2.2 石膏

石膏胶凝材料是一种理想的高效节能材料，具有质轻、隔音、隔热、耐火、质地细腻美观等优点。我国石膏资源极其丰富，生产工艺简单，易于加工、成品多样，是一种在建筑工程上应用广泛的建筑材料。主要用作轻质墙体材料和建筑装饰材料。

2.2.1 原料及生产

1.石膏胶凝材料的原料

（1）天然石膏。可分为天然二水石膏（又称生石膏、软石膏）和天然无水石膏（又称硬石膏），由于它们的化学稳定性好，因此不具有胶结能力。其中天然二水石膏（CaSO₄ ·2H₂O），是生产石膏胶凝材料的主要原料。

（2）化学工业副产品。是指某些化工生产过程中，所产生的以硫酸钙为主要成分的副产品，经适当处理后，作为石膏胶凝材料的原料。常见品种有磷石膏和氟石膏等。

2.石膏胶凝材料的生产

作为气硬性胶凝材料的石膏，通常是天然二水石膏经过低温煅烧、脱水、磨细而成。由于加热方式和加热温度的不同，可以生产出不同性质的石膏品种。

（1）将天然二水石膏加热至107～170℃即可制得β型半水石膏，再将其磨成细粉即得建筑中常用的石膏品种，故称为建筑石膏。反应式如下

CaSO₄·2H₂O—10—7—～—17—0℃→CaSO₄·12H₂O+32H₂O

（β型半水石膏）

β型半水石膏又称为建筑石膏。其中杂质含量较少，颜色洁白者为模型石膏。

这种建筑石膏的晶粒细小，将它调制成一定稠度的浆体时，需水量较大，因而其制品的强度较低。建筑石膏是建筑装饰制品的主要原料。

（2）将天然二水石膏在124℃条件下压蒸（1.3×10⁵Pa）加热可产生α型半水石膏。

CaSO₄·2H₂O—1.—31—×24—1℃0—⁵Pa→CaSO₄·12H₂O+32H₂O

（α型半水石膏）

由于α型半水石膏的晶粒粗大，需水量较小，硬化后的浆体强度较高，故称为高强石膏。

（3）当加热温度至170～300℃时，石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏，又称为硬石膏；它较半水石膏凝结快，其标准稠度的需水量也提高25%～30%，因此其强度较低。

（4）可溶性硬石膏在400～1000℃的温度范围内继续煅烧时，将变成慢溶硬石膏，这种石膏难溶于水，凝结很慢，甚至完全不凝结，也不具有强度。但是，当加入某些激发剂时，则具有水化硬化能力，且硬化后的浆体强度较高，耐磨性较好。这种加有激发剂的无水石膏混合物经磨细后称为硬石膏水泥。

在建筑上应用最广的是建筑石膏。

2.2.2 建筑石膏的凝结硬化

建筑石膏与适量水拌和后，与水发生化学反应生成二水硫酸钙的过程称为水化。水化反应方程式为

CaSO₄·12H₂O+32H₂O—→CaSO₄·2H₂O

虽然生成的二水硫酸钙与生石膏化学分子式相同，但由于它们的结晶度和结晶形态不同，因此在物理力学性能方面有差异。由于生成物CaSO₄·2H₂O的溶解度比半水石膏小，随着石膏与水反应的进行和水分的不断蒸发，浆体中CaSO₄·2H₂O晶体析出，浆体可塑性很快消失而发生凝结。此后CaSO₄·2H₂O晶体继续大量形成，彼此连接共生，形成晶体结构，逐渐硬化，并具有一定的强度。

2.2.3 建筑石膏的技术要求

建筑石膏为白色粉末状，密度为2.60～2.75g/cm³，堆积密度为800～1100kg/m³。

根据《建筑石膏》（GB9776—1988）规定，建筑石膏按抗折强度、抗压强度、细度和凝结时间等技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级，见表2.4。

表2.4

建筑石膏的技术指标（GB9776—1988）

建筑石膏产品标记顺序为：产品名称，抗折强度值，标准号。例如，抗折强度为

2.5MPa的建筑石膏标记为：建筑石膏2.5GB9776。

2.2.4 建筑石膏的特性

1.凝结硬化快

石膏浆体的初凝和终凝时间都很短，一般初凝时间为几分钟至十几分钟，终凝时间在0.5h以内，大约7d完全硬化。为满足施工要求，需要加入缓凝剂，如硼砂、经石灰处理过的动物胶（0.1%～0.2%）、亚硫酸盐酒精废液（加入石膏质量的1%）等。缓凝剂的作用在于降低半水石膏的溶解度，但会使制品的强度有所下降。

2.硬化时体积微膨胀

石膏浆体凝结硬化时不像石灰、水泥那样出现收缩裂纹，反而略有膨胀，使石膏硬化体表面光滑饱满，可制作出纹理细致的浮雕花饰。

3.硬化后孔隙率高

石膏水化反应的理论需水量仅为其质量的18.6%，但施工中为了保证浆体有必要的流动性，加水量常达60%～80%。石膏凝结后，多余水分蒸发，形成大量空隙，石膏硬化后内部孔隙率可达50%～60%，因而石膏制品具有表观密度较小、强度较低、导热系数小、吸声性强、吸湿性大、可调节室内温度和湿度的特点。

4.防火性能好

石膏制品在遇火灾时，二水石膏将脱出结晶水，吸热蒸发，并在制品表面形成蒸汽幕和脱水物隔热层，可有效减少火焰对内部结构的危害。但建筑石膏不宜长期在65℃以上的高温部位使用，以免二水石膏缓慢脱水分解而降低强度。

5.耐水性和抗冻性差

建筑石膏硬化后孔隙率高，吸湿性强，吸收的水分会减弱石膏晶粒间的结合力，使强度显著降低；若长期浸水，还会因二水石膏晶体逐渐溶解而导致破坏。石膏制品吸水饱和后受冻，会因孔隙中水分结冰膨胀而破坏。所以，石膏制品的耐水性和抗冻性较差，不宜用于潮湿部位。

6.具有良好的装饰性和可加工性

石膏制品表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏具有可锯、可刨、可钉施工方便等优点，具有良好的可加工性。

2.2.5 建筑石膏的应用

1.室内粉刷

由建筑石膏或由建筑石膏与无水石膏混合后再掺入外加剂、细集料等可制成粉刷石膏。粉刷石膏是一种新型室内抹灰材料，不仅可在水泥砂浆或混合砂浆上罩面，还可粉刷在混凝土墙、板、天棚等光滑的底层上。粉刷成的墙面致密光滑，质地细腻，且施工方便，工效高。

2.建筑石膏制品

（1）石膏板。具有轻质、高强、隔热保温、吸声和不燃等性能，且安装和使用方便，是一种较好的新型建筑材料，广泛用作各种建筑物的内隔墙，顶棚及各种装饰饰面。在石膏中加入轻质填充料，如锯末、膨胀珍珠岩、陶粒等能减轻石膏板的表观密度，并降低导热性。若在石膏中加纸筋、麻刀、石棉、玻璃纤维等增强材料，可以提高石膏板的抗弯强度，减少其脆性。我国目前生产的石膏板主要有纸面石膏板、石膏空心板、石膏装饰板、石膏纤维板及石膏吸音板等。

（2）石膏砌块。是以建筑石膏为主要原材料，经加水搅拌、浇筑成型和干燥制成的轻质建筑石膏制品。石膏砌块是一种自重轻、保温隔热、隔声和防火性能好、施工便捷等多项优点，是一种低碳环保、健康、符合时代发展要求的新型墙体材料。常用的石膏砌块有石膏实心砌块、石膏空心砌块、防潮石膏砌块等。

2.2.6 建筑石膏的储运

建筑石膏在运输和储存中，需要防雨、防潮和混入杂物。不同等级的石膏应分别储运，不得混杂。自生产日算起，储存期为三个月，过期或受潮的石膏，强度显著降低，需经检验后才能使用。