一种导电无机人造石及其制备方法
阅读说明：本技术 一种导电无机人造石及其制备方法 (Conductive inorganic artificial stone and preparation method thereof ) 是由 赵宝军 吴琛 曾正详 谭鹏 王俊 张宗军 王琼 王健 任明宇 刘新伟 于 2021-07-23 设计创作，主要内容包括：本申请涉及室内建筑材料的领域,具体公开了一种导电无机人造石及其制备方法。导电无机人造石包括导电层和绝缘层,导电层包括以下重量份的组分：石英砂33-39份、水泥15-18份、水3-5份、减水剂0.3-0.6份、增韧剂0.6-1.8份、导电介质1-15份,还包括占水泥质量0.1%-0.4%的分散剂；绝缘层包括以下重量份的组分：石英砂5-15份、水泥2-8份、水0.5-3份、减水剂0.05-0.2份；其制备方法为：分别配制导电层混合料和绝缘层混合料,然后将导电层进行初步压制成型后,将绝缘层原材料均匀铺设于导电层原材料上表面,真空振动压制成型得到毛板,最后对毛板进行蒸汽养护、定厚抛光得到导电无机人造石。本申请中的导电无机人造石可用于室内供暖,其具有成本低、安装简单、产热效率高的优点。(The application relates to the field of indoor building materials, and particularly discloses a conductive inorganic artificial stone and a preparation method thereof. The conductive inorganic artificial stone comprises a conductive layer and an insulating layer, wherein the conductive layer comprises the following components in parts by weight: 33-39 parts of quartz sand, 15-18 parts of cement, 3-5 parts of water, 0.3-0.6 part of water reducing agent, 0.6-1.8 parts of toughening agent, 1-15 parts of conductive medium and a dispersing agent accounting for 0.1-0.4% of the mass of the cement; the insulating layer comprises the following components in parts by weight: 5-15 parts of quartz sand, 2-8 parts of cement, 0.5-3 parts of water and 0.05-0.2 part of water reducing agent; the preparation method comprises the following steps: respectively preparing a conducting layer mixture and an insulating layer mixture, then, preliminarily pressing and forming the conducting layer, uniformly paving the insulating layer raw material on the upper surface of the conducting layer raw material, carrying out vacuum vibration pressing and forming to obtain a rough plate, and finally, carrying out steam curing and fixed-thickness polishing on the rough plate to obtain the conductive inorganic artificial stone. The electrically conductive inorganic rostone in this application can be used to indoor heating, and it has with low costs, the installation is simple, the efficient advantage of heat production.)
技术领域
本申请涉及建筑装饰材料的领域，更具体地说，它涉及一种导电无机人造石及其制备方法。
背景技术
随着物质水平的提高，人们对于家居环境舒适度的要求日益提高，建筑采暖已成为大多数人度过寒冬必不可少的需求。作为室内采暖材料，需要满足舒适、安全、绿色、环保以及节能等要求，基于此，地面辐射供暖逐渐出现在人们的眼前，被认为是最舒适的供暖方式。
目前，地面辐射供暖多是采用在地面以下铺设发热材料进行放热，在地面下铺设的发热材料主要有发热电缆和电热膜等，发热电暖安装后，需要在上面浇筑一层混凝土，然后再铺设装饰层，电热膜也是铺设在装饰层的下面。
针对上述中的相关技术，发明人认为通过铺设发热电缆和电热膜采暖的方式，在整个施工过程中都没有考虑到故障排查检修的措施，发生故障时，需要将整个装饰层都破坏掉，造成资源浪费，并且成本很高。
发明内容
为了减少室内供暖过程中的资源浪费，降低室内供暖材料的成本，本申请提供一种导电无机人造石及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种导电无机人造石，采用如下的技术方案：
一种导电无机人造石，包括导电层，所述导电层由包含以下重量份的原料制成：石英砂33～39份、水泥15～18份、水3～5份、减水剂0.3～0.6份、增韧剂0.6～1.8份、导电介质1～15份，还包括占水泥质量0.1%～0.4%的分散剂。
通过采用上述技术方案，本申请中的导电无机人造石，通过添加导电介质使得导电层具有导电性能，给导电层通电后无机人造石可以发热，产生的热量散发到室内用于采暖。通过本申请技术方案制得的无机人造石，具有良好的抗压强度和抗折强度，同时，导电层具有良好的导电性。将本申请中的无机人造石应用于室内供暖中，不需要额外铺设发热材料，在进行故障维修时只需更换人造石板材，有效降低了室内供暖装置的建设成本，减少了故障检修过程中的资源浪费。
优选的，所述导电介质为石墨、碳纤维、纳米炭黑的一种或多种。
优选的，还包括与所述导电层粘合的绝缘层，所述绝缘层由包含以下重量份的原料制成：石英砂5～15份、水泥2～8份、水0.5～3份、减水剂0.05～0.2份。
通过采用上述技术方案，在导电层上面粘附一层绝缘层，将导电层与室内环境隔开，防止产生漏电等安全事故，提高产品的安全可靠性。
第二方面，本申请提供一种导电无机人造石的制备方法，采用如下的技术方案：
一种导电无机人造石的制备方法，包括以下步骤：
配制导电层混合料，将导电层原材料按照配比混合均匀；
配制绝缘层混合料，将绝缘层原材料按照配比混合均匀；
压制成型，首先将导电层混合料均匀铺设于模具中进行预压制，并在导电层上表面压制出不规则锯齿状凹槽，然后将绝缘层原材料均匀铺设于预压制后的导电层上方，最后进行真空振动压制成型，压制成型后立即脱模得到毛板；
养护，将毛板进行蒸汽养护，养护完成后进行定厚抛光得到无机人造石。
通过采用上述技术方案，导电层和绝缘层通过自身材料之间的粘结力粘附在一起，压制时通过特制的压板将导电层上表面压制出不规则的锯齿状凹槽，使得导电层和绝缘层之间的接触面积更大，提高导电层和绝缘层之间的粘结力，防止压制成型后的产品出现分层。
优选的，所述导电层混合料的配制步骤如下：
S1，称取60%的水，将分散剂加入中水搅拌均匀，然后加入减水剂、增韧剂和导电介质，匀速搅拌至混合均匀得到混合料A；
S2，将水泥添加至剩余40%的水中混合均匀后加入到混合料A中并混合均匀，然后加入石英砂并搅拌均匀得到导电层混合料。
通过采用上述技术方案，先将分散剂分散于水中，然后再加入导电介质，能够使得导电介质更好地在水中分散，提高导电介质在产品中分散的均匀性，提高产品的导电性能。石英砂最后添加至混合料中，可以使石英砂在混合料中均匀分布，混合料中各部分的均匀性更好，制得的无机人造石中各部分的粘附性能更优，机械性能更好。
优选的，步骤S1中添加导电介质后进行匀速搅拌时，其搅拌频率6～10Hz，搅拌时间1～2min。
优选的，所述绝缘层混合料的配制步骤如下：先将减水剂添加至水中搅拌混合均匀，然后加入水泥并搅拌混合均匀，最后加入石英砂并搅拌混合均匀。
优选的，真空振动压制成型时，绝对真空度为0.1～0.15MPa，压力250吨，振动频率为45～50Hz，压制时间5～8min。
优选的，毛板进行蒸汽养护的温度为70～80℃，养护时间为7～10天。
通过采用上述技术方案，将导电层和绝缘层通过真空振动压制粘结在一起，由于导电层与绝缘层接触面有不规则锯齿状凹槽，所以导电层和绝缘层之间的粘附更加紧密。通过真空振动压制，使导电无机人造石内部各部分之间的粘结更加紧密，增强导电无机人造石的内部强度。通过蒸汽养护提高导电无机人造石的强度和耐久性。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
本申请中通过添加导电介质的方式制得导电无机人造石，通过给导电无机人造石通电以实现导电无机人造石产热，同现有的地板辐射式采暖相比，导电无机人造石可以制作得更薄以减少室内空间的占用；在安装时，可以提前做好故障排查机制以便查找故障处维修，而且不需要安装管道，避免的各种管道传递过程中的热量损失。并且导电无机人造石的制备工艺简单，成本低，可实现大批量生产。
具体实施方式
以下结合本申请实施例对本申请作进一步详细说明。
在提倡“被动式建筑”的前提下，作为室内采暖材料，需要满足舒适、安全、绿色、节能、环保等需求，基于此，地面辐射供暖出现在人们眼前，而地面辐射供暖也被认为是最舒适的一种供暖方式。传统的地面辐射供暖，通过在底板下铺设发热材料产生热量，热量通过底板辐射到室内升高室内温度。但是，铺设发热材料前期投入大，耗能严重，并且不利于后期的检修维护。基于此，近些年来，国内外一些学者提出来一种新型的建筑材料—导电型水泥基材料，通过大量的研究表明，导电型水泥基材料的电热性能可以应用于道路、桥梁路面融冰除雪等实际工程中，但是导电型水泥基材料在实际生成过程中多为超过5cm的厚板，并不适用于室内采暖安装。因此，亟需一种安全、节能、环保的材料，在可以满足室内供暖需求的同时，还需要兼备厚度薄、易安装、低成本等特点，本申请中的导电无机人造石正是基于上述需求提出的。
本申请实施例中各原料的来源如下：
水泥选自江西银杉白水泥股份有限公司生产的P.W 52.5白色硅酸盐水泥；
减水剂选自中交第四航务工程局有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，型号为HSP-V，固含量为30%；
增韧剂选自上海昕特玛化学品有限公司生产的丁苯乳液，型号为5840，固含量为50%；
分散剂为聚丙烯酸钠和三乙醇胺按质量比45:55制成的混合物；
导电介质可为常规无机导电介质石墨、碳纤维、纳米碳黑中的一种或者多种，本申请实施例中的导电介质选自广东振威化工科技有限公司生产的高温型导电石墨、碳纤维管和纳米炭黑。
实施例
实施例1-6的主要区别在于导电层原材料中导电介质的占比不同。
实施例7-10的主要区别在于制得的导电无机人造石中绝缘层的厚度不同。
实施例11-13 的主要区别在于导电无机人造石的制备方法不同。
实施例1
本申请实施例公开一种导电无机人造石，包括导电层和绝缘层，导电层包含以下重量份的原材料组分：石英砂33㎏，水泥18㎏，水4㎏，聚羧酸高效减水剂0.4㎏，丁苯乳液1.2㎏，分散剂0.1㎏，石墨1㎏；绝缘层包含以下重量㎏的原材料组分：石英砂5㎏，水泥3㎏，水0.5㎏，聚羧酸高效减水剂0.05㎏。
制备方法如下：
第一步，配制导电层混合料，包括以下步骤：
S1，将导电层原材料中备好的水称取19.8㎏，先将分散剂加入水中并搅拌1min混合均匀，然后将聚羧酸高效减水剂、丁苯乳液以及石墨依次加入水中，以8Hz的搅拌频率匀速搅拌2min，得到混合料A；
S2，将水泥加入剩余的13.2㎏水中，以10Hz的搅拌频率匀速搅拌5min，得到混合料B；
S3，将混合料B加入到混合料A中，以8Hz的搅拌频率匀速搅拌5min，得到混合料C；
S4，将石英砂加入混合料C中，以15Hz的搅拌频率匀速搅拌10min，得到导电层混合料。
第二步，配制绝缘层混合料，包括以下步骤：
S1，将减水剂加入水中，以6Hz的搅拌频率匀速搅拌1min，得到混合料D；
S2，将水泥加入混合料D中，以8Hz的搅拌频率匀速搅拌3min，得到混合料E；
S3，将石英砂加入到混合料Ｅ中，以15Hz的搅拌频率匀速搅拌10min，得绝缘层混合料。
第三步，压制成型。先将第一步中得到的导电层混合料均匀铺设于模具中，然后通过特制压板进行预压制，通过预压制将导电层初步压制成型，特制压板上设置有不规则的锯齿状凸起，可在导电层的上表面压制出不规则锯齿状凹槽。初步压制后将第二步中制得的绝缘层混合料均匀铺设于导电层上方，然后整体进行真空振动压制成型，压制成型后立即脱模得到毛板。其中，真空振动压制的绝对真空度为0.1MPa，压力250吨，振动频率48Hz，压制时间8min。
第四步，养护。将第三步中制得的毛板在80℃下进行7天蒸汽养护，养护完成后进行定厚抛光得到导电无机人造石。
本实施例中制得的导电无机人造石，绝缘层的厚度约为3㎜。
实施例2
与实施例1的区别在于：导电层原材料中，石英砂39㎏，水泥15㎏，石墨5㎏。
实施例3
与实施例1的区别在于：导电层原材料中，石英砂36㎏，水泥16㎏，石墨8㎏。
实施例4
与实施例1的区别在于：导电层原材料中，石英砂36㎏，水泥16㎏，石墨10㎏。
实施例5
与实施例1的区别在于：导电层原材料中，石英砂36㎏，水泥16㎏，石墨15㎏。
实施例6
与实施例1的区别在于：导电层原材料中，石英砂36㎏，水泥18㎏，导电介质为石墨、炭纤维以及纳米碳黑三者的混合物，其中，石墨4㎏，碳纤维3㎏，纳米碳黑3㎏。
实施例7
与实施例4的区别在于：绝缘层材料中，石英砂8㎏，水泥5㎏，绝缘层厚度为8㎜。
实施例8
与实施例4的区别在于：绝缘层材料中，石英砂12㎏，水泥6㎏，绝缘层厚度为10㎜。
实施例9
与实施例4的区别在于：绝缘层材料中，石英砂15㎏，水泥5㎏，绝缘层厚度为15㎜。
实施例10
与实施例4的区别在于：绝缘层材料中，石英砂20㎏，水泥5㎏，绝缘层厚度为20㎜。
实施例11
与实施例8的区别在于：导电层在进行初步压制时使用普通的压板，导电层上表面没有不规则锯齿状凹槽。
实施例12
与实施例11的区别在于：在压制成型时，导电层不进行预压制，先将导电层混合料均匀铺设于模具中，然后将绝缘层混合料均匀铺设于导电层混合料上方，最后一起进行真空振动压制成型。
实施例13
与实施例8的区别在于：导电无机人造石在进行压制成型时，采用常规的真空加压压制成型，不采用真空振动压制成型，其中，绝对真空度0.1MPa，压力250吨，压制时间8min。
对比例
对比例1
与实施例4的区别在于：石英砂42㎏，水泥22㎏，水7㎏，聚羧酸高效减水剂0.5㎏，丁苯乳液1.2㎏，分散剂0.1㎏，原材料中不添加导电介质。
对比例2
与实施例8的区别在于：绝缘层材料中，石英砂25㎏，水泥8㎏，绝缘层厚度为25㎜。
性能检测试验
对实施例1-13以及对比例1、对比例2中制得的无机人造石，参照GB/T 35160-2017进行抗压强度和抗折强度性能检测，利用伏安法测量并计算导电层在室温（25℃）下的电阻率，利用红外线温度计检测绝缘层表面温度从室温（25℃）升至45℃时的时间，以散热效率表示。检测结果见表1。
表1：抗折强度、抗压强度及电阻率检测数据
抗折强度/MPa
抗压强度/MPa
电阻率/Ω·m
散热效率/min
实施例1
17.8
113.3
87.34
/
实施例2
17.3
112.5
11.65
/
实施例3
16.1
111.1
1.31
12
实施例4
14.3
106.4
0.21
5
实施例5
11.5
98.2
0.01
/
实施例6
9.6
77.9
0.19
5
实施例7
16.5
111.8
0.18
11
实施例8
17.1
112.5
0.21
19
实施例9
17.4
112.7
0.20
25
实施例10
16.8
111.4
0.18
35
实施例11
16.3
111.5
/
/
实施例12
17.6
113.8
0.78
/
实施例13
13.3
97.5
/
/
对比例1
21.7
115.3
/
/
对比例2
20.3
110.9
0.23
57
结合实施例1-6和对比例1并结合表1数据可以看出，相同的物料配比制得的导电无机人造石和非导电无机人造石，其抗压强度和抗折强度无明显差异。随着导电无机人造石中石墨的占比逐渐增加，导电层的电阻率降低，但同时导电无机人造石的抗压强度和抗折强度也会降低，当导电层原材料中石墨的占比超过15%后，再增加石墨的比例时，制得的导电无机人造石的抗压强度和抗折强度会明显降低，并且降低幅度明显增加。
结合实施例4、实施例7-10、对比例2以及表1数据可以看出，当绝缘层的厚度增加时，制得的导电无机人造石的抗折强度和抗压强度无明显差异，但是，在进行性能检测时，实施例4中制得的导电无机人造石在加压测试至试样破碎时，导电层和绝缘层脱离，出现明显的分层现象，实施例7中有轻微分层现象，实施例8-10中，导电层和绝缘层无分层。可知，当绝缘层的厚度比较薄时，绝缘层和导电层之间的粘结力较差，整体产品的抗压强度和抗折强度虽然较高，但是绝缘层与导电层之间易出现分层而脱离。此外，当绝缘层的厚度过厚时，导电层产生的热量会被绝缘层隔绝，无法很好地辐射至室内，会影响产品的散热效率，通过试验，当绝缘层的厚度保持在10～20㎜时，制得的无机人造石不会发生分层现象，同时也能保持良好的散热效率。
结合实施例8、实施例13以及表1数据可以看出，当绝缘层和导电层之间不设置不规则锯齿状凹槽时，其抗折轻度和抗压强度并无明显变化，但是在性能检测时，当加压至试样破碎时，绝缘层和导电层之间会出现明显的分层现象，可知，在导电层和绝缘层之间压制出不规则锯齿状凹槽，增加导电层和绝缘层之间的接触面积，可以有效提升绝缘层和导电层之间的粘结力，避免出现绝缘层和导电层分层现象。
结合实施例8、实施例12及表1中的数据可以看出，在压制成型时，导电层不进行预压制，导电层和绝缘层材料一起进行真空振动压制成型制得的导电无机人造石，与实施例8中导电层进行预压制操作制得的导电无机人造石相比，其抗压强度和抗折强度并无明显差异，但是其电阻率有一定程度的升高。可知，在进行压制成型时，对导线层原材料进行预压制后在真空振动压制成型，可以更好地维持导电无机人造石的导电性。
结合实施例8、实施例13以及表1中的数据，压制成型时，采用常规的真空加压压制得到的导电危机人造石，其抗压强度和抗折强度有明显的降低。可知，采用真空振动压制成型能够使得人造石内部各部分之间结合更加紧密，有效提高产品的抗折强度可抗压强度。
综上，当导电层原材料中石墨的比例接近15%时，导电层的电阻率、导电无机人造石的抗折强度和抗压强度都较优，制得的导电无机人造石在具有较好的电热性能的同时也能够保持较好的机械性能。当绝缘层的厚度在10～20㎜时，绝缘层与导电层之间的粘结性能较好，制得的导电无机人造石不会出现分层现象，同时也能保持较好的散热性能。此外，在导电无机人造石压制成型时，在导电层与绝缘层之间预压制出不规则锯齿状的凹槽，通过增加绝缘层与导电层之间的接触面积进而增加绝缘层与导电层的粘结力。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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