淺談石膏技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用（下）

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）

建筑與人類的生存和生活密切相關(guān)，人們?cè)谥匾暽眢w健康、豐富的物質(zhì)和文化的前提下，對(duì)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(fèi)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(shí)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(chǎn)石膏基膠凝材料需要的能耗要低得多；石膏基膠凝材料無(wú)論在生產(chǎn)過(guò)程中，還是在在使用過(guò)程中，都不會(huì)排出對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，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(zhì)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(diào)溫和調(diào)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(nèi)裝飾和建筑的優(yōu)良材料。

隨著石膏脫水技術(shù)的提高，石膏基建筑材料將在以下幾個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用。

1 石膏基防火材料

由于石膏內(nèi)具有毛細(xì)盲孔和微孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)含有一定量的附著水,同時(shí)石膏本身就含有兩個(gè)結(jié)晶水，所以當(dāng)遇到火災(zāi)時(shí)，石膏首先吸熱蒸發(fā)毛細(xì)盲孔和微孔內(nèi)的附著水,然后吸熱蒸發(fā)一個(gè)半結(jié)晶水，最后蒸發(fā)剩下的半個(gè)結(jié)晶水，使本身導(dǎo)熱系數(shù)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(wú)水石膏，水蒸發(fā)以后，無(wú)水石膏將形成更多的毛細(xì)盲孔和微孔結(jié)構(gòu)，而且無(wú)水石膏不會(huì)塌架，繼續(xù)起著支撐作用。石膏制品內(nèi)部繼續(xù)吸熱蒸發(fā)附著水，蒸發(fā)一個(gè)半結(jié)晶水和半個(gè)結(jié)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(zāi)的擴(kuò)大。石膏的分解溫度，在沒有還原劑的情況下，一般能達(dá)1 200℃以上，因而耐火性很高，是防火等級(jí)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(xì)盲孔和微孔，所以具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)，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(yù)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(shí)，對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響很?。ㄐ录夹g(shù)脫水的石膏）。石膏在蓄熱和導(dǎo)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(huì)，在沒有人為的影響條件下，比如空調(diào)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(shí)堵塞石膏的毛細(xì)孔，不與外界交換氧氣，此時(shí)水的溫度要低于空氣溫度。白天當(dāng)房屋受熱時(shí)，首先揮發(fā)石膏內(nèi)的附著水，使室內(nèi)溫度降低，到晚上時(shí)，由于白天石膏的毛細(xì)孔內(nèi)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(dǎo)熱系數(shù)就小，保溫性能就好，能夠減少房屋內(nèi)熱量的散失，所以冬季就感覺房屋內(nèi)暖和，同時(shí)冬季門窗開的少，人在室內(nèi)活動(dòng)，室內(nèi)氧氣含量就相對(duì)較低，由于冬季比較干燥，石膏毛細(xì)孔已完全打開，在毛細(xì)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(dòng)物的需要。隨著石膏脫水技術(shù)的提高，在建筑施工方面，以下幾個(gè)方面也將會(huì)有很大的提高。

1）石膏基膠凝材料

隨著石膏脫水技術(shù)的提高,石膏基膠凝材料，能夠分別生產(chǎn)出建筑石膏、高強(qiáng)石膏和超高強(qiáng)石膏,石膏的強(qiáng)度會(huì)從5 MPa提高到200 MPa,生產(chǎn)50 MPa的高強(qiáng)石膏可能已是很普通的技術(shù)，可能沒有人再會(huì)生產(chǎn)低強(qiáng)度的建筑石膏，而且低強(qiáng)度的建筑石膏很容易被市場(chǎng)淘汰。各種類型的高強(qiáng)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(qiáng)石膏和超高強(qiáng)石膏，就能夠大幅提高摻加砂和石的比例，大幅降低石膏產(chǎn)品的成本，提高石膏產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，特別是石膏混凝土在水化時(shí)，具有微膨脹性，所以具有很強(qiáng)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(xì)砂和面砂的量，且不會(huì)降低產(chǎn)品的質(zhì)量，并且石膏顏色較白，能夠降低內(nèi)墻膩?zhàn)拥氖褂昧俊?/p>

2）石膏基制品

對(duì)于石膏制品的制造，由于能夠脫水出高強(qiáng)石膏和超高強(qiáng)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(chǎn)過(guò)程中的配方具有很大的靈活性，適應(yīng)不同地區(qū)的使用。高強(qiáng)石膏可以直接用于石膏預(yù)應(yīng)力樓板和現(xiàn)澆樓板托模的生產(chǎn),且不需要抹灰和粉刷，可以直接批內(nèi)墻膩?zhàn)樱梢酝耆挥矛F(xiàn)場(chǎng)施工模板的支護(hù)和拆模，提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的效率，節(jié)約了支護(hù)的模板。還可以生產(chǎn)無(wú)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(qiáng)度,可以降低石膏砌塊和石膏條板墻體的厚度，使框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的使用面積得到充分的利用，同時(shí)利用石膏砌塊和石膏條板的榫槽結(jié)構(gòu)，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(nèi)墻膩?zhàn)樱瑴p少了施工工序，降低了施工成本。

3）石膏現(xiàn)澆工藝

石膏同水泥一樣，具有現(xiàn)場(chǎng)澆筑的特性，但凝固時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于水泥,大大提高模板的利用率，大幅度減少模板的周轉(zhuǎn)量，非常適合現(xiàn)場(chǎng)滑模工藝生產(chǎn)。同時(shí)石膏水化時(shí)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(chǎn)，會(huì)自動(dòng)消除石膏混凝土的水化熱的作用，比如我們經(jīng)?？梢钥吹剿嗦访媸┕r(shí),需要在路面鋸出一條條收縮縫，如果不鋸，就會(huì)不規(guī)則的斷裂，嚴(yán)重影響水泥路面施工質(zhì)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(shù)的不斷提高，用高強(qiáng)石膏可以在以下幾個(gè)方面拓展出新的應(yīng)用領(lǐng)域。

1）石膏基內(nèi)外墻膩?zhàn)?/p>

由于采用高強(qiáng)石膏作為成膜材料，完全可以不加高成本的有機(jī)膠黏劑,并且由于石膏強(qiáng)度過(guò)高，還必須加入大量低成本的填料，同時(shí)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(nèi)外墻膩?zhàn)右部梢耘渲瞥筛煞?，在施工現(xiàn)場(chǎng)配水?dāng)嚢璧霓k法，減少原料的運(yùn)輸費(fèi)用，使整個(gè)產(chǎn)品的成本大為降低，高強(qiáng)石膏具有附著力強(qiáng)、耐溫性能優(yōu)和絕緣性好，特別是白度，超過(guò)其它材料，如高嶺土、碳酸鈣和滑石粉等，具有質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的特點(diǎn)。

2）無(wú)機(jī)保溫石膏混凝土、無(wú)機(jī)保溫石膏砌塊和無(wú)機(jī)保溫石膏條板

采用高強(qiáng)石膏作為膠凝材料，膨脹玻化微珠作輕質(zhì)骨料，形成無(wú)機(jī)保溫石膏混凝土。由于膨脹?；⒅槭且环N無(wú)機(jī)玻璃質(zhì)礦物材料，是由火山巖粉碎成礦砂，經(jīng)過(guò)特殊膨化燒法加工而成，產(chǎn)品呈不規(guī)則球狀體顆粒，內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，表面?；忾]，理化性能穩(wěn)定，具有質(zhì)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(wú)機(jī)輕質(zhì)絕熱保溫材料。?；⒅榈牧６纫话阍? mm左右，容重110 kg/m3左右，導(dǎo)熱系數(shù)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(jí)最高的材料之一?？刹捎眠m當(dāng)多加水的辦法，適當(dāng)降低高強(qiáng)石膏的干容重，使水化后的石膏具有更多的毛細(xì)盲孔和微孔，提高石膏混凝土的保溫性能?，F(xiàn)場(chǎng)澆筑可采用無(wú)機(jī)保溫石膏混凝土直接澆筑，有利于墻體形成一個(gè)整體，同時(shí)方便墻體配筋，由于石膏凝結(jié)速度快，可采用連續(xù)滑模工藝，減少模板的用量，同時(shí)墻體厚度可以在施工現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)調(diào)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(nèi)墻膩?zhàn)?，減少了施工工序，降低了施工成本。石膏制品可采用無(wú)機(jī)保溫石膏砌塊和無(wú)機(jī)保溫石膏條板，具有質(zhì)量輕、隔熱防火、耐高低溫、保溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。

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(dòng)流平的特點(diǎn)生產(chǎn)的一種地坪，具有施工速度快、節(jié)約勞動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)合理和效率高的特點(diǎn)，采用高強(qiáng)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(jié)速度快和流動(dòng)度變化快的特點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和位置控制措施，使地坪自動(dòng)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(qiáng)石膏直接粘接地板磚，可以提高施工速度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在安裝預(yù)應(yīng)力樓板和現(xiàn)澆樓板托模以前，采用石膏基自流平地坪對(duì)墻體找平，能夠保證預(yù)應(yīng)力樓板和現(xiàn)澆樓板托模安裝的水平。

4）無(wú)機(jī)保溫粉刷石膏

采用高強(qiáng)石膏作為膠凝材料，膨脹?；⒅樽鬏p質(zhì)骨料，形成無(wú)機(jī)保溫粉刷石膏。當(dāng)采用其他建筑材料，比如燒結(jié)磚、增壓粉煤灰磚和加氣混凝土磚等砌筑的墻，為了加強(qiáng)保溫性能，可以采用無(wú)機(jī)保溫粉刷石膏進(jìn)行粉刷。對(duì)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(shù)的不斷提高，高強(qiáng)石膏在水泥生產(chǎn)中，會(huì)有以下幾方面發(fā)展。

1）水泥調(diào)凝劑

石膏在水泥中起調(diào)凝劑的作用，高強(qiáng)石膏在水泥中也能起著調(diào)凝劑的作用，同時(shí)高強(qiáng)石膏可以改善水泥的強(qiáng)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(diào)整水泥的凝結(jié)時(shí)間，對(duì)于礦渣硅酸鹽水泥，國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求SO3的含量不能超過(guò)4%,其他品種水泥，SO3的含量不能超過(guò)3.5%。石膏摻量過(guò)多或過(guò)少都會(huì)導(dǎo)致水泥的不正常凝結(jié)。當(dāng)石膏摻量(以SO3計(jì))小于約1.3%時(shí)，石膏摻量過(guò)小，水泥會(huì)產(chǎn)生快速凝結(jié)，術(shù)語(yǔ)稱假凝。進(jìn)一步增加SO3含量時(shí)，石膏才出現(xiàn)明顯的緩凝作用，當(dāng)石膏摻量(以SO3計(jì))超過(guò)2.5%以后，對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響便會(huì)變得很小,凝結(jié)時(shí)間增長(zhǎng)很少，但是水泥的強(qiáng)度會(huì)有一定的下降，特別是后期強(qiáng)度影響較大，下降較多。石膏的最佳適宜摻量，應(yīng)當(dāng)是加水后24 h左右能夠被耗盡的數(shù)量,由于生產(chǎn)的水泥品種不同，以及生產(chǎn)原材料不同，配比也不同，最終的石膏最佳適宜摻量，應(yīng)以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)。

2）水泥活性激發(fā)劑

3）特種水泥的原料

利用過(guò)量石膏的摻入,使水化時(shí)具有膨脹性，用于生產(chǎn)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(xì)，能夠制備快凝石膏礬土膨脹水泥，這種水泥具有凝結(jié)硬化速度快,硬化時(shí)體積膨脹率能夠達(dá)到0.5%～1%。如果能夠摻入經(jīng)特殊脫水技術(shù)脫水的石膏，就能夠大幅提高水泥熟料的強(qiáng)度,使石膏的摻加量更大，能夠獲得更大的體積膨脹率，產(chǎn)品性能更加穩(wěn)定。

4）聯(lián)合生產(chǎn)硫酸和水泥的原料

用石膏聯(lián)合生產(chǎn)硫酸和水泥具有原子經(jīng)濟(jì)性，即投入的原料分子中的每個(gè)原子都能轉(zhuǎn)化為對(duì)人類有用的產(chǎn)物，反應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)綠色生產(chǎn)是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)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(zhì)原料制造水泥熟料，后者用于制造硫酸。

隨著石膏脫水技術(shù)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(hù)的要求，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量石膏副產(chǎn)品或石膏廢渣，這些石膏副產(chǎn)品或石膏廢渣不但數(shù)量大，而且涉及面廣。由于大量石膏副產(chǎn)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(duì)地下水資源造成污染，成為轉(zhuǎn)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(chǎn)品或石膏廢渣的應(yīng)用迫在眉睫。通過(guò)對(duì)石膏脫水技術(shù)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(diào)凝劑、水泥活性激發(fā)劑、石膏基內(nèi)外墻膩?zhàn)印⒎鬯⑹?、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(shuō)它最古老是因?yàn)樗膽?yīng)用已有一萬(wàn)多年的歷史，說(shuō)它新型是因?yàn)槿藗儗?duì)它的認(rèn)識(shí)還不夠，還有很多潛能沒有被發(fā)現(xiàn)，所以對(duì)石膏脫水技術(shù)的研究，將會(huì)有很大的發(fā)展前途，潛力巨大。

[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.