什么是胶凝材料

胶凝材料是指在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他材料，具有一定机械强度的物质。所以，胶凝材料又称为胶结料。胶结料分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。水泥、石灰、石膏、沥青、树脂被统称为五大胶凝材料。其中沥青和各种树脂属于有机胶凝材料。

无机胶凝材料按照硬化调条件，又可分为水硬性胶凝材料和非水硬性胶凝材料两种。

水硬性胶凝材料：在拌水后既能在空气中又能在水中硬化，通常称为水泥。如硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。

非水硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，又称为气硬性胶凝材料。如石灰、石膏、耐酸胶结料等。

02

胶凝材料发展简史

天然胶凝材料时期（黏土）：新石器时代（4000~10000年前）

石膏——石灰时期：公元前2000~3000年

天然水泥时期：18世纪后期

硅酸盐水泥时期：19世纪初开始

多品种水泥时期：20世纪至今

★水泥

凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。

水泥的分类

按其用途和性能分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。

按水泥的组成分为硅酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、氟氯酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列。

★石灰

石灰是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶结材料。石灰是用石灰石、白云石、白垩、贝壳等碳酸钙含量高的原料，经900~1100℃煅烧而成。石灰是人类最早应用的胶结材料。石灰在土木工程中应用范围很广，在我国还可用在医药领域。石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1μm)，比表面积很大(达10~30m2/g)，其表面吸附一层较厚的水膜。

★石膏

石膏是单斜晶系矿物，是主要化学成分为为硫酸钙（CaSO4）的水合物。石膏是一种重要的工业原料，在工业领域占有十分重要的地位，对国民经济影响重大。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，被广泛用于建筑、建材、工业模具和艺术模型、化学工业及农业、食品加工和医药美容等众多应用领域，是一种重要的工业原材料。

★沥青

沥青是组成相对复杂的高分子胶体或溶胶体系，因此人们可以选用合适的高分子材料，通过适当的生产技术及合成方法制备得到符合各项性能要求的浅色仿沥青材料，不断优化从而得到与普通沥青使用性能相似的浅色沥青胶结料。

沥青是一种性能复杂的粘弹性材料，在一定温度范围内，沥青材料在低温下发生弹性变形，在高温下产生塑性流动，性能变化较为复杂。

沥青胶结料是生产乳化沥青的最重要的原料，也是乳化沥青实际铺路铺设的最终形式。沥青的质量直接关系到乳化沥青的性能。

制备乳化沥青工艺流程图

★树脂

由于常规水泥石封固引起的环空窜流、油井开发后的环空带压等问题也逐渐突显出来。合成树脂胶凝材料由于基体材料的改变，可避免因失重而导致的流体窜流，且其固化后本身具有高强度、高弹性、低收缩、抗腐蚀、改善界面胶结等特性，克服了常规水泥胶凝材料本身固有的缺陷，是一种较为理想的环空封隔胶凝材料，因此研究合成树脂胶凝材料具有重要意义。

合成树脂按其加工方式的不同分为热塑性树脂和热固性树脂。热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能，不起化学反应，可多次反复塑化成型。热固性树脂是指树脂加热后产生化学变化，逐渐硬化成型，再受热也不软化的一种树脂。热固性树脂属立体型结构的高分子聚合物，其优点是耐热性高、受压不易变形，作为油气井用胶凝材料，其在井下温度、压力情况下保持稳定的物理化学性能。因此，可以作为油气井胶凝材料的树脂应为热固性树脂。

热固性树脂主要包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、有机硅树脂、呋喃树脂和三聚氰胺树脂。