淺談石膏技術的發展與應用（上）

徐惠國 秦天蒼彭遠志

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2鄭州拓洋實業有限公司（450001）

石膏是一種非常古老的材料，人類對它的認識較早，其用途非常廣泛，目前常見的膠凝材料無法與其相比。石膏在水中的溶解度相對其他膠凝材料較大，比如我們常見的石灰石、水泥等，石膏在水中的溶解度要比石灰石高出四個數量級，也就是高出一萬多倍，所以我們經常可以非常容易看到這種材料，例如我們在燒開水時，經常能夠看到的水垢，其主要成分就是石膏[1]。在干燥的水垢內，有95%以上是石膏,所以石膏也大量地存在于動物和植物體內。可以這樣說，我們只要喝水和吃飯，就一定會吃進石膏。石膏也是人體必需的微量元素，通過與胃酸的作用，可以使石膏轉化成有機鈣，然后沉積到牙齒和骨骼中。

人體是由很多元素組成的，人體中幾乎含有自然界所存在的所有元素，其質和量都與地球表層的元素組成相一致，所以從這里我們可以知道保護環境的重要性，我們保護環境的實質，就是保護我們自己。鈣是自然界含量最多的元素之一，那么也是人體內含量最多的元素之一,約占人體重的1.5%～2%，而水就占掉人體重的60%～70%。成人體內鈣含量約1.2 kg，鈣化合物含量更高，99%集中在骨骼和牙齒中，其余則以游離或結合形式存在于體液和軟組織中，這部分鈣統稱為混溶鈣池，混溶鈣池與骨骼鈣維持著動態平衡。骨骼中的鈣，在正常情況下不斷被釋放，進入混溶鈣池，混溶鈣池中的鈣又不斷沉積，形成骨細胞，骨細胞代謝完后，又排出體外，如此使骨骼不斷更新。年齡越小骨骼的更新速度越快，隨者年齡的增加，骨骼的更新速度放慢，鈣在骨骼中含量逐漸下降[2]。

我們大部分人體都長期缺鈣，由于吸收的鈣小于流失的鈣,骨骼中的鈣就會補充到混溶鈣池中，造成骨骼內的鈣流失，形成骨質疏松，骨骼成蜂窩狀空洞，特別是老年人，特別容易造成骨折，所以無論年齡大小，基本都需要補鈣。但是有機鈣沉積到不應該沉積的地方，比如膽囊中，就會形成膽結石，所以很多人錯誤的認為,水中含石膏高對身體不好，實際上正好相反，在發達國家，由于科學體系比較完善，所以都鼓勵人們直飲涼水，一般公共場合都不提供開水,正是由于低溫時石膏在水中的溶解度大，要遠遠大于高溫時的溶解度，水加熱以后，部分石膏會結晶沉淀，形成水垢，造成部分石膏被排除水外。但是，由于水處理成本等問題，國內對自來水標準定的比較低，達不到直接飲用標準，特別是微生物和污染物，所以直接飲用，容易造成腸道疾病，還是必須燒開后再喝。

石膏入藥，在我國已有幾千年的歷史，古代用于藥石記載的古書籍也已有兩千多年的歷史。《名醫錄》曾記載，睦州(今建德)楊士丞有一女，患骨蒸內熱外寒，請了許多醫生治療未愈，后來處州(今麗水)有位姓吳的醫生就用了石膏，病人體溫恢復了正常，證明了石膏有良好的退熱作用。近代名醫張錫純因喜用大劑量石膏而成了有名的“張石膏”。他說∶“石膏涼而能散，有透表解肌之力，外感有實熱者放膽用之，直勝金丹。”[3]在中醫中，石膏具有質重氣輕，味辛微寒，辛能解肌熱，寒能勝胃火，辛走外，寒沉內，具有兩擅內外的功能。藥物功效∶解肌清熱，除煩止渴、清熱解毒，屬清熱瀉火藥。主治∶治熱病壯熱不退，心煩神昏，譫語發狂，口渴咽干，肺熱喘急，中暑自汗，胃火頭痛、牙痛，熱毒壅盛，發斑發疹，口舌生瘡等等。煅燒半水石膏可供外用，可生肌斂瘡，止血，外治癰疽瘡瘍，潰不收口，湯火燙傷，外傷出血等等。

用石膏治病的已驗方、可治療以下幾種疾病∶1）血栓性脈管炎。2）胃火牙痛。3）燙傷。4）腮腺炎。5）癰腫。6）接觸性皮炎。7）蜂窩組織炎。8）小兒發熱[3]。

煅燒半水石膏還可以用作骨折接續后固定的石膏繃帶，能夠保證接骨不錯位，還可以作為補牙和修牙的牙模石膏。石膏還可以用于食品添加劑、藥物的填充料和飼料的添加劑，石膏點豆腐技術在民間早已廣泛應用。石膏在農業上也有著廣泛的用途，可以用作化肥的生產，土壤的改良劑。

石膏作為工程材料的應用也已有上萬年的歷史。人類在利用火煅燒天然礦石，發現了石膏煅燒產物具有膠凝作用，可用來粘接石材等塊材，并可以制成一些制品使用，這就是最早的石膏膠凝材料和石膏制品。據說在公元前9 000年，距今已有一萬一千年的歷史,在位于小亞細亞半島的卡塔爾·許克城的育克遺址的地下壁畫中發現了石膏漿，該壁畫的基底用石膏抹灰。從以色列出土的文物可知，公元前7 000年形成的石膏基地面自流平層中也發現了石膏漿,這是目前發現的最早的石膏地板抹面[4]。根據現代考古發現，公元前3 000年，距今有5 000多年，在埃及的法老統治時期，就曾經使用石膏作為泥漿修建齊阿普斯的金字塔。到目前為止，石膏的粘接強度還非常高，可見當時石膏技術的先進性，甚至可能會超過目前的石膏技術，只可惜該技術的失傳。法國巴黎附近盛產石膏，從公元7世紀到中世紀末期，燒石膏曾廣泛用于建筑物的砌筑和墻體抹面，因此，在歐洲和美洲至今還把燒石膏稱為巴黎石膏（plaster of Paris）。在我國，石膏技術的運用較晚，最早可追溯到2 000多年前秦漢時期，石膏用于古萬里長城的砌筑中,但是技術水平較低，目前已基本完全風化。在長沙馬王堆漢墓的建造中，也發現了石膏運用在砌筑灰漿中，但是同樣存在技術水平較低的問題。

從石膏技術水平和目前考古年代判斷，古石膏技術應當發源于古埃及。著名的埃及金字塔的石材縫隙和灰漿抹面等裝飾,都使用了石膏膠凝材料；巴勒斯坦許多建筑物的外墻，都是用石膏和巖石砌筑而成，勾縫都用石膏砂漿填滿；古羅馬的許多宏偉古建筑，也采用了石膏作為膠凝材料進行砌筑。根據考古年代推算，古埃及人的石膏脫水技術逐漸向外擴散，首先傳入到巴勒斯坦，然后大約在公元前400年傳入到希臘,羅馬人后來承襲了希臘人的脫水技術，通過對歐洲的征戰，把他們的脫水技術帶到中歐、北歐和東歐。但是，石膏脫水技術隨著羅馬帝國的衰敗而消失，完全從地球上消失，埃及、巴勒斯坦和歐洲都沒有了這項技術近千年,在一千年內，到目前為止，再沒有看到運用這項先進技術建造的建筑物，直到近百年才重新應用。但是技術水準，遠不及以前的水平。

我們通過對法國、德國、俄羅斯的實地考察，得出這樣的結論∶羅馬時代石膏脫水技術應當超過目前已公開的石膏脫水技術，達到或接近目前未公開的最高技術水平。在羅馬時代，羅馬人早已懂得在石膏中摻入麥秸稈和動物毛發，使石膏混凝土的強度增加，抗折性能大幅提高。在十一世紀建造保存至今的皇宮建筑中的石膏灰泥地面，目前的強度可與現代水泥混凝土相媲美，可見當時石膏脫水技術的先進性。到了中世紀和文藝復興時期，很多裝飾物和藝術品都是使用石膏漿制成的，在歐洲隨處可見極具歐美風情的石膏浮雕裝飾構件、精美絕倫的石膏雕塑、石膏裝飾板和石膏吊頂，而且保存完好，這充分說明了當時石膏脫水技術的先進性，也證明了石膏的耐久性沒有問題。由于古石膏脫水技術的蒸發，現代石膏脫水技術水平較低，所以現代建筑的浮雕裝飾構件和雕塑基本都用水泥混凝土代替，在表面涂刷白色的涂料。我們在俄羅斯圣彼得堡一個古教堂外看到，燒結磚的外皮已完全風化，粘接的石膏卻完好，風化很少，形成一個個孔洞景觀，說明當時石膏脫水技術要優于燒結磚技術。

許多人都有一個錯誤的認識,認為石膏強度低，耐水性差，容易掉粉。這主要同我們經常接觸家庭普通裝飾石膏板和石膏線，以及美術用石膏頭像和黑板用粉筆有關，實質上這些都是石膏的最低級的用途，技術含量低。如果我們看一看水垢，就會有另外一種印象，石膏具有強度高，耐水性好，很難掉粉的特性。這里的關鍵點就在于石膏脫水技術，不同的脫水工藝，就會得到不同的石膏產物，雖然它們的化學組成完全相同，但是它們產物的晶格結構完全不同，就象石墨與金剛石一樣，化學組成完全相同，表現出的物理性能卻完全不同，石墨可以作為筆芯用，而金剛石就沒有這個性能。又比如轎車的剎車片和離合片加入了石膏晶須，可以提高摩擦系數的穩定性和摩擦片的耐磨性，現代高檔轎車幾乎全部采用石膏剎車片和石膏離合片。石膏可以作為塑料、橡膠、聚氨酯、金屬和陶瓷的增強組份，比如石膏加入到塑料中后,可提高材料的機械強度、耐熱性和尺寸的穩定性，可提高制品強度30%左右。石膏還是精密鑄造、汽車、飛機和陶瓷等復雜零部件的鑄造模具用材，石膏用作制陶瓷的模具時，具有強烈吸收塑造陶瓷坯體中的水分，使陶瓷胎器在制模時，能夠獲得很高的強度。塑性石膏漿體能夠很好地填充到各個部位，留下清楚精確的印記，石膏在模具方面表現出的優良性能，特別是毛細孔的排氣性，是其他任何材料無法代替的。石膏還是瀝青混凝土的必要填料和增強劑，對提高瀝青的軟化點有著決定性的作用。石膏加入到涂料中，可以提高涂料的附著力、耐溫性和絕緣性。石膏還是生產各種高檔紙的原料，石膏具有色白、體積穩定性好和質軟，不容易變色，特別是白度，超過了一切造紙用的其它填料，如高嶺土、碳酸鈣和滑石粉等。石膏可以完全代替木材用于家具生產，由于水化后的石膏同木材一樣，具有毛細盲孔和微孔，所以容重和導熱系數同木材相近，使人感覺同木材沒有兩樣，但是強度和防火性能要遠遠優于木材，為了降低生產成本，可適當在石膏中摻入麥秸稈和鋸末，有利于廢物利用。在這里需要說明，這里所說的石膏都是指特種石膏，普通石膏沒有這方面的性能。

石膏的超高強度集中應用在人造牙石膏，人造牙石膏對石膏的強度和線固化膨脹率要求極高，最低抗壓強度要求達到45 MPa,最低線固化膨脹率要達到0.35%，據我們所知，目前世界上最高水平的強度已達183 MPa，這個強度是水泥根本無法達到的強度，線固化膨脹率已達0.55%，從我們脫水的石膏粉的試驗結果看，線固化膨脹率能夠達1%。世界各國各大公司,對于該技術都處于絕對保密狀態。即使使用這些材料，也不會讓知道是石膏，通常都把這些材料稱為樹脂，實質上這些材料的主要成分是石膏，內含有一定量的有機物，這些有機物的主要作用是提高石膏的耐水性。我們通過化學分析和檢驗，才得到這些參數。石膏具有無毒、無味、對人體無害、水化時具有微膨脹、強度超強等特性，水化時可以在常溫條件下進行，并且具有化學反應速度快、溫升很低，人可以輕易耐受。這些優良性能，在人造牙中運用，是其他任何材料都無法代替的。

[1]浙江大學普通化學教研組編.普通化學(第五版)[M].高等教育出版社出版,132.

[2]張愛珍.臨床營養學[M].人民衛生出版社出版,20.

[3]王海亭.中國中醫藥報[N].2012,2,24.

[4]王祁青.石膏基建材與應用[M].化學工業出版社出版,1.