無(wú)機型人造石主要是以水泥作粘結劑,再輔以石粉及助劑,經(jīng)攪拌、成型、養護、切割、拋光而制成的石材制品。無(wú)機型人造石的耐候性好、不燃,大多價(jià)格較低,機械性能也較好,在很多場(chǎng)合可以代替天然石材使用。目前,已有的無(wú)機型人造石主要有硅酸鹽水泥類(lèi)、氯氧鎂水泥類(lèi)及鋁酸鹽水泥類(lèi)。
1、硅酸鹽水泥類(lèi)無(wú)機人造石
    硅酸鹽水泥類(lèi)人造石出現的較早,最早也曾被稱(chēng)為水磨石,常以普通硅酸鹽水泥為粘結劑,不同粒度的石粉為填料。為保證制作的人造石易于根據不同工程需要而調節顏色,擴大人造石的應用范圍,也有選用白色硅酸鹽水泥作為粘結劑的。
    硅酸鹽水泥類(lèi)人造石原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉,有與天然石相當的機械性能；而且后期強度穩定,耐久性好。然而硅酸鹽水泥類(lèi)人造石存在生產(chǎn)周期長(cháng)、抗折強度低、不耐酸堿,表面光澤度差等缺點(diǎn),嚴重制約了其應用。很多研究工作者對硅酸鹽水泥類(lèi)人造石進(jìn)行了大量研究。有人選用425白色硅酸鹽水泥生產(chǎn)人造石,其配方中除了碎石及塊石外,還有白色大理石粉和減水劑等。這種產(chǎn)品具有較好的抗壓強度,但其抗折強度、表面光澤度及耐磨性較不理想。
    M.Galetakis等采用全因素設計實(shí)驗方法對硅酸鹽水泥類(lèi)人造石的機械性能進(jìn)行研究,結果表明水泥與石粉的比是影響人造石抗壓強度的主要因素,隨著(zhù)水泥石粉比的增大,人造石的抗壓強度也隨之增加。
    此外,在園林工程中得到應用的玻纖增強混凝土仿真石主要由水泥、砂石、抗堿玻纖及減水劑、緩凝劑、顏料等組成。這種人造石的優(yōu)點(diǎn)是可塑性較好,密實(shí)性高,抗凍能力強。但這種人造石的強度只有12KPa,主要用于園林裝飾,不能直接用于結構構件。
    專(zhuān)利名稱(chēng)為“外掛水泥基人造模制石材”的專(zhuān)利中,提出了采用425白色硅酸鹽水泥、石灰巖碎料、沸石、憎水性有機硅樹(shù)脂粉末、高效減水劑、消泡劑、顏料等制造外掛水泥基人造模制石材的方法。專(zhuān)利中給出的三個(gè)實(shí)例均表明,隨著(zhù)水泥用量的增加,人造石的干燥抗壓強度及體積密度也隨之增加,空隙率隨之下降。但水泥用量、減水劑及樹(shù)脂粉末的加入量等應有一個(gè)最佳配比,使抗壓強度、體積密度達到最大,空隙率最小,專(zhuān)利中并沒(méi)有涉及。
    事實(shí)上,對于硅酸鹽水泥類(lèi)人造石,其抗折強度低、表面光澤度差是其致命的缺點(diǎn),可以通過(guò)纖維增強、表面涂膜等方法來(lái)提高其綜合性能。但改善性能后的人造石抗折強度并沒(méi)有得到顯著(zhù)提高,反而顯著(zhù)增加了其生產(chǎn)成本,因此很難得到推廣應用?，F在市場(chǎng)中的硅酸鹽水泥類(lèi)人造石較少,對于這種無(wú)機型人造石的研究還有很長(cháng)的路要走。
2、氯氧鎂水泥類(lèi)人造石
    氯氧鎂水泥類(lèi)人造石是以氯氧鎂水泥為粘結劑而制成的。氯氧鎂水泥硬化快,可初步硬化,最終強度可達；但其耐水性較差,易產(chǎn)生翹曲、變形。鑒于氯氧鎂水泥硬化快、強度高等特點(diǎn),很多研究人員對氯氧鎂水泥類(lèi)人造石進(jìn)行了大量的研究。等利用城市廢物與氯氧鎂水泥復合制備出人造地板磚,產(chǎn)品的各項性能均達到混凝土地板磚的標準,而且通過(guò)控制氯化鎂濃度及氯氧鎂水泥粒度可以有效提高產(chǎn)品的強度和表面質(zhì)量。
    氯氧鎂水泥耐水性差是其致命的缺點(diǎn),直接影響著(zhù)氯氧鎂水泥類(lèi)人造石的推廣應用。丁海潮等通過(guò)內摻憎水劑、外涂憎水劑的方法降低了相遇水或水蒸氣時(shí)的相變程度,極大地改善了氯氧鎂水泥的耐水性,也提高了由尾礦和氯氧鎂水泥制成的人造石的耐水性和表面質(zhì)量。
    此外,還可以通過(guò)在MgO粉末中摻入銅粉或氧化亞銅粉,或者摻入氣相二氧化硅改善氯氧鎂水泥的耐水性。用第一種方法生產(chǎn)的人造石會(huì )有較高強度,而且有自然地藍綠色外觀(guān)；用MgO與20%氣相二氧化硅混合生產(chǎn)的氯氧鎂水泥耐水性有翻倍的提高,如果用其生產(chǎn)人造石,耐水性及質(zhì)量也將有極大地提高。
    總之,對于氯氧鎂水泥類(lèi)人造石,通過(guò)一定的方法可以使其耐水性得到改善,但還沒(méi)有找到根本的解決辦法,而且改善成本也往往偏高,嚴重制約著(zhù)這類(lèi)人造石的推廣應用。
3、鋁酸鹽水泥類(lèi)人造石
    鋁酸鹽水泥類(lèi)人造石是目前研究和應用較廣的一類(lèi)。鋁酸鹽水泥水化快、強度高；其主要礦物鋁酸鈣的水化能夠產(chǎn)生氫氧化鋁凝膠層,進(jìn)而在硬化過(guò)程中不斷填塞人造石的毛細孔隙,形成致密結構,使人造石表面光滑,具有光澤,呈半透明狀；且其耐火性及防潮性?xún)?yōu)于一般的無(wú)機型人造石。
    由于鋁酸鹽水泥類(lèi)人造石優(yōu)異的性能,近年來(lái)人們對它展開(kāi)了大量的研究與開(kāi)發(fā),一些價(jià)格低廉、質(zhì)量較好的人造石不斷出現。如:李健學(xué)等采用鋁酸鹽水泥作為粘結劑研制出一種表面光潔度為95°的人造石鏡面板。
    岑紹輝等選用鋁酸鹽水泥、導電石墨粉及專(zhuān)用添加劑通過(guò)制作中間層,研制成具有電暖功能的人造大理石。
    另一方面,隨著(zhù)人們環(huán)保意識的增強,利用工業(yè)廢渣制作鋁酸鹽水泥類(lèi)人造大理石也取得了一些成果。如:有人利用粉煤灰、廢玻璃在常溫下制成了物理力學(xué)性能優(yōu)良、表面光亮、紋理清晰的高強度鋁酸鹽粉煤灰無(wú)機型人造大理石,其中的廢玻璃與粉煤灰還起到了抑制表面返堿的作用。
    然而,鋁酸鹽水泥類(lèi)人造石在生產(chǎn)與應用中也暴露出一些不足,后期強度倒縮便是其中較嚴重的一個(gè)。很多科研工作者對鋁酸鹽水泥倒縮的問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究與實(shí)驗,取得了一定的成果。
    李?lèi)偟妊芯苛颂妓徕}與鋁酸鹽水泥的水化反應及過(guò)程特征,實(shí)驗結果表明當摻量小于15%時(shí),摻石灰石的鋁酸鹽水泥強度均高于純鋁酸鹽水泥的3d強度；其中石灰石摻量5%在左右時(shí),鋁酸鹽水泥的3d強度達到最大值,其強度比純鋁酸鹽水泥的強度增加了16.7%。
    通過(guò)XRD分析其原因為:反應形成的水化碳鋁酸鈣與其他水化產(chǎn)物相互搭接,構成漿體結構骨架；而反應產(chǎn)生的氫氧化鋁凝膠填充于骨架內部,使水泥石結構趨于密實(shí)。作者只從水化產(chǎn)物角度分析了水泥水化機理,顯然略顯單薄,缺乏說(shuō)服力。
    胡曙光等分析了石灰石作為混合材對鋁酸鹽水泥不同齡期強度的影響及水化作用機理。實(shí)驗研究表明,隨著(zhù)齡期的延長(cháng),不同石灰石摻量的鋁酸鹽水泥抗壓、抗折強度均隨之增加；28d時(shí)鋁酸鹽水泥的強度均達到最大值。對于不同齡期,鋁酸鹽水泥的強度主要是隨著(zhù)石灰石摻量的增加而出現一個(gè)最大值,然后下降；出現強度最大值的石灰石摻量為5%?？梢?jiàn),在鋁酸鹽水泥中摻加適量的石灰石混合材不但可以穩定鋁酸鹽而目還能抑制鋁酸鹽水泥后期強度倒縮。
    綜上所述,對于鋁酸鹽水泥類(lèi)人造石,一方面可采用低水灰比,降低孔隙率,提高其強度；另一方面可以摻入適量的石灰石,通過(guò)改變水泥的水化歷程,提高其長(cháng)期強度；此外,還可以使底層采用普通硅酸鹽水泥解決強度倒縮的問(wèn)題。
    除了上述三類(lèi)主要的無(wú)機型人造石外,還有一些無(wú)機型人造石也得到了一定程度的發(fā)展與應用。
4、無(wú)機有機復合型人造大理石
    無(wú)機有機復合型人造大理石兼有無(wú)機型人造石與樹(shù)脂型人造石的優(yōu)點(diǎn),彌補了兩者的不足,而且價(jià)格適中、性能優(yōu)良,在國內也有一定市場(chǎng)的裝飾裝修材料。
    一般而言,復合型人造石的飾面層是樹(shù)脂,結構層與無(wú)機型人造石相同。這種人造石往往強度低、密度大、不易加工,且在長(cháng)期的使用過(guò)程中容易分層。李玉壽等選用改性樹(shù)脂為面層材料,鋁酸鹽水泥作為底層材料,研制出復合型人造大理石。其制造方法為,在模具上先涂一層表面膠衣,再倒入新拌的聚酯砂漿,振動(dòng)成型后再將預制的達一定強度的水泥混凝土制品與之復合。該方法界面粘結牢固,產(chǎn)品表面光潔度高,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高；但抗壓強度較低,僅為42.7MPa,而樹(shù)脂型人造大理石的抗壓強度一般都大于80MPa。黃海濤等采用粘結硬化快的氯氧鎂水泥作為結構層,賦予了復合型人造石高強度、耐磨的性能；又通過(guò)添加有機填料聚苯顆粒與花生殼粉提高結構層的熱膨脹系數,添加無(wú)機填料碳酸鈣、氫氧化鋁等降低飾面層的熱膨脹系數,使兩層的熱膨脹系數相互匹配,避免了人造石在環(huán)境中出現分層及翹曲的現象。
    此外,在結構層中添加適量的聚合物也可以改善復合型人造石的韌性、耐磨性及某些機械性能,與聚合物改性混凝土中聚合物的作用有類(lèi)似之處。例如,甲基丙烯酸甲酯、丁苯膠乳、聚醋酸乙烯酯乳液(也稱(chēng)白乳膠)、苯丙乳液、廢棄的橡膠輪胎等的加入均能顯著(zhù)改善了混凝土的韌性；提高其抗壓強度、彎曲強度及耐磨性。
    總之,對于無(wú)機有機復合型人造大理石,結構層的強度大小及與面層的粘結程度是影響其性能的主要因素,但改善效果還不是很顯著(zhù),在一定程度上限制了其應用與推廣。


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