一种无机人造石板材及其制备工艺的制作方法

本发明涉及建筑装饰材料，尤其涉及一种无机人造石板材及其制备工艺。

背景技术：

1、在建筑材料领域，人造石作为一种高性能的复合材料，因其良好的物理化学性能和美观的外观，被广泛应用在建筑装饰、家居装修等领域。传统的人造石主要由无机胶凝材料(如水泥)、细骨料(如砂)、粗骨料、颜料及各种添加剂混合而成。为了增强人造石的力学性能，纤维的添加成为了一种有效手段。纤维可以显著改善混凝土基材料的韧性，减少开裂，从而延长人造石产品的使用寿命。然而，纤维在人造石中的应用面临着几个关键的技术挑战：纤维在混合料中的不均匀分散会导致人造石的性能不稳定，特别是在低水胶比(水与胶凝材料的比例)条件下，骨料的流动性较低，纤维容易结团，严重影响人造石的微观结构和宏观性能。使用特殊纤维(如仿钢纤维)虽然能提高人造石的性能，但其高昂的成本限制了其大规模应用。同时，对纤维进行预处理以提高其分散性通常需要额外的化学试剂和工序，增加了生产成本和复杂度。

2、目前，业界尝试通过使用特殊纤维和预处理技术来解决上述问题。例如，仿钢纤维因其优异的分散性和强度被广泛采用，但其高昂的价格成为一大瓶颈。另一种方法是在纤维表面进行化学处理，以提高其与基体材料的相容性和分散性，但这同样增加了生产成本和工艺复杂性。

3、综上，现有技术虽然在一定程度上提高了人造石的性能，但在成本控制、生产效率和工艺简便性方面仍有待改进。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提出了一种无极人造石板材及其制备工艺，解决了传统制备工艺中，纤维难以在人造石基质中均匀分散，导致板材的力学性能不一致，抗压抗折性能弱、耐落球冲击性及抗冻性能不佳、吸水率高等问题，本发明通过改进搅拌工艺和不同长度的纤维，确保纤维在浆料中充分分散，从而显著提高了板材的整体性能。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本技术提供一种无机人造石板材，由粉料以及10目和20目粒径的钙砂在助剂作用下打浆成浆料后加入骨料真空震动压制成型，所述粉料包括硅酸盐水泥和无机颜料，所述浆料包括硅酸盐水泥、无机颜料以及10目和20目粒径的钙砂，所述助剂包括活性剂、减水剂和增韧剂，所述骨料包括40目、60目、80目、100目、325目粒径的钙砂以及纤维；

6、所述人造石板材包括如下组分：

7、规格为10目粒径的钙砂，其质量份数为10-20份；

8、规格为20目粒径的钙砂，其质量份数为5-10份；

9、规格为40目粒径的钙砂，其质量份数为5-8份；

10、规格为60目粒径的钙砂，其质量份数为3-4份；

11、规格为80目粒径的钙砂，其质量份数为10-15份；

12、规格为100目粒径的钙砂，其质量份数为12-17份；

13、规格为325目粒径的钙砂，其质量份数为5-7份；

14、活性剂，其质量份数为2-5份；

15、无机颜料，其质量份数为0.1-0.5份；

16、纤维，其质量份数为0.2-0.6份；

17、凝胶材料，其质量份数23-37份；

18、水与凝胶材料之间的水胶比范围为0.15-0.20；

19、凝胶材料包括硅酸盐水泥、减水剂和增韧剂，其中，

20、硅酸盐水泥，其质量份数为20-30份；

21、减水剂，其质量份数为1-2份；

22、增韧剂，其质量份数为2-5份。

23、另外，制备过程中还包括水，其质量份数为1-3份；

24、板材的耐落球冲击性和抗冻性能得到显著增强，归功于纤维的均匀分布以及增韧剂的协同作用，这使得板材在极端环境下仍能保持良好的稳定性和耐用性。

25、本发明的板材具有更低的吸水率，这得益于纤维的均匀分布和优化的水胶比，使得板材结构更加致密，有效抵御水分侵入，提升了板材的防水性能。

26、通过精确控制各原料组分的质量份数，本发明实现了性能与成本之间的最佳平衡，不仅提升了板材的综合性能，还确保了生产成本的经济性。

27、增韧剂与活性剂的合理添加，不仅增强了板材的抗冲击性和抗裂性，还促进了纤维与基体材料之间的良好结合，提升了板材的整体韧性和耐用性。

28、将水与凝胶材料之间的水胶比严格控制在0.15-0.20之间，既保证了浆料的良好流动性，又确保了最终板材的高强度，实现了力学性能与施工性能的双重优化。

29、低水胶比有利于形成更紧密的微观结构，提高了无机人造石板材的抗压强度、抗折强度以及抗冲击性能。这是因为较低的水胶比促使水泥水化反应更加充分，形成更为致密的硬化体结构。

30、尽管低水胶比条件下浆料的流动性相对较低，但通过本发明的搅拌工艺，纤维在浆料中仍然能够实现均匀分散。这是因为，适当的水胶比确保了纤维在搅拌过程中与基体材料的良好结合，避免了纤维的结团，从而提高了板材的整体性能。

31、控制在0.15-0.20范围内的水胶比有助于形成较少孔隙的结构，减少了微裂缝的生成，提高了无机人造石板材的抗裂性和抗渗性。这在建筑物的防水、防潮以及长期耐久性方面具有重要意义。

32、低水胶比条件下，由于形成的硬化体结构更加致密，无机人造石板材的抗冻融循环能力和耐腐蚀性能得到提升，延长了材料的使用寿命。

33、低水胶比有助于控制无机人造石板材的吸水率，使其在潮湿或浸水环境中仍能保持良好的物理性能。这对于户外或高湿度环境的应用尤其重要。

34、虽然低水胶比会增加施工难度，但本发明通过优化的搅拌工艺和纤维的均匀分散，确保了即使在较低水胶比条件下也能实现良好的施工性能，从而在保证质量的同时，降低了材料成本和维护成本。

35、粗颗粒钙砂包括10目和20目，大颗粒的钙砂可以填充板材的较大空隙，起到支撑和增强结构的作用，同时减少整体材料的收缩率。粗颗粒钙砂通常成本较低，使用较多的粗颗粒可以降低生产成本。粗颗粒表面粗糙，增加了板材的摩擦力，提高了耐磨性能。

36、中等颗粒钙砂包括40目和60目，中等大小的颗粒在粗颗粒和细颗粒之间起着过渡作用，有助于形成连续的骨架结构，提高板材的稳定性和强度。适当比例的中等颗粒有助于减少因收缩引起的微裂纹，增强板材的抗裂能力。

37、细颗粒钙砂包括80目至325目，细颗粒的钙砂可以填充更小的空隙，使得板材结构更加致密，表面更加平整光滑。细颗粒可以更好地与树脂或其他粘合剂结合，增强界面的粘结强度。细颗粒的加入有助于提高板材的抗渗性，减少水分渗透，同时提高耐候性，延长使用寿命。

38、综合使用不同目数的钙砂，可以实现板材内部结构的多级填充，从而获得最佳的力学性能、美观性和耐久性。这种多级填充策略提高了板材的整体性能。钙砂的不同目数应当按照一定的比例配比，以达到最优的性能平衡。例如，过多的细颗粒会影响板材的流动性和加工性，而过多的粗颗粒则导致板材的密度不均和强度下降。因此，精确控制每种目数钙砂的质量份数是制造高质量无机人造石板材的关键。

39、活性剂过多降低板材的强度，因为过量的活性剂干扰水泥的水化过程，影响硬化体的形成。活性剂不足无法充分发挥其增强作用，导致板材的强度和耐久性下降。

40、无机颜料过多会吸收过多水分，影响水胶比，导致板材的强度下降。无机颜料过少，颜色不够均匀或深浅不一，影响板材的外观质量。

41、纤维过多会导致浆料过于稠密，影响纤维的分散，反而降低板材的性能。纤维过少：纤维不足将减弱板材的抗裂性、抗冲击性和抗冻性。

42、凝胶材料(硅酸盐水泥、减水剂、增韧剂)过多会增加成本，且过量的水泥在固化过程中产生过多的热量，引起体积变化和开裂。凝胶材料过少，水泥不足将影响硬化体的形成，减水剂和增韧剂不足则会降低板材的流动性和韧性，影响抗压抗折性能。

43、纤维(如聚丙烯纤维、玻璃纤维等)的加入可以显著提高人造石的抗裂性、抗冲击性和抗冻性。当纤维均匀分散于钙砂颗粒和胶凝材料(如水泥)形成的基质中时，它们可以在微观层面上阻止或延缓裂缝的扩展，增强材料的整体韧性。

44、钙砂的不同粒径(从粗到细)提供了多级填充，形成了一个连续的骨架结构，纤维嵌入这个骨架中，共同承担外力，从而增强了板材的抗压和抗折性能。

45、减水剂的存在减少了达到理想流动性的水量，从而可以降低水胶比，这有助于提高硬化体的强度和耐久性。同时，较低的水胶比有助于纤维在浆料中的均匀分散，避免纤维结团。在低水胶比条件下，减水剂还能改善浆料的可泵送性和浇注性，这对于含有纤维的混合物尤为重要，因为纤维的加入往往会增加混合物的粘度。

46、活性剂(如粉煤灰、硅灰等)可以参与水泥水化的副反应，生成更多的水化产物，这些产物可以填充微孔隙，提高硬化体的致密度。当纤维加入到这种更加致密的基体中时，可以进一步增强材料的抗裂性和抗渗性。活性剂的使用还有助于减少水泥用量，从而降低生产成本，同时保持或提高板材的性能。

47、水泥的水化过程形成了坚硬的凝胶结构，而纤维在这个结构中起到增强筋的作用，提高了整个体系的抗拉强度和抗弯强度。当纤维与水泥水化产物紧密结合时，可以形成更加复杂的微观结构，这种结构能够更有效地抵抗外部应力，提高了板材的综合性能。

48、进一步的，纤维长度为6-10mm，其中；长度为6mm的纤维占总纤维质量的60％-70％，长度为8mm的纤维占总纤维质量的29.8％-39.6％，长度为10mm的纤维占总纤维质量的0.2％-0.4％；

49、所述纤维为聚丙烯纤维或玻璃纤维。

50、6mm纤维作为主体纤维，6mm纤维的长度适中，能够均匀分散在板材中，形成稳定的纤维网络，有效提高板材的抗压和抗折强度。当板材受力时，纤维网络可以分散应力，防止应力集中导致的脆性断裂。由于6mm纤维的分布密度高，能够有效阻止微裂纹的产生和扩展，从而提高板材的整体抗裂性能。

51、8mm纤维作为辅助纤维，8mm纤维的长度比6mm纤维稍长，能够在板材内部形成更长的“桥梁”，提高板材抵抗外部冲击的能力，尤其是对于重物落下的情况，能够有效吸收和分散冲击能量，增强板材的耐落球冲击性。在承受拉力时，8mm纤维可以提供更强的支撑，避免板材内部产生裂纹，从而提高抗拉强度。

52、10mm纤维作为微量纤维，10mm纤维虽占比小，但其在板材中的随机分布可以形成特殊的应力分散机制，尤其在温度变化时，能够缓解因热胀冷缩引起的内部应力，提高板材的抗冻性能。超长纤维在板材中的存在，能够阻止裂缝的快速扩展，同时减少裂缝的宽度和数量，从而降低水分渗透的性，间接改善了板材的吸水率。

53、如果6mm纤维比例过低，板材中的纤维网络将变得稀疏，抗裂性能减弱，因为缺少足够数量的短纤维来有效抑制微裂纹的形成和扩展。相反，若6mm纤维比例过高，过多的纤维会导致浆料流动性降低，影响纤维的均匀分布，同样降低抗裂性。

54、8mm纤维作为辅助纤维，比例不足将减少板材内部的应力分散，降低其抵抗外部冲击的能力。过多则影响板材的成型和整体性能，因为较长纤维的均匀分布难度更大。

55、微量的10mm纤维虽然占比小，但对提高抗冻性能有重要作用。比例过低会减弱板材抵抗冻融循环的能力，比例过高则影响板材的加工性能和成本。

56、综上所述，通过在无机人造石板材中引入不同长度的纤维，并控制各自的占比，可以有效改善板材的抗压抗折性能、耐落球冲击性、抗冻性能以及降低吸水率。6mm纤维作为主体纤维，奠定了板材的基本强度和抗裂性能；8mm纤维作为辅助纤维，增强了抗冲击性和抗拉强度；而10mm纤维作为微量纤维，则着重于提高抗冻性能和进一步优化抗裂性。这种多级纤维配比策略，实现了板材性能的全面提升，满足了现代建筑对于材料高性能、高耐久性的需求。

57、进一步的，在打浆过程中加入占总钙砂质量27％-34％的规格为10目和20目的钙砂，是为增加摩擦力，将硅酸盐水泥、活性剂、无机颜料以及纤维等打散均匀不会产生粉料结团以及纤维缠绕的现象，增加了骨料跟纤维的分散性。

58、进一步的，增韧剂为丁苯乳液、硅丙乳液和纯丙乳液中的至少一种。

59、进一步的，活性剂为白色粉煤灰、白色硅灰和偏高岭土中的至少一种。

60、进一步的，减水剂为聚羧酸类减水剂。

61、第二方面，本发明提供一项无机人造石板材制备工艺，包括以下步骤：

62、s1、将硅酸盐水泥、活性剂、无机颜料以及占总钙砂质量27％-34％的规格为10目和20目的钙砂混合，进行初步干拌，搅拌均匀；

63、s2、向s1步骤的混合物中加入减水剂、水和增韧剂，控制水胶比为0.15-0.20，先后采用不同转速搅拌，确保所有液体和干粉充分混合，形成均匀的浆料；

64、s3、向s2步骤的浆料中加入规格为6mm-10mm的纤维，其中，长度为6mm的纤维占总纤维质量的60％-70％，长度为8mm的纤维占总纤维质量的29.8％-39.6％，长度为10mm的纤维占总纤维质量的0.2％-0.4％，继续搅拌，确保纤维在浆料中分散均匀；

65、s4、向s3步骤的浆料中加入剩余的钙砂骨料，再次搅拌，直到所有成分完全均匀混合，形成质地均匀的混合料；

66、s5、将s4步骤的混合料填充至模具中，在真空状态下压制成型毛板；

67、s6、将s5步骤中压制成型后的毛板养护处理。

68、s1步骤中通过将硅酸盐水泥、无机颜料以及占总钙砂质量27％-34％的10目和20目粒径的钙砂骨料进行初步干拌，可以确保这些成分在后续加水前均匀分布。干拌有助于避免水泥颗粒的聚集，促进颜料与骨料的均匀融合，从而在最终产品中形成一致的色彩和外观。此外，粗粒钙砂的初步混合为后续的混合物提供了必要的骨架结构，有助于提高板材的抗压强度和稳定性，同时粗颗粒之间的空隙可以减少水分的滞留，有助于降低吸水率。

69、s2步骤中在s1的基础上加入减水剂、水和增韧剂，并控制水胶比在0.15-0.20之间，可以显著优化浆料的流动性，同时确保硬化体的强度和致密度。减水剂的使用减少了所需水量，有助于形成更致密的结构，减少孔隙率，从而提高抗压和抗折性能，同时降低吸水率。增韧剂的加入则可以提高板材的韧性，增强其抗冲击性能和抗冻性能，使其在承受外力或低温条件下不易开裂。

70、s3步骤中在s2步骤的浆料中加入预先称量的长度为6mm-10mm纤维，特别注意纤维的长度分布比例，可以极大程度地提高板材的抗裂性、抗冲击性和抗冻性能。纤维在浆料中的均匀分布可以有效抑制微裂纹的形成和扩展，增加板材的韧性，提高其抗折性能。此外，纤维的“桥梁”效应有助于分散应力，减少集中应力点，从而提高抗压性能和耐落球冲击性。通过控制纤维的长度和比例，还可以优化吸水率，因为均匀分散的纤维网络可以减少水分渗透的通道。

71、s4步骤中在s3步骤的混合物中加入剩余的钙砂骨料，包括不同目数的钙砂，可以进一步完善板材的多级填充结构，提高其密度和抗压强度。不同粒径的钙砂骨料可以填充不同大小的空隙，形成更加致密的结构，减少吸水率，同时提高抗压和抗折性能。通过控制不同目数钙砂的比例，还可以优化板材的抗裂性和抗冻性能，因为细粒钙砂可以填充微小孔隙，减少内部应力，而粗粒钙砂则提供额外的结构支撑。

72、s5步骤中，在真空状态下进行压制成型，可以排除空气，减少内部气泡，提高板材的致密度，增强抗压抗折性能和抗冻性能。真空压力还有助于纤维和其他成分的更均匀分布，确保板材结构的均匀性，降低吸水率。

73、s6步骤中，适当的养护条件可以确保水泥充分水化，形成稳定的硬化体，提高板材的强度和耐久性。合理的温湿度控制有助于减少开裂，进一步优化抗压抗折性能，提高抗冻性能，同时控制吸水率，确保板材达到预期的性能标准。

74、综上所述，从s1至s6的每一个步骤都是为了优化无机人造石板材的综合性能，包括抗压抗折性能、耐落球冲击性、抗冻性能以及吸水率等关键指标。通过制备工艺，可以确保最终产品不仅具有出色的物理和机械性能，同时还能满足特定应用场合对美观性、耐久性和成本效益的要求。

75、进一步的，s1中搅拌转速为45-55r/min，搅拌时长1-2min；s2中先搅拌转速为140-160r/min，搅拌时长0.4-0.6min，后搅拌转速为290-310r/min，搅拌时长3-5min；s3和s4中搅拌转速均为290-310r/min，搅拌时长均为3-5min。

76、通过优化的搅拌工艺，纤维在基质中得以均匀分散，避免了纤维结团，显著提高了板材的抗压和抗折强度的一致性，减少了因纤维分布不均而引起的性能波动。

77、s1中低速搅拌45-55r/min、1-2分钟，确保了水泥、活性剂、砂和无机颜料均匀混合，避免了干粉成分的结团。这一过程有助于形成均匀的基质，为后续水化反应奠定良好基础。均匀的基质可以减少板材中的不规则结构，提高抗压抗折性能和耐落球冲击性。

78、s2中先以中速140-160r/min、搅拌0.4-0.6分钟，有助于初步分散液体成分，随后高速290-310r/min、搅拌3-5分钟，确保所有液体和干粉成分充分混合，形成均匀的浆料。这一系列的搅拌操作可以提高浆料的流动性，改善纤维的分散，同时确保水泥充分水化，形成更致密的结构，降低吸水率，增强抗压抗折性能和抗冻性能。

79、s3中高速搅拌290-310r/min、3-5分钟，可以确保纤维在浆料中均匀分散，避免纤维结团，形成纤维网络。均匀分散的纤维网络可以有效抑制微裂纹的产生和扩展，显著提高板材的抗裂性、抗冲击性和抗冻性能，同时降低吸水率。

80、s4中同样以高速290-310r/min、搅拌3-5分钟，确保所有骨料成分完全均匀混合，形成质地均匀的混合料。这一步骤有助于优化板材的多级填充结构，提高其密度和抗压强度，同时减少吸水率，进一步改善抗压抗折性能和抗冻性能。

81、s1中如果转速低于建议的45r/min，会导致干粉成分混合不充分，出现结团现象，影响后续浆料的均匀性和板材的性能。搅拌转速过高：如果转速超过55r/min，会造成干粉成分过度粉碎，影响颗粒大小分布，从而影响最终板材的结构性能和外观。搅拌时间过短：搅拌时间少于1分钟导致混合不均匀，而时间过长(超过2分钟)则引起粉末过度搅拌，导致不必要的能耗和设备磨损。

82、s2中搅拌转速过低：初期中速搅拌(低于140r/min)和后期高速搅拌(低于290r/min)导致液体和干粉成分混合不充分，影响浆料的流动性和最终板材的强度。搅拌转速过高：初期转速过高(超过160r/min)引入过多空气，形成大量气泡，影响板材的密度和强度；后期转速过高(超过310r/min)则破坏浆料结构，降低其粘稠度。搅拌时间过短或过长：时间过短(前期小于0.4分钟或后期小于3分钟)导致成分未充分混合，时间过长(前期超过0.6分钟或后期超过5分钟)则引入过多的剪切力，破坏浆料的结构，影响纤维分布。

83、s3中搅拌转速过低：低于290r/min的转速无法有效分散纤维，导致纤维结团，影响板材的抗裂性和抗冲击性。搅拌转速过高：超过310r/min的转速损伤纤维，降低其增强效果，同时引入过多气泡，影响板材性能。搅拌时间过短：少于3分钟的时间无法确保纤维充分分散，而时间过长(超过5分钟)则破坏纤维结构，降低其增强作用。

84、s4中搅拌转速过低：低于290r/min的转速导致骨料混合不均匀，影响板材的结构强度和外观。搅拌转速过高：超过310r/min的转速破坏骨料，影响其原始尺寸分布，进而影响板材的性能。搅拌时间过短或过长：时间过短(少于3分钟)导致混合不充分，时间过长(超过5分钟)则引入不必要的剪切力，影响浆料的结构和性能。

85、综上所述，超出推荐的搅拌参数范围会导致无机人造石板材制备过程中的各种问题，包括混合不均、性能下降、能耗增加以及设备磨损等，从而影响最终产品的质量和生产效率。因此，遵循精确的搅拌参数对于保证无机人造石板材的性能和生产过程的顺利进行至关重要。

86、进一步的，步骤s5中压制成型毛板的参数为：真空度为-0.093至-0.097mpa，压制压力为10-15mpa，保压时间为100s-120s；压制过程中伴随振动，振动频率为30-40hz，2-3min。

87、进一步的，步骤s6中，将压制后的毛板在温度为18-25℃、湿度不低于95％的环境中进行初养22-26小时，之后脱模；

88、脱模后的毛板进入密闭喷淋养护阶段，维持环境温度18-25℃，湿度不低于95％，持续养护至少14天。

89、设定真空度为-0.093至-0.097mpa，保压时间为100s-120s，可以有效去除板材内部的空气，减少气孔率，提高板材的密度和强度。这有助于降低吸水率，增强抗冻性能，同时改善抗压抗折性能和耐落球冲击性。

90、施加10-15mpa的压力和30hz的振动频率，持续2-3分钟，有助于确保板材内部成分的均匀分布，促进纤维与基质材料的紧密结合，同时加速水分排出，进一步提高板材的致密性和强度。

91、在温度18-25℃、湿度不低于95％的环境中进行22-26小时的初养，为水泥的水化反应提供了理想的条件。这样的环境有助于水泥充分水化，形成更坚固的硬化体，提高板材的结构稳定性和抗压强度。

92、在温度18-25℃、湿度不低于95％的条件下，持续养护至少14天，可以进一步促进水泥的水化过程，增强板材的力学性能。喷淋可以保持板材表面湿润，避免表面水分过快蒸发而导致的开裂，同时有助于提高板材的耐久性和抗裂性。

93、(三)有益效果

94、本发明的有益效果是：本发明提出的一种无极人造石板材及其制备工艺，针对现有技术中纤维在人造石基质中分散不均的问题，以及由此导致的板材力学性能不一致、抗压抗折性能弱、耐落球冲击性差、抗冻性能不佳和吸水率高等缺陷，通过创新的配方设计，显著提升了人造石板材的综合性能。

95、通过改进的搅拌工艺和特定纤维长度配比(长度为6mm为主，长度为8mm为辅，长度为10mm微量)，确保了纤维在基质中的均匀分布，避免了纤维结团，显著提高了板材的抗裂性、抗冲击性和抗冻性。

96、将水与凝胶材料之间的水胶比严格控制在0.15-0.20，实现了力学性能与施工性能的双重优化，提高了硬化体的强度和致密度，降低了吸水率，增强了抗冻融循环能力和耐腐蚀性能。

97、综合使用不同目数的钙砂(从粗到细)，形成了多级填充的连续骨架结构，提高了板材的抗压强度、抗折强度、抗裂性和抗渗性，同时优化了板材的流动性和加工性。

98、精确控制各原料组分的质量份数，实现了性能与成本之间的最佳平衡，不仅提升了板材的综合性能，还确保了生产成本的经济性。

99、通过纤维的均匀分布、优化的水胶比和多级填充策略，板材的抗压抗折性能、耐落球冲击性、抗冻性能得到显著增强，同时吸水率显著降低，提高了板材的防水性能和耐久性。