淺談石膏技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用（上）

徐惠國(guó) 秦天蒼彭遠(yuǎn)志

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002） 2鄭州拓洋實(shí)業(yè)有限公司（450001）

石膏是一種非常古老的材料，人類對(duì)它的認(rèn)識(shí)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(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)，也就是高出一萬多倍，所以我們經(jīng)常可以非常容易看到這種材料，例如我們?cè)跓_水時(shí)，經(jīng)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(nèi)，有95%以上是石膏,所以石膏也大量地存在于動(dòng)物和植物體內(nèi)?？梢赃@樣說，我們只要喝水和吃飯，就一定會(huì)吃進(jìn)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(zhuǎn)化成有機(jī)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(zhì)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(hù)環(huán)境的重要性，我們保護(hù)環(huán)境的實(shí)質(zhì)，就是保護(hù)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(nèi)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(nèi)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(jié)合形式存在于體液和軟組織中，這部分鈣統(tǒng)稱為混溶鈣池，混溶鈣池與骨骼鈣維持著動(dòng)態(tài)平衡。骨骼中的鈣，在正常情況下不斷被釋放，進(jìn)入混溶鈣池，混溶鈣池中的鈣又不斷沉積，形成骨細(xì)胞，骨細(xì)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(zhǎng)期缺鈣，由于吸收的鈣小于流失的鈣,骨骼中的鈣就會(huì)補(bǔ)充到混溶鈣池中，造成骨骼內(nèi)的鈣流失，形成骨質(zhì)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(bǔ)鈣。但是有機(jī)鈣沉積到不應(yīng)該沉積的地方，比如膽囊中，就會(huì)形成膽結(jié)石，所以很多人錯(cuò)誤的認(rèn)為,水中含石膏高對(duì)身體不好，實(shí)際上正好相反，在發(fā)達(dá)國(guó)家，由于科學(xué)體系比較完善，所以都鼓勵(lì)人們直飲涼水，一般公共場(chǎng)合都不提供開水,正是由于低溫時(shí)石膏在水中的溶解度大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高溫時(shí)的溶解度，水加熱以后，部分石膏會(huì)結(jié)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(guó)內(nèi)對(duì)自來水標(biāo)準(zhǔn)定的比較低，達(dá)不到直接飲用標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)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?！睹t(yī)錄》曾記載，睦州(今建德)楊士丞有一女，患骨蒸內(nèi)熱外寒，請(qǐng)了許多醫(yī)生治療未愈，后來處州(今麗水)有位姓吳的醫(yī)生就用了石膏，病人體溫恢復(fù)了正常，證明了石膏有良好的退熱作用。近代名醫(yī)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(shí)熱者放膽用之，直勝金丹?！盵3]在中醫(yī)中，石膏具有質(zhì)重氣輕，味辛微寒，辛能解肌熱，寒能勝胃火，辛走外，寒沉內(nèi)，具有兩擅內(nèi)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(fā)狂，口渴咽干，肺熱喘急，中暑自汗，胃火頭痛、牙痛，熱毒壅盛，發(fā)斑發(fā)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(yàn)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(fā)熱[3]。

煅燒半水石膏還可以用作骨折接續(xù)后固定的石膏繃帶，能夠保證接骨不錯(cuò)位，還可以作為補(bǔ)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(diǎn)豆腐技術(shù)在民間早已廣泛應(yīng)用。石膏在農(nóng)業(yè)上也有著廣泛的用途，可以用作化肥的生產(chǎn)，土壤的改良劑。

石膏作為工程材料的應(yīng)用也已有上萬年的歷史。人類在利用火煅燒天然礦石，發(fā)現(xiàn)了石膏煅燒產(chǎn)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(jù)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(xì)亞半島的卡塔爾·許克城的育克遺址的地下壁畫中發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了石膏漿,這是目前發(fā)現(xiàn)的最早的石膏地板抹面[4]。根據(jù)現(xiàn)代考古發(fā)現(xiàn)，公元前3 000年，距今有5 000多年，在埃及的法老統(tǒng)治時(shí)期，就曾經(jīng)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(qiáng)度還非常高，可見當(dāng)時(shí)石膏技術(shù)的先進(jìn)性，甚至可能會(huì)超過目前的石膏技術(shù)，只可惜該技術(shù)的失傳。法國(guó)巴黎附近盛產(chǎn)石膏，從公元7世紀(jì)到中世紀(jì)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(guó)，石膏技術(shù)的運(yùn)用較晚，最早可追溯到2 000多年前秦漢時(shí)期，石膏用于古萬里長(zhǎng)城的砌筑中,但是技術(shù)水平較低，目前已基本完全風(fēng)化。在長(zhǎng)沙馬王堆漢墓的建造中，也發(fā)現(xiàn)了石膏運(yùn)用在砌筑灰漿中，但是同樣存在技術(shù)水平較低的問題。

從石膏技術(shù)水平和目前考古年代判斷，古石膏技術(shù)應(yīng)當(dāng)發(fā)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(jìn)行砌筑。根據(jù)考古年代推算，古埃及人的石膏脫水技術(shù)逐漸向外擴(kuò)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(shù)，通過對(duì)歐洲的征戰(zhàn)，把他們的脫水技術(shù)帶到中歐、北歐和東歐。但是，石膏脫水技術(shù)隨著羅馬帝國(guó)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(xiàng)技術(shù)近千年,在一千年內(nèi)，到目前為止，再?zèng)]有看到運(yùn)用這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)建造的建筑物，直到近百年才重新應(yīng)用。但是技術(shù)水準(zhǔn)，遠(yuǎn)不及以前的水平。

我們通過對(duì)法國(guó)、德國(guó)、俄羅斯的實(shí)地考察，得出這樣的結(jié)論∶羅馬時(shí)代石膏脫水技術(shù)應(yīng)當(dāng)超過目前已公開的石膏脫水技術(shù)，達(dá)到或接近目前未公開的最高技術(shù)水平。在羅馬時(shí)代，羅馬人早已懂得在石膏中摻入麥秸稈和動(dòng)物毛發(fā)，使石膏混凝土的強(qiáng)度增加，抗折性能大幅提高。在十一世紀(jì)建造保存至今的皇宮建筑中的石膏灰泥地面，目前的強(qiáng)度可與現(xiàn)代水泥混凝土相媲美，可見當(dāng)時(shí)石膏脫水技術(shù)的先進(jìn)性。到了中世紀(jì)和文藝復(fù)興時(shí)期，很多裝飾物和藝術(shù)品都是使用石膏漿制成的，在歐洲隨處可見極具歐美風(fēng)情的石膏浮雕裝飾構(gòu)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(dāng)時(shí)石膏脫水技術(shù)的先進(jìn)性，也證明了石膏的耐久性沒有問題。由于古石膏脫水技術(shù)的蒸發(fā)，現(xiàn)代石膏脫水技術(shù)水平較低，所以現(xiàn)代建筑的浮雕裝飾構(gòu)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?cè)诙砹_斯圣彼得堡一個(gè)古教堂外看到，燒結(jié)磚的外皮已完全風(fēng)化，粘接的石膏卻完好，風(fēng)化很少，形成一個(gè)個(gè)孔洞景觀，說明當(dāng)時(shí)石膏脫水技術(shù)要優(yōu)于燒結(jié)磚技術(shù)。

許多人都有一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí),認(rèn)為石膏強(qiáng)度低，耐水性差，容易掉粉。這主要同我們經(jīng)常接觸家庭普通裝飾石膏板和石膏線，以及美術(shù)用石膏頭像和黑板用粉筆有關(guān)，實(shí)質(zhì)上這些都是石膏的最低級(jí)的用途，技術(shù)含量低。如果我們看一看水垢，就會(huì)有另外一種印象，石膏具有強(qiáng)度高，耐水性好，很難掉粉的特性。這里的關(guān)鍵點(diǎn)就在于石膏脫水技術(shù)，不同的脫水工藝，就會(huì)得到不同的石膏產(chǎn)物，雖然它們的化學(xué)組成完全相同，但是它們產(chǎn)物的晶格結(jié)構(gòu)完全不同，就象石墨與金剛石一樣，化學(xué)組成完全相同，表現(xiàn)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(gè)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(shù)的穩(wěn)定性和摩擦片的耐磨性，現(xiàn)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(qiáng)組份，比如石膏加入到塑料中后,可提高材料的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和尺寸的穩(wěn)定性，可提高制品強(qiáng)度30%左右。石膏還是精密鑄造、汽車、飛機(jī)和陶瓷等復(fù)雜零部件的鑄造模具用材，石膏用作制陶瓷的模具時(shí)，具有強(qiáng)烈吸收塑造陶瓷坯體中的水分，使陶瓷胎器在制模時(shí)，能夠獲得很高的強(qiáng)度。塑性石膏漿體能夠很好地填充到各個(gè)部位，留下清楚精確的印記，石膏在模具方面表現(xiàn)出的優(yōu)良性能，特別是毛細(xì)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(qiáng)劑，對(duì)提高瀝青的軟化點(diǎn)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(chǎn)各種高檔紙的原料，石膏具有色白、體積穩(wěn)定性好和質(zhì)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(chǎn)，由于水化后的石膏同木材一樣，具有毛細(xì)盲孔和微孔，所以容重和導(dǎo)熱系數(shù)同木材相近，使人感覺同木材沒有兩樣，但是強(qiáng)度和防火性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于木材，為了降低生產(chǎn)成本，可適當(dāng)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(qiáng)度集中應(yīng)用在人造牙石膏，人造牙石膏對(duì)石膏的強(qiáng)度和線固化膨脹率要求極高，最低抗壓強(qiáng)度要求達(dá)到45 MPa,最低線固化膨脹率要達(dá)到0.35%，據(jù)我們所知，目前世界上最高水平的強(qiáng)度已達(dá)183 MPa，這個(gè)強(qiáng)度是水泥根本無法達(dá)到的強(qiáng)度，線固化膨脹率已達(dá)0.55%，從我們脫水的石膏粉的試驗(yàn)結(jié)果看，線固化膨脹率能夠達(dá)1%。世界各國(guó)各大公司,對(duì)于該技術(shù)都處于絕對(duì)保密狀態(tài)。即使使用這些材料，也不會(huì)讓知道是石膏，通常都把這些材料稱為樹脂，實(shí)質(zhì)上這些材料的主要成分是石膏，內(nèi)含有一定量的有機(jī)物，這些有機(jī)物的主要作用是提高石膏的耐水性。我們通過化學(xué)分析和檢驗(yàn)，才得到這些參數(shù)。石膏具有無毒、無味、對(duì)人體無害、水化時(shí)具有微膨脹、強(qiáng)度超強(qiáng)等特性，水化時(shí)可以在常溫條件下進(jìn)行，并且具有化學(xué)反應(yīng)速度快、溫升很低，人可以輕易耐受。這些優(yōu)良性能，在人造牙中運(yùn)用，是其他任何材料都無法代替的。

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

[2]張愛珍.臨床營(yíng)養(yǎng)學(xué)[M].人民衛(wèi)生出版社出版,20.

[3]王海亭.中國(guó)中醫(yī)藥報(bào)[N].2012,2,24.

[4]王祁青.石膏基建材與應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社出版,1.