CN116924743A - 一种超薄高强复合环保无机人造石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种超薄高强复合环保无机人造石及其制备方法。本发明提供的无机人造石包括饰面层和结构层；饰面层混合料包括水泥56‑75份、辅助胶凝材料8‑12份、活性粉体10‑20份、325硅粉15‑25份、细再生混凝土骨料70‑80份、粗再生混凝土骨料20‑30份、减水剂1‑3份、水7‑15份和增韧剂2‑4份；结构层混合料在饰面层混合料基础上增加钢纤维15份。本发明根据饰面层和结构层的特点采用不同的混合料，结构层中添加短切钢纤维，在保证超薄高强的同时，又不影响无机人造石的装饰作用，从而制备出超薄高强复合环保无机人造石，降低无机人造石的厚度和重量，极大提升强度和施工便利性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种超薄高强复合环保无机人造石及其制备方法。
背景技术
人造石作为一种新型装饰建筑材料，无机人造石在生产过程中具有绿色、环保等优点，主要应用于广场铺贴、外墙干挂、室内地面等场景。无机人造石是以石材碎料、工业尾矿、建筑固废、粉体为主要骨料，以无机胶凝材料为主要粘合剂，经加工而成的人造石板材，由于大量使用了无机矿物填充料，生产出的无机人造石厚而重，给施工、安装带来不便，产生不必要的负荷且强度不高，并且在应用于较大面积及较大跨度的台面板时，存在强度低，易变形、易折断等缺点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种超薄高强复合环保无机人造石及其制备方法，其解决了现有建筑材料强度低，易变形、易折断技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明提供一种超薄高强复合环保无机人造石，由饰面层和结构层组成，饰面层由饰面层混合料制成，结构层由结构层混合料制成；其中，按重量份计，所述饰面层混合料含有水泥56-75份、辅助胶凝材料8-12份、活性粉体10-20份、325硅粉15-25份、细再生混凝土骨料70-80份、粗再生混凝土骨料20-30份、减水剂1-3份、水7-15份和增韧剂2-4份；
所述结构层混合料含有水泥56-75份、辅助胶凝材料8-12份、活性粉体10-20份、325硅粉15-25份、细再生混凝土骨料70-80份、粗再生混凝土骨料20-30份、减水剂1-3份、水7-15份、增韧剂2-4份和钢纤维10-15份；
所述活性粉体为无机人造石定厚抛光废水的泥浆，经过陈化、干燥和煅烧热激发后的活性填料。
在制备无机人造石时，饰面层混合料和结构层混合料的质量比为2-4:8-6。
可选地，所述钢纤维直径为0.1-0.3mm，长度为11-13mm。
钢纤维过长、直径过大会影响混合料的工作性能，和易性差，纤维易成团，难以搅拌均匀、影响人造石材料粘结强度与，钢纤维过短则对人造石的抗折强度的提升效果不佳。
可选地，所述细再生混凝土骨料粒径为0.075-0.60mm、粗再生混凝土骨料粒径为0.60-1.25mm。
可选地，所述活性粉体为无机人造石定厚抛光废水中沉淀的泥浆，经过陈化、干燥和煅烧热激发后的活性填料。
当活性粉体用量过高时，混合料分散性变差，不易分散，导致无机人造石表面产生斑点，强度下降等问题；但活性粉体用量过低时，无法起到减少混合料内部泌水和改善人造石粘结界面的作用。
所述活性粉体具有较大的表面能，能够约束水化浆体内部的毛细水。随着活性粉体的加入，减少了混合料内部的泌水，另外由于活性粉体与水泥之间的化学反应，改善了水泥浆体与骨料之间的粘结界面。活性粉体与各原料之间合理配比，可有效的减少生产成本的基础上，又可以提高无机人造石的弯曲韧性，增强抗折断性能。
可选地，所述辅助胶凝材料为偏高领土、膨润土中的一种或两种混合而成。
偏高岭土是介稳态的无定形硅铝化合物，与水泥混合后，硅铝化合物由解聚到再聚合，形成一种硅铝酸盐网络结构，其活性氧化铝与二氧化硅迅速与水泥水化生成的氢氧化钙起反应，促进水泥的水化反应进行，进而提高人造石的抗压强度。
同时，辅助胶凝材料与325硅粉、细再生混凝土骨料和粗再生混凝土骨料掺渣混合，起到骨架和填充作用，利用粒径的差异性，形成超叠加效应，合理优化并大幅改善了水活性粉体的微观结构、填充孔隙增强密实度；但其过量添加会改变骨架搭接、破坏最密堆积，从而导致无机人造石性能下降。
可选地，所述增韧剂为丁苯乳液、苯丙乳液中的一种或两种混合而成。
可选地，增韧剂可以改善无机人造石浆料分散性、增加粉料粘结性能，从而提高无机人造石的弯曲韧性，缩短一次养护所需时间，并提高人造石的抗冻性能；当增韧剂含量过高时，原材料成本增加且无机人造石防火性能下降，含量过低时，无法起到相应的作用。
可选地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
减水剂在水泥、活性粉体和硅粉以及粗细再生混凝土骨料存在时，随着水份的加入，碱性条件下会降低表面张力和增加粘度，在保持结构和性能稳定的前提下，释放水分，达到减小收缩的目的。
辅助胶凝材料内部有大量的活性SiO2和Al2O3，这些活性物质能够快速地与水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化反应，增加无机人造石的密实性，从而大幅度地改善强度。
同时，辅助胶凝材料可增加水泥砂浆的吸湿性和膨胀性，使饰面层和结构层具有一定粘度，保水性，润滑性，可塑性和粘结性。
辅助胶凝材料过低导致人造石的抗渗性能不足，辅助胶凝材料过高使无机人造石浆料几乎没有流动性，导致无机人造石难压实、基体中出现气孔，抗压强度降低。
第二方面，本发明提供一种超薄高强复合环保无机人造石的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)：首先将水泥、辅助胶凝材料、活性粉体、325硅粉、细再生混凝土骨料和粗再生混凝土骨料投入高速混料机中进行干混搅拌，然后再加入水、减水剂和增韧剂进行湿混搅拌，得到饰面层混合料；送入捏合机进行捏合；
步骤(2)：将水泥、辅助胶凝材料、活性粉体、325硅粉、细再生混凝土骨料和粗再生混凝土骨料投入高速混料机中进行干混搅拌，然后再加入水、减水剂和增韧剂进行湿混搅拌，最后将钢纤维投入搅拌机中一起搅拌，得到结构层混合料；送入捏合机进行捏合；
步骤(3)：捏合完的材料定量供给挤出机，在两台挤出机的协同作用下实现饰面层和结构层复合结构的共挤成型，经切割得到湿坯；
步骤(4)：将湿坯装入模具送入养护窑进行一次养护，脱模；然后进行二次养护，确保材料充分反应固化；
步骤(5)：进行精加工，包括定厚、打磨、抛光和防护。
步骤(1)和步骤(2)中，在搅拌机搅拌得到结构层混合料和饰面层混合料之后，分别送入捏合机进行捏合处理，该捏合工序主要作用是：确保混合料水分均匀并达到适合挤出的特性，为步骤(3)的挤出成型做准备。
可选地，在所述步骤(1)和步骤(2)中，混合料总搅拌时间为5-10min。搅拌后浆料状态用手捏合后不松散，时间过短分散不均，时间过长水分损失过多；搅拌转速根据浆料状态决定，比如干粉搅拌时不宜过快，在25HZ左右，不然细粉容易飞走或挂壁，当液体加入后搅拌速度大于50HZ，使其充分分散。
可选地，在所述步骤(3)中，真空度为-0.095MPa，真空保压时间为120-180s，压力参数过小、时间过短内部空气不能完全排除，即在无机人造石内部留下气孔，压力参数过大部分浆料易悬浮，同样留下气孔。真空的目的为排除无机人造石内部空气，使得无机人造石更密致，抗渗性能更优。
所述步骤(3)中，饰面层混合料和结构层混合料的质量比为2-4:8-6；
所述步骤(4)中，毛板放置在温度为20-40℃、湿度≥95％的环境中养护24h，毛板养护24h后脱模继续二次养护；
在所述步骤(4)中，二次养护为密闭喷淋养护，养护环境温度控制在20-40℃，湿度控制在95％以上，养护时间为14-28d。
(三)有益效果
本发明采用再生骨料制备环保无机人造石，在原料中添加短切钢纤维，并根据饰面层和结构层的特点设计双组分混合料及双层布料工艺，在保证超薄高强的同时，又不影响无机人造石的装饰作用，从而制备出超薄高强复合环保无机人造石，降低无机人造石的厚度、使无机人造石轻量化，极大提升强度和施工便利性。其装饰效果与常规无机人造石无差别。
进一步的，将再生骨料代替天然骨料应用于无机人造石中，不仅可以减少对环境的污染，又可以减少在建筑行业发展过程中对天然砂石等资源的消耗，保护了自然环境，促进建筑行业的绿色、可持续发展，具有良好的经济、环境和社会效益。
辅助胶凝材料与325硅粉、细再生混凝土骨料和粗再生混凝土骨料等物料掺渣混合，通过水泥和钢纤维的协同配合，使无机人造石抗压强度和抗折强度系数提高，具有高强度，难变形、不易折断的优点。
本发明制备的无机人造石可做到8mm厚度，具有一定的抗压、抗折强度，同时再抛光过程中不易碎。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合具体实施方式，对本发明作详细描述。以下各实施例中若未特别说明，份数均指代质量份数。
实施例1
本实施例一种超薄高强复合环保无机人造石，其包括饰面层和结构层。饰面层由如下质量份数配比的原材料制备而成：水泥75份、辅助胶凝材料10份、活性粉体20份、325硅粉15份、细再生混凝土骨料77份、粗再生混凝土骨料22份、减水剂3份、水7份、增韧剂4份；结构层的原料是在饰面层的基础上增加钢纤维15份。
细再生混凝土骨料粒径为0.075-0.60mm、粗再生混凝土骨料粒径为0.6-1.25mm。活性粉体为无机人造石定厚抛光废水中沉淀的泥浆，经过陈化、干燥和煅烧热激发后的活性填料。辅助胶凝材料为偏高岭土。减水剂为聚羧酸减水剂。增韧剂为丁苯乳液。
所述无机人造石的制备方法如下：
(1)：首先将水泥75份、辅助胶凝材料10份、活性粉体20份、325硅粉15份、细再生混凝土骨料77份、粗再生混凝上骨料22份投入高速混料机中进行干混搅拌，搅拌均匀后再加入水7份和增韧剂4份、减水剂3份进行湿混搅拌。总搅拌时间为5min，搅拌完后为确保材料水分均匀并达到适合挤出的特性，搅拌好的混合料为饰面层，需送入捏合机进行捏合，其过程类似“揉面团”；
(2)：将水泥75份、辅助胶凝材料10份、活性粉体20份、325硅粉15份、细再生混凝土骨料77份、粗再生混凝上骨料22份投入高速混料机中进行干混搅拌，搅拌均匀后再加入水7份和增韧剂4份、减水剂3份进行湿混搅拌。最后将钢纤维15份投入搅拌机中一起搅拌。总搅拌时间为7min，搅拌完后为确保材料水分均匀并达到适合挤出的特性，搅拌好的混合料为结构层，需送入捏合机进行捏合；
(3)：捏合完的材料定量供给挤出机，挤出成型在两台挤出机的协同作用下实现饰面层和结构层材料共挤成型，饰面层混合料和结构层混合料的质量比为3:7。通过挤出机的真空及挤压的双重作用，材料在经过挤出机的机口处成型，成型后的湿坯根据一定的长度进行切割。
(4)：接着将成型后的毛板放置在养护室内养护；优选毛板放置在温度为20℃、湿度≥95％的环境中养护24h；毛板养护24h后脱模进行密闭喷淋养护，养护环境温度控制在20℃，湿度控制在95％以上，养护时间为28d；
(5)：毛板养护一定时间后脱模继续进行养护，养护完毕后对产品进行定厚、打磨和抛光处理；抛光面为饰面层混合料所在面。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，改变饰面层混合料和结构层混料的组成。
饰面层由如下质量份数配比的原材料制备而成：水泥56份、辅助胶凝材料10份、活性粉体20份、325硅粉15份、细再生混凝土骨料77份、粗再生混凝土骨料22份、减水剂3份、水7份、增韧剂4份；结构层为在饰面层的基础上增加质量份数配比的原材料钢纤维10份。其余条件与实施例1保持一致。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，改变饰面层混合料和结构层混合料的比例。
饰面层混合料和结构层混合料的质量比为4:6。其余条件与实施例1保持一致。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，改变饰面层混合料和结构层混合料中的辅助胶凝材料。本实施例中，所使用的辅助胶凝材料为膨润土。其余条件与实施例1保持一致。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，改变饰面层混合料和结构层混合料中的增韧剂。本实施例中，所使用的增韧剂为苯丙乳液。其余条件与实施例1保持一致。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，改变饰面层混合料和结构层混合料的比例。本实施例中，饰面层和结构层混合料的质量比为2:8。其余条件与实施例1保持一致。
实施例7
包括饰面层和结构层。饰面层由如下质量份数配比的原材料制备而成：水泥65份、辅助胶凝材料8份、活性粉体10份、325硅粉25份、细再生混凝土骨料70份、粗再生混凝土骨料30份、减水剂1份、水15份、增韧剂2份；结构层的原料是在饰面层的基础上增加钢纤维13份。其余条件与实施例1保持一致。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例全部使用饰面层混合料制备该超薄高强复合环保无机人造石，其余条件与实施例1保持一致。饰面层混合料的组成为：水泥75份、辅助胶凝材料10份、活性粉体20份、325硅粉15份、细再生混凝土骨料77份、粗再生混凝土骨料22份、减水剂3份、水7份、增韧剂4份。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，本对比例全部使用结构层混合料制备该超薄高强复合环保无机人造石，其余条件与实施例1保持一致。结构层混合料的组成为：水泥75份、辅助胶凝材料10份、活性粉体20份、325硅粉15份、细再生混凝土骨料77份、粗再生混凝土骨料22份、减水剂3份、水7份、增韧剂4份，钢纤维15份。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：结构层混合料中添加过量的钢纤维。饰面层混合料与实施例1保持一致，结构层混合料中钢纤维为20份。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：结构层混合料中添加过少的钢纤维。饰面层与实施例1保持一致，结构层混合料中钢纤维为6份。
其他对比例
性能测试实验
结果分析：
从表1提供的数据可知，钢纤维的掺量影响吸水率，钢纤维掺量增加后混合料整体流动性下降，从而影响气体排出，孔隙率增加，吸水率增大。市面上的人造石厚度一般≥20mm，本申请人造石的厚度能够达到8mm，满足抗压强度的基础上，具有超薄的特性。
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2中水泥和钢纤维的掺量比实施例1低。从表1提供的数据可知，实施例1和2中，由实施例1获得的一种超薄高强复合环保无机人造石的抗压强度和抗折强度比实施例2的好。因此，水泥和钢纤维的掺量越大，所制备获得的一种超薄高强复合环保无机人造石的抗压强度和抗折强度越高。结合对比例3，当钢纤维掺量过高时，其施工和易性急速下降，挤出效果慢气孔增加，成本增加且有限的提升其抗压强度和抗折强度，因此钢纤维掺量也不宜过高。结合对比例4，当钢纤维掺量过低时，难以达到理想的厚度、抗压强度和抗折强度。
实施例3、实施例6与实施例1的区别在于，在实施例3中，饰面层混合料和结构层混合料的质量比为4:6，即相对减少无机人造石中结构层的占比，结构层占比少，无机人造石定厚抛光到8mm会产生裂缝，因此此项比例中将无极人造石厚度定为10mm；在实施例6中，饰面层混合料和结构层混合料的质量比为2:8，即相对增加无机人造石中结构层的占比。从表1提供的数据可知，结构层占比越少，其强度越低，但是当结构层占比过高，其强度变化不大，但板材在定厚抛光时，如果饰面层太薄，会有部分钢纤维被抛出，出现钢纤维处板材光泽度与周围不一致，从而影响板材装饰效果，经过试验证实，饰面层混合料和结构层混合料的质量比小于2:8，会有部分钢纤维被抛出。
实施例4和实施例5与实施例1的区别在于，在实施例4和5中，分别替换了辅助胶凝材料和增韧剂，从表1提供的数据可知，不同的辅助胶凝材料和增韧剂同样可以制备所述的超薄高强复合环保无机人造石。
对比例1与本申请提供的实施例的区别在于，对比例1仅使用饰面层混合料制备无机人造石。从表1提供的数据可知，仅使用饰面层制备无机人造石的厚度和强度较差，结构层混合料复合饰面层混合料制备本申请所述一种超薄高强复合环保无机人造石极大的提高了超薄再生骨料无机人造石的抗压强度和抗折强度。没有结构层混合料的无机人造石在定厚抛光的过程容易被破坏，因此厚度定在了15mm。
对比例2与本申请提供的实施例1的区别在于，对比例2全部使用结构层混合料制备无机人造石。从表1提供的数据可知，结构层混合料复合饰面层混合料，提高了超薄再生骨料无机人造石的抗压强度和抗折强度，但是人造石产品的表面具有很多斑点，板材失去无机人造石的装饰作用。
通过表1提供的数据可知，本申请制备获得的一种超薄高强复合环保无机人造石的抗压强度、抗折强度均高于对比例所制备的人造石的抗压强度和抗折强度。
综上所述，本申请通过将掺有钢纤维的无机人造石结构层混合料与饰面层无机人造石混合料分层布料，复合制备的无机人造石在降低厚度的同时还能够大大提升强度，并且通过本申请所制备的一种超薄高强复合环保无机人造石具有超薄、抗压、抗折强度较高的优势，在建筑材料上具有较好的应用前景。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种超薄高强复合环保无机人造石，其特征在于，由饰面层和结构层组成，饰面层由饰面层混合料制成，结构层由结构层混合料制成；其中，按重量份计，
所述饰面层混合料含有水泥56-75份、辅助胶凝材料8-12份、活性粉体10-20份、325硅粉15-25份、细再生混凝土骨料70-80份、粗再生混凝土骨料20-30份、减水剂1-3份、水7-15份和增韧剂2-4份；
所述结构层混合料含有水泥56-75份、辅助胶凝材料8-12份、活性粉体10-20份、325硅粉15-25份、细再生混凝土骨料70-80份、粗再生混凝土骨料20-30份、减水剂1-3份、水7-15份、增韧剂2-4份和钢纤维10-15份；
所述活性粉体为无机人造石定厚抛光废水的泥浆，经过陈化、干燥和煅烧热激发后的活性填料。
2.根据权利要求1所述的一种超薄高强复合环保无机人造石，其特征在于，在制备无机人造石时，饰面层混合料和结构层混合料的质量比为2-4:8-6。
3.根据权利要求1所述的超薄高强复合环保无机人造石，其特征在于，所述钢纤维直径为0.1-0.3mm，长度为11-13mm。
4.根据权利要求1所述的超薄高强复合环保无机人造石，其特征在于，所述细再生混凝土骨料粒径为0.075-0.60mm、粗再生混凝土骨料粒径为0.60-1.25mm。
5.根据权利要求1所述的超薄高强复合环保无机人造石，其特征在于，所述辅助胶凝材料为偏高领土、膨润土中的一种或两种混合而成。
6.根据权利要求1所述的超薄高强复合环保无机人造石，其特征在于，所述增韧剂为丁苯乳液、苯丙乳液中的一种或两种混合而成。
7.根据权利要求1所述的超薄高强复合环保无机人造石，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的超薄高强复合环保无机人造石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)：首先将水泥、辅助胶凝材料、活性粉体、325硅粉、细再生混凝土骨料和粗再生混凝土骨料投入高速混料机中进行干混搅拌，然后再加入水、减水剂和增韧剂进行湿混搅拌，得到饰面层混合料；送入捏合机进行捏合；
步骤(2)：将水泥、辅助胶凝材料、活性粉体、325硅粉、细再生混凝土骨料和粗再生混凝土骨料投入高速混料机中进行干混搅拌，然后再加入水、减水剂和增韧剂进行湿混搅拌，最后将钢纤维投入搅拌机中一起搅拌，得到结构层混合料；送入捏合机进行捏合；
步骤(3)：捏合完的材料定量供给挤出机，在两台挤出机的协同作用下实现饰面层和结构层复合结构的共挤成型，经切割得到湿坯；
步骤(4)：将湿坯装入模具送入养护窑进行一次养护，脱模；然后进行二次养护，确保材料充分反应固化；
步骤(5)：进行精加工，包括定厚、打磨、抛光和防护。
9.根据权利要求8所述的环保无机人造石制备方法，其特征在于：
步骤(1)或步骤(2)中，混合料总搅拌时间为5-10min；
步骤(3)中，饰面层混合料和结构层混合料的质量比为2-4:8-6。
10.根据权利要求8所述的环保无机人造石制备方法，其特征在于：
步骤(4)中，一次养护的条件为：温度20-40℃、湿度≥95％的环境中养护24h；一次养护后脱模；二次养护条件为：密闭喷淋养护，环境温度控制在20-40℃，湿度控制在95％以上，养护时间为14-28d。
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