浅谈石膏技术的发展与应用（上）

徐惠国 秦天苍彭远志

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2郑州拓洋实业有限公司（450001）

石膏是一种非常古老的材料，人类对它的认识较早，其用途非常广泛，目前常见的胶凝材料无法与其相比。石膏在水中的溶解度相对其他胶凝材料较大，比如我们常见的石灰石、水泥等，石膏在水中的溶解度要比石灰石高出四个数量级，也就是高出一万多倍，所以我们经常可以非常容易看到这种材料，例如我们在烧开水时，经常能够看到的水垢，其主要成分就是石膏[1]。在干燥的水垢内，有95%以上是石膏,所以石膏也大量地存在于动物和植物体内。可以这样说，我们只要喝水和吃饭，就一定会吃进石膏。石膏也是人体必需的微量元素，通过与胃酸的作用，可以使石膏转化成有机钙，然后沉积到牙齿和骨骼中。

人体是由很多元素组成的，人体中几乎含有自然界所存在的所有元素，其质和量都与地球表层的元素组成相一致，所以从这里我们可以知道保护环境的重要性，我们保护环境的实质，就是保护我们自己。钙是自然界含量最多的元素之一，那么也是人体内含量最多的元素之一,约占人体重的1.5%～2%，而水就占掉人体重的60%～70%。成人体内钙含量约1.2 kg，钙化合物含量更高，99%集中在骨骼和牙齿中，其余则以游离或结合形式存在于体液和软组织中，这部分钙统称为混溶钙池，混溶钙池与骨骼钙维持着动态平衡。骨骼中的钙，在正常情况下不断被释放，进入混溶钙池，混溶钙池中的钙又不断沉积，形成骨细胞，骨细胞代谢完后，又排出体外，如此使骨骼不断更新。年龄越小骨骼的更新速度越快，随者年龄的增加，骨骼的更新速度放慢，钙在骨骼中含量逐渐下降[2]。

我们大部分人体都长期缺钙，由于吸收的钙小于流失的钙,骨骼中的钙就会补充到混溶钙池中，造成骨骼内的钙流失，形成骨质疏松，骨骼成蜂窝状空洞，特别是老年人，特别容易造成骨折，所以无论年龄大小，基本都需要补钙。但是有机钙沉积到不应该沉积的地方，比如胆囊中，就会形成胆结石，所以很多人错误的认为,水中含石膏高对身体不好，实际上正好相反，在发达国家，由于科学体系比较完善，所以都鼓励人们直饮凉水，一般公共场合都不提供开水,正是由于低温时石膏在水中的溶解度大，要远远大于高温时的溶解度，水加热以后，部分石膏会结晶沉淀，形成水垢，造成部分石膏被排除水外。但是，由于水处理成本等问题，国内对自来水标准定的比较低，达不到直接饮用标准，特别是微生物和污染物，所以直接饮用，容易造成肠道疾病，还是必须烧开后再喝。

石膏入药，在我国已有几千年的历史，古代用于药石记载的古书籍也已有两千多年的历史。《名医录》曾记载，睦州(今建德)杨士丞有一女，患骨蒸内热外寒，请了许多医生治疗未愈，后来处州(今丽水)有位姓吴的医生就用了石膏，病人体温恢复了正常，证明了石膏有良好的退热作用。近代名医张锡纯因喜用大剂量石膏而成了有名的“张石膏”。他说∶“石膏凉而能散，有透表解肌之力，外感有实热者放胆用之，直胜金丹。”[3]在中医中，石膏具有质重气轻，味辛微寒，辛能解肌热，寒能胜胃火，辛走外，寒沉内，具有两擅内外的功能。药物功效∶解肌清热，除烦止渴、清热解毒，属清热泻火药。主治∶治热病壮热不退，心烦神昏，谵语发狂，口渴咽干，肺热喘急，中暑自汗，胃火头痛、牙痛，热毒壅盛，发斑发疹，口舌生疮等等。煅烧半水石膏可供外用，可生肌敛疮，止血，外治痈疽疮疡，溃不收口，汤火烫伤，外伤出血等等。

用石膏治病的已验方、可治疗以下几种疾病∶1）血栓性脉管炎。2）胃火牙痛。3）烫伤。4）腮腺炎。5）痈肿。6）接触性皮炎。7）蜂窝组织炎。8）小儿发热[3]。

煅烧半水石膏还可以用作骨折接续后固定的石膏绷带，能够保证接骨不错位，还可以作为补牙和修牙的牙模石膏。石膏还可以用于食品添加剂、药物的填充料和饲料的添加剂，石膏点豆腐技术在民间早已广泛应用。石膏在农业上也有着广泛的用途，可以用作化肥的生产，土壤的改良剂。

石膏作为工程材料的应用也已有上万年的历史。人类在利用火煅烧天然矿石，发现了石膏煅烧产物具有胶凝作用，可用来粘接石材等块材，并可以制成一些制品使用，这就是最早的石膏胶凝材料和石膏制品。据说在公元前9 000年，距今已有一万一千年的历史,在位于小亚细亚半岛的卡塔尔·许克城的育克遗址的地下壁画中发现了石膏浆，该壁画的基底用石膏抹灰。从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层中也发现了石膏浆,这是目前发现的最早的石膏地板抹面[4]。根据现代考古发现，公元前3 000年，距今有5 000多年，在埃及的法老统治时期，就曾经使用石膏作为泥浆修建齐阿普斯的金字塔。到目前为止，石膏的粘接强度还非常高，可见当时石膏技术的先进性，甚至可能会超过目前的石膏技术，只可惜该技术的失传。法国巴黎附近盛产石膏，从公元7世纪到中世纪末期，烧石膏曾广泛用于建筑物的砌筑和墙体抹面，因此，在欧洲和美洲至今还把烧石膏称为巴黎石膏（plaster of Paris）。在我国，石膏技术的运用较晚，最早可追溯到2 000多年前秦汉时期，石膏用于古万里长城的砌筑中,但是技术水平较低，目前已基本完全风化。在长沙马王堆汉墓的建造中，也发现了石膏运用在砌筑灰浆中，但是同样存在技术水平较低的问题。

从石膏技术水平和目前考古年代判断，古石膏技术应当发源于古埃及。著名的埃及金字塔的石材缝隙和灰浆抹面等装饰,都使用了石膏胶凝材料；巴勒斯坦许多建筑物的外墙，都是用石膏和岩石砌筑而成，勾缝都用石膏砂浆填满；古罗马的许多宏伟古建筑，也采用了石膏作为胶凝材料进行砌筑。根据考古年代推算，古埃及人的石膏脱水技术逐渐向外扩散，首先传入到巴勒斯坦，然后大约在公元前400年传入到希腊,罗马人后来承袭了希腊人的脱水技术，通过对欧洲的征战，把他们的脱水技术带到中欧、北欧和东欧。但是，石膏脱水技术随着罗马帝国的衰败而消失，完全从地球上消失，埃及、巴勒斯坦和欧洲都没有了这项技术近千年,在一千年内，到目前为止，再没有看到运用这项先进技术建造的建筑物，直到近百年才重新应用。但是技术水准，远不及以前的水平。

我们通过对法国、德国、俄罗斯的实地考察，得出这样的结论∶罗马时代石膏脱水技术应当超过目前已公开的石膏脱水技术，达到或接近目前未公开的最高技术水平。在罗马时代，罗马人早已懂得在石膏中掺入麦秸秆和动物毛发，使石膏混凝土的强度增加，抗折性能大幅提高。在十一世纪建造保存至今的皇宫建筑中的石膏灰泥地面，目前的强度可与现代水泥混凝土相媲美，可见当时石膏脱水技术的先进性。到了中世纪和文艺复兴时期，很多装饰物和艺术品都是使用石膏浆制成的，在欧洲随处可见极具欧美风情的石膏浮雕装饰构件、精美绝伦的石膏雕塑、石膏装饰板和石膏吊顶，而且保存完好，这充分说明了当时石膏脱水技术的先进性，也证明了石膏的耐久性没有问题。由于古石膏脱水技术的蒸发，现代石膏脱水技术水平较低，所以现代建筑的浮雕装饰构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。我们在俄罗斯圣彼得堡一个古教堂外看到，烧结砖的外皮已完全风化，粘接的石膏却完好，风化很少，形成一个个孔洞景观，说明当时石膏脱水技术要优于烧结砖技术。

许多人都有一个错误的认识,认为石膏强度低，耐水性差，容易掉粉。这主要同我们经常接触家庭普通装饰石膏板和石膏线，以及美术用石膏头像和黑板用粉笔有关，实质上这些都是石膏的最低级的用途，技术含量低。如果我们看一看水垢，就会有另外一种印象，石膏具有强度高，耐水性好，很难掉粉的特性。这里的关键点就在于石膏脱水技术，不同的脱水工艺，就会得到不同的石膏产物，虽然它们的化学组成完全相同，但是它们产物的晶格结构完全不同，就象石墨与金刚石一样，化学组成完全相同，表现出的物理性能却完全不同，石墨可以作为笔芯用，而金刚石就没有这个性能。又比如轿车的刹车片和离合片加入了石膏晶须，可以提高摩擦系数的稳定性和摩擦片的耐磨性，现代高档轿车几乎全部采用石膏刹车片和石膏离合片。石膏可以作为塑料、橡胶、聚氨酯、金属和陶瓷的增强组份，比如石膏加入到塑料中后,可提高材料的机械强度、耐热性和尺寸的稳定性，可提高制品强度30%左右。石膏还是精密铸造、汽车、飞机和陶瓷等复杂零部件的铸造模具用材，石膏用作制陶瓷的模具时，具有强烈吸收塑造陶瓷坯体中的水分，使陶瓷胎器在制模时，能够获得很高的强度。塑性石膏浆体能够很好地填充到各个部位，留下清楚精确的印记，石膏在模具方面表现出的优良性能，特别是毛细孔的排气性，是其他任何材料无法代替的。石膏还是沥青混凝土的必要填料和增强剂，对提高沥青的软化点有着决定性的作用。石膏加入到涂料中，可以提高涂料的附着力、耐温性和绝缘性。石膏还是生产各种高档纸的原料，石膏具有色白、体积稳定性好和质软，不容易变色，特别是白度，超过了一切造纸用的其它填料，如高岭土、碳酸钙和滑石粉等。石膏可以完全代替木材用于家具生产，由于水化后的石膏同木材一样，具有毛细盲孔和微孔，所以容重和导热系数同木材相近，使人感觉同木材没有两样，但是强度和防火性能要远远优于木材，为了降低生产成本，可适当在石膏中掺入麦秸秆和锯末，有利于废物利用。在这里需要说明，这里所说的石膏都是指特种石膏，普通石膏没有这方面的性能。

石膏的超高强度集中应用在人造牙石膏，人造牙石膏对石膏的强度和线固化膨胀率要求极高，最低抗压强度要求达到45 MPa,最低线固化膨胀率要达到0.35%，据我们所知，目前世界上最高水平的强度已达183 MPa，这个强度是水泥根本无法达到的强度，线固化膨胀率已达0.55%，从我们脱水的石膏粉的试验结果看，线固化膨胀率能够达1%。世界各国各大公司,对于该技术都处于绝对保密状态。即使使用这些材料，也不会让知道是石膏，通常都把这些材料称为树脂，实质上这些材料的主要成分是石膏，内含有一定量的有机物，这些有机物的主要作用是提高石膏的耐水性。我们通过化学分析和检验，才得到这些参数。石膏具有无毒、无味、对人体无害、水化时具有微膨胀、强度超强等特性，水化时可以在常温条件下进行，并且具有化学反应速度快、温升很低，人可以轻易耐受。这些优良性能，在人造牙中运用，是其他任何材料都无法代替的。

[1]浙江大学普通化学教研组编.普通化学(第五版)[M].高等教育出版社出版,132.

[2]张爱珍.临床营养学[M].人民卫生出版社出版,20.

[3]王海亭.中国中医药报[N].2012,2,24.

[4]王祁青.石膏基建材与应用[M].化学工业出版社出版,1.