得到环氧树脂溶液。
在本发明中，所述加热的温度优选为50～100℃，更优选为60～90℃，最优选为70～80℃；所述混合优选为搅拌溶解；优选加热后冷却，得到环氧树脂溶液。
在本发明中，所述钢渣和环氧树脂溶液的质量比优选为(85～95)：(5～15)，更优选为(88～92)：(8～12)，最优选为90：10。
本发明提供了一种上述技术方案所述的原位生成纤维增强的人造石的制备方法，包括：
将钢渣和环氧树脂溶液混合，得到浆料；
将所述浆料压制成型，得到生坯；
将所述生坯在CO2的气氛下进行硬化，得到原位生成纤维增强的人造石。
在本发明中，所述压制成型优选在模具中进行；所述压制成型的压力优选为5～50MPa，更优选为10～40MPa，最优选为20～30MPa；所述压制成型的温度优选为10～30℃，更优选为15～25℃，最优选为20℃；所述压制成型的温度优选为室温；所述压制成型的时间优选为30～180s，更优选为50～150s，更优选为80～120s，最优选为100s。
本发明对所述CO2的来源没有特殊的限制，可以为工业废气富集得到，对所述工业废气的种类、来源及富集方式没有特殊限定，按照本领域熟知的富集过程得到一定纯度的CO2气体即可。
在本发明中，所述优选在反应釜中进行，所述硬化过程中CO2的气体分压优选为0.04～0.30MPa，更优选为0.05～0.25MPa，更优选为0.1～0.2MPa，最优选为0.15MPa；所述硬化的温度优选为10～40℃；所述硬化的温度优选为室温；所述硬化的时间优选为12～120h，更优选为30～100h，更优选为50～90h，最优选为72h。
本发明提供的原位生成纤维增强的人造石及其制备方法，通过添加水性环氧树脂溶液，并在脱水过程中原位形成纤维/膜，可以有效地提升制备的人造石的断裂韧性，本发明中的水性环氧树脂纤维/膜的高比强度有助于提升人造石的抗折强度。此外，本发明中原位生成的水性环氧树脂纤维/膜可以填充于基体的缝隙，并形成三维纤维/膜框架，从而可以与胚体形成更强的结合力，提升人造石产品的致密度和抗折强度。另一方面，由于水性环氧树脂纤维/膜可填充人造石胚体孔隙且其可与水形成氢键，这也减缓了胚体水分的流失速率，从而延长活性物质存在时间，促进人造石的碳化，进而得到性能更加优异的人造石材料。
本发明以下实施例中所采用的钢渣为炼钢所产生的固体废弃物，成分包括：氧化钙、氧化硅、氧化镁、氧化铁和氧化钛的一种或多种，钢渣粒度为50～325目；水性环氧树脂为麦克林公司提供的E871957型号的产品。
实施例1
钢渣重量百分含量为95.00％，质量浓度为1％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为5.00％；将上述配比称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在8MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.05MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照GB/T 50081-2022《普通混凝土力学性能试验方法标准》方法，对实施例1制备得到的人造石产品进行断裂韧性检测，检测结果为，其断裂韧性为18.7MPa。
实施例2
钢渣重量百分含量为92.00％，质量浓度为2％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为8.00％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在15MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.02MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例2制备得到的人造石成品断裂韧性为23.4MPa。
实施例3
钢渣重量百分含量为93.00％，质量浓度为3％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为7.00％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在20MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.13MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例3制备得到的人造石成品断裂韧性为25.3MPa。
实施例4
钢渣重量百分含量为88.00％，质量浓度为5％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为12.00％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在10MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.10MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例4制备得到的人造石成品断裂韧性为27.8MPa。
实施例5
钢渣重量百分含量为94.00％，质量浓度为6％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为6.00％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在25MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.07MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例5制备得到的人造石成品断裂韧性为22.1MPa。
实施例6
钢渣重量百分含量为85.00％，质量浓度为7％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为15.00％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在28MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.25MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例6制备得到的人造石成品断裂韧性为21.5MPa。
实施例7
钢渣重量百分含量为91.00％，质量浓度为8％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为9.00％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在35MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.30MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例7制备得到的人造石成品断裂韧性为23.5MPa。
实施例8
钢渣重量百分含量为90.00％，质量浓度为9％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为10.00％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在40MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.03MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例8制备得到的人造石成品断裂韧性为19.5MPa。
实施例9
钢渣重量百分含量为87.50％，质量浓度为10％的水性环氧树脂水溶液的重量百分含量为12.50％；将上述称量好的钢渣和水性环氧树脂水溶液加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在45MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.06MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测实施例9制备得到的人造石成品断裂韧性为18.7MPa。
对比例1
钢渣重量百分含量为95.00％，水的重量百分含量为5.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在8MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.05MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例1制备得到的人造石成品断裂韧性为11.2MPa。
对比例2
钢渣重量百分含量为92.00％，水的重量百分含量为8.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在15MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.02MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例2制备得到的人造石成品断裂韧性为15.6MPa。
对比例3
钢渣重量百分含量为93.00％，水的重量百分含量为7.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在20MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.13MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例3制备得到的人造石成品断裂韧性为17.2MPa。
对比例4
钢渣重量百分含量为88.00％，水的重量百分含量为12.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在10MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.10MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例4制备得到的人造石成品断裂韧性为18.3MPa。
对比例5
钢渣重量百分含量为94.00％，水的重量百分含量为6.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在25MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.07MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例5制备得到的人造石成品断裂韧性为15.4MPa。
对比例6
钢渣重量百分含量为85.00％，水的重量百分含量为15.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在28MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.25MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例6制备得到的人造石成品断裂韧性为14.3MPa。
对比例7
钢渣重量百分含量为91.00％，水的重量百分含量为9.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在35MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.30MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例7制备得到的人造石成品断裂韧性为16.1MPa。
对比例8
钢渣重量百分含量为90.00％，水的重量百分含量为10.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在40MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；
将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.03MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例8制备得到的人造石成品断裂韧性为12.3MPa。
对比例9
钢渣重量百分含量为87.50％，水的重量百分含量为12.50％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在45MPa的成型压强下将其压制120s成型，制成生胚；将所述生胚置于反应釜中，室温下在0.06MPa的CO2分压下反应并硬化72h，得到人造石成品。
按照实施例1的检测方法，检测对比例9制备得到的人造石成品断裂韧性为11.2MPa。
对比例10
钢渣重量百分含量为97.50％，水的重量百分含量为2.50％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在5～45MPa的成型压强下将其压制，均由于样品分层而无法压制成型。
对比例11
钢渣重量百分含量为75.00％，水的重量百分含量为25.00％；将上述配比称量好的钢渣和水加入搅拌装置搅拌，形成浆料；
将所述浆料置于模具中，室温下在5～45MPa的成型压强下将其压制，浆料渗水、粘附于模具表面无法脱模，进而无法压制成型。
通过实施例1～9及对比例1～11可知，通过添加水性环氧树脂纤维/膜，可以有效地提升所制备人造石的断裂韧性。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (10)

1.一种原位生成纤维增强的人造石，由包括以下物料的原料制备得到：
钢渣、环氧树脂溶液。
2.根据权利要求1所述的原位生成纤维增强的人造石，其特征在于，所述环氧树脂为水性环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的原位生成纤维增强的人造石，其特征在于，所述钢渣和环氧树脂溶液的质量比(85～95)：(5～15)。
4.根据权利要求1所述的原位生成纤维增强的人造石，其特征在于，所述钢渣的粒度为50～325目。
5.根据权利要求1所述的原位生成纤维增强的人造石，其特征在于，所述环氧树脂溶液包括：环氧树脂和水；
所述环氧树脂和水的质量比为(1～10)：(90～99)。
6.一种权利要求1所述的原位生成纤维增强的人造石的制备方法，包括：
将钢渣和环氧树脂溶液混合，得到浆料；
将所述浆料压制成型，得到生坯；
将所述生坯在CO2的气氛下进行硬化，得到原位生成纤维增强的人造石。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述环氧树脂溶液的制备方法包括：
将环氧树脂和水混合后加热，得到环氧树脂溶液。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加热的温度为50～100℃。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述压制成型过程中的压力为5～50MPa。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述硬化过程中的CO2的压力为0.04～0.30MPa。
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