乂造合成石々微说
伍政华贺拾叶明周全
(湘潭炜达机电制造有限公司，湖南湘潭411100)
摘要：本文综述了混凝土材料挤出成型工艺发展现状，并介绍了以真空螺旋挤出成型工艺制备高性能 铜锌合金
无机人造石的工艺、材料、设备、产品及应用。
关键词：挤出成型高性能人造石无机石超高性能混凝土
随着建筑行业的发展及人们生活水平的提高，人 们对装饰材料的要求也日益提升，对装饰材料提出了 轻质、高强、美观的要求，人造石因其具备高于天然 石材的性能，花繁多等优点，越来越受到人们的青 睐，它重量轻、强度高、耐腐蚀、耐污染、施工方 便、花图案可人为控制等，是现代建筑理想的装饰 材料。
通常人造石分有机人造石和无机人造石，有机人 造石采用石英砂、彩砂、颜料等材料，通过不饱和树 脂
经过压制、浇筑等工艺制成板状或块状材料，再经 磨抛、切割等工艺加工而成。而无机人造石则采用水 泥或其他无机胶凝材料，替代不饱和树脂作为粘接剂 制成的人造石。因其生产过程更加环保、耐久性好、耐老化强，不仅可用于室内，也可用于室外。因此，成为人造石未来的发展方向。
通常制造人造石的工艺有浇筑法、压板法和方料 法。浇筑法非常灵活，设备投入少，可浇筑平板或表 面带纹理的构件，甚至异型构件，但浇筑法制造出来 的人造石密实度偏低，表面有孔隙；而压板法是利用 压力设备，通过真空、震动及压力的方式制造板材，其优点是板材致密度非常高，产品品质好，可生产各 种花板材，产品丰富，缺点是生产效率低，设备投 入大，产品成本略高。方料法是将材料搅拌好后布设 进方料模具，制成具有一定规格的六面体大型块状产 品，再经切割成片材，其优点是生产效率非常高、设 备简单、投人低。其缺点是板材强度及硬度低。信息提取
本文提出了一种挤出成型的工艺设备生产无机人 造石，该工艺的核心是采用螺旋式真空挤出机挤出无 机板材或部件，其优点是挤出速度快，板材密实度 高，可实现连续式挤出。因此，效率也非常高。
1、行业研究现状
基于挤出成型制备混凝土水泥制品在国内外已有 不少学者开展了大量的工作，从材料、工艺、设备及 应用层面均取得了较多的成果。
在材料上，H.Khelifi⑴提出了以高岭土、水泥和 石英粉为体系的挤出成型水泥基材料的设计方法，其 设计的挤出成型水泥基材料抗折强度可达18MPa。R Alfani121综述了挤出成型水泥基材料流变性能的测试及 评价方法，分析了各个方法在挤出型水泥基材料的弹 性模量、剪切应力、塑性粘度等方面的适用性。Pierre Mounanga1'11研究了挤出型活性粉末混凝土 (ERPC)材料 的水化及收缩反应过程，结果表明了以25%的硅灰取 代石英粉在水化进程、早期强度、后期强度及工作 性能取得一定平衡。赵金平[41研究了挤出成型水泥基 材料的力学性能和水化特性，提出了以木纤维来增强 水泥基材料以提升板材韧性，同时降低水化热。钱晓 倩151研究了挤出成型玻纤增强水泥板的纤维分布和力 学性能，提出了玻璃纤维在挤出成型水泥基材料中掺 量的饱和点。陈冀渝161提出了用挤出法制备人造大理 石，通过设置不同料混练而形成大理石条纹，从而 生产纹理型人造石板。张建辉m通过建立数学模型，研究了砂浆在挤出过程中的流动状态，得到了挤出工
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艺参数对挤出特性的影响，并指导挤出机的结构设 计。陶友生^综述了混凝土挤出成型技术和装备，并 列举了国内外多种挤出机的性能及工艺参数比较。陈 英姿191介绍了螺旋挤出法生产纤维增强混凝土墙板的 工艺及设备，并指出该方法生产装饰线条具有非常高 的实用价值。叶增平11(51阐述了挤出
成型混凝土板用于 装配式建筑内墙及外墙的意义，表明挤出成型水泥墙 板将成为今后推广和应用的方向。
2、挤出成型工艺优势
采用螺旋真空挤出成型工艺制造的无机人造石有 以下优势：
(1 )性能好
因采用真空挤出成型，材料经筛板过筛后，经抽 真空工艺，再经螺旋压力挤出，材料密实度好，内部 无宏观孔隙。因此，板材的力学性能优秀，抗弯强度 可达20MPa以上，属于高性能无机石。
(2)效率高
螺旋式挤出工艺的特点就是可以实现连续挤出，板材宽度800~ 1600mm均可实现，挤出速度2~ 3m/rnin，双班日产能可达3千m2以上，挤出生产效率 非常高。
(3 )异型成型
使用挤出成型工艺可轻松实现多种尺寸规格板材 的挤出，更改挤出口模具可制造不同宽度及厚度规格
板材，亦可生产异型板材或部件，如中空板，L型板，圆弧形或圆柱形人造石，非常灵活高效，见图1。用下实现双层材料共挤成型，可实现饰面层加结构层 或功能层的形式，生产出具有特殊功能或性能的复合 板材。可实现产品的多功能化。
首先，挤出所用原料均通过气力输送或皮带输送 送人相应料仓，避免材料受潮，然后按照相应产品的 配方进行配料称重，称重后的材料送人高速混料机中 进行干混搅拌，然后再加人水和外加剂进行湿搅。搅 拌完后为确保材料水分均勻并达到适合挤出的特性，需送人捏合机进行捏合，其过程类似“揉面团”。捏 合完的材料定量供给给挤出机，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，切割后装入 模具送入养护窑进行一次养护，一次养护完成后即可 脱模，送入立架进行二次养护，确保水泥基的板材充 分反应固化，从而达到可加工的程度。养护完成后即 可进行精加工工序，与石材加工一样，可进行定厚、打磨、抛光、防护等工序，完成后即可打包出厂，其 过程见图3。
图2共挤成型示意图
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图1可挤出的异型人造石
(4 )共挤成型
如图2所示，挤出成型可在两台挤出机的协同作
图3挤出成型工艺流程图
3、挤出成型材料
采用真空挤出成型的高性能无机石材料是基于超 高性能混凝土原理进行配合比设计，具有高强度、高韧性的特点，它由水泥、石英砂、石英粉、活性掺合 料、纤维、高性能助剂组成，经合适的流变性能设计 制备而成具有泥塑性的流体，并通过挤出机挤出成 型。其配方中各种粉体的用量通过最紧密堆积理论确 定，并经热养护获得最佳的物理性能。
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通常水泥可采用硅酸盐白水泥或灰水泥，通常不 使用快硬水泥；活性掺合料可使用硅灰、粉煤灰、矿 粉、超细玻璃微珠等材料，其中粉煤灰和超细玻璃微 珠在材料中能够起到滚珠效应和减水效应，有促进挤 出的效果，粉煤灰还有一定活性，可起到增强作用。因粉煤灰本身是灰，做白无机石则可使
用矿粉和 超细玻璃微珠搭配使用；助剂通常是非常必要的，主 要用于调节材料流变性能及工作性能，如缓凝剂、早 强剂、增稠剂、触变剂、减水剂等等，需根据不同的 产品指标要求进行配合比中助剂的设计。骨料则可选 择钙质砂或石英砂，起到骨架作用。对于挤出成型混 凝土材料、胶砂比通常设置在1:1左右比较合适，胶 材太多则流动度损失大，水化热高，不易于控制，影 响连续生产的挤出流畅性。胶材太少则和易性不足，工作性能难以达到适于挤出的程度。因此，需根据特 定的花进行胶砂比和骨料级配的设计。挤出成型的 高性能无机石材料，如增加纤维则可显著提升材料韧 性，对于板材脱模、磨抛、切割等工序中，增加纤维 的板材相比无纤维板材其破损率更低。五行果蔬
4、生产线装备
真空挤出成型生产高性能无机石的生产线前端装 备与压板法、方料法、浇筑法不一样，这也是挤出法 区别于这些方法的重要方面，其装备最大差别在于前 端的成型部分，该部分生产线装备主要包含：高速混 料机、捏合机、挤出机及同步切坯机。该部分的装备 与其他成型方法不同。而后端工序中的装备则基本相 同，包含的生产线装备有：养护窑、定厚磨抛机、修 边机等等。
(1 )高速混料机
高速混料机是混料的核心装备，见图4。材料混 合的均匀程度，决定了材料的挤出工作性，挤出板材 的密实度及表面质量。因此，使用高速混料机是非常 有必要的。一方面，无机人造石采用了部分纳米
材 料，纳米材料易于团聚，使用物理分散的方式是最直 接简单经济的方式，纳米材料分散好则反化学应活性好，水泥水化均匀，体现在板材上则是力学强度好、密实度高、无斑、无点状缺陷；另一方面材料混合 均匀也有利于分散粉，减少差及斑等影响表面 观感的因素。
图4高速混料机示意图
(2 )捏合机
材料从搅拌机出来后进入捏合机，见图5，经过 捏合机反复揉捏后再进入挤出机挤出成塑，其过程类 似揉面团。捏合机起到了搅拌工艺和挤出工艺桥梁的 作用。一方面捏合机可作为物料的中间缓存仓，实时 调节物料供给平衡。另一方面，捏合作用使得搅拌机 壁面、锅底、搅拌叶片上残留的干粉料参与搅拌，使 得物料水分均匀，更加易于挤出。捏合作用是挤出前 的关键工序。
(3)真空挤出机
真空挤出机包含上轴，真空室和下轴3个部分，由捏合机出来的料喂入挤出机上轴，经过上轴螺旋挤 出至真空室，在真空室进行抽真空处理，再流入下 轴，因上轴和下轴都有连续流动且密实的混凝土材
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料。因此，可实现连续式抽真空处理，减少板材孔 隙，提升密实度。
挤出机通过螺旋轴的旋转及缸壁阻泥槽的约束二 者相互作用推动物料在内部流动，物料太湿或太干均 影响挤出效果，挤出的物料受模头的约束和压缩作 用而定型。因此，模头的形式也决定了挤出物料的形 式，这也是挤出成型在异型构件成型方面的优势。
(4)同步切坯机
挤出的具有泥塑性的板材由同步皮带输送至下一 道工序，并在装载人模具前需由同步切坯机进行切 割，同步切坯机可在板材输送过程中进行同步切割，切割尺寸可根据需求进行设置。
棉籽皮(5)养护窑
挤出的板材需送入养护窑进行养护固化处理，混 凝土材料需在合适的温度和湿度情况下进行水化反应 以提升强度，对于超高性能混凝土而言，热养护通常 非常有必要，养护工艺直接决定了产品品质的稳定。在养护达到一定强度后进行脱模处理，再进入下一道 工序。
(6 )蒸压釜
以超高性能混凝土作装饰材料，不仅对材料物理 力学性能有一定要求，还对装饰性有非常高的要求，通过笔者多年的研究与探索，养护方法和养护制度对 水泥水化有重大影响n11，如水化速度、水化率、水化生 成物的结晶度及晶体形貌、孔隙率、孔结构、放热速 度、收缩与裂缝、水泥浆流变演变
进程等。养护不好 会使混凝土的物理力学性能和耐久性能劣化，甚至会 产生疏松脱落、开裂等宏观缺陷，影响工程结构或制 品的外观与使用，见图6。
而对于装饰材料而言，水泥水化反应的程度直接 就决定了后期的装饰效果，水化反应不完全的装饰材 料在后期的服役过程中通常容易出现开裂、翘曲、泛 碱的问题，除了与配方工艺有关外，还与养护程度有 非常大的关系。因此，为了获得力学性能优异、耐久 性能良好的产品，本文提倡将材料养护完全再进行下一步深加工，确保板材在出厂前就有稳定的性能和状 态。因此，蒸压釜作为这道养护设备非常重要，通过 二次养护，大大推进了板材的水化反应进程，使得后 期性能更加稳定，耐久性更好。
图6蒸压釜
(7 )深加工设备
板材经挤出成型并经养护后，即可进行深加工处 理，深加工包括板材定厚、磨抛、切割、防护、覆膜 包装等工序，与石材及其他人造石加工工艺类似。
①产品
产品性能指标见表1。
表1产品性能指标
项目数值单位
抗折强度20 〜29M Pa
抗压强度100- 120M Pa
吸水率<0.1%
莫氏硬度6
线性热膨胀系数1.2x10'5/X：耐磨性174mm3
②花
真空挤出机可实现无机石颗粒板产品的高效生 产，骨料粒径在l〇mm以内的产品以内均可高效挤出，见图7。
图7颗粒型无机石产品
同时还可做具有线条装饰效果的人造石产品，如 砂岩、洞石、仿木纹产品等。
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③尺寸规格
通过增大挤出成型螺旋的直径及螺旋的数量，目前已可实现1.6m宽板材的挤出，挤出长度理论上无限 长，但通常为了降低水泥制品收缩带来的负面影响，产品长度不宜过长，通常不超过3m为宜。产品厚度最 薄可实现丨Om m以内的挤出，最厚则可达到100mm。
④应用
挤出工艺制造而成的高性能无机人造石其加工后 的产品与其他工艺制作而成的无机石类似，只是物理 性能及力学性能有所差异，得益于其优异的耐候性和 耐久性，可应用于外墙，而传统有机人造石做外墙则 存在耐久性问题，带来安全隐患。同时，无机人造石 在地面铺贴中有非常低的热膨胀系数和高的尺寸稳定 性，用在地面铺贴则可替代有机人造石、瓷砖、石材 等装饰材料。在装配式建筑领域，无机人造石还可在 制造过程中通过预埋背栓的方式，通过pc反打r艺制 造成集装饰、保温、结构-•体化的装配式建筑外墙，大大提升外墙施工效率和精度，降低人工成本和施工 难度，见图8、图9。
图8无机人造石的PC饰面反打工艺
图9无机人造石在装配式建筑h的应用
5结语
尽管天然石材美观而豪华，并已广泛用于建筑物 室内外装饰。但由于天然石材资源越来越少，以后必将成为奢侈品。高性能人造石产品在性能优于天然石 材，材料及生产过程绿环保，已成为替代石材的最 佳选择。随着科技的发展，人造石产品技术和装备水 平的不断提高，人造石也在不断更新迭代。因此，也 催生了新的生产工艺，挤出成型工艺作为一种连续式 的人造石生产工艺，其生产效率高、产品品质好、成 本低廉、设备简单。不仅可生产普通颗粒型无机石产 品，还可生产条纹型产品，更可轻松实现其他工艺难 以实现的异型成型工艺，必将在人造石生产工艺中占 据一席之地，推广挤出成型法制造无机人造石具有重 要的经济和社会价值。
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