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石英崗石與輕質面磚成型方法的研究

本文提出了硬質與輕質是合成崗石主要研發方向的論點，并對用料向晶體礦物、玻化微珠、納米材料及黃河沙四方面擴展、對分層振動與電磁振動的揉壓振動制備合成洞石及輕質保溫產品等一系列方案進行論述。現編發如下，僅供人造石生產企業參考。

　　目前，業內對崗石（人造大理石）的說法及評價是“有市場，欠利潤”，石英崗石（人造石英石）是“有硬度，欠密度”。玻化微珠與納米材料已經廣泛地使用在建筑及其他領域，設法將其應用于崗石生產對其向墻面裝飾方面擴展應該是有價值的嘗試。大粒徑晶體礦物與玻化微珠輕質墻面板兩種產品的成型均有無需也不能硬壓的技術要求，可否用真空與振動兩種作用力與釋放真空的作用力進行其成型的問題需要研究。疊壘是源于古代的大塊石頭構筑的方法，現行的振動是小顆粒石頭的致密工藝，兩者合異而同且有相同的致密道理。

　　礦山晶體廢石的壘疊合成

　　現行的雙臥軸攪拌機與其垂直式布料斗的崗石成型機結構，僅適宜將石料的最大粒徑選擇在12cm，其用量也只能限制在40%左右，因此要構成石塊密切疊壘的圖案是不可能的。對于具有透閃性與隱晶性及自然紋理的晶體礦物，只有在其具有較大粒徑及塊度，并在其相互間組合較緊密或藝術性配合時才具有較高的觀賞性及市場價值。其紋理同樣在其具有一定塊度及形體時才能有所顯示出，若硬性地將其破碎成小塊必然使其聚合效果受到影響。

　　分層振動與逐層疊壘的工藝方法，是將整體攪拌與強力壓制兩個成型的工藝環節取消，僅用真空抽制與下部振動及若干層次的循環完成其荒料的成型。其工藝特點是：基料的選擇以具有透明性或好看為選擇的依據，塊度一般為20cm左右，并用手工器具進行其粗略的整形；配料是基料之間的填充及黏結料，可用10%左右的不飽和樹脂與石料及石粉混合為黏稠狀，并在對玉石等高檔石料的填充時，尚可用人造玉石的配方將其配成糊狀體，使其填充的縫隙具有同樣的透明性；作為基料的晶體礦物的疊壘，須按形式美的規律進行層堆手法的組裝，其間要均衡變化、虛實相生、錯落有序和整體聯系；逐層的真空抽制與下部振動要掌握好時間與兩者的配合關系，尤其要利用釋放真空時產生突發性的壓縮力而保證成型體的致密。

　　石英崗石薄板成型的進一步討論

　　石英石礦物（SiO2）常發育成單晶并形成晶簇，晶面為玻璃光澤，無解理，硬度7，相對密度2.6。這種無解理且有較大摩擦系數的石粒及石粉構成的混合料，使其致密的要點是克服摩擦系數而微觀上形成密切的疊壘。現行的薄板成型機的結構特點是：槽形的壓具（頭）垂直穿插于真空罩內的結構必然要承受真空的負壓而產生約500kN的壓縮力；真空罩與壓頭的垂直滑動形式即使在5+5的振動器分組中也不易使壓頭扭擺振動；采用較大的氣缸壓制力或是液壓油缸進行強力壓制，形成激振力遠遠小于氣缸壓力與真空拉力及傳動系統自重三者之和的問題。

　　從振動學的理論可知，激振力與偏心塊轉速的平方成正比，其振幅與其自重及施加的壓力之和成反比。由此可以看出重壓與油缸壓制方式可能是概念性的錯誤。為勉強用這種可靠性與性能還有待于改進的壓板機進行石英石的生產，必須多加2個百分點以上樹脂用量的成型工藝自然會形成料體成團與密實度不夠的問題。事實上，荒料成型也大都存在激振頻率不夠的問題，正規設備的4200r/min的最高轉速所產生的震感是非常強烈的。好在荒料成型可以采用加大往復波動的揉壓過程與多加鈣粉使其料體具有流動性的辦法有所彌補。

　　循環揉壓是電磁振動的特點。采用6組電磁鐵與配合其振動及提升的壓縮彈簧及壓具（板）組成的振動系統，在其0~fo的頻率調節與其六節拍的脈波電流循環的控制中，可使壓具快速地產生6ⅹfo（50Hz）的頻率疊加，并在其高頻振動中同時進行快速地擺動，因此在其快速揉壓且不硬壓的振動成型中可能產生較高的致密效果。

　　用玻化微珠制備合成洞石

　　玻化微珠是用晶體礦物（珍珠巖），經1180℃~13500℃高溫膨脹，利用其6%左右的結晶水氣化制成外殼玻化，閉孔成球的中空球體。其主要成份是SiO2與AL2O3，容重為50kg/m3~150kg/m3，導熱系數為0.028W/m.k~0.048W/m.k。現時在建筑墻面裝飾領域使用玻化微珠保溫砂漿已成為建筑節能材料，以其輕質、保溫、保濕及綠色環保的優點可產生窯洞式的居室環境效果。現行的崗石用于室內墻面裝飾確實存在重量較大與保溫性較差的問題。如果將這種晶體礦砂制成的微珠與淺色砂巖顆粒摻和于崗石的混合料中，可使新型崗石的重量大幅度降低。

　　玻化微珠存在不能用強力攪拌與成型中不能硬性壓制的問題，現行的成型工藝須對應進行以下的變革：攪拌工序中應先對石粒、砂巖顆粒、鈣粉和黏結劑進行均勻的混合，其后再摻入體積比較大的微珠料慢速進行較均勻的混合；可用荒料成型辦法在模箱中進行振動成型，但其不能硬壓的要求只能采用上述的分層振動工藝，或者是用間接且輕微的壓制力進行成組的薄板成型；黏結劑的使用隨其產品的檔次變化，可以分別使用有機或無機類黏結劑而制作相應的產品；鋸切及研磨后的光板，要盡可能采用納米樹脂液對其表面的微孔進行封閉，使其具有抗菌、抗老化與自清潔等性能；在其逐層布料與分層振動中，可以利用極好的噴涂顏料時機進行層次紋理的配制，甚至于仿真天然洞石的層狀紋理。采用具有微孔的玻化微珠球狀材料與具有微隙的砂巖砂粒，為制備新型的合成洞石及墻面裝飾產品提供了基本的條件，其球體的切面是自然的孔洞，也可以說，只要配加一定量專門加工的玻化微珠，其合成產品必定是洞石產品。其逐層的布料及隨后的噴灑顏料，正好也是一種微珠及軟狀料體的疊壘形式，由此也易于解決層次紋理較難配制的工藝難題。

　　輕質保溫型合成崗石

　　目前，節能環保已經成為建筑行業的重要標準之一。特別是建筑表皮保溫，一直是建筑節能的重要方面，而聚合物保溫砂漿則是已經采用的保溫材料。這種保溫砂漿是指以玻化微珠及石粒為骨料、水泥為膠凝材料、聚丙烯單絲及木質纖維為抗裂材料，以及ELOTEX膠粉為外加劑制成保溫材料。其性能指標為：制品密度不大于520kg/m3、導熱系數不大于0.11w/m·k，蓄熱系數不小于3.5w/m2·k、抗壓強度不小于2.5Mpa以及黏結強度不小于0.4Mpa。從保溫砂漿與無機類合成崗石兩者的配方來看，其區別僅在于前者是用玻化微珠為骨料，并采用了纖維材料。

　　“分層振動生產合成石的方法”新技術，以其成型設備的簡易性與振動成型中的揉壓性，對玻化微珠混合料的成型具有一定的實用性。在其混合料中采用硫鋁酸鹽水泥為黏結劑，并配用一定量的膠結外加劑材料后，其產品的物理性指標較保溫砂漿可以提高一個檔次。尤其是對于建筑外墻使用的產品，可在其研磨工序后同時進行其飾面層的復合加工而具有保溫與裝飾兩種性能。不論其是用納米-聚酯復合，還是用高檔次涂料復合，均能保證其飾面的美化及抗老化的要求。在外墻施工中，只要逐塊將較大規格及較大厚度的復合面磚粘貼及排布即可，并利用其基體的微孔結構，也易于保證其粘貼的牢固性。普通合成崗石向保溫型產品轉型，其密實度大致要降低至20%～40%的范圍內，并盡可能使其看似石頭，但手感不涼。

　　黃河石與黃河砂的合成利用

　　“九曲黃河萬里沙，浪淘風簸自天涯”，這句唐詩對黃河沙的生成與分布做出了精辟的描述。屬于硅酸鹽礦物原料的黃河沙中SiO2與AL2O3的化學成份共占到80%以上，對其放大觀察也會發現其是白色的石英顆粒為主體。對其用磁選機進行含鐵成份的提取，或用水流沖刷等物理性的分離處理后，其20~100網目滾圓體的砂粒則是上乘的人造石英石原料。黃河卵石實際上是較大粒徑的黃河沙，其色彩有五顏六色的組合變化。在山西的臨縣、大寧、垣曲等黃河沿岸均有豐富的儲量。這些石頭經過復雜的構造變化，并經黃河水流的長年沖刷、流送及多種物理化學的作用過程，成為具有東方文化內涵的奇石。

　　合成崗石的石料選擇向大自然加工形成的河卵石與河沙方面擴展，對于臨近黃河的廠家具有相得益彰及多重的意義。例如，采用石英質的卵石與人為加工的玉石滾圓體作為人造石英石的點綴物品，并用荒料成型及圓盤鋸分切的硬質合成崗石，其圓融組合的圖案可以形成較好的觀賞效果。采用處理后的黃河沙作為微晶石英石的原料，不僅以其滾圓體的特點易于提高產品的密實度，還在其多種自色礦粒的點綴下易于形成中間色彩。石灰巖的河卵石也是制作普通崗石大花類產品的理想原料，以其可用框架鋸切割的便捷性可以降低產品的生產成本。從組合及聚合的角度看，滾圓體疊壘的緊密性僅次于正六方體，但對近于圓形的卵石進行聚合更有實際意義。

　　結語

　　石頭以晶示美，紋理為言。疊壘，尤其是奇石疊壘是一種有文化內涵的石頭組合的工藝方法。對于大粒徑的石頭可用手工或專用器具在緊密排布中實現其疊壘，而對細顆粒石料，振動則是促使其滑動而緊密疊壘的重要方法。實現密切疊壘采用的分層振動方法，為石料的選擇提供了極大的空間，只要是好看的石頭，不論其是高檔的玉石，還是花崗石、大理石，甚至于是黃河石及黃河沙，均可在其疊壘及聚合中變廢為寶。

　　崗石的生產原料向大粒徑晶體礦物廢料、極其細微的納米材料和輕質的玻化微珠及黃河沙4個方面的擴展，不僅涉及到現行成型設備的改造問題，也涉及到包括攪拌與振動在內的工藝的改進。具有新穎性的分層振動成型與電磁振動成型兩項發明專利技術，均取消了繁瑣且笨重的壓制器具，因此其簡易的設備結構與逐點逐片振動成型的工藝具有較大的變革意義。玻化微珠與納米材料是促使合成崗石向墻面裝飾領域擴展而必須采用的材料，預計其在建筑節能環保的大形勢下，以其輕質與綠色的優點及合成洞石的視覺效果可以占有較大的市場份額。數十種晶體礦物廢料為合成崗石的生產提供了無窮無盡的原料，只要在其成型中理解并運用好疊壘與振動及自然而然的基本方法，合成崗石的發展是無限的。