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石膏胶凝材料是三大胶凝材料之一，其生产只是除去部分或全部二水硫酸钙中的结晶水，因而耗能低，排出的废气是水蒸气。用烧成的建筑石膏为主要原料制成的各种石膏建筑材料，凝结硬化快，生产周期短，因此被公认为一种生态建筑材料或健康建筑材料。那么石膏具有哪些种类，各自的性能又如何呢？
石膏是以CaSO 4 为主要成分的气硬性胶凝材料，因含结晶水不同，而形成多种性能不同的石膏，主要有建筑石膏（CaSO 4 ·12H 2 O）、无水石膏（CaSO 4 ）和生石膏（CaSO 4 ·2H 2 O），其中建筑石膏及制品具有质量轻、吸声性好、吸湿性好、形体饱满、表面平整细腻、装饰性好和易于加工等优点，因而在建筑中得到广泛的应用。
将主要成分为二水石膏的生石膏（又称天然石膏）在常压下加热，随着温度的升高，将发生一些变化。当加热温度为65～75℃时，CaSO
4
·2H
2
O开始脱水，至107～170℃时，生成半水石膏（CaSO
4
·
H
2
O），其反应式为
在该加热阶段，因加热条件不同，所获得的半水石膏有α型和β型两种形态。若将二水石膏在非密闭的窑炉中加热脱水，得到的是β型半水石膏，称为建筑石膏；建筑石膏的晶粒比较细，其中杂质含量较少、白度较高，常用于制作模型和花饰，也称模型石膏，在工业中用于制作成型的模型。若将二水石膏置于0.13MPa、124℃的过饱和蒸汽条件下蒸炼脱水，或置于某些盐溶液中沸煮，可得到α型半水石膏，称为高强石膏；高强石膏的晶粒比较粗，生成的半水石膏是粗大而密实的晶体，水化后具有较高强度，故而得名。
建筑石膏与适量水拌和后形成浆体，然后水分逐渐蒸发，浆体失去可塑性，逐渐形成具有一定强度的固体，这一过程可从水化和硬化两方面分别加以说明。
建筑石膏加水拌和，与水发生水化反应，又还原成二水石膏，相关反应式为
由于二水石膏在水中的溶解度小于半水石膏，故半水石膏很快在溶液中达到饱和，形成胶体微粒并不断转变为晶体析出；二水石膏的析出破坏了原来半水石膏溶解的平衡状态，这时半水石膏会进一步溶解，以补偿二水石膏析晶在液相中减少的硫酸钙含量。如此不断进行半水石膏的溶解和二水石膏的析出，直到半水石膏完全水化。同时浆体中的自由水分由于水化和蒸发而不断减少，浆体的稠度不断增加，晶体微粒间的搭接、连生和交错使相互黏结逐步增强，浆体逐步失去可塑性，这个过程称为凝结过程；这一过程不断进行，直至浆体完全失去塑性，产生强度并且干燥，这个过程称为硬化过程。如图2.5所示。
图2.5 建筑石膏凝结和硬化示意
1—半水石膏；2—二水石膏胶体微粒；3—二水石膏晶体；4—交错的晶体
事实上，石膏的水化、凝结、硬化是一个连续复杂的物理化学变化过程，只是为了便于理解而将其拆为三个过程。石膏从加水开始拌和一直到浆体刚开始失去可塑性的过程，称为浆体的初凝，对应的这段时间称为初凝时间；石膏从加水开始拌和一直到浆体完全失去塑性并逐渐产生强度的过程，称为石膏的硬化，对应的这段时间称为石膏的终凝时间。
根据GB/T9776—2008《建筑石膏》的规定，石膏按原材料种类分为天然建筑石膏（代号N）、脱硫建筑石膏（代号S）和磷建筑石膏（代号P）三类；按其凝结时间、细度及强度指标则分为三级，见表2-1。
表2-1 建筑石膏的技术指标
1．建筑石膏的特性
（1）凝结硬化快。建筑石膏一般加水3～5min内即可初凝，30min左右达到终凝，一星期左右能完全硬化。为满足施工操作的要求，往往需掺加适量的缓凝剂，如0.1%～0.15%的动物胶或1%的亚硫酸纸浆废液，也可掺加0.1%～0.15%的硼砂或柠檬酸等。
（2）硬化后体积微膨胀。建筑石膏硬化后一般会产生0.05%～0.15%的体积膨胀，使得硬化体表面饱满，尺寸精确、轮廓清晰，干燥时不开裂，有利于制造复杂图案的石膏装饰制品。
（3）孔隙率大、质量轻但强度低。建筑石膏水化的理论需水量为18.6%，但为了满足施工要求的可塑性，实际加水量为60%～80%，石膏凝结后多余水分蒸发，导致孔隙率大、质量减轻。但抗压强度也因此下降，一般为3～5MPa。
（4）具有良好的保温隔热和吸声性能。石膏硬化体中微细的毛细孔隙率高，使其导热系数小，一般为0.121～0.205W/（m·K），故隔热保温性能好，是理想的节能材料。同时石膏的大量微孔特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。
（5）具有一定的调节温度、湿度的性能。石膏的热容量大，吸湿性强，可均衡调节室内温度和湿度，营造一个怡人的生活和工作环境。
（6）防火性能优良。石膏硬化后的结晶物CaSO 4 ·2H 2 O遇火时，结晶水蒸发，吸收热量并在表面生成蒸汽幕，因此在火灾发生时，能够有效抑制火焰蔓延和温度的升高。
（7）耐水性差。石膏硬化后孔隙率高，吸水性强，并且二水石膏微溶于水，长期浸水将使其强度下降，所以耐水性差。通常其软化系数为0.3～0.5。
（8）有良好的装饰性和可加工性。石膏不仅表面光滑饱满，而且质地细腻、颜色洁白，装饰性能好。此外，硬化石膏可锯、可钉、可刨，具有良好的加工性。
2．建筑石膏的应用
石膏具有上述诸多的优良性能，因而是一种良好的建筑功能材料。目前应用较多的是在建筑石膏中掺入各种填料，加工制成各种石膏制品（如纸面石膏板、纤维石膏板、石膏空心板、石膏装饰板、石膏砌块、石膏吊顶等），用于建筑物的内隔墙、墙面和棚顶的装饰装修等，如图2.6所示。
由于石膏具有凝结快和体积稳定的特点，因而常用来制作建筑雕塑，此外，建筑石膏也可用于生产水泥和各种硅酸盐建筑制品。
图2.6 石膏板材的应用
石膏板材作为一种新型墙体材料，其应用也日渐广泛，与传统墙材相比，它在质量轻、美观、防火、抗震、保温隔热、调湿、隔墙占地面积、可施工性和节能等方面都具有明显的优势，可为墙材改革助一臂之力，为建筑节能增辉添彩。
石膏在运输储存的过程中应注意防水、防潮。另外长期储存会使石膏的强度下降很多（一般储存三个月后强度会下降30%左右），因此建筑石膏不宜长期储存。一旦储存时间过长，应重新检验确定其等级。
【应用案例2-2】 石膏粉拌水为一桶石膏浆，用以在光滑的天花板上直接粘贴石膏饰条，前后半小时完工。但几天后最后粘贴的两条石膏饰条突然坠落，请分析原因。
解析： 建筑石膏拌水后一般于数分钟至半小时凝结，因而粘贴最后两条石膏饰条的石膏浆已初凝，使其黏结性能差。为此可掺入缓凝剂，延长其凝结时间，或者分多次配制石膏浆，即配即用。