无机型人造石主要是以水泥作粘结剂,再辅以石粉及助剂,经搅拌、成型、养护、切割、抛光而制成的石材制品。无机型人造石的耐候性好、不燃,大多价格较低,机械性能也较好,在很多场合可以代替天然石材使用。目前,已有的无机型人造石主要有硅酸盐水泥类、氯氧镁水泥类及铝酸盐水泥类。
1、硅酸盐水泥类无机人造石
    硅酸盐水泥类人造石出现的较早,最早也曾被称为水磨石,常以普通硅酸盐水泥为粘结剂,不同粒度的石粉为填料。为保证制作的人造石易于根据不同工程需要而调节颜色,扩大人造石的应用范围,也有选用白色硅酸盐水泥作为粘结剂的。
    硅酸盐水泥类人造石原料来源广泛、价格低廉,有与天然石相当的机械性能；而且后期强度稳定,耐久性好。然而硅酸盐水泥类人造石存在生产周期长、抗折强度低、不耐酸碱,表面光泽度差等缺点,严重制约了其应用。很多研究工作者对硅酸盐水泥类人造石进行了大量研究。有人选用425白色硅酸盐水泥生产人造石,其配方中除了碎石及块石外,还有白色大理石粉和减水剂等。这种产品具有较好的抗压强度,但其抗折强度、表面光泽度及耐磨性较不理想。
    M.Galetakis等采用全因素设计实验方法对硅酸盐水泥类人造石的机械性能进行研究,结果表明水泥与石粉的比是影响人造石抗压强度的主要因素,随着水泥石粉比的增大,人造石的抗压强度也随之增加。
    此外,在园林工程中得到应用的玻纤增强混凝土仿真石主要由水泥、砂石、抗碱玻纤及减水剂、缓凝剂、颜料等组成。这种人造石的优点是可塑性较好,密实性高,抗冻能力强。但这种人造石的强度只有12KPa,主要用于园林装饰,不能直接用于结构构件。
    专利名称为“外挂水泥基人造模制石材”的专利中,提出了采用425白色硅酸盐水泥、石灰岩碎料、沸石、憎水性有机硅树脂粉末、高效减水剂、消泡剂、颜料等制造外挂水泥基人造模制石材的方法。专利中给出的三个实例均表明,随着水泥用量的增加,人造石的干燥抗压强度及体积密度也随之增加,空隙率随之下降。但水泥用量、减水剂及树脂粉末的加入量等应有一个最佳配比,使抗压强度、体积密度达到最大,空隙率最小,专利中并没有涉及。
    事实上,对于硅酸盐水泥类人造石,其抗折强度低、表面光泽度差是其致命的缺点,可以通过纤维增强、表面涂膜等方法来提高其综合性能。但改善性能后的人造石抗折强度并没有得到显著提高,反而显著增加了其生产成本,因此很难得到推广应用。现在市场中的硅酸盐水泥类人造石较少,对于这种无机型人造石的研究还有很长的路要走。
2、氯氧镁水泥类人造石
    氯氧镁水泥类人造石是以氯氧镁水泥为粘结剂而制成的。氯氧镁水泥硬化快,可初步硬化,最终强度可达；但其耐水性较差,易产生翘曲、变形。鉴于氯氧镁水泥硬化快、强度高等特点,很多研究人员对氯氧镁水泥类人造石进行了大量的研究。等利用城市废物与氯氧镁水泥复合制备出人造地板砖,产品的各项性能均达到混凝土地板砖的标准,而且通过控制氯化镁浓度及氯氧镁水泥粒度可以有效提高产品的强度和表面质量。
    氯氧镁水泥耐水性差是其致命的缺点,直接影响着氯氧镁水泥类人造石的推广应用。丁海潮等通过内掺憎水剂、外涂憎水剂的方法降低了相遇水或水蒸气时的相变程度,极大地改善了氯氧镁水泥的耐水性,也提高了由尾矿和氯氧镁水泥制成的人造石的耐水性和表面质量。
    此外,还可以通过在MgO粉末中掺入铜粉或氧化亚铜粉,或者掺入气相二氧化硅改善氯氧镁水泥的耐水性。用第一种方法生产的人造石会有较高强度,而且有自然地蓝绿色外观；用MgO与20%气相二氧化硅混合生产的氯氧镁水泥耐水性有翻倍的提高,如果用其生产人造石,耐水性及质量也将有极大地提高。
    总之,对于氯氧镁水泥类人造石,通过一定的方法可以使其耐水性得到改善,但还没有找到根本的解决办法,而且改善成本也往往偏高,严重制约着这类人造石的推广应用。
3、铝酸盐水泥类人造石
    铝酸盐水泥类人造石是目前研究和应用较广的一类。铝酸盐水泥水化快、强度高；其主要矿物铝酸钙的水化能够产生氢氧化铝凝胶层,进而在硬化过程中不断填塞人造石的毛细孔隙,形成致密结构,使人造石表面光滑,具有光泽,呈半透明状；且其耐火性及防潮性优于一般的无机型人造石。
    由于铝酸盐水泥类人造石优异的性能,近年来人们对它展开了大量的研究与开发,一些价格低廉、质量较好的人造石不断出现。如:李健学等采用铝酸盐水泥作为粘结剂研制出一种表面光洁度为95°的人造石镜面板。
    岑绍辉等选用铝酸盐水泥、导电石墨粉及专用添加剂通过制作中间层,研制成具有电暖功能的人造大理石。
    另一方面,随着人们环保意识的增强,利用工业废渣制作铝酸盐水泥类人造大理石也取得了一些成果。如:有人利用粉煤灰、废玻璃在常温下制成了物理力学性能优良、表面光亮、纹理清晰的高强度铝酸盐粉煤灰无机型人造大理石,其中的废玻璃与粉煤灰还起到了抑制表面返碱的作用。
    然而,铝酸盐水泥类人造石在生产与应用中也暴露出一些不足,后期强度倒缩便是其中较严重的一个。很多科研工作者对铝酸盐水泥倒缩的问题进行了大量的研究与实验,取得了一定的成果。
    李悦等研究了碳酸钙与铝酸盐水泥的水化反应及过程特征,实验结果表明当掺量小于15%时,掺石灰石的铝酸盐水泥强度均高于纯铝酸盐水泥的3d强度；其中石灰石掺量5%在左右时,铝酸盐水泥的3d强度达到最大值,其强度比纯铝酸盐水泥的强度增加了16.7%。
    通过XRD分析其原因为:反应形成的水化碳铝酸钙与其他水化产物相互搭接,构成浆体结构骨架；而反应产生的氢氧化铝凝胶填充于骨架内部,使水泥石结构趋于密实。作者只从水化产物角度分析了水泥水化机理,显然略显单薄,缺乏说服力。
    胡曙光等分析了石灰石作为混合材对铝酸盐水泥不同龄期强度的影响及水化作用机理。实验研究表明,随着龄期的延长,不同石灰石掺量的铝酸盐水泥抗压、抗折强度均随之增加；28d时铝酸盐水泥的强度均达到最大值。对于不同龄期,铝酸盐水泥的强度主要是随着石灰石掺量的增加而出现一个最大值,然后下降；出现强度最大值的石灰石掺量为5%。可见,在铝酸盐水泥中掺加适量的石灰石混合材不但可以稳定铝酸盐而目还能抑制铝酸盐水泥后期强度倒缩。
    综上所述,对于铝酸盐水泥类人造石,一方面可采用低水灰比,降低孔隙率,提高其强度；另一方面可以掺入适量的石灰石,通过改变水泥的水化历程,提高其长期强度；此外,还可以使底层采用普通硅酸盐水泥解决强度倒缩的问题。
    除了上述三类主要的无机型人造石外,还有一些无机型人造石也得到了一定程度的发展与应用。
4、无机有机复合型人造大理石
    无机有机复合型人造大理石兼有无机型人造石与树脂型人造石的优点,弥补了两者的不足,而且价格适中、性能优良,在国内也有一定市场的装饰装修材料。
    一般而言,复合型人造石的饰面层是树脂,结构层与无机型人造石相同。这种人造石往往强度低、密度大、不易加工,且在长期的使用过程中容易分层。李玉寿等选用改性树脂为面层材料,铝酸盐水泥作为底层材料,研制出复合型人造大理石。其制造方法为,在模具上先涂一层表面胶衣,再倒入新拌的聚酯砂浆,振动成型后再将预制的达一定强度的水泥混凝土制品与之复合。该方法界面粘结牢固,产品表面光洁度高,生产工艺简单,生产效率高；但抗压强度较低,仅为42.7MPa,而树脂型人造大理石的抗压强度一般都大于80MPa。黄海涛等采用粘结硬化快的氯氧镁水泥作为结构层,赋予了复合型人造石高强度、耐磨的性能；又通过添加有机填料聚苯颗粒与花生壳粉提高结构层的热膨胀系数,添加无机填料碳酸钙、氢氧化铝等降低饰面层的热膨胀系数,使两层的热膨胀系数相互匹配,避免了人造石在环境中出现分层及翘曲的现象。
    此外,在结构层中添加适量的聚合物也可以改善复合型人造石的韧性、耐磨性及某些机械性能,与聚合物改性混凝土中聚合物的作用有类似之处。例如,甲基丙烯酸甲酯、丁苯胶乳、聚醋酸乙烯酯乳液(也称白乳胶)、苯丙乳液、废弃的橡胶轮胎等的加入均能显著改善了混凝土的韧性；提高其抗压强度、弯曲强度及耐磨性。
    总之,对于无机有机复合型人造大理石,结构层的强度大小及与面层的粘结程度是影响其性能的主要因素,但改善效果还不是很显著,在一定程度上限制了其应用与推广。


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