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摘 要：以仿火山石装饰混凝土为基材，通过复合增强材料实现混杂增强，可制备具有仿火山石装饰效果的贴面装饰砌块，应用领域涉及装饰装修、地面铺装等，可用于高速铁路桥梁段人行道、高速公路隔离带地面铺装材料，也可以用于建筑（构筑）物墙面以及交通、市政、水利等护坡装饰材料。本文采用密度等级为B08、B09、B10的仿火山石装饰混凝土为基材，短切纤维、玻璃纤维网格布、三维玻璃纤维间隔连体织物为增强材，制备密度等级为800、900和1000级的仿火山石贴面装饰砌块。结果表明，规格尺寸为390mm×70mm×190mm、1000级防水型仿火山石贴面装饰砌块，强度等级达到MU7.5，抗冻指标达到D50，可满足我国不同气候地区使用要求。

关键词：贴面装饰砌块；仿火山石；装饰混凝土；混杂增强；泡沫混凝土

1  引  言

火山石板材色泽光亮纯正，外观典雅庄重，视觉效果极佳，独特的纹理和装饰效果备受青睐[1]，广泛用于建筑物墙面装饰和地面铺装（图1）。然而火山石为地域性材料，且资源有限，难以规模开采和长距离推广应用，因此研发仿火山石贴面装饰砌块具有较大市场需求和商机，符合人造石材发展方向[2-3]。研究表明，采用适宜配比制备的B08级轻质多孔混凝土，通过控制调孔剂和粉煤灰掺量可调整其气孔孔径大小和孔分布，其断面具有火山石的装饰效果，同时物理力学性能优良[4]。以仿火山石装饰混凝土为基材，通过在线复合绝热材料，可以制备集装饰、结构、保温于一体的多功能仿火山石砌体砌块，其砌筑墙体完成勾缝施工后，无需再进行内外墙保温和二次饰面施工[5]。本研究以仿火山石装饰混凝土为基材，通过与增强材料复合及混杂增强，制备仿火山石贴面装饰砌块。本文介绍了仿火山石贴面装饰砌块的材料组成、生产工艺和技术性能研究结果。

2  仿火山石贴面装饰砌块原材料

仿火山石贴面装饰砌块由仿火山石装饰混凝土和增强材料复合而成。其中，仿火山石装饰混凝土是以水泥、集料、掺合料、外加剂、颜料和水为主要原料，采用化学发泡工艺制备的轻质多孔水泥基材料，其断面具有独特的仿火山石装饰效果。

2.1  水泥

选用技术性能符合GB 175《通用硅酸盐水泥》、GB/T 20472《硫铝酸盐水泥》或GB/T 2015《白色硅酸盐水泥》规定的通用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和白色硅酸盐水泥。其中通用硅酸盐水泥宜选用强度等级为42.5的R型普通硅酸盐水泥。

2.2  集料

集料分普通集料和色质集料两种。普通集料包括轻集料、砂和再生细集料，技术性能应分别符合GB/T 17431.1《轻集料及其试验方法  第1部分：轻集料》、GB/T 14684《建设用砂》、GB/T 25176《混凝土和砂浆用再生细骨料》的规定。色质集料则包括天然和人工两种，均应符合国家相关标准规范要求，且不得影响产品质量和耐久性，放射性水平应符合GB 6566《建筑材料放射性核素限量》的规定。

2.3  掺合料

掺合料包括粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅灰、偏高岭土等品种，技术性能应分别符合GB/T 1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 18046《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》、GB/T 27690《砂浆和混凝土用硅灰》、GB/T 18736《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的规定。

2.4  外加剂

外加剂包括早强剂、速凝剂、减水剂、防水剂、发泡剂、调孔剂、稳泡剂、抗裂剂等品种，技术性能应分别符合GB 8076《混凝土外加剂》、JC/T 474《砂浆、混凝土防水剂》、GB/T 1616《工业过氧化氢》、GB/T 29594《可再分散性乳胶粉》、JC/T 2190《建筑干混砂浆用纤维素醚》等规定。其中，发泡剂宜选用浓度为50%的过氧化氢。

2.5  增强材料

增强材料包括纤维增强材料、二维网状增强材料（如玻璃纤维网格布）和三维立体增强材料（三维玻璃纤维间隔连体织物）。纤维增强材料宜采用短切聚丙烯纤维，其技术性能应符合GB/T 21120《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》的规定。玻璃纤维网格布属于二维定向配筋，相对短切纤维而言增强效率更高，其技术性能应符合JC/T 841《耐碱玻璃纤维网布》的规定。三维玻璃纤维间隔连体织物是一种整体编织而成、层与层之间纱线相连、呈中空结构的织物，嵌入水泥基体后可有效提高水泥基体的抗弯曲强度和抗冲击强度，同时能够进行三维空间定位[6-8]，是研制仿火山石贴面装饰砌块的重要支撑材料。

2.6  颜料

颜料应符合JC/T 539《混凝土和砂浆用颜料及其试验方法》的规定。

2.7  水

水应符合JGJ 63《混凝土用水标准》的规定。

3  仿火山石贴面装饰砌块生产

生产仿火山石贴面装饰砌块包括仿火山石装饰混凝土混合料制备、仿火山石装饰混凝土发泡料浆制备、浇注成型和脱模、坯体养护、饰面加工和强化等工序。图2是仿火山石装饰混凝土发泡料浆制备流程，图3为仿火山石贴面装饰砌块生产工艺流程。图4为仿火山石贴面装饰砌块生产过程图片。

3.1  混合料制备

采用强制式搅拌机制备仿火山石装饰混凝土混合料。制备时先启动搅拌机，然后加水，再投入水泥、集料、掺合料、外加剂（发泡剂、调孔剂除外）、颜料等原料。根据搅拌机转速和叶片角度、混合料制备量、外加剂品种和状态、水温等调整搅拌时间，确保各组分均匀分散并充分发挥外加剂改性作用，制备时间（高速搅拌1）应不低于180s。

3.2  发泡料浆制备

仿火山石装饰混凝土混合料制备工序完成后加入发泡剂并再次搅拌，进而制备仿火山石装饰混凝土发泡料浆。该工序要求发泡剂应在极短时间内均匀分散于仿火山石装饰混凝土混合料中，确保发泡量满足设计要求，发泡料浆硬化体中的气孔能均匀分布。因此，该阶段（高速搅拌2+高速搅拌3）应提高搅拌机转速，制浆时间严格控制在10s内，具体时间视原料组成、装饰效果、仿火山石装饰混凝土干表观密度和搅拌机转速而定。调孔剂应在仿火山石装饰混凝土发泡料浆搅拌结束前2-3s加入（高速搅拌3）。

3.3  浇注成型和脱模

仿火山石贴面装饰砌块坯体成型采用模制工艺。模制成型工艺是将仿火山石装饰混凝土发泡料浆浇注于大型模具中，达到初始强度后再脱模养护。大型模具可分格，也可以不分格。成型时，仿火山石装饰混凝土发泡料浆应一次性浇注入模，模具宜轻微振动以确保仿火山石

贴面装饰砌块坯体表面平整，从而控制面包头高度和废料量。待仿火山石贴面装饰砌块坯体达到初始强度后方可脱模。脱模时间视原料品种及组成、浆体初始温度、仿火山石贴面装饰砌块性能、环境温度、初始养护工艺等而定，通常应控制在3h-12h之间。

3.4  坯体养护

仿火山石贴面装饰砌块通常使用硅酸盐系列水泥，所制坯体早期强度较低且强度发展较慢。若条件许可宜使用蒸汽养护，如此可减缩脱模周期，加快模具周转，提高产量。制备仿火山石装饰混凝土时添加有大量活性掺合料，采用蒸汽养护可加速它们与水泥间的水热合成反应，显著提高仿火山石贴面装饰砌块强度。仿火山石装饰混凝土在凝结养护过程中会大量放热，因此宜采用“密闭自养护”工艺进行坯体养护。

3.5  饰面加工和强化

仿火山石贴面装饰砌块坯体宜在达到28d养护龄期后再进行切割、饰面加工和强化处理，切割和饰面加工可采用石材切割机或圆盘锯。加工完毕的仿火山石贴面装饰砌块表面采用表面强化剂进行浸泡强化处理，以提高饰面防水性和耐久性。若客户对饰面光洁度有要求，可在对产品饰面进行强化处理前进行磨光处理。

4  仿火山石贴面装饰砌块技术性能

4.1  仿火山石装饰混凝土性能

制备仿火山石贴面装饰砌块的不同密度等级仿火山石装饰混凝土性能见表1。

4.2  仿火山石贴面装饰砌块性能

采用密度等级为B08、B09、B10的仿火山石装饰混凝土为基材，制备密度等级为800、900和1000级的仿火山石贴面装饰砌块，技术性能指标见表2。

4.3  装饰效果

采用仿火山石装饰混凝土制备的仿火山石贴面装饰砌块，其切割面具有极其逼真的仿火山石装饰效果。图5为采用不同调孔剂掺量制备的仿火山石砌体砌块饰面纹理。

4.4  性能检测

经建筑材料工业技术监督研究中心检验，规格尺寸为390mm×70mm×190mm的仿火山石贴面装饰砌块，密度等级为1000级（干表观密度970kg/m3），强度等级达到MU7.5（立方体抗压强度平均值达到8.2MPa，单块最小值达到7.6MPa），抗渗性合格（水面下降高度为9mm），抗冻性指标达到D50，可满足我国严寒地区使用条件要求。

5  结语

以水泥、集料、掺合料、外加剂、颜料、水为主要原料，采用化学发泡工艺制备仿火山石装饰混凝土，通过复合增强材料进行混杂增强，可制备仿火山石贴面装饰砌块，用作建筑物墙面装饰和地面铺装材料。所制仿火山石贴面装饰砌块装饰面含大量随机分布的不规则、圆形和长圆形气孔，且孔径大小不一，具有高度逼真的仿火山石装饰效果。通过内掺防水组分和表面采用表面强化剂进行浸泡强化处理，以提高仿火山石贴面装饰砌块的防水性、抗渗性和耐久性。

参考文献：

[1]叶绵源，YE Mian-yuan.火山石材在海口城市公园空间环境中的运用[J].价值工程， 2018（33）：188-193.

[2]雷翅，徐海军，祝雯.人造石材的研究与发展现状[J].广州建筑， 2014， 42（1）：37-40.

[3]李伟涛，王玮.浅谈墙体仿石装饰材料的发展与现状[J].河南建材， 2013（03）：123-124.

[4]张磊蕾，刘洪彬，王武祥，等.仿火山渣装饰效果的轻质多孔混凝土制备与性能研究[J].混凝土与水泥制品， 2020（6）：6-8.

[5]王武祥，王爱军，刘洪彬，等.多功能仿火山石砌体砌块的研制[J].砖瓦， 2021（12）：37-39+42.

[6]刘志成，崔琪，李清海.不同维度玻璃纤维对GRC力学性能影响研究[J]. 混凝土与水泥制品，2015（5）： 46-49.

[7]杜玉兵，荀勇.织物增强水泥基复合材料研究与应用展望[J]. 材料导报，2007，21（1）：97-101.

[8]Sasi E A，Peled A.Three dimensional （3D） fabrics as reinforcements for cement-based composites[J]. Composites：Part A，2015，74（7）：153-165.

基金项目：国家重点研发计划课题（2018YFD1101002）