石膏的生产和分类-土木工程材料

天然二水石膏是由两个结晶水的硫酸钙（CaSO4·2H2O）所组成的沉积岩，因质地较软，又称软石膏或生石膏。二水石膏晶体无色透明，当含有少量杂质时，可呈灰色、淡黄色或淡红色，其密度为2.2~2.4 g/cm3，难溶于水，它是生产建筑石膏的主要原料。根据其结晶结构不同，常呈板状、叶片状、针状和纤维状，少数也有呈柱状，有时也有燕尾形的连生双晶。根据国家标准《天然石膏》（GB/T 5483—2008）规定，天然石膏产品按矿物组分分为三类：石膏（代号G），在形式上主要以二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）存在的；硬石膏（代号A），在形式上主要以无水硫酸钙（CaSO4）存在的，且无水硫酸钙的质量分数与二水硫酸钙和无水硫酸钙的质量分数之和的比不小于80%；混合石膏（代号M），在形式上以二水硫酸钙和无水硫酸钙存在的，且无水硫酸钙的质量分数与二水硫酸钙和无水硫酸钙的质量分数之和的比小于80%。各类天然石膏按品位分为特级、一级、二级、三级、四级等五个级别。品位是指单位体积或单位质量矿石中有用组分或有用矿物的含量，见表3.1。

表3.1　天然石膏的分类与等级

天然硬石膏又称为无水石膏。它是由无水硫酸钙（CaSO4）所组成的沉积岩，其密度为2.9~3.1 g/cm3。硬石膏矿层一般位于二水石膏层以下的深处，其晶体结构比较稳定，化学活性较差。硬石膏经煅烧并掺入活性激发剂后，也会具有较好的胶凝性能。

工业副产石膏（化学石膏）是指工业生产过程中产生的富含二水硫酸钙（CaSO4·2H2O）的副产品。例如，采用磷矿石为原料，湿法制取磷酸时所得的，以二水硫酸钙为主要成分的副产品为磷石膏；生产硼酸的副产品为硼石膏，生产氢氟酸的副产品为氟石膏。另一类化学石膏是对燃料（如煤、油等）燃烧后排放的废气进行脱硫净化处理所得到的以硫酸钙为主的副产品，通常称为脱硫石膏。此外，还有各种其他工业废石膏。综合利用化学石膏及工业废石膏，不仅可以节约能源和资源，而且可以满足土木工程对于石膏建材持续不断的需求，为发展石膏建材开辟充足的原料来源。

由天然二水石膏经不同条件的热处理可制得不同品种的石膏产品，如图3.1所示。

（1）建筑石膏

建筑石膏又称熟石膏是由天然石膏或工业副产石膏经脱水处理制得的，以β型半水硫酸钙（β-CaSO4·H2O）为主要成分，不预加任何外加剂或添加物的粉状胶凝材料。按原材料种类分为三类：天然建筑石膏（N）、脱硫建筑石膏（S）、磷建筑石膏（P）。其密度为2.60~2.75 g/cm3，松堆积密度为800~1 000 kg/m3，可用作粉刷石膏、石膏板、石膏砌块、石膏装饰品等，是土木工程中应用最多的石膏材料，也是本节主要介绍的石膏材料。(www.xing528.com)

（2）高强石膏高强石膏是将天然二水石膏蒸炼脱水而得的α型半水石膏（α-CaSO4·H2O）经磨细制得的白色粉末，其密度为2.60~2.80 g/cm3，松堆积密度为1 000~1 200 kg/m3。由于高强石膏具有较高的强度和黏结能力，多用于要求较高的抹灰工程、装饰制品和制作石膏板；加入防水剂，还可制成高强防水石膏；加入少量有机胶结材料，可使其成为无收缩的胶结剂。

图3.1　由天然二水石膏经不同条件的热处理所得石膏产品

（3）硬石膏

硬石膏又称无水石膏，是半水石膏在200℃左右时转变而成的Ⅲ型脱水半水石膏，其结构不稳定，在潮湿条件下，易转变成相应的半水石膏。当温度继续升高时，转变成可溶性硬石膏，但其性质变化不大，也能很快地从空气中吸收水分而水化，且强度较低。

可溶性硬石膏在400~800℃煅烧转变成不溶性硬石膏（CaSO4Ⅱ）时，其结构变得紧密和稳定，密度大于2.99 g/cm3，难溶于水，凝结很慢。只有加入某些激发剂（如碱性粒化高炉矿渣、石灰等）后，才能使其具有一定的水化和硬化能力。可溶性硬石膏经磨细后，可制成无水石膏水泥（硬石膏水泥），它主要用于制作石膏灰浆、石膏板和其他石膏制品。