淺談石膏技術的發(fā)展與應用（下）

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(yè)有限公司（450001）

建筑與人類的生存和生活密切相關，人們在重視身體健康、豐富的物質和文化的前提下，對居住條件和居住環(huán)境提出更高的要求，即要求居住的舒適度，又要求環(huán)保節(jié)能，有效減少舒適度的支出費用。石膏作為建筑材料具有明顯的節(jié)能、環(huán)保和有利于人體健康的時代特征。石膏的脫水溫度低，所需要的能量就低，與水泥、石灰相比，生產石膏基膠凝材料需要的能耗要低得多；石膏基膠凝材料無論在生產過程中，還是在在使用過程中，都不會排出對人體和環(huán)境有害的物質，所以石膏基建筑材料也被稱為綠色建材;石膏基建筑材料具有質量輕、保溫性能好、透氣性好、防火性能優(yōu)良、裝飾美觀，并且具有一定的調溫和調濕的作用，完全符合自然環(huán)境變化規(guī)律，特別適合人類居住，是室內裝飾和建筑的優(yōu)良材料。

隨著石膏脫水技術的提高，石膏基建筑材料將在以下幾個方面得到廣泛的應用。

1 石膏基防火材料

由于石膏內具有毛細盲孔和微孔結構，內含有一定量的附著水,同時石膏本身就含有兩個結晶水，所以當遇到火災時，石膏首先吸熱蒸發(fā)毛細盲孔和微孔內的附著水,然后吸熱蒸發(fā)一個半結晶水，最后蒸發(fā)剩下的半個結晶水，使本身導熱系數就低的石膏，變得更加低，具有優(yōu)秀的防火性能。然后在石膏制品表面形成具有優(yōu)良絕熱和很高耐火性的無水石膏，水蒸發(fā)以后，無水石膏將形成更多的毛細盲孔和微孔結構，而且無水石膏不會塌架，繼續(xù)起著支撐作用。石膏制品內部繼續(xù)吸熱蒸發(fā)附著水，蒸發(fā)一個半結晶水和半個結晶水，能夠很好的阻斷熱量的繼續(xù)傳遞，阻斷火焰的繼續(xù)蔓延，防止火災的擴大。石膏的分解溫度，在沒有還原劑的情況下，一般能達1 200℃以上，因而耐火性很高，是防火等級最高的材料之一。

2 石膏基保溫材料

由于水化后的石膏具有毛細盲孔和微孔，所以具有質量輕、導熱系數低的特點，所以是很好的保溫材料和絕熱材料；石膏的透氣性好，因此被譽為能夠呼吸的材料，特別適合人類居住。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時，對建筑物的結構強度影響很小（新技術脫水的石膏）。石膏在蓄熱和導熱方面的性能，都優(yōu)于水泥，比如我們大家都有這樣的體會，在沒有人為的影響條件下，比如空調和暖氣，在夏季混凝土墻體的房屋感覺悶熱,磚瓦房屋感覺涼爽，冬季正好相反，混凝土墻體的房屋感覺寒冷，磚瓦房屋感覺溫暖，石膏同樣也具有這方面的性能。由于在夏季環(huán)境濕度大，空氣含水量大，石膏吸水就多，同時堵塞石膏的毛細孔，不與外界交換氧氣，此時水的溫度要低于空氣溫度。白天當房屋受熱時，首先揮發(fā)石膏內的附著水，使室內溫度降低，到晚上時，由于白天石膏的毛細孔內的附著水揮發(fā)，晚上又開始同外界交換氧氣,石膏又開始吸收低溫的水，又開始一天的循環(huán)；在冬季，由于環(huán)境濕度比較小，石膏吸水就少，導熱系數就小，保溫性能就好，能夠減少房屋內熱量的散失，所以冬季就感覺房屋內暖和，同時冬季門窗開的少，人在室內活動，室內氧氣含量就相對較低，由于冬季比較干燥，石膏毛細孔已完全打開，在毛細孔的作用下，能夠有效的自然平衡氧氣含量，這正好符合人體的需要，與大自然的變化規(guī)律同步，所以更適合人類和動物的需要。隨著石膏脫水技術的提高，在建筑施工方面，以下幾個方面也將會有很大的提高。

1）石膏基膠凝材料

隨著石膏脫水技術的提高,石膏基膠凝材料，能夠分別生產出建筑石膏、高強石膏和超高強石膏,石膏的強度會從5 MPa提高到200 MPa,生產50 MPa的高強石膏可能已是很普通的技術，可能沒有人再會生產低強度的建筑石膏，而且低強度的建筑石膏很容易被市場淘汰。各種類型的高強石膏主要用于砌筑砂漿、抹灰砂漿、粉刷砂漿、嵌縫和石膏制品的制造,由于能夠脫水出高強石膏和超高強石膏，就能夠大幅提高摻加砂和石的比例，大幅降低石膏產品的成本，提高石膏產品在市場上的競爭力，特別是石膏混凝土在水化時，具有微膨脹性，所以具有很強的抗裂性能，不象水泥混凝土具有收縮性，容易造成制品的開裂，所以石膏砂漿本身就具有抗裂砂漿的特性，可以大幅提高摻加低成本的細砂和面砂的量，且不會降低產品的質量，并且石膏顏色較白，能夠降低內墻膩子的使用量。

2）石膏基制品

對于石膏制品的制造，由于能夠脫水出高強石膏和超高強石膏，同樣可以大幅提高摻加輔助原料的用量,而且摻加輔助原料的種類選擇范圍較廣，使生產過程中的配方具有很大的靈活性，適應不同地區(qū)的使用。高強石膏可以直接用于石膏預應力樓板和現澆樓板托模的生產,且不需要抹灰和粉刷，可以直接批內墻膩子，可以完全不用現場施工模板的支護和拆模，提高了現場施工的效率，節(jié)約了支護的模板。還可以生產無紙面石膏板、裝飾石膏板、石膏線條、石膏浮雕、石膏砌塊和石膏條板。由于高強度,可以降低石膏砌塊和石膏條板墻體的厚度，使框架結構和剪力墻結構的使用面積得到充分的利用，同時利用石膏砌塊和石膏條板的榫槽結構，提高了施工效率，而且墻面不需要抹灰和粉刷，可以直接批內墻膩子，減少了施工工序，降低了施工成本。

3）石膏現澆工藝

石膏同水泥一樣，具有現場澆筑的特性，但凝固時間要遠遠短于水泥,大大提高模板的利用率，大幅度減少模板的周轉量，非常適合現場滑模工藝生產。同時石膏水化時具有微膨脹作用，有利于大體積和大面積石膏混凝土的生產，會自動消除石膏混凝土的水化熱的作用，比如我們經常可以看到水泥路面施工時,需要在路面鋸出一條條收縮縫，如果不鋸，就會不規(guī)則的斷裂，嚴重影響水泥路面施工質量，而且水泥混凝土不適用于建筑整面墻的施工，石膏混凝土就沒有這些問題，減少了施工工序，降低了施工成本。

隨著石膏脫水技術的不斷提高，用高強石膏可以在以下幾個方面拓展出新的應用領域。

1）石膏基內外墻膩子

由于采用高強石膏作為成膜材料，完全可以不加高成本的有機膠黏劑,并且由于石膏強度過高，還必須加入大量低成本的填料，同時采用多加水的辦法，可以降低或完全不加高成本的保水劑，石膏基內外墻膩子也可以配制成干粉，在施工現場配水攪拌的辦法，減少原料的運輸費用，使整個產品的成本大為降低，高強石膏具有附著力強、耐溫性能優(yōu)和絕緣性好，特別是白度，超過其它材料，如高嶺土、碳酸鈣和滑石粉等，具有質優(yōu)價廉的特點。

2）無機保溫石膏混凝土、無機保溫石膏砌塊和無機保溫石膏條板

采用高強石膏作為膠凝材料，膨脹玻化微珠作輕質骨料，形成無機保溫石膏混凝土。由于膨脹玻化微珠是一種無機玻璃質礦物材料，是由火山巖粉碎成礦砂，經過特殊膨化燒法加工而成，產品呈不規(guī)則球狀體顆粒，內部為空腔結構，表面玻化封閉，理化性能穩(wěn)定，具有質輕、隔熱防火、耐高低溫、抗老化、吸水率小等優(yōu)良特性，是一種環(huán)保型高性能無機輕質絕熱保溫材料。玻化微珠的粒度一般在1 mm左右，容重110 kg/m3左右，導熱系數0.04 w/m·k左右，耐火度1 300℃左右，是一種很好的防火材料，是防火等級最高的材料之一。可采用適當多加水的辦法，適當降低高強石膏的干容重，使水化后的石膏具有更多的毛細盲孔和微孔，提高石膏混凝土的保溫性能。現場澆筑可采用無機保溫石膏混凝土直接澆筑，有利于墻體形成一個整體，同時方便墻體配筋，由于石膏凝結速度快，可采用連續(xù)滑模工藝，減少模板的用量，同時墻體厚度可以在施工現場隨時調整，方便施工，澆筑完的墻體，不需要抹灰和粉刷，可以直接批內墻膩子，減少了施工工序，降低了施工成本。石膏制品可采用無機保溫石膏砌塊和無機保溫石膏條板，具有質量輕、隔熱防火、耐高低溫、保溫性能好等優(yōu)點。

3）石膏基自流平地坪

石膏基自流平地坪是利用自然力量，使液體能夠自動流平的特點生產的一種地坪，具有施工速度快、節(jié)約勞動力、經濟合理和效率高的特點，采用高強石膏作為膠凝材料，能夠得到非常平整和牢固的地坪。利用石膏凝結速度快和流動度變化快的特點，采取適當的時間和位置控制措施，使地坪自動流成一定的角度，有利于廚房和衛(wèi)生間的施工。在流平的地坪上，采用較稀的高強石膏直接粘接地板磚，可以提高施工速度，降低勞動強度。在安裝預應力樓板和現澆樓板托模以前，采用石膏基自流平地坪對墻體找平，能夠保證預應力樓板和現澆樓板托模安裝的水平。

4）無機保溫粉刷石膏

采用高強石膏作為膠凝材料，膨脹玻化微珠作輕質骨料，形成無機保溫粉刷石膏。當采用其他建筑材料，比如燒結磚、增壓粉煤灰磚和加氣混凝土磚等砌筑的墻，為了加強保溫性能，可以采用無機保溫粉刷石膏進行粉刷。對其優(yōu)良性能，前面已介紹，在這里不再解釋。

隨著石膏脫水技術的不斷提高，高強石膏在水泥生產中，會有以下幾方面發(fā)展。

1）水泥調凝劑

石膏在水泥中起調凝劑的作用，高強石膏在水泥中也能起著調凝劑的作用，同時高強石膏可以改善水泥的強度、收縮性能和抗腐蝕性能。在水泥中一般需要摻加3%～8%的石膏用于調整水泥的凝結時間，對于礦渣硅酸鹽水泥，國家和國際標準要求SO3的含量不能超過4%,其他品種水泥，SO3的含量不能超過3.5%。石膏摻量過多或過少都會導致水泥的不正常凝結。當石膏摻量(以SO3計)小于約1.3%時，石膏摻量過小，水泥會產生快速凝結，術語稱假凝。進一步增加SO3含量時，石膏才出現明顯的緩凝作用，當石膏摻量(以SO3計)超過2.5%以后，對凝結時間的影響便會變得很小,凝結時間增長很少，但是水泥的強度會有一定的下降，特別是后期強度影響較大，下降較多。石膏的最佳適宜摻量，應當是加水后24 h左右能夠被耗盡的數量,由于生產的水泥品種不同，以及生產原材料不同，配比也不同，最終的石膏最佳適宜摻量，應以實驗結果為依據。

2）水泥活性激發(fā)劑

3）特種水泥的原料

利用過量石膏的摻入,使水化時具有膨脹性，用于生產特種水泥，比如石膏礬土膨脹水泥、快凝石膏礦渣水泥、石膏礦渣水泥和石膏水泥，都是用石膏作為原料與其他材料混合制備不同的水泥，如以礬土為主要原材料，同石膏按比例混合、磨細，能夠制備快凝石膏礬土膨脹水泥，這種水泥具有凝結硬化速度快,硬化時體積膨脹率能夠達到0.5%～1%。如果能夠摻入經特殊脫水技術脫水的石膏，就能夠大幅提高水泥熟料的強度,使石膏的摻加量更大，能夠獲得更大的體積膨脹率，產品性能更加穩(wěn)定。

4）聯合生產硫酸和水泥的原料

用石膏聯合生產硫酸和水泥具有原子經濟性，即投入的原料分子中的每個原子都能轉化為對人類有用的產物，反應沒有廢棄物，做到真正"零排放"，這樣既可以節(jié)約資源，又可以從源頭上解決環(huán)境污染這一難題，能夠實現綠色生產是發(fā)展循環(huán)經濟和經濟可持續(xù)發(fā)展的基礎和必要條件。利用石膏中的CaSO4,在還原劑的作用下,分解為CaO和SO2，前者與黏土質原料制造水泥熟料，后者用于制造硫酸。

隨著石膏脫水技術的不斷提高，有利于工業(yè)廢渣石膏的治理和綜合利用。

由于近代工業(yè)的高速發(fā)展和環(huán)境保護的要求，工業(yè)生產過程中產生大量石膏副產品或石膏廢渣，這些石膏副產品或石膏廢渣不但數量大，而且涉及面廣。由于大量石膏副產品或石膏廢渣得不到充分合理的利用，既占用大量的土地，又對地下水資源造成污染，成為轉換形態(tài)的污染源，再次污染環(huán)境，從而陷入治污又生污的惡性循環(huán)，因此石膏副產品或石膏廢渣的應用迫在眉睫。通過對石膏脫水技術的不斷的研究,提高工業(yè)廢渣石膏的性能，使工業(yè)廢渣石膏獲得廣泛的用途,比如水泥調凝劑、水泥活性激發(fā)劑、石膏基內外墻膩子、粉刷石膏、石膏基自流平地坪、石膏基混凝土、石膏基砌塊和石膏基條板等等，使工業(yè)廢渣石膏得到充分利用。

總之，石膏是最古老而又新型的材料，說它最古老是因為它的應用已有一萬多年的歷史，說它新型是因為人們對它的認識還不夠，還有很多潛能沒有被發(fā)現，所以對石膏脫水技術的研究，將會有很大的發(fā)展前途，潛力巨大。

[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(yǎng)學[M].人民衛(wèi)生出版社出版,20.

[3]王海亭.中國中醫(yī)藥報[N].2012,2,24.

[4]王祁青.石膏基建材與應用[M].化學工業(yè)出版社出版,1.