第二节 石膏
石膏胶凝材料是以硫酸钙为主要成分的无机气硬性胶凝材料。由于石膏胶凝材料及其制品具有许多优良的性质，原料来源丰富，生产能耗较低，因而在建筑工程中得到广泛应用。目前常用的石膏胶凝材料有建筑石膏、高强石膏等。
一、石膏的原料、生产及品种
1.石膏的原料
（1）天然二水石膏。天然二水石膏（CaSO4·2H2O）又称生石膏或软石膏。它是生产石膏胶凝材料的主要原料。纯净的天然二水石膏矿石呈无色透明或白色，常因含有各种杂质而呈灰色、褐色、黄色、红色、黑色等颜色。
（2）天然无水石膏。天然无水石膏（CaSO4）结构比天然二水石膏致密，质地较硬，难溶于水，又称硬石膏，一般作为生产水泥的原料。
（3）工业副产石膏。工业副产石膏是指一些含有CaSO4·2H2O与CaSO4混合物的化工副产品及废渣，也可作为生产石膏的原料，例如磷石膏是制造磷酸时的废渣。此外还有盐石膏、硼石膏、钛石膏等。
2.石膏的生产及品种
生产石膏胶凝材料的主要工序是破碎、加热与磨细，随着制备方法、加热方式和温度的不同，可生产出不同性质和质量的石膏胶凝材料。
（1）建筑石膏。将主要成分为二水石膏的原材料加热至107～170℃时，产物为β型半水石膏，其化学反应式如下：
建筑石膏是以β型半水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料，主要用于制作石膏建筑制品。它的晶体较细，调制成一定稠度的浆体时需水量较大，大量水分在石膏硬化时蒸发，使石膏内部形成许多孔隙，强度较低。
（2）高强石膏。若将二水石膏置于具有0.13MPa、124℃的过饱和蒸汽条件下蒸压，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的α型半水石膏，即高强石膏。与建筑石膏相比，高强石膏的晶粒较粗，需水量较小，硬化后的石膏内部孔隙较少，强度较高。
二、建筑石膏的凝结与硬化
建筑石膏加水拌和，与水发生水化反应。
当建筑石膏加水时，半水石膏迅速溶解并达到平衡状态，即饱和状态。由于半水石膏在水中的溶解度是二水石膏溶解度的4～5倍，故半水石膏的饱和溶液对于二水石膏来说就是过饱和溶液，因此发生了上述水化反应。二水石膏以胶体微粒形式从溶液中析出，从而破坏了半水石膏的溶解平衡，半水石膏继续溶解，达到平衡和水化。此循环过程一直进行到所有的半水石膏都转化为二水石膏为止。在此过程进行中，最初形成的可塑性浆体中的水分由于水化和蒸发而逐渐减少，二水石膏的胶体微粒不断增多，浆体稠度逐渐增大，直到完全失去可塑性，此过程称为石膏的凝结。随着浆体变稠，胶体微粒凝聚成晶体，晶体逐渐长大、共生和相互交错，浆体开始产生强度，最后发展成具有一定强度的固体，这一过程称为石膏的硬化过程。
三、建筑石膏的技术要求
建筑石膏为白色粉末，密度为2.60～2.75g/cm3，堆积密度为800～1000kg/m3。按GB/T 9776—2008《建筑石膏》规定，建筑石膏据2h抗折强度分为3.0、2.0、1.6三个等级，其物理力学性能，如表2-4所示。
表2-4 建筑石膏的技术要求
四、建筑石膏的性质、应用与储存
1.建筑石膏的性质
（1）凝结硬化快。建筑石膏加水拌和后，凝结硬化快，凝结时间很短，一般终凝时间不超过半小时。由于建筑石膏的初凝时间很短，无法施工，工程中常加入适量硼砂、动物胶和柠檬酸等作为缓凝剂，以延缓凝结时间满足施工要求。
（2）凝结硬化时体积略膨胀。建筑石膏浆体凝结硬化时不像石灰和水泥那样出现体积收缩，反而略有膨胀，一般膨胀量为0.5%～1%。此性质使石膏制品表面光滑细腻，形体饱满，干燥时不开裂。因此，建筑石膏可用于雕塑和建筑装饰制品。
（3）硬化后孔隙率高。建筑石膏的理论需水量仅为18.6%，为满足施工要求的可塑性，加水量常为60%～80%。石膏硬化后由于多余水分的蒸发，在内部形成大量毛细孔，石膏制品孔隙率可达50%～60%，表观密度约800～1000kg/m3。由此石膏制品具有以下性质：
1）强度低。一等品建筑石膏凝结硬化1d的强度为5～8MPa，7d后达到的最高强度为8～12MPa。
2）保温隔热性能好，吸声性强。硬化的建筑石膏中具有许多开口和闭口孔隙，因此其保温隔热性和吸声性能好，导热系数一般为0.121～0.205W/（m·K）。
3）吸湿性大，耐水性和抗冻性差。建筑石膏制品的吸湿性大，可调节室内的温湿度。但在潮湿条件下，石膏吸湿后，水分会减弱晶粒之间的吸引力，导致石膏的强度降低（软化系数约为0.3～0.45）。如果长时间浸在水中，会因为二水石膏晶体的溶解，导致石膏破坏。石膏制品吸水后受冻，由于其孔隙率大、强度低，很容易因抗冻性差遭到破坏。
（4）防火性能好。建筑石膏遇火时，二水石膏中的结晶水蒸发成水蒸气，吸收大量热，可降低制品表面的温度；同时在其制品表面形成了水蒸汽幕，能阻碍火势蔓延；脱水后的石膏制品隔热性能更好，形成隔热层且无有害气体产生。因此，建筑石膏制品防火性能好。
建筑石膏制品在防火的同时自身将被破坏，而且石膏制品不宜长期用于靠近65℃以上高温度部位，以免二水石膏在此温度作用下失去结晶水，从而失去强度。
（5）可加工性好。建筑石膏硬化后具有良好的可加工性能，如可钉、可锯和可刨等，因此施工方便。
2.建筑石膏的应用
（1）可配制成石膏腻子、砂浆和涂料，用于内墙的刮腻子、抹砂浆和刷涂料。
（2）可生产墙体材料如纸面石膏板、石膏空心板、纤维石膏板及石膏砌块等，均可用于内墙和隔墙，有些石膏板也可用作吊顶材料。
（3）可生产装饰石膏板、绝热板和吸音板等，用于室内装饰或作为内墙的内保温材料和吸音材料。
3.建筑石膏的储存
建筑石膏在运输及储存时应注意防潮，一般储存3个月后，强度将降低30%左右。所以储存期超过3个月的建筑石膏应重新进行质量检验，以确定其等级。