浅谈石膏技术的发展与应用（下）

徐惠国 秦天苍彭远志

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）2郑州拓洋实业有限公司（450001）

建筑与人类的生存和生活密切相关，人们在重视身体健康、丰富的物质和文化的前提下，对居住条件和居住环境提出更高的要求，即要求居住的舒适度，又要求环保节能，有效减少舒适度的支出费用。石膏作为建筑材料具有明显的节能、环保和有利于人体健康的时代特征。石膏的脱水温度低，所需要的能量就低，与水泥、石灰相比，生产石膏基胶凝材料需要的能耗要低得多；石膏基胶凝材料无论在生产过程中，还是在在使用过程中，都不会排出对人体和环境有害的物质，所以石膏基建筑材料也被称为绿色建材;石膏基建筑材料具有质量轻、保温性能好、透气性好、防火性能优良、装饰美观，并且具有一定的调温和调湿的作用，完全符合自然环境变化规律，特别适合人类居住，是室内装饰和建筑的优良材料。

随着石膏脱水技术的提高，石膏基建筑材料将在以下几个方面得到广泛的应用。

1 石膏基防火材料

由于石膏内具有毛细盲孔和微孔结构，内含有一定量的附着水,同时石膏本身就含有两个结晶水，所以当遇到火灾时，石膏首先吸热蒸发毛细盲孔和微孔内的附着水,然后吸热蒸发一个半结晶水，最后蒸发剩下的半个结晶水，使本身导热系数就低的石膏，变得更加低，具有优秀的防火性能。然后在石膏制品表面形成具有优良绝热和很高耐火性的无水石膏，水蒸发以后，无水石膏将形成更多的毛细盲孔和微孔结构，而且无水石膏不会塌架，继续起着支撑作用。石膏制品内部继续吸热蒸发附着水，蒸发一个半结晶水和半个结晶水，能够很好的阻断热量的继续传递，阻断火焰的继续蔓延，防止火灾的扩大。石膏的分解温度，在没有还原剂的情况下，一般能达1 200℃以上，因而耐火性很高，是防火等级最高的材料之一。

2 石膏基保温材料

由于水化后的石膏具有毛细盲孔和微孔，所以具有质量轻、导热系数低的特点，所以是很好的保温材料和绝热材料；石膏的透气性好，因此被誉为能够呼吸的材料，特别适合人类居住。石膏的吸水速度和排水速度要比水泥高出30倍以上,而且在吸水和排出水分时，对建筑物的结构强度影响很小（新技术脱水的石膏）。石膏在蓄热和导热方面的性能，都优于水泥，比如我们大家都有这样的体会，在没有人为的影响条件下，比如空调和暖气，在夏季混凝土墙体的房屋感觉闷热,砖瓦房屋感觉凉爽，冬季正好相反，混凝土墙体的房屋感觉寒冷，砖瓦房屋感觉温暖，石膏同样也具有这方面的性能。由于在夏季环境湿度大，空气含水量大，石膏吸水就多，同时堵塞石膏的毛细孔，不与外界交换氧气，此时水的温度要低于空气温度。白天当房屋受热时，首先挥发石膏内的附着水，使室内温度降低，到晚上时，由于白天石膏的毛细孔内的附着水挥发，晚上又开始同外界交换氧气,石膏又开始吸收低温的水，又开始一天的循环；在冬季，由于环境湿度比较小，石膏吸水就少，导热系数就小，保温性能就好，能够减少房屋内热量的散失，所以冬季就感觉房屋内暖和，同时冬季门窗开的少，人在室内活动，室内氧气含量就相对较低，由于冬季比较干燥，石膏毛细孔已完全打开，在毛细孔的作用下，能够有效的自然平衡氧气含量，这正好符合人体的需要，与大自然的变化规律同步，所以更适合人类和动物的需要。随着石膏脱水技术的提高，在建筑施工方面，以下几个方面也将会有很大的提高。

1）石膏基胶凝材料

随着石膏脱水技术的提高,石膏基胶凝材料，能够分别生产出建筑石膏、高强石膏和超高强石膏,石膏的强度会从5 MPa提高到200 MPa,生产50 MPa的高强石膏可能已是很普通的技术，可能没有人再会生产低强度的建筑石膏，而且低强度的建筑石膏很容易被市场淘汰。各种类型的高强石膏主要用于砌筑砂浆、抹灰砂浆、粉刷砂浆、嵌缝和石膏制品的制造,由于能够脱水出高强石膏和超高强石膏，就能够大幅提高掺加砂和石的比例，大幅降低石膏产品的成本，提高石膏产品在市场上的竞争力，特别是石膏混凝土在水化时，具有微膨胀性，所以具有很强的抗裂性能，不象水泥混凝土具有收缩性，容易造成制品的开裂，所以石膏砂浆本身就具有抗裂砂浆的特性，可以大幅提高掺加低成本的细砂和面砂的量，且不会降低产品的质量，并且石膏颜色较白，能够降低内墙腻子的使用量。

2）石膏基制品

对于石膏制品的制造，由于能够脱水出高强石膏和超高强石膏，同样可以大幅提高掺加辅助原料的用量,而且掺加辅助原料的种类选择范围较广，使生产过程中的配方具有很大的灵活性，适应不同地区的使用。高强石膏可以直接用于石膏预应力楼板和现浇楼板托模的生产,且不需要抹灰和粉刷，可以直接批内墙腻子，可以完全不用现场施工模板的支护和拆模，提高了现场施工的效率，节约了支护的模板。还可以生产无纸面石膏板、装饰石膏板、石膏线条、石膏浮雕、石膏砌块和石膏条板。由于高强度,可以降低石膏砌块和石膏条板墙体的厚度，使框架结构和剪力墙结构的使用面积得到充分的利用，同时利用石膏砌块和石膏条板的榫槽结构，提高了施工效率，而且墙面不需要抹灰和粉刷，可以直接批内墙腻子，减少了施工工序，降低了施工成本。

3）石膏现浇工艺

石膏同水泥一样，具有现场浇筑的特性，但凝固时间要远远短于水泥,大大提高模板的利用率，大幅度减少模板的周转量，非常适合现场滑模工艺生产。同时石膏水化时具有微膨胀作用，有利于大体积和大面积石膏混凝土的生产，会自动消除石膏混凝土的水化热的作用，比如我们经常可以看到水泥路面施工时,需要在路面锯出一条条收缩缝，如果不锯，就会不规则的断裂，严重影响水泥路面施工质量，而且水泥混凝土不适用于建筑整面墙的施工，石膏混凝土就没有这些问题，减少了施工工序，降低了施工成本。

随着石膏脱水技术的不断提高，用高强石膏可以在以下几个方面拓展出新的应用领域。

1）石膏基内外墙腻子

由于采用高强石膏作为成膜材料，完全可以不加高成本的有机胶黏剂,并且由于石膏强度过高，还必须加入大量低成本的填料，同时采用多加水的办法，可以降低或完全不加高成本的保水剂，石膏基内外墙腻子也可以配制成干粉，在施工现场配水搅拌的办法，减少原料的运输费用，使整个产品的成本大为降低，高强石膏具有附着力强、耐温性能优和绝缘性好，特别是白度，超过其它材料，如高岭土、碳酸钙和滑石粉等，具有质优价廉的特点。

2）无机保温石膏混凝土、无机保温石膏砌块和无机保温石膏条板

采用高强石膏作为胶凝材料，膨胀玻化微珠作轻质骨料，形成无机保温石膏混凝土。由于膨胀玻化微珠是一种无机玻璃质矿物材料，是由火山岩粉碎成矿砂，经过特殊膨化烧法加工而成，产品呈不规则球状体颗粒，内部为空腔结构，表面玻化封闭，理化性能稳定，具有质轻、隔热防火、耐高低温、抗老化、吸水率小等优良特性，是一种环保型高性能无机轻质绝热保温材料。玻化微珠的粒度一般在1 mm左右，容重110 kg/m3左右，导热系数0.04 w/m·k左右，耐火度1 300℃左右，是一种很好的防火材料，是防火等级最高的材料之一。可采用适当多加水的办法，适当降低高强石膏的干容重，使水化后的石膏具有更多的毛细盲孔和微孔，提高石膏混凝土的保温性能。现场浇筑可采用无机保温石膏混凝土直接浇筑，有利于墙体形成一个整体，同时方便墙体配筋，由于石膏凝结速度快，可采用连续滑模工艺，减少模板的用量，同时墙体厚度可以在施工现场随时调整，方便施工，浇筑完的墙体，不需要抹灰和粉刷，可以直接批内墙腻子，减少了施工工序，降低了施工成本。石膏制品可采用无机保温石膏砌块和无机保温石膏条板，具有质量轻、隔热防火、耐高低温、保温性能好等优点。

3）石膏基自流平地坪

石膏基自流平地坪是利用自然力量，使液体能够自动流平的特点生产的一种地坪，具有施工速度快、节约劳动力、经济合理和效率高的特点，采用高强石膏作为胶凝材料，能够得到非常平整和牢固的地坪。利用石膏凝结速度快和流动度变化快的特点，采取适当的时间和位置控制措施，使地坪自动流成一定的角度，有利于厨房和卫生间的施工。在流平的地坪上，采用较稀的高强石膏直接粘接地板砖，可以提高施工速度，降低劳动强度。在安装预应力楼板和现浇楼板托模以前，采用石膏基自流平地坪对墙体找平，能够保证预应力楼板和现浇楼板托模安装的水平。

4）无机保温粉刷石膏

采用高强石膏作为胶凝材料，膨胀玻化微珠作轻质骨料，形成无机保温粉刷石膏。当采用其他建筑材料，比如烧结砖、增压粉煤灰砖和加气混凝土砖等砌筑的墙，为了加强保温性能，可以采用无机保温粉刷石膏进行粉刷。对其优良性能，前面已介绍，在这里不再解释。

随着石膏脱水技术的不断提高，高强石膏在水泥生产中，会有以下几方面发展。

1）水泥调凝剂

石膏在水泥中起调凝剂的作用，高强石膏在水泥中也能起着调凝剂的作用，同时高强石膏可以改善水泥的强度、收缩性能和抗腐蚀性能。在水泥中一般需要掺加3%～8%的石膏用于调整水泥的凝结时间，对于矿渣硅酸盐水泥，国家和国际标准要求SO3的含量不能超过4%,其他品种水泥，SO3的含量不能超过3.5%。石膏掺量过多或过少都会导致水泥的不正常凝结。当石膏掺量(以SO3计)小于约1.3%时，石膏掺量过小，水泥会产生快速凝结，术语称假凝。进一步增加SO3含量时，石膏才出现明显的缓凝作用，当石膏掺量(以SO3计)超过2.5%以后，对凝结时间的影响便会变得很小,凝结时间增长很少，但是水泥的强度会有一定的下降，特别是后期强度影响较大，下降较多。石膏的最佳适宜掺量，应当是加水后24 h左右能够被耗尽的数量,由于生产的水泥品种不同，以及生产原材料不同，配比也不同，最终的石膏最佳适宜掺量，应以实验结果为依据。

2）水泥活性激发剂

3）特种水泥的原料

利用过量石膏的掺入,使水化时具有膨胀性，用于生产特种水泥，比如石膏矾土膨胀水泥、快凝石膏矿渣水泥、石膏矿渣水泥和石膏水泥，都是用石膏作为原料与其他材料混合制备不同的水泥，如以矾土为主要原材料，同石膏按比例混合、磨细，能够制备快凝石膏矾土膨胀水泥，这种水泥具有凝结硬化速度快,硬化时体积膨胀率能够达到0.5%～1%。如果能够掺入经特殊脱水技术脱水的石膏，就能够大幅提高水泥熟料的强度,使石膏的掺加量更大，能够获得更大的体积膨胀率，产品性能更加稳定。

4）联合生产硫酸和水泥的原料

用石膏联合生产硫酸和水泥具有原子经济性，即投入的原料分子中的每个原子都能转化为对人类有用的产物，反应没有废弃物，做到真正"零排放"，这样既可以节约资源，又可以从源头上解决环境污染这一难题，能够实现绿色生产是发展循环经济和经济可持续发展的基础和必要条件。利用石膏中的CaSO4,在还原剂的作用下,分解为CaO和SO2，前者与黏土质原料制造水泥熟料，后者用于制造硫酸。

随着石膏脱水技术的不断提高，有利于工业废渣石膏的治理和综合利用。

由于近代工业的高速发展和环境保护的要求，工业生产过程中产生大量石膏副产品或石膏废渣，这些石膏副产品或石膏废渣不但数量大，而且涉及面广。由于大量石膏副产品或石膏废渣得不到充分合理的利用，既占用大量的土地，又对地下水资源造成污染，成为转换形态的污染源，再次污染环境，从而陷入治污又生污的恶性循环，因此石膏副产品或石膏废渣的应用迫在眉睫。通过对石膏脱水技术的不断的研究,提高工业废渣石膏的性能，使工业废渣石膏获得广泛的用途,比如水泥调凝剂、水泥活性激发剂、石膏基内外墙腻子、粉刷石膏、石膏基自流平地坪、石膏基混凝土、石膏基砌块和石膏基条板等等，使工业废渣石膏得到充分利用。

总之，石膏是最古老而又新型的材料，说它最古老是因为它的应用已有一万多年的历史，说它新型是因为人们对它的认识还不够，还有很多潜能没有被发现，所以对石膏脱水技术的研究，将会有很大的发展前途，潜力巨大。

[1]浙江大学普通化学教研组编.普通化学(第五版)[M].高等教育出版社出版,132.

[2]张爱珍.临床营养学[M].人民卫生出版社出版,20.

[3]王海亭.中国中医药报[N].2012,2,24.

[4]王祁青.石膏基建材与应用[M].化学工业出版社出版,1.