水磨石养护工艺

水磨石坯体经密实成型后，水泥基水磨石要进行 水化反应，才能获得所需要的物理力学性能和耐久 性。利用设置的温度和湿度来充分进行水化过程的工 艺阶段称为养护工艺。树脂基水磨石密实成型后要进 行固化反应，才能获得所需要的物理力学性能和其产 品特性。通过加热可以加速固化反应称为固化工艺。养护分常温养护和人工养护两种。

1、常温养护

常温养护是水磨石坯体在自然气候条件下进行的 养护或反应。这种养护比较简单，凡气温在15龙以上 时，均可采用。如图1所示。

图1常温下无机压板法水磨石养护场

对于水泥及水磨石坯体早期大量失水将产生干缩 裂缝，甚至使水化反应停顿。因此，在自然养护时， 必须及时覆盖坯体的裸露面，采取浇水润湿、防风、 防干、保温、抗冻等措施。温度要保持在20龙左右， 养护时间，湿度保持都要通过试验确定，不同配方养 护会有一定差异。力求使坯体湿润，以利水化反应顺 利地进行。

而树脂基水磨石坯体在室温下自然固化时间长、 固化性能较差，一般采用加温固化。对于树脂基水磨 石只有荒料型的水磨石采用自然常温养护，树脂基压 板水磨石往往采用加温固化。

不管是无机还是有机的水磨石，自然养护时间都 较长，占地面积较多，限制了产品产量、设备周转和 资金流通，一般还是采用人工养护工艺较多。

2、人工养护

人工养护是加速水磨石坯体硬化过程的重要工 序。水泥基水磨石采用人工养护是将坯体进行湿热处 理，坯体含硅原料中的活性二氧化硅和三氧化二铝在 水蒸气或热水的湿热介质中发生水化反应，生成水化 硅酸钙，水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等水化生成物， 最后离析结晶硬化，在较短的时间内获得设计强度。

无（有）机水磨石人工养护常有以下几种：

水泥基水磨石的湿热养护：包括水泥基水磨石蒸 气养护、水泥基水磨石浸水（有热水和常温水）养 护、水泥基水磨石浸养护剂养护；水泥基水磨石蒸压 养护；水泥基或树脂基加温养护。

水泥基水磨石的预养期（静停期）通常为：水磨 石坯体成型后和湿热养护前，要在室温下预先养护， 即在适当的位置，静停8h，以提高水泥在蒸汽养护或 热水养护前的水化程度，使坯体本身具有一定的初始 结构强度，以增强抵抗湿热养护对结构破坏作用的能 力。一般认为，硅酸盐水泥预先养护时温度不应过 高。

（1 ）水泥及水磨石的湿热养护

① 水泥基水磨石蒸气养护、热水养护工艺

采用的是湿热介质是纯蒸汽或蒸气空气混合物， 介质的最高温度达95龙，常压，也称为常压蒸汽养 护，采用的湿热介质是热水，介质的最高温度达50龙 或80龙，常压，也称为常压热水养护。湿热处理的效 果_般通过坯体的相对强度来评定。

水磨石坯体的常压湿热养护过程分预养期（静停 期）、升温期、恒温期和降温期。各养护期温度均指 湿热介质，即蒸汽或热水的温度。各养护期的主要工 艺参数，包括预养期的静停时间、升温期的升温时间 （或升温速度）、恒温期的恒温时间和恒温温度以及 降温期的降温时间（或降温速度），总称为常压湿 热养护制度。这个养护制度，一般用联写表达，例 如静停时间8h，升温时间5h，恒温时间6h （恒温温度 80Y ），降温时间3h，可以联写8+5+6 （ 80Y ） +3h。

升温期是水磨石结构的定型阶段。水磨石的结 构缺陷主要发生在这个阶段。升温期的主要工艺参数 是升温速度。由于水磨石坯体常是薄壁制品，又是脱 模养护。所以，蒸汽养护工艺的升温速度一般不超过 20龙/h，热水养护工艺的升温速度一般不超过30Y/h。

恒温期是水磨石坯体强度的主要增长期，是水磨 石结构的巩固阶段。恒温器的主要工艺参数是恒温温 度和时间。水磨石坯体在恒温养护时的硬化速度，取 决于水泥品种，制坯时的水灰比和恒温温度。在恒温 温度和水灰比相同的条件下，硅酸盐水泥混凝土的强 度增长最快。水灰比越小，水磨石坯体的硬化速度越 快，所需的恒温时间也越短。恒温温度越高，水磨石 坯体的强度增长速度越快。蒸汽养护和热水养护的恒 温温度，以80龙为好。恒温时间则以取6h为佳，时间 过长，可能会出现强度波动现象。同一品种水磨石坯 体，用不同恒温温度养护，出现不同时间的强度变 化。

降温期时水磨石坯体的温度、湿度和压力梯度在 降温期是由外部向内部降低的。这就会引起内部水分 的悲剧气化，以及坯体体积的收缩和拉应力的产生， 造成坯体的结构损伤。降温期的主要工艺参数是降温 速度。采用合理的降温速度，充分利用停止恒温后所 剩余的热量，是坯体的强度继续增长，并节约能源， 是必要的。蒸汽养护工艺和热水养护工艺的降温速度 为20龙/h。热水养护工艺恒温后，即可抽出热水自然 降温，水依然可循环利用。

常压湿热养护结束后，水磨石制品进入后期养护 阶段。水磨石坯体孔内有较多的余留水分，周围介质 保持足够的湿度，也有利于水化的继续进行和后期强 度的增长。

湿热处理之所以能在较短时间内使水磨石坯体获 得设计强度，是因为坯体结构的形成，首先是水泥颗 粒表面的水化开始。水化产物在自由区扩散，逐渐析 出晶粒形成胶体系统，继而生成结晶连生体，形成晶 架。湿热处理加速了水泥的水化过程，增加了水泥水 化产物从水化薄膜层向自由区的溶解迁移和扩散的能 力，从而在较短时间内在自由区形成水化产物的过饱 和溶液，加速了胶体系统和凝胶结构的形成，同时， 结晶连生体和空间晶架的形成速度也得以增加。因 此，湿热处理能加速坯体结构的形成，并使其强化。

② 水泥基水磨石浸水养护

这里主要指常压常温水的养护，热水养护上文已 经给予说明。水磨石坯体完成以后，在浸水养护前， 要在室温下预先养护一定时间，以提高水泥在浸水养 护前的水化程度，使坯体本身具有一定的结构强度， 便于吊装沉入水下，进行浸水养护。待养护足够的时 间后，吊出水面、晾干，即可进行下道加工工序。

③ 水泥基水磨石浸养护剂进行养护。该种养护 工艺操作方法与浸水操作方法大致一致，只是所用的 养护剂是一种特制的水，常用的养护剂有硅酸盐水溶 液，如（硅酸钠水溶液、硅酸钾水溶液、硅酸锂水溶 液、硅溶胶水溶液，浓度在0.2% ~ 3%），当水磨石坯 体完成后，要在室温下预先养护一定时间，吊装沉入 养护剂水溶液中，进行浸泡养护。待养护足够的时间 后，调出养护液面，晾干，即可进行下道工序。

④ 加湿加热密室养护

加湿加热密室养护与水泥基水磨石蒸养养护 类似。首先要有一个密闭的能够控制好温度在40 ~ 50Y，湿度在90%以上的养护室环境。温度通过加热

器来控制，湿度通过雾化喷淋装置来控制湿度，开启 这些控制装置，将压制好的水泥及水磨石通过静养 后，直接送入加温保湿养护室进行养护，待完成养护 后取出即可进行下道工序。

（2 ）水泥基水磨石蒸压养护工艺过程及设备

水泥基水磨石蒸压养护工艺需要专用的设备，使 水磨石在较高的压力下进行蒸汽养护，它使养护温度 达到195龙左右，在湿度99%以上进行水化。这种养护 条件下，产品强度能提高20% – 30%。性能更稳定， 在较短的时间就能完成水化。

蒸压养护是将水泥及水磨石制品放在密封的蒸压 釜中，如图2所示。用高温饱和水蒸气加热进行水化 合成。蒸压养护过程一般分为抽真空、升温升压、恒 温恒压和降温降压四个阶段。

图2蒸压养护设备

水泥基水磨石的蒸压养护是从水磨石坯体完成 后，经过预养期即在室温下预先养护，使坯体本身具 有一定的初始结构强度后，再进入蒸压釜进行坯体蒸 气预热，随后经过抽真空、升温升压、恒温恒压和降 温降压9具体过程为：

① 抽真空

在蒸压釜中，除了待养护的水泥及水磨石外，很 大一部分空间被空气所占有，这些空气的存在，不仅 会占据饱和水蒸气所需的空间，影响饱和水蒸气更多 更快地进入蒸压釜，而且空气越多，蒸汽压就越小， 饱和温度下降越多，空气与水蒸气混合体的热熔比饱 和蒸气就越低，加上空气阻碍水蒸气与水磨石制品热 交换，在一定程度上影响了传热效果。为了最大限度 地减少空气对传热的影响。将蒸压釜内所留空气抽 出，改善了水泥及水磨石自身的传热性能，使整个温 度均匀快速上升，可以缩短升温时间。抽真空一般用 20 ~ 50min，将真空度从760mm汞柱抽到150 ~ 300mm 汞柱（-0.8 —0.6kg/cmz ） o

② 升温升压

用 1.5 ~ 2h，将压力M.-0.8kg/cm2 —0.6kg/cm2上升 到1 Okg/cm2 – 13kg/cm2 （这个压力下水蒸气的温度约 198 乞）。

③ 恒温恒压

保持温度和压力6 ~ 8ho

④ 降温降压

用1.5 – 2h，将釜内压力从1 Okg/cm2 ~ 13kg/cm2降 至一个大气压。

水泥基水磨石在高温养护过程中，引起一系列的 物理化学和力学变化，使产品获得所需要的强度性 能。研究蒸汽养护过程中的化学变化，可以更经济合 理地确定养护方式。

化学反应速度和温度有很大关系。温度升高，化 学反应速度急剧增加，水泥的水化凝结硬化过程，在 较高的温度下也迅速加快。温度降低硬化过程减慢， 当温度下降到5T以下时（制品内的温度比气温高， 因为水泥有水化热），水泥的水化作用就停止。

在正常温度下，水泥水化时硅酸三钙和硅酸二钙 主要生成氢氧化钙水化物。但在高温下，氢氧化钙与 活性氧化硅作用，生成一定数量的水化硅酸钙，提 高了强度。蒸汽养护对矿渣水泥和火山灰水泥比较有 利，就是因为能加快氢氧化钙和矿渣或火山灰中的活 性氧化硅生成水化硅酸钙的化学反应。

不同矿物组成的普通水泥在高温蒸汽养护时，其 硬化强度降低顺序为：铁铝酸四钙、硅酸三钙和铝酸 三钙，而强度增长速度降低顺序依次为：铁铝酸四 钙、硅酸二钙和硅酸三钙。

3、加温养护

有些水泥基压板水磨石在压制坯体时采用不透水 气的塑料薄膜进行封装保护，让坯体内的水汽不会 发，确保坯体内的水分能够充分水化坯体中胶粘材 料，使得水磨石坯体的水化用水不受环境的影响。这 种养护有利于大批量的生产，能降低成本、增加产量 和提高性能，并便于过程控制。

另外这种直接加温的养护工艺也特别适用于树脂 基水磨石的固化。树脂水磨石固化不需要水汽，只要 足够的温度和时间就能够充分地固化，以便树脂的性 能完全展现。

4、养护工艺对养护效果的影响因素

水磨石坯体大部分掺有颜料。如果温度过高，会 引起颜料溶解褪色。所以，水磨石坯体热水养护或高 温养护时，要注意所选的颜料是否能够在高温下或热 水中稳定、性能不变等。

水磨石坯体在蒸养过程中，伴随着强度增长、产 生温度、湿度差内应力、变形破坏强度的矛盾。这对 矛盾在升、降温阶段表现得比较突出。和缓而均衡变 化过程很重要。处理得不好，坯体就会出现裂缝。

5、养护设施

常压湿热养护分间歇式养护和连续式养护两种。 间歇式养护设施有养护池和养护室等，连续式养护设 施有立式养护窑和隧道式养护窑等。目前，各地水磨 石厂选用的养护设施，主要是养护池和养护室。

（1）养护池

养护池亦称养护坑，建造容易、布置方便，能适 应各种规格产品需要，蒸养效果比较好，但热耗较 大，是水磨石工业中应用比较广泛的一种养护设施。

养护池可建筑在地下、半地下或地上。其几何尺 寸由水磨石制品和装载架的外形尺寸，以及运输工具 来决定。

养护池内壁用钢筋混凝土建造，池壁要求不透 气、不透水，能保持良好的热工性能。池壁防水可采 用防水砂浆，池底要设置坡度或水沟，借以排除冷凝 水。池盖应具有良好的严密性和保温性，要求结构简 单、变形微小、有足够的刚度。池盖一般用钢板制 成，其中填充沥青、矿棉等防水、保温材料。池盖设 降温洞和测温孔。

养护池用蒸汽花管供气，蒸汽花管直径约40 ~ 50mm，沿管长每隔150~200tnm钻有3 ~ 4mm的孔。花 管一般设在距池底约100mm的池壁上，管孔朝下，使 经由管孔喷出的蒸汽经池底反射向上，达到均匀加热 的目的。也有在下部和上部均匀设置花管的。上部花 管设在距池口约300mm的池壁上，管孔向上，同水平 成30。角。

养护池池盖的密封十分重要，它直接关系到蒸汽 的温度和耗量。一般采用水封、砂封和胶垫密封。

（2）养护室

养护室占地小、投产容易、设备简单，但进出门 口却比较难于封闭，热耗较高。养护室可建筑在地 上，单侧或双侧开门，水磨石坯体进出多利用小车， 适宜蒸养小型水磨石坯体。

养护室规模大小可从实际出发，经过调查研究和 试验验证作出决定。养护室的密闭问题是十分重要。因为养护室的内外侧存在着气压差，外侧空气比重大 于内侧蒸汽空气混合物的比重。所以，在蒸汽喷入、 上升并从顶部等隙外流的过程中，就有可能在上下侧 的缝隙之间造成气流循环，外面的冷空气从底缝吸 入，里面的热空气从顶缝流出。为了提高蒸汽热能的 利用效率，减少蒸汽的损耗，必须尽力使养护室的 进出门口密封和隔热。水磨石坯体养护耗气量一般为 0.15 ~ 0.2t/m3o

（3 ）固化炉或固化室

树脂基水磨石的养护主要是提供合适的树脂固化 条件，让树脂固化后的性能得到充分地展现。采用固 化炉，利用两个可以控制温度的加热金属板，将压 好的树脂及水磨石板夹在中间存放在固化炉中进行固 化，根据固化炉的大小，可以存放不同数量板材。

同样原理可以建造一个能够加温的房间，保温性 好，便于水磨石坯体的存放、运输，温度控制精度 高，就能满足加温养护和固化的要求。

原文首发在《石材》杂志2021年2期，经原创作者授权“石材范儿”转载。

汝宗林：高级工程师、宿州典跃新型建筑材料有限公司技术总监

来源：石材讲习所