九、无机矿物制品

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第一节 无机矿物制品的基本知识

      无机矿物制品是指用水泥、石灰、石膏、菱苦土、珍珠岩、矿棉、岩棉、石棉及其它矿物材料为主要原料制成的产品。
      无机矿物制品是建筑工程中应用最早和最多的材料，尤其是水泥和石灰，是现代建筑工程不可缺少的原料。
      利用无机矿物原料生产的室内装饰制品主要为各种形式的板材，如石膏装饰板、矿棉装饰吸音板、珍珠岩装饰吸音板等。
      无机矿物制品的特点是造价低、原料来源广及防火、防水、防潮、隔热、吸音等性能较好，同时生产工艺简单，因此国内外无机矿物装饰材料的发展很快，产量很高，新的品种也在不断出现。

第一节 无机矿物制品的基本知识
一、无机矿物原料简介
      用于室内装饰制品的无机矿物原料按其作用可分为两大类：矿物胶结材料和矿物声热材料。矿物胶结材料可将制品胶结成整体，矿物声热材料用于改善制品的热学性能与声学性能。
      矿物胶结材料根据硬化条件又有水硬性和气硬性之分。气硬性胶结材料只有在空气中硬化，在空气中能长久保持强度或继续提高强度，如石灰、石膏等。水硬性胶结材料不仅能在空气中，而且能在水中硬化，保持并继续提高其强度，如各种水泥。

(一)矿物胶结材料
      任何矿物材料当其与水或适当的盐类水溶液混合后，在常温下经过一定的物理化学变化过程能由浆状或可塑状而变为坚硬固体，并因而能将松散材料胶结为整体者，即称为矿物胶结材料。
      矿物胶结材料有气硬性胶结材料与水硬性胶结材料之分，区分这一点，对胶结材料的实际应用有很大的意义。水硬性胶结材料，既可用于地上较干燥的地方，也可用于水下、地下、地上潮湿之处。而气硬性胶结材料一般只宜用于地上，不宜用于过分潮湿之处和水下。
1、石膏
      用于建筑材料生产的石膏，包括天然石膏和化学石膏。天然石膏有天然二水石膏（CaSO4•2H2O）和天然无水石膏（CaSO4）。天然二水石膏质地较软，天然无水石膏质地较硬，故又称为硬石膏。工业生产中常用的是天然二水石膏，一般提到“石膏”大多数情况下指的是天然二水石膏。
      纯净的二水石膏是透明的或无色的，有纤维状、针状、片状等晶体形态。天然二水石膏矿往往含有较多杂质，从产状看，有透明石膏、纤维石膏、雪花石膏、片状石膏、泥质石膏或土石膏。石膏中二水石膏所占的含量，常称为品位，以此来对石膏分级。一级石膏，含二水石膏95%以上，二级含二水石膏85%以上，三级含75%以上。生产建筑石膏板材大都要用三级以上的石膏。
      化学石膏，一般是指的各种工业生产中的副产品，是工业废渣，其中含有一定数量的二水石膏，还含有较多杂质，称呼这些石膏时习惯在其前面加上原主要产品类型或石膏来源类型的名称，如磷石膏、氟石膏、排烟脱硫石膏、芒硝石膏等。
      石膏有多种存在形态，石膏加热以后会由二水石膏逐步转化为另一种形态，吸湿以后，又会发生相反的变化。生产石膏建筑制品就是依据石膏的这种性质。
      石膏加热脱水变成半水石膏（或其它型式脱水石膏），半水石膏加水拌合成石膏浆，石膏浆中的半水石膏等脱水石膏水化硬化又生成二水石膏，石膏浆入模就制成硬化的石膏制品了。
      半水石膏凝结时间短，建筑石膏4-8分钟初凝，10-13分钟终凝；高强石膏3-8分钟初凝，15～30分钟终凝。生产石膏建材制品的生产周期短，就是充分利用了石膏材料凝结硬化快的特性。
2、石灰
      石灰是使用历史最久，也是目前建筑工程中应用最广泛的胶凝材料。它不仅可以作为单独的胶结材料使用，也可与其它矿物粉末材料混合制成建筑材料。
      依硬化条件不同，石灰也有气硬石灰与水硬石灰之分。建筑工程中常用的为气硬性石灰。它是用主要成分为碳酸钙或含一部分碳酸钙，并含有较少粘土杂质（8%以下）的石灰岩煅烧而制成的以氧化钙为主要成分的气硬性胶结材料，通称石灰。
      石灰的硬化是由于氧化钙在水中生成氢氧化钙，它由胶体转为结晶，或氢氧化钙与空气接触被空气中的二氧化碳碳化成碳酸钙。
3、水玻璃
      水玻璃是将硅酸钠溶于水而制成，在建材生产中常以液态应用，故又名液体玻璃。它与普通玻璃的区别是能溶于水，以后又能在空气中硬化。
      水玻璃为一种矿物胶，与有机胶相比，水玻璃不燃烧，也不腐朽。
      水玻璃在空气中CO2的作用下，由于干燥和析出无定形含水氧化硅而硬化。与其它胶质材料相比，水玻璃具有较高的耐酸性。但它不能抵抗强酸及碱作用，也不能抵抗水的长期作用。
4、菱镁土
      菱镁土为用菱镁矿或白云岩经煅烧、磨细而成的气硬性胶结材料。它的主要成分为MgO或MgO与CaCO3的混合物。
      菱镁土如用水搅和，所得浆体凝结极慢，硬化后强度极低，所以应当用各种盐类的水溶液拌和。常用的盐溶液有氯化镁、硫酸镁、硫酸亚铁等。菱镁土与这些盐溶液拌合后生成复杂的混合物。生成物从过饱和溶液中凝成胶体以后又生成结晶，即产生了菱镁土的硬化。当温度提高时，硬化过程会加快进行。[NextPage]
（二）矿物声热材料
      在矿物装饰制品中，常加入一些具有绝热、吸声或其它性能的材料使制品具有一些特殊功能。常用的几种材料介绍如下。
1、石棉
      石棉是一种非金属矿物，呈白、灰、褐及绿等色。常用的是温石棉，纤维柔软，状如棉花。石棉具有绝热、吸声、耐火、耐酸碱、电绝缘等特性。
2、矿渣棉
      矿渣棉是将熔融状态的冶金矿渣用喷吹法或离心法制成絮状，具有绝热、吸声、耐腐蚀、不燃以及价廉、利废等特点。可以呈松散状态或制成毡状使用。
3、岩棉
      将白云岩、花岗岩、玄武岩等天然岩石熔化后用喷射法或离心法可制成岩棉，其性能与矿渣棉相同。
4、膨胀珍珠岩
      将珍珠岩矿物晾干、破碎、筛分、预热、焙烧，体积骤然膨胀（约20倍）而成灰色或灰色松散粒状，结构呈蜂窝状，是一种高效能绝热材料。
5、膨胀蛭石
      将蛭石晾干、破碎、筛分、焙烧，体积膨胀20倍以上，成为许多薄片组成的层状碎片。也是一种高效能绝热材料。

二、无机矿物制品的基本制造方法简介
      无机矿物制品的成型主要靠矿物胶结材料的凝结硬化，有着基本类似的生产方法，无机矿物制品的基本生产工艺。


      其中I号流程主要生产以水泥为胶结材料的制品，Ⅱ号流程主要生产以石膏为胶结材料的制品，Ⅲ号流程主要生产以添加部分有机树脂为胶结材料以及以水淬高炉矿渣为胶结材料的制品。

三、装饰无机矿物制品的种类与特点
（一）种类
      矿物装饰制品的分类比较复杂，制品的原料、结构、功能、工艺等等方面互相组合或交叉，按单一某方面分类较困难。由于制品大部分以石膏胶结材料可粗略分为石膏装饰板、装饰绝热吸声板、复合装饰板等三大类。第一类石膏装饰板是以装饰性为主的石膏板材；第二类装饰吸声板是兼具吸声与绝热性能的装饰板材；第三类复合装饰板是多种材料掺合制成的装饰板材。无机矿物装饰制品分类见图10-3。

      建筑工程中还有许多结构性板材。这些板材除了主要用作隔断、承重等功能性用途外，往往也带有一定装饰性或特种功能如吸音、隔热等，如水泥木丝板、纸浆水泥板、石膏刨花板等等。它们也常作为装饰板的基材，经特种加工后成结构性装饰材料。

（二）基本结构特点与应用
      矿物装饰材料一般均为板材，规格（mm）常用的有300×300×9,500×500×9,600×600×11，900×900×(12～12)等。有各种表面结构如平面型、压花型、浮雕型、嵌缝型、半穿孔型、全穿孔型、盲孔型等；表面的装饰有油漆、贴砂、喷饰、印花、彩画等；内部处理有防水、防潮、防火、吸音、折波等等。
穿孔吸声处理是矿物装饰板的一大特点。穿孔方式和花样也很多，这样声波通过微孔时，声能会部分转化为热能，从而达到吸声效果。
      这类装饰材料有许多优良性能。如石膏装饰板具有轻质、高强、防潮、不变形、防火、滞燃、可调节室内温度等特点，并且施工方便，加工性能好，可锯、可钉、可刨、可粘结等优点。添加珍珠岩、岩棉、矿棉等吸声隔热材料的装饰吸音板，对高、中频有良好的吸收效果。在穿孔结构合适时，对低频噪声也有良好的吸收作用。此外，对热传递也有阻滞作用。
      由于矿物装饰板有上述装饰与特殊功能，故广泛应用于影剧院、会堂、音乐厅、播音室、录音室等用以控制和调整室内混响时间，消除回声，改善室内的音质，提高语言清晰度。用于旅馆、医院、办公室、商场以及吵闹场所，如工厂车间用以降低室内噪声，改善生活环境和劳动条件。

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第二节 纸面石膏板

      纸面石膏板作为一种墙体材料，在建筑上占有重要地位。纸面石膏板是以建筑石膏为主要原料，掺入纤维、外加剂（发泡剂、缓凝剂等）和适量轻质填料，加水拌和成料浆，浇注在进行中的纸面上，成型后再覆以上层面纸。料浆经过凝固形成芯板，经切断、烘干，则使芯板与护面纸牢固地结合在一起。纸面石膏板具有质轻、保温隔热性能好，防火性能好，可钉、可锯、可刨、施工安装方便，主要用作建筑物内隔墙和室内吊顶材料。

一、纸面石膏板的性能与特点

      纸面石膏板主要用于建筑物内隔墙，有普通纸面石膏板、耐水纸面石膏板和耐火纸面石膏板三类。普通纸面石膏板是以重磅纸为护面纸。耐水纸面石膏板采用耐水的护面纸，并在建筑石膏料浆中掺入适量耐水外加剂制成耐水芯材。耐火纸面石膏板的芯材是在建筑石膏料浆中掺入适量无机耐火纤维增强材料后制作而成。耐火纸面石膏板的主要技术要求是在高温明火下燃烧时，能在一定时间内保持不断裂。国家标准GB11979-89规定：耐火纸面石膏板遇火稳定时间，优等品不小于30min，一等品不小于25min，合格品不小于20min。
      普通、耐水、耐火三类纸面石膏板，按棱边形状均有矩形、45°倒角形、楔形、半圆形和圆型五种产品。产品规格有：长1800、2100、2400、2700、3000、3300和3600mm7种规格；宽900mm和1200 mm2种规格；厚9、12和15 mm。此外，纸面石膏板还有厚度为18 mm的产品，耐火纸面石膏板还有18、21和25 mm厚的产品。
（一）施工安装方便，节省占地面积
      纸面石膏板的可加工性很好，可锯、可刨、可钻、可贴，施工灵活方便。用石膏板作内隔墙还可便于室内管线敷设及检修。采用石膏板作墙体材料，可节省墙体占地面积。增加建筑空间利用率。以120 mm厚的内隔墙为倒，相当于增加了17.5%的建筑空间。
（二）耐火性能良好
      纸面石膏板的芯材由建筑石膏水化而成，所以石膏板中石膏是以CaSO4•2H2O的结晶形态存在。一旦发生火灾，石膏板中的二水石膏就会吸收热量进行脱水反应。当石膏芯材所含结晶水并未完全脱出和蒸发完毕之前，纸面石膏板板面温度不会超过140℃，这一良好的防火特性可以为人口疏散赢得宝贵时间，同时也延长了防火时间。
      与其它材料相比，纸面石膏板在发生火灾时只释放出水并转化为水蒸汽，不会释放出对人体有害的成分，而有些材料遇火灾时，往往会散发出对人体有害的成分，如有毒的浓烟。
（三）隔热保温性能
      纸面石膏板的导热系数只有普通水泥混凝土的9.5%，是空心粘土砖的38.5%。如果在生产过程中加入发泡剂，石膏板的密度会进一步降低，其导热系数将变得更小，保温隔热性能就会更好。
（四）膨胀收缩性能
      纸面石膏板的线膨胀系数很小，加上石膏板又在室温下使用，所以它的线膨胀系数可以忽略不计。但纸面石膏板的干缩湿胀现象相对而言比较大。把纸面石膏板放置于100℃的湿饱和蒸汽中1h，其长度伸胀率为0.09%。当然，石膏板很少用于这种环境条件。
（五）特殊的“呼吸”功能
      这里所说的纸面石膏板的“呼吸”功能，并非是指它像动物一样需要呼吸空气才能生存，而是对它的吸湿解潮行为的一种形象描述。由于纸面石膏板是一种存在大量微孔结构的板材，放在自然环境中，由于其多孔体的不断吸湿与解潮的变化，即“呼吸”作用，维持着动态平衡。它的质量随环境温湿度的变化而变化，这种“呼吸”功能的最大特点，是能够调节居住及工作环境的湿度，创造一个舒适的小气候。

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第三节 装饰石膏制品

      装饰石膏制品是以建筑石膏为主要原料，掺入适量纤维增强材料和外加剂，与水一同搅拌成均匀料浆，经浇注成型、干燥而得到的制品。这类制品包括各种装饰石膏板，如普通平板、孔板、浮雕板、防潮平板、防潮孔板、吸声板、嵌装式装饰板以及浮雕艺术的石膏角线、线板、角花、灯圈、壁炉、罗马柱、灯座和雕塑等。装饰石膏制品主要用于室内墙壁和吊顶装饰，具有防火、隔音、吸声、美化、高雅的装饰艺术效果，是宾馆、饭店、公共建筑设施以及居室内常用的装饰材料。

一、装饰石膏板
（一）定义
      以建筑石膏为主要原料，掺入适量纤维增强材料和外加剂，与水一起搅拌成均匀料浆，经浇注成型，干燥而成的不带护面纸的装饰板材，称为装饰石膏板。
（二）用途与特点
      装饰石膏板主要用于工业与民用建筑室内墙壁装饰和吊顶装饰，以及非承重内隔墙。具有轻质、高强、耐火、隔声、韧性高等性能，可进行锯、刨、钉、钻、粘等加工，施工安装方便。
（三）分类和规格尺寸
      饰石膏板形状为正方形，其棱边断面形式有直角型和45°倒角型两种。根据板材正面形状和防潮性能的不同，其分类及代号见表10-5。
表10-5 板材分类及代号
分类 普通板 防潮板
平板 孔板 浮雕板 平板 孔板 浮雕板
代号 P K D FP FK FD
石膏装饰板的规格尺寸有：500mm×500 mm×9 mm；600 mm×600 mm×11 mm。
产品标记顺序为：产品名称、板材分类代号、板的边长及标准号。
例如：边长为600mm的防潮孔板，其标记为：装饰石膏板FK500 GB9777。

二、吸声用穿孔石膏板
（一）定义
      以装饰石膏板和纸面石膏板为基础材料，由穿孔石膏板、背覆材料、吸声材料及板后空气层等组合而成的石膏板材称为吸声用穿孔石膏板。
（二）用途和特点
      吸声用穿孔石膏板主要用于室内吊顶和墙体的吸声结构中。在潮湿环境中使用或对耐火性能有较高要求时，则应采用相应的防潮、耐水或耐火基板。
      吸声用穿孔石膏板具有轻质、防火、隔声、隔热、抗振性能好，可用于调节室内湿度等特点，并有施工简便、施工效率高、劳动强度小、干法作业及加工性能好等特点。
（三）产品分类、规格
1、棱边形状
板材棱边形状分直角型和倒角型两种。
2、规格尺寸
（1）边长：规格为500 mm×500 mm；600 mm×600 mm。
（2）厚度：规格为9 mm和12 mm。[NextPage]

三、艺术装饰石膏制品
      术装饰石膏制品主要是根据室内装饰设计的要求而加工制作的。制品主要包括浮雕艺术石膏线角、线板、花角、灯圈、壁炉、罗马柱、圆柱、方柱、麻花柱、灯座、花饰等。在色彩上，可利用优质建筑石膏本身洁白高雅的色彩，造型上可洋为中用，古为今用，大可将石膏这一传统材料赋予新的装饰内涵。
艺术装饰石膏制品以优质建筑石膏粉为基料，配以纤维增强材料、胶粘剂等，与水拌制制成均匀的料浆，浇注在具有各种造型、图案、花纹的模具内，经硬化、干燥、脱模而成。

（一）浮雕艺术石膏线角、线板、花角

      浮雕艺术石膏线角、线板和花角具有表面光洁、颜色洁白高雅、花型和线条清晰、立体感强、尺寸稳定、强度高、无毒、防火、施工方便等优点，广泛用于高档宾馆、饭店、写字楼和居民住宅的吊顶装饰，是一种造价低廉、装饰效果好、调节室内湿度和防火的理想装饰装修材料，可直接用粘贴石膏腻子和螺钉进行固定安装。
      浮雕艺术石膏线角图案花型多样，其断面形状一般呈钝角形，也可不制成角状而制成平面板状，则称为浮雕艺术石膏线板或直线。石膏线角两边（或称翼缘）宽度有相等和不等的两种，翼宽尺寸多种，一般为120-300mm左右，翼厚为10-30mm左右，通常制成条状，每条长约2300mm。石膏线板的花纹图案较线角简单，其花式品种也有多种。石膏线板的宽度一般为50-150mm，厚度为15-25mm左右，每条长约1500mm。

（二）浮雕艺术石膏灯圈

      作为一种良好的吊顶装饰材料，浮雕艺术石膏灯圈与灯饰作为一个整体，表现出相互烘托，相得益彰的装饰气氛。石膏灯圈外形一般加工成圆形板材，也可根据室内装饰设计要求和用户的喜好制作成椭圆形或花瓣型，其直径有500～1800mm等多种，板厚一般为10～30mm。室内吊顶装饰的各种吊挂灯或吸顶灯，配以浮雕艺术石膏灯圈，使人进入一种高雅美妙的装饰意境。

（三）装饰石膏柱、石膏壁炉   www.snren.com

      装饰石膏柱有罗马柱、麻花柱、圆柱、方柱等多种，柱上、下端分别配以浮雕艺术石膏柱头和柱基，柱高和周边尺寸由室内层高和面积大小而定。柱身上纵向浮雕条纹，可显得室内空间更加高大。在室内门厅、走道、墙壁等处设置装饰石膏柱，既丰富了室内的装饰层次，更给人一种欧式装饰艺术和风格的享受。
装饰石膏壁炉更是增添了室内墙体的观赏性，使人置身于一种中西方文化和谐统一的艺术氛围之中，揉合精湛华丽的雕饰，达到美观、舒适与实用的效果。

（四）石膏花饰、壁挂

      石膏花饰是按设计图案先制作阴模（软模），然后浇入石膏麻丝料浆成型，再经硬化、脱模、干燥而成的一种装饰板材，板厚一般为15-30mm。石膏花饰的花型图案、品种规格很多，表面可为石膏天然白色，也可以制成描金或象牙白色、暗红色、淡黄色等多种。用于建筑物室内顶棚或墙面装饰。建筑石膏还可以制作成浮雕壁挂，表面可涂饰不同色彩的涂料，也是室内装饰的新型艺术制品。

第四节 装饰绝热、吸音板

      装饰绝热、吸音板的品种较多，这里主要介绍具有代表性的珍珠岩装饰吸音板和矿棉装饰吸音板。
一、膨胀珍珠岩装饰吸音板
（一）原料
1、建筑石膏
      品位为92%，白色，900孔筛筛余量3.5%。
2、膨胀珍珠岩
      起填料及改善板材声热性能。性能要求：
      容重80-90kg/m3，粒度＞2.5mm的颗粒占11%，＜0.16mm的颗粒占2%，含水率0.5%。
3、缓凝剂
      可用硼砂、柠檬酸等。
4、防水剂 www.snren.com
      采用无机工业废料。
5、表面处理材料
      表面涂层由不饱和聚酯树脂及适量固化剂、促进剂等调制而成。此外，还有调色布纹用的颜料。

（二）生产工艺
生产的前一段与一般石膏板材相类似，脱模成基板后，再用聚酯树脂进行表面处理，处理方法与一般不饱和聚酯树脂的涂饰工艺相同。
压制工序是比较特殊的工序，也是基材生产的关键，压力的大小，初压时间的迟早，保压时间的长短，直接关系到产品的质量。一般压力控制在8MPa左右，初压与恒压时间视材料的凝结情况而定。

（三）装饰板的性能
装饰板的主要物理力学性能为：容重0.98g/cm3，光洁度87度，抗弯强度9.3MPa，表面硬度（HB）34，含水率2.4%，导热系数0.17W/m•K。
装饰板具有轻质、高强、隔音、防火等优良性能。由于采取了防水措施，也可作外墙装饰之用。

二、矿棉装饰吸声板

      矿棉装饰吸声板是一种高级装饰材料。按其工艺不同有半干法矿棉吸声板与湿法矿棉吸声板，按表面加工方法不同有普通型、沟槽型、印刷型、浮雕型等四种类型的装饰板。

（一）原料
1、矿棉
      是吸声板的基材，要求颜色为黄色或白色，太深则影响着色，渣球量应低于2%，容重小于0.24g/cm3。
2、粘接剂
      使用玉米淀粉或木薯淀粉，其糊化温度不同，白色无杂质。
3、防水剂
      用石蜡制成的乳化液，浓度40%。
4、增强剂
      石棉，有效纤维大于73%，纤维长度与直径比为200；聚丙烯酰胺，分子量30万单位，浓度15%。
此外，必要时可加入防腐剂、固着剂等。
（二）生产工艺
      生产分两步进行，先将各种原料混合加工成基材板，再进行装饰加工。
1、基材的加工
      将一定量的矿棉放入容器中加水搅拌，使棉与渣球分离，渣球沉于底部，捞出矿棉，再洗涤一次后将棉干水分并称量。有时矿棉也用造粒机分解成粒状棉后再使用，将粘胶剂、防水剂等添加剂按配比混合搅拌成料浆，成型在长网抄取机上进行，料浆经滤水、真空吸水、挤压成为一定厚度毛坯，切割后烘干即成矿棉基板。
2、装饰加工
      盲孔加工：用半成品经滚压轧出大小形状不同的不透孔，增加吸音效果，再进行板边精加工，着色，烘干即为成品。
      沟槽型板的加工：盲孔板经专门的铣削机分别加工出纵横两方向的沟槽，或铣出圆形，着色，烘干即成。
      印刷型板的加工：半成品通过印刷机上的模板，涂上预先配好的涂料，印出各种花纹图案，在花纹上也可撒上细砂，再经烘干而成。
      浮雕型板的加工：半成品着色后，通过装有浮雕型板的压力机压出各种花纹，然后再经切割开榫制成。浮雕型板是专业厂制造的，加工费用高。
（三）矿棉装饰吸声板的性能
矿棉装饰吸音板具有吸音、防火、隔热的综合性能，而且可制成各种色彩的图案与立体形表面，是一种室内高级装饰材料。其性能见表10-2。

表10-2 矿棉装饰吸声板的性能
性 能 板尺寸（长×宽×厚）（mm）
600×300×9 600×300×9 1200～3000×375～400×15
容重（g/cm3）含水率（%）弯曲破断荷载（N）导热系数（W/m•K）吸声率（NRC）导火等级 0.412120.0460.46(粘贴法)难燃1级 0.412120.0460.51(粘贴法)难燃1级 0.412120.0460.57(吊装法)难燃1级