1引言

自古以來，天然石材在建筑裝飾上都有較高的應(yīng)用價值，為人類環(huán)境增添了許多壯麗的景觀。然而石材的病變卻是一個不容回避的問題，在對青島市做的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，用石材做外墻裝飾的建筑物中有80％在使用了3～18個月后出現(xiàn)不同程度的病變?。石材病變影響了石材的美觀和價值。因此，機(jī)械加工石材后對其表面進(jìn)行防護(hù)劑處理十分必要。

石材防護(hù)劑在國外發(fā)展已經(jīng)有30多年的歷史，中國、日本、歐美等一些國家的石材防護(hù)研究處于世界領(lǐng)先水平，已經(jīng)逐漸從溶劑型產(chǎn)品過渡到水性產(chǎn)品— — 即環(huán)保型產(chǎn)品 。石材防護(hù)劑有涂膜型和滲透固結(jié)型兩種，國內(nèi)采用較多的是涂蠟保護(hù)法。由于蠟是一種不透氣材料，極可能阻塞石材毛細(xì)孔而導(dǎo)致石材的病變，從而縮短石材的使用壽命，而滲透性防護(hù)劑不只限于表面保護(hù)，而是進(jìn)人石材表層進(jìn)行深層防護(hù)，這樣不僅能夠很好的保護(hù)石材的天然質(zhì)感，而且還能保持石材的透氣性。因此，滲透性防護(hù)劑更具有優(yōu)勢，見表1。

SG、ET是兩種綜合使用的無機(jī)滲透性防護(hù)劑，可以深人滲透石材表層。石材經(jīng)此防護(hù)劑處理后，一方面能夠很好的保持其天然質(zhì)感、色彩和透氣性；另一方面能夠顯著提高其光澤度、抗壓強(qiáng)度、硬度等性能指標(biāo)，而且能夠改善其防水、防酸堿、防老化性能。作者重點以大理巖類中的白云巖為實驗對象，獲得了較理想的效果。

2實驗部分

2．1防護(hù)劑的配制

室溫下，用水作溶劑，將原料以不同比例的用量配置溶液，通過正交實驗，得到最佳原料配比。

2．2實驗原理及工藝

根據(jù)表面界面原理，防護(hù)劑SE、ET中的有效物質(zhì)滲透進(jìn)人石材表層，其中的硅酸鹽成分在一定條件下轉(zhuǎn)化成正硅酸填充于巖石晶體縫隙內(nèi)，和表層晶體結(jié)合，最后逐漸轉(zhuǎn)化成二氧化硅晶體，由此在石材表面形成一層堅韌透明的晶體防護(hù)膜，從而使得石材結(jié)構(gòu)致密。改性后，在保護(hù)石材正常的透氣性的基礎(chǔ)上，一方面提高了石材的物理性能，另一方面不僅可以阻止外來的污染滲人，也可以防止石材內(nèi)部及底層的污染滲出。其具體工藝操作如下：

(1)、預(yù)處理石樣。用清水洗凈，用5％ 的OP一10表面活性基溶液涂刷，使其表層浸潤。

(2)、SG改性。在常溫常壓下，將石樣浸于SG溶液中使其迅速滲透或在石樣表面均勻涂刷(可根據(jù)對象改性要求的不同而靈活選擇滲透操作方式及操作時間)，取出石樣，用清水洗凈。

(3)、ET改性。再將石樣浸于ET溶液中或者在石樣表面均勻涂刷(不同的樣品滲透時間不同，可采取不同的操作方式)。

(4)、取出石樣，常溫下放置5小時。3儀器分析及性能測試

用光澤度儀(KGZ一1A)檢測石材改性前后光澤度的變化；用肖氏硬度計檢測石材改性后硬度的變化；用液壓式萬能試驗機(jī)(WE一50X)檢測石材改性后抗壓強(qiáng)度的提高；用偏光顯微鏡(OLMPUS B×60)觀察改性后石材的微觀組織，計算確定其滲透程度；用紅光譜儀(IR一400)測定改性前后石材的化學(xué)成分變化。

3．1切面微觀形態(tài)分析

室溫下，將天然白云石用表面活性劑OP一10預(yù)處理，再分別用SG溶液浸泡6h，ET溶液浸泡1h，自然放置5h。然后將改性后的白云巖石樣制作成巖石薄片，在顯微鏡下觀察改性石材的切面微觀組織，確定防護(hù)劑的滲透性情況，見圖1。觀察此種白云巖的天然微觀形貌，其結(jié)構(gòu)非常松散，無紋理，極易碎裂，見圖1一a，即使巖石表面經(jīng)過機(jī)械拋光，除了光澤度得到一定改善外，其他各項物理性能均不能得到廣泛的提高。然而，當(dāng)我們對巖石表層經(jīng)過防護(hù)劑處理以后，再對比觀察其微觀形貌，則發(fā)現(xiàn)了條理清晰深刻的且規(guī)則的巖石紋路，見圖1一b；這說明物質(zhì)結(jié)構(gòu)變得更加致密。又經(jīng)過一系列測試后，證明其某些物理性能確實得到大幅度提高，從而能夠達(dá)到改性目的見表3。從圖1一C、d可以清晰觀察到防護(hù)劑的滲透改性情況，防護(hù)劑從石材表面向內(nèi)滲透，改性界面分明、效果明顯。經(jīng)過拋光的平面，其結(jié)構(gòu)相對致密，滲透較淺，厚度約達(dá)1—2．5ram；未經(jīng)拋光的平面，其結(jié)構(gòu)相對疏松，易于滲透，厚度約達(dá)3－6mm

3．2性能測試

測試不同工藝條件下改性白云石的抗壓強(qiáng)度、硬度、光澤度，對比其改性效果。結(jié)果表明：在不同的工藝操作下，其改性程度也會存在一定差異；但對比空白礦石而言，幾乎所有的改性工藝都能使白云石的硬度、光澤度、抗壓強(qiáng)度分別得到不同程度的提高。

3．3紅外光譜

圖2是一組白云石的紅外光譜對照圖。白云石的特征吸收峰在改性后基本沒有發(fā)生變化；說明改性只改變了白云石的物理性質(zhì)，并沒有使白云石的化學(xué)成分發(fā)生改變。

3．4工藝討論

3．4．1滲透順序

滲透的質(zhì)量決定改性的效果，兩種試劑sG和ET的滲透順序是一個關(guān)鍵問題，它決定著滲透的質(zhì)量。由于在兩種試劑中，ET是小分子溶液，滲透性好；SG為大分子溶液，滲透難度大；這就決定了兩種試劑的滲透順序為先SG后ET；并且其中的主要問題是解決SG溶液的滲透。

3．4．2滲透方式

不同種類的巖石有著不同的滲透性能，一般來說，石材的質(zhì)地越堅硬，其滲透越困難，需要的滲透方式也就越復(fù)雜；反之，石材的質(zhì)地越疏松，則滲透越容易，需要的滲透方式也就越簡單。根據(jù)不同的石材性質(zhì)以及不同的改性要求，可以選擇不同的滲透方式，包括涂刷、浸泡、真空滲透等。首先，對于本質(zhì)堅硬只需修飾外表的石材選擇涂刷方式即可，例如某些花崗巖類，其天然硬度已經(jīng)很高，改性目的主要為了改善其對外界環(huán)境的防酸堿腐蝕能力和提高光澤度，那么選擇涂刷的方式操作，既簡便快捷，又效果明顯；改性后，其光澤度一般能夠提高8—25光澤單位。其次，對于本質(zhì)非常疏松的石材，應(yīng)重點加強(qiáng)滲透力度，改善其硬度，使用浸泡或者真空滲透；兩者的區(qū)別在于浸泡不需要輔助設(shè)備，成本低、時間長、原料耗費大，而且效果沒有真空滲透好；例如，作者用疏松白云石試驗，在低濃度SG防護(hù)液中浸泡8h，在ET溶液中浸泡2h，滲透厚度約為4 6mm，而真空滲透SG溶液15rain、ET溶液5rain即可達(dá)到約3—7ram效果，改性后測試其硬度提高為10—30HSD，抗壓強(qiáng)度提高為5 15MPa，光澤度提高為l0 30光澤單位。



3．4．3時間選擇

以涂刷方式進(jìn)行改性的石材，由于對滲透的要求不高，不需要長時間操作，一般來說，兩種防護(hù)劑分別涂刷10 20次都會有明顯的光澤度改變；光澤度能夠提高約8 15光澤單位。若以自然浸泡或者真空滲透的方式改性，就要分別討論兩種溶液的滲透。首先，討論ET溶液，由于ET為小分子溶液，相對來說滲透性較好，在真空條件下10rain即可充分滲透；即使自然浸泡也完全可以根據(jù)改性的需要使時間控制在5h之內(nèi)。其次，再來討論SG溶液，對于SG溶液，自然浸泡的時間不宜太長，因為硅酸鹽分子為大分子，滲透性差，時間越長滲透性越差，容易固結(jié)，而妨礙后面ET溶液的滲透，使之不能充分反應(yīng)。例如，在表3中，4號石樣經(jīng)過48h自然浸泡后，其改性效果并未比3號樣品好；這表明過長的浸泡時間反而降低改性效果。因此，白云石的浸泡時間應(yīng)控制在48h內(nèi)。真空滲透也存在此問題，即滲透到一定程度后就難以繼續(xù)；用白云石試驗，時間超過30min后，物理性能基本不變。

4結(jié)論

巖石材料經(jīng)過處理后，有效成分滲人石材表層形成阻水層，顯著增強(qiáng)了石材抗折、抗壓、硬度、光澤度等性能，同時也提高了耐候性和耐污性，且表面不留殘液，保護(hù)了石材透氣性和天然質(zhì)感，在一定程度上達(dá)到了滲透性防護(hù)劑的要求。用此技術(shù)對多種類別的巖石進(jìn)行試驗，效果明顯。

此項工藝操作簡單、安全，對人體無毒害，對環(huán)境污染小，成本低，不需要復(fù)雜設(shè)備。研究推廣此項技術(shù)對于石材和建筑市場以及其他領(lǐng)域均有重要的意義。

4．1可以作為室內(nèi)墻面、柱面、欄桿、花飾雕刻的改性防護(hù)材料，也可發(fā)展為用作紀(jì)念性建筑、大型商業(yè)建筑的外觀保護(hù)材料。

4．2可以用作石材改性防護(hù)材料，用簡單低成本的工藝修飾高檔石材，延長其使用壽命，并可用于開發(fā)利用原本舍棄的低質(zhì)石材。