石膏的综合性能.doc

石膏
石膏的英文名为：Gypsum，主要化学成分是硫酸钙，其主要的化学成分为：CaO 32.5，SO3 46.6，H2O+ 20.9，成分变化不大，常有粘土、有机质等机械混入物，有时含SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O、CO2、Cl等杂质。
1.石膏的种类
石膏有生石膏、硬石膏和建筑石膏三种主要种类，生石膏又名二水石膏，硬石膏又名无水石膏，而建筑石膏又名半水石膏，分为α和β型。天然二水石膏（CaSO4·2H2O）经过煅烧、磨细可得β型半水石膏（CaSO4·1/2H2O），即建筑石膏，又称熟石膏、灰泥。若煅烧温度为190 °C可得模型石膏，其细度和白度均比建筑石膏高。若将生石膏在400-500 °C或高于800 °C下煅烧，即得硬石膏，其凝结、硬化较慢，但硬化后强度、耐磨性和耐水性均较普通建筑石膏为好。
2. 石膏的结构和理化性质
2.1石膏的结构
石膏主要有单斜晶系斜方柱晶类两种晶型。
2.1.1 单斜晶系
主要结构尺寸为：a0=0.568nm，b0=1.518nm，c0=0.629nm，β=118。23'，Z=4。晶体结构由[SO4]2-四面体与Ca2+联结成(010)的双层，双层间通过H2O分子联结。其完全解理即沿此方向发生。Ca2+的配位数为8，与相邻的4个[SO4]四面体中的6个O2-和2个H2O分子联结，而H2O分子与[SO4]中的O2-以氢键相联系，水分子之间以分子键相联系。
2.1.2斜方柱晶类
C2h-2/m（L2PC），晶体常依发育成板状，亦有呈粒状。常简单形：平行双面b、p，斜方柱m、l等；晶面和常具纵纹；有时呈扁豆状。双晶常见 ，一种是依（100）为双晶面的加里双晶或称燕尾双晶，另一种是以（101）为双晶面的巴黎双晶或称箭头双晶。集合体多呈致密粒状或纤维状。细晶粒状块状称之为雪花石膏；纤维状集合体称为纤维石膏。少见由扁豆状晶体形成的似玫瑰花状集合体。亦有土状、片状集合体。
2.2理化性质
2.2.1物理性质
通常为白色、无色，无色透明晶体称为透石膏，有时因含杂质而成灰、浅黄、浅褐等色，条痕白色透明，玻璃光泽，解理面珍珠光泽，纤维状集合体丝绢光泽。解理极完全，解理片裂成面夹角为66和114的菱形体。性脆，硬度1.5~2，不同方向稍有变化。相对密度2.3。 偏光镜下：无色。二轴晶(+)。2V=58。Ng=1.530，Nm=1.523，Np=1.521。随温度升高2V减小，在大约90℃时2V为零。
2.2.2化学性质
石膏及其制品的微孔结构和加热脱水性，使之具优良的隔音、隔热和防火性能。 自然界中的石膏大多半是生石膏，化学成分是含水硫酸钙（CaSO4.2H2O），它含有2个分子的结晶水，像大理石一样清晰透明，它本身微溶与水，加热时存在3个排出结晶水阶段：105~180℃，首先排出1个水分子，随后立即排出半个水分子，转变为建筑石膏Ca[SO4]·0.5H2O，也称熟石膏或半水石膏。200~220℃，排出剩余的半个水分子，转变为Ⅲ型硬石膏Ca[SO4]·εH2O(0.06<ε<0.11)。约350℃，转变为Ⅱ型石膏Ca[SO4]。1120℃时进一步转变为Ⅰ型硬石膏。熔融温度1450℃。
2CaSO4.2H2O=(CaSO4)2-H2O+3H2O
生石膏 熟石膏 水
熟石膏接触水分，可重新结晶而硬化，如果把熟石膏再加热，则其中的水分就会完全消失，成为死石膏：
(CaSO4)2.H2O=2CaSO4 + H2O
熟石膏 硬石膏 水

硬石膏加水以后，不再硬化。将硬石膏继续加热到525℃后，它又可恢复吸水硬化的作用。但是缓慢得多，不宜应用于骨科上的外固定。
3.产状组合
　　世界上最大石膏生产国是美国，在美国，石膏矿床分布在22个州，共有69座矿山，最大产地在阿依华州道奇堡。其次是加拿大。法国在欧洲石膏生产中居领先地位。再次为西德、英国、西班牙。 中国石膏矿资源丰富。全国23个省(区)有石膏矿产出。探明储量的矿区有169处，总保有储量矿石576亿吨。从地区分布看，以山东石膏矿最多，占全国储量的65%；内蒙古、青海、湖南次之。主要石膏矿区有山东枣庄底阁镇，内蒙古鄂托克旗、湖北应城、吉林浑江、江苏南京、山东大汶口、广西钦州、山西太原、宁夏中卫石膏矿等。石膏矿以沉积型矿床为主，储量占全国90%以上，后生型及热液交代型石膏矿不很重要。石膏矿在各地质时代均有产出，以早白垩纪和第三纪沉积型石膏矿为最重要。
　　主要为化学沉积作用的产物，常形成巨大的矿层或透镜体，赋存于石灰岩、红色页岩和砂岩、泥灰岩及粘土岩系中，常与硬石膏、石盐等共生。硬石膏层在近地表部位，由于外部压力的减小，受地表水作用而转变为石膏：CaSO4+2H2O——® CaSO4·2H2O；同时体积增大约30%，引起石膏层的破坏。
4.医学作用
4.1.解热作用：煎剂试验注射或天然石膏煎剂，直肠给药4ml于消毒牛乳或三联菌苗而发热的家兔，证明有解热作用，但纯品石膏无解热作用，故认为天然石膏的解热作用与其中含有的杂质有关，退热作用与主成分钙无关。大鼠口服或注射，并无退热作用。也有报告有退热作用者，但实际上不很显著。石膏煎剂对白细胞致热原性发热有抑制作用，石膏的这个作用与中枢环核甘酸含量变化有关，石膏使脑脊液环单磷酸腺苷含量低于对照发热兔，而环磷酸鸟苷含量高于发热兔。生石膏2g/kg灌胃，对大肠杆菌内毒素引起的家兔发热有解热作用，对正常兔体温无影响。
4.2.消炎作用：石膏内服经胃酸作用，一部分变成可溶性钙盐，至肠吸收入血能增加血清钙离子浓度，可抑制神经应激能(包括体温调节中枢神经)，减低骨骼肌的兴奋性，缓解肌肉痉挛、又能减少血管渗透性，故有解毒、镇痉、消炎的作用。
4.3.对免疫的影响：石膏煎剂1：4浓度4ml/只灌胃，可使烧伤大鼠，脾与腹腔巨噬细胞cAMP含量增高，也使血浆环单磷酸腺苷及前列腺素E2含量增高。对烧伤大鼠，石膏煎剂尚可使T淋巴细胞数增加，淋转率也增高，并使腹腔巨噬细胞吞噬功能加强。
4.4、收敛作用：煅石膏外用收敛粘膜，减少分泌。
4.5、抗病毒作用：用斑点杂交法试验，石膏煎剂25%-100%浓度，有降低乙型肝炎毒脱氧核糖核酸(HBV DNA)含量的作用。鸡胚试验初步证明，麻杏石甘汤对流感病毒的抑制作用，主要来自麻黄，与石膏无关。
6、其他作用：煎剂能减轻大鼠的口渴状态。长期应用，可使各器官(脑下垂体、肾上腺、颚下腺、胰脏)及血清中的钙含量较对照组为低，但脾脏及胸腺等的钙含量则高于对照组。其意义尚待阐明。在体外试验，煎剂无抑菌作用。
5.石膏的临床应用
5.1、用于温热病、肺胃大热、高热不退、口渴、烦燥、脉洪大等症。石膏药性大寒，善清气分实热，故适用于肺胃实热的症候，常与知母相须为用，以增强清里热的作用。
5.2.、用于温病高热，身发斑疹。温病发斑，多由胃火旺而血热炽盛所致，此是气血两燔的现象。在临床上遇到此种症候，常用清热泻火较强的石膏，配合凉血解毒的药物如玄参、丹皮、赤芍、鲜生地、板蓝根等同用。
5.3、用于胃火亢盛所致的头痛、齿痛、牙龈肿痛等症。石膏能清泄胃火，故胃火亢盛所引起的疾病，可配合知母、牛膝、生地等同用。
5.4、用于肺热咳嗽、气喘。邪热袭肺，身发高热、咳嗽、气急鼻煽、口渴欲饮等症，可用石膏清泄肺热，佐以麻黄、杏仁等宣肺、止咳平喘等品（即麻杏石甘汤）。
5.5、用于湿疹水火烫伤，疮疡溃后不敛及创伤久不收口。石膏研末外用，治疗以上诸外科病，有清热、收敛、生肌的作用，常合升丹、黄柏、青黛等同用。
6.石膏常用配方
6.1、治三阳合病 腹满身重 难以转侧 口不仁 面垢 谵语 遗尿 发汗则谵语 下之则额上生汗 手足厥冷 若自汗出者：知母六两 石膏一斤（碎） 甘草（炙）二两 粳米六合．上四味 以水—升 煮米熟 汤面去滓．温服一升 日三服．（《伤寒论》白虎汤） 　　
6.2、治温病初得 其脉浮而有力 身体壮热 并治感冒初起 身不恶寒而心中发热者：生石膏二两（轧细） 生粳米二两半．上二味 用水三大碗 煎至米烂熟 约可得清汁两大碗 乘热尽量饮之 使周身皆汗出 病无不愈者．若阳明腑热已实 不必乘热顿饮之 徐徐温饮下 以消其热可也．（《衷中参西录》石膏粳米汤） 　　
6.3、治小儿夹惊伤寒 头痛壮热 涎潮 惊悸多哭 气粗心烦 及治气壅 膈节不通：石膏、寒水石各一两 脑麝各半字．上为末 灯心汤调下．大小加减服之．（《普济方》红桃散） 　　
6.4、治伤寒发热 涎潮上厥 伏留阳经 头疼眩晕 不可忍者：石膏（煅研细） 每服葱白点茶凋下二钱．小儿量大小 加减与之．（《三因方》玉屑散） 　　
6.5、治阳明内热 烦渴 头痛 二便闭结 温疫斑黄 及热痰喘嗽等证：石膏六两（生用） 粉甘草一两．上为极细末 每服一二三钱 新汲水、或热汤、或人参汤调下．此方加朱砂三钱亦妙．（《景岳全书》玉泉散） 　　
6.6、治太阴温病 不可发汗 发汗而汗不出 必发斑疹 汗出过多者 必神昏谵语 发斑者：石膏一两 知母四钱 生甘草三钱 玄参三钱 犀角二钱 白粳米—合．水八杯 煮取三杯 日三服 渣再煮一钟 夜—服。。（《温病条辨》化斑汤）
7 工业应用
　　石膏属单斜晶系，解理度很高，容易裂开成薄片。将石膏加热至100～200°C，失去部分结晶水，可得到半水石膏。它是一种气硬性胶凝材料，具有 α和 β两种形态，都呈菱形结晶，但物理性能不同。 α型半水石膏结晶良好、坚实； β型半水石膏是片状并有裂纹的晶体，结晶很细，比表面积比 α型半水石膏大得多。
　　生产石膏制品时， α型半水石膏比 β型需水量少，制品有较高的密实度和强度。通常用蒸压釜在饱和蒸汽介质中蒸炼而成的是 α型半水石膏，也称高强石膏；用炒锅或回转窑敞开装置煅炼而成的是 β型半水石膏，亦即建筑石膏。工业副产品化学石膏具有天然石膏同样的性能，不需要过多的加工。半水石膏与水拌和的浆体重新形成二水石膏、在干燥过程中迅速凝结硬化而获得强度，但遇水则软化。
石膏是生产石膏胶凝材料和石膏建筑制品的主要原料，也是硅酸盐水泥的缓凝剂。石膏经600～800°C煅烧后，加入少量石灰等催化剂共同磨细，可以得到硬石膏胶结料（也称金氏胶结料）；经900～1000°C煅烧并磨细，可以得到高温煅烧石膏。用这两种石膏制得的制品，强度高于建筑石膏制品，而且硬石膏胶结料有较好的隔热性，高温煅烧石膏有较好的耐磨性和抗水性。
利用建筑石膏生产的建筑制品主要有：
　　①纸面石膏板。在建筑石膏中加入少量胶粘剂、纤维、泡沫剂等与水拌和后连续浇注在两层护面纸之间，再经辊压、凝固、切割、干燥而成。板厚9～25毫米，干容重750～850公斤/米3，板材韧性好，不燃，尺寸稳定，表面平整，可以锯割，便于施工。主要用于内隔墙、内墙贴面、天花板、吸声板等，但耐水性差，不宜用于潮湿环境中。
　　②纤维石膏板。将掺有纤维和其他外加剂的建筑石膏料浆，用缠绕、压滤或辊压等方法成型后，经切割、凝固、干燥而成。厚度一般为8～12毫米，与纸面石膏板比，其抗弯强度较高，不用护面纸和胶粘剂，但容重较大，用途与纸面石膏板相同。
　　③装饰石膏板。将配制的建筑石膏料浆，浇注在底模带有花纹的模框中，经抹平、凝固、脱模、干燥而成，板厚为10毫米左右。为了提高其吸声效果，还可制成带穿孔和盲孔的板材，常用作天花板和装饰墙面。
　　④石膏空心条板和石膏砌块。将建筑石膏料浆浇注入模，经振动成型和凝固后脱模、干燥而成。空心条板的厚度一般为60～100毫米，孔洞率30～40％；砌块尺寸一般为600×600毫米，厚度60～100毫米，周边有企口，有时也可做成带圆孔的空心砌块。空心条板和砌块均用专用的石膏砌筑，施工方便，常用作非承重内隔墙。
石膏制品的特征
　　（1）凝结硬化快。
　　（2）硬化时体积微膨胀。石灰和水泥等胶凝材料硬化时往往产生收缩，而建筑石膏却略有膨胀（膨胀率约为1%），这能使石膏制品表面光滑饱满，棱角清晰，干燥时不开裂。
　　（3）硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低。
　　（4）隔热吸声性能良好。
　　（5）防火性能良好。遇火石，石膏硬化后的主要成分二水石膏中的结晶水蒸发并吸收热量，制品表面形成蒸汽幕，能有效阻止火的蔓延。
　　（6）具有一定的调温调湿性
　　（7）耐水性和抗冻性差。
　　（8）加工性能好。石膏制品可锯，可刨，可钉，可打眼。