什麼是膠凝材料

膠凝材料是指在物理、化學作用下，能從漿體變成堅固的石狀體，并能膠結其他材料，具有一定機械強度的物質。所以，膠凝材料又稱為膠結料。膠結料分為有機膠凝材料和無機膠凝材料兩大類。水泥、石灰、石膏、瀝青、樹脂被統稱為五大膠凝材料。其中瀝青和各種樹脂屬于有機膠凝材料。

無機膠凝材料按照硬化調條件，又可分為水硬性膠凝材料和非水硬性膠凝材料兩種。

水硬性膠凝材料：在拌水後既能在空氣中又能在水中硬化，通常稱為水泥。如矽酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等。

非水硬性膠凝材料：隻能在空氣中硬化，又稱為氣硬性膠凝材料。如石灰、石膏、耐酸膠結料等。

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膠凝材料發展簡史

天然膠凝材料時期（黏土）：新石器時代（4000~10000年前）

石膏——石灰時期：公元前2000~3000年

天然水泥時期：18世紀後期

矽酸鹽水泥時期：19世紀初開始

多品種水泥時期：20世紀至今

★水泥

凡細磨成粉末狀，加入适量水後成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纖維材料牢固地膠結在一起的水硬性膠凝材料，統稱為水泥。

水泥的分類

按其用途和性能分為通用水泥、專用水泥和特性水泥。

按水泥的組成分為矽酸鹽水泥系列、硫鋁酸鹽水泥系列、氟氯酸鹽水泥系列、鋁酸鹽水泥系列、鐵鋁酸鹽水泥系列。

★石灰

石灰是一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機膠結材料。石灰是用石灰石、白雲石、白垩、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經900~1100℃煅燒而成。石灰是人類最早應用的膠結材料。石灰在土木工程中應用範圍很廣，在我國還可用在醫藥領域。石灰粒子形成氫氧化鈣膠體結構，顆粒極細(粒徑約為1μm)，比表面積很大(達10~30m2/g)，其表面吸附一層較厚的水膜。

★石膏

石膏是單斜晶系礦物，是主要化學成分為為硫酸鈣（CaSO4）的水合物。石膏是一種重要的工業原料，在工業領域占有十分重要的地位，對國民經濟影響重大。石膏及其制品的微孔結構和加熱脫水性，使之具優良的隔音、隔熱和防火性能，被廣泛用于建築、建材、工業模具和藝術模型、化學工業及農業、食品加工和醫藥美容等衆多應用領域，是一種重要的工業原材料。

★瀝青

瀝青是組成相對複雜的高分子膠體或溶膠體系，因此人們可以選用合适的高分子材料，通過适當的生産技術及合成方法制備得到符合各項性能要求的淺色仿瀝青材料，不斷優化從而得到與普通瀝青使用性能相似的淺色瀝青膠結料。

瀝青是一種性能複雜的粘彈性材料，在一定溫度範圍内，瀝青材料在低溫下發生彈性變形，在高溫下産生塑性流動，性能變化較為複雜。

瀝青膠結料是生産乳化瀝青的最重要的原料，也是乳化瀝青實際鋪路鋪設的最終形式。瀝青的質量直接關系到乳化瀝青的性能。

制備乳化瀝青工藝流程圖

★樹脂

由于常規水泥石封固引起的環空竄流、油井開發後的環空帶壓等問題也逐漸突顯出來。合成樹脂膠凝材料由于基體材料的改變，可避免因失重而導緻的流體竄流，且其固化後本身具有高強度、高彈性、低收縮、抗腐蝕、改善界面膠結等特性，克服了常規水泥膠凝材料本身固有的缺陷，是一種較為理想的環空封隔膠凝材料，因此研究合成樹脂膠凝材料具有重要意義。

合成樹脂按其加工方式的不同分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂。熱塑性樹脂具有受熱軟化、冷卻硬化的性能，不起化學反應，可多次反複塑化成型。熱固性樹脂是指樹脂加熱後産生化學變化，逐漸硬化成型，再受熱也不軟化的一種樹脂。熱固性樹脂屬立體型結構的高分子聚合物，其優點是耐熱性高、受壓不易變形，作為油氣井用膠凝材料，其在井下溫度、壓力情況下保持穩定的物理化學性能。因此，可以作為油氣井膠凝材料的樹脂應為熱固性樹脂。

熱固性樹脂主要包括環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酯樹脂、有機矽樹脂、呋喃樹脂和三聚氰胺樹脂。

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