一种含人造石废渣的水泥基人造石及其制备方法

本发明涉及固废资源化利用领域，具体涉及一种含人造石废渣的水泥基人造石及其制备方法。

背景技术：

1、人造石以优异的力学性能和美术价值在装饰石材市场上活跃，但生产过程中会产生大量的废渣，每生产100平方米的人造石就会产生至少1吨的废渣。如广西贺州的人造石产业密集，年出货量近一亿平方米，每年产生的废渣在100万吨以上。人造石废渣的主要成分是碳酸钙和少量的不饱和聚酯树脂，不宜进行二次加工。目前人造石废渣的应用范围有限，主要集中在传统水泥混凝土领域。然而，人造石废渣中的不饱和聚酯树脂会向混凝土中引入缺陷使得混凝土强度下降和耐久性降低，难以得到大量高效的利用。绝大部分人造石废渣依旧以堆积和填埋的方式处理，这会占用大面积的土地资源、造成严峻的环境问题，严重制约了人造石行业的发展。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决现有技术存在的技术问题，本发明旨在提供一种利用率高且性能优异的含人造石废渣的水泥基人造石，并且，本发明还提供了该含人造石废渣的水泥基人造石的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的含人造石废渣的水泥基人造石，按重量份计，原料包括以下组分：人造石废渣5-10份、助磨剂0.002-0.005份、无机填料60-70份、白水泥17-24份、助剂3-5份和水5-10份。

3、进一步地，所述助磨剂由三乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚复配得到，三乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚的质量比为1-2:1。

4、进一步地，所述无机填料为碎石和尾矿砂的混合物，碎石和尾矿砂质量比为2.5-5:1，所述碎石为大理石碎石、方解石碎石或石英岩碎石，所述尾矿砂为金属尾矿砂，选自铁尾矿砂或铜尾矿砂中的一种，粒径小于等于5mm，无机填料根据对人造石花色纹路的不同需求有不同的搭配。

5、进一步地，所述助剂包括聚羧酸减水剂和丙烯酸乳液，聚羧酸减水剂和丙烯酸乳液的质量比为0.1-0.2:2.5-4。

6、进一步地，所述助剂还包括着色剂，着色剂为铁系颜料，为铁黄、铁红或铁黑。

7、本发明所述的含人造石废渣的水泥基人造石的制备方法包括以下步骤：

8、(1)人造石废渣与助磨剂混合后球磨处理，得混合粉料；

9、(2)将无机填料、混合粉料和白水泥搅拌混合，得混合物；

10、(3)将水和助剂加入混合物中，继续搅拌得水泥基人造石浆料；

11、(4)将水泥基人造石浆料于模具中成型，得未固化的水泥基人造石荒料；

12、(5)将水泥基人造石荒料进行养护固化，得含人造石废渣的水泥基人造石。

13、进一步地，步骤(1)中，所述人造石废渣与助磨剂混合前，需充分干燥；步骤(4)中，所述成型的方式为：抽真空振动加压成型；步骤(5)中，所述养护固化的步骤为：先在室温下养护24-36h，再在40-60℃的蒸汽养护室内进行蒸汽养护2-5h。

14、发明原理：本发明水泥基人造石是以碎石和尾矿砂材料为无机填料，白水泥为胶结剂，再加入助剂经真空压制成型，需要时还可以添加着色剂。与现有树脂人造石相比，水泥基人造石具有环保无毒、抗压耐磨、不易冷热变形等优异性能，同时也将装饰人造石市场扩宽到室外装饰领域。铁尾矿砂、铜尾矿砂等金属尾矿砂在水泥混凝土中有较广泛的应用，但总体的综合利用率不足20％。随着水泥基人造石的快速发展，在满足人造石花色纹路的需求时合理掺加这类金属尾矿砂作为自带颜色的细骨料，提供了一条将尾矿砂变废为宝的全新路径。

15、本发明提供的含人造石废渣的水泥基人造石及其制备方法，在配方优选方面的考虑是在制备高性能水泥基人造石的基础上尽可能多的利用废渣。对于水泥基人造石而言，白水泥用量需满足其水化产物能包裹住每一颗填料及废渣颗粒，这要求体系中除白水泥外所用颗粒的总表面积在一定的合理范围内，限制了细小的人造石废渣颗粒的应用范围。对于助磨剂的选择及用量，则需要兼顾经济性和助磨效果；对于助剂的选择更多的是考虑到其对水泥基人造石制备过程和硬化后的性能表现，适量的聚羧酸减水剂和丙烯酸乳液才能提高水泥基人造石的性能表现，过少则效果有限，过多则会使性能降低。

16、本发明在人造石废渣研磨过程中加入助磨剂三乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚，经研磨后的人造石废渣用于制备水泥基人造石可获得优异的性能。三乙醇胺可以有效细化人造石废渣颗粒、改善人造石废渣颗粒形貌，并组织颗粒团聚。同时三乙醇胺对于白水泥早期水化起到促进作用，可以提高水泥基人造石的早期强度。脂肪醇聚氧乙烯醚在研磨阶段加入，可以吸附于人造石废渣颗粒的不饱和聚酯树脂链端，在提高颗粒分散性的同时，还能抢占聚羧酸减水剂分子的吸附位点，使其可以更多的吸附于水泥颗粒表面，提高减水剂的减水效率。三乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚的使用可以显著提高人造石废渣研磨的效果，进而缩短研磨时间，减少研磨能耗，并且对水泥基人造石成型前浆料的流动性和成型后人造石荒料的强度发展均带来有利影响。研磨后的人造石废渣的颗粒粒径小且趋于球形，在水泥基人造石的基体中起到很好的填充作用，废渣颗粒填充在基体的空隙和基体与骨料的界面过渡区内，有效提高人造石密实度、降低孔隙率、增强力学性能和耐久性能表现。

17、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

18、(1)本发明制备得到的水泥基人造石产品在早期强度发展方面具有优势，并且由于人造石废渣细小颗粒的微集料效应使本发明水泥基人造石在基体密实度、孔隙率和力学性能表现上均优于传统人造石，表现出更好的耐久性和耐污渍能力；

19、(2)本发明制备得到的水泥基人造石所掺加的人造石废渣为白色填料，对比煤矸石、赤泥等传统工业废渣更适用于制备带有各色花纹的高性能水泥基人造石，保证产品的多样性；

20、(3)本发明在制备过程中使用助磨剂辅助处理人造石废渣，助磨剂的使用有效缩短研磨时间，降低了研磨过程的能耗，极大削减了处理人造石废渣这一步骤的时间成本和经济成本；

21、(4)本发明制备方法在生产线内部将人造石废渣吸收利用，用人造石废渣替代水泥基人造石中一部分细颗粒无机填料来制备水泥基人造石，可以降低水泥基人造石的生产成本，同时人造石废渣可以做到高效的循环利用，为人造石废渣的高附加值综合利用开辟了一条新的绿色途径。

技术特征：

1.一种含人造石废渣的水泥基人造石，其特征在于，按重量份计，所述水泥基人造石的原料包括以下组分：人造石废渣5-10份、助磨剂0.002-0.005份、无机填料60-70份、白水泥17-24份、助剂3-5份和水5-10份。

2.根据权利要求1所述的水泥基人造石，其特征在于，所述助磨剂由三乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚复配得到。

3.根据权利要求2所述的水泥基人造石，其特征在于，所述三乙醇胺和脂肪醇聚氧乙烯醚的质量比为1-2:1。

4.根据权利要求1所述的水泥基人造石，其特征在于，所述无机填料为碎石和尾矿砂的混合物，碎石和尾矿砂质量比为2.5-5:1。

5.根据权利要求1所述的水泥基人造石，其特征在于，所述助剂包括聚羧酸减水剂和丙烯酸乳液。

6.根据权利要求5所述的水泥基人造石，其特征在于，所述聚羧酸减水剂和丙烯酸乳液的质量比为0.1-0.2:2.5-4。

7.根据权利要求1所述的水泥基人造石，其特征在于，所述助剂还包括着色剂。

8.根据权利要求7所述的水泥基人造石，其特征在于，所述着色剂为铁系颜料。

9.一种权利要求1所述的含人造石废渣的水泥基人造石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述养护固化的步骤为：先在室温下养护24-36h，再在40-60℃的蒸汽养护室内进行蒸汽养护2-5h。

技术总结
本发明公开了一种含人造石废渣的水泥基人造石及其制备方法，属于固废资源化利用领域。所述水泥基人造石的原料按重量份计包括以下组分：人造石废渣5‑10份、助磨剂0.002‑0.005份、无机填料60‑70份、白水泥17‑24份、助剂3‑5份和水5‑10份。本发明在人造石废渣研磨过程中加入助磨剂，以改善人造石废渣的颗粒分布并降低研磨能耗，再与无机填料、白水泥混合，后加入水和助剂搅拌均匀送至模具中，通过抽真空振动压制成型及养护固化得到含人造石废渣的水泥基人造石。本发明将人造石废渣用于制备水泥基人造石，提高了水泥基人造石的早期强度和耐久性，同时有效缓解人造石废渣造成的环境压力。

技术研发人员：张亚梅,沈凯栋,罗阳林
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13