LC缓凝剂对高温下水泥石强度的影响

本文通过研究罗马尼亚S₂井水泥在高温下形成水泥石的强度衰退规律,提出合理的加砂量并讨论了应加砂的温度范围。在水泥浆中加入复配的IC缓凝剂,成功地抑制了水泥石强度衰退现象,显著提高了加砂水泥石抗压强度。掺有2.0%LC的S₂加砂水泥浆流动性能好,滤失量和析水低,120`C稠化时间达260分钟,其水泥石1天和7天的杭压强度分别为40.5MPa和76.0MPa,满足4000~5500m井深施工。文章还分析了LC提高水泥石强度的机理,为选择高温缓凝剂提供了一定的依据。     

脉冲振动固井技术研究

为提高水泥浆胶结质量,防止固井后油气水窜,提出了脉冲振动固井新技术。研制开发了新型脉冲振动固井室内评价装置,通过脉冲振动可以有效地改善水泥浆性能,水泥石的胶结强度平均提高了11%～22%,水泥浆的初凝时间平均缩短了3%,初终凝过渡时间平均缩短了12%～17%,水泥石的抗压强度平均提高了10%～14%,水泥浆稠度系数K平均降低了16%～63%;利用电镜扫描、X射线衍射、压汞实验等分析手段,对比分析了脉冲振动处理后的水泥石微观结构、水化产物和水泥石孔隙特征的变化规律,脉冲振动促进了水泥水化反应,改善了水泥石的微观结构;分析了水泥水化过程中水泥浆失重特性,根据水泥浆静胶凝强度与水泥浆失重的关系,阐述了利用脉冲振动固井技术减少水泥浆失重和防止环空气窜的机理;为实现对候凝过程中的水泥浆实施脉冲振动,研制开发了新型井口脉冲振动固井装置,经过10余口井的现场应用,取得了良好的固井效果。     

新型促凝剂DWA改善固井水泥低温性能的实验

模拟深水固井低温环境,考察新型锂盐复合类促凝剂DWA对固井水泥浆稠化时间、静胶凝强度和抗压强度的影响。结果表明:促凝剂DWA能促进固井水泥的低温水化能力,缩短水泥浆稠化时间,明显缩短稠度30～100 Bc、静胶凝强度48～240 Pa的时间,显著提高水泥石早期抗压强度,表现出优异的低温早强、防窜性能,有助于解决深水固井面临的低温、浅层水-气流动难题;DWA促凝作用优于CaCl2,对水泥浆初始稠度无影响,是一种无副作用的新型多功能促凝剂。     

煤层气泡沫固井新型早强剂FC-A及其性能

针对煤储层温度低,固井时水泥水化反应速率慢,水泥浆稠化时间长,水泥石抗压强度发展缓慢等问题,依据水泥浆的水化机理,以不同离子对硅酸钙矿物熟料水化速率的影响规律为理论基础,研制出过渡金属复合盐类新型低温早强剂FCA,并系统评价了该早强剂不同加量(1%、2%和3%)情况下的水泥浆性能,与早强剂氯化钙(Ca Cl2)进行对比,得到了FC-A对水泥浆的影响规律:早强剂FC-A能够提高水泥石低温早期抗压强度,完全满足6 h抗压强度(39℃、常压)大于等于4.0MPa技术指标;早强剂FC-A能够缩短水泥浆稠化时间,加有FC-A早强剂的水泥浆稠化时间与水泥原浆稠化时间之比(32℃、8.3 MPa)为0.438;FC-A对水泥浆的流变参数和初始稠度基本无影响,具有优异的低温早强和促凝作用,是一种综合性能优异的新型早强剂。     

硅溶胶在固井水泥浆中的应用性能研究

对比分析了添加硅溶胶前后固井水泥浆性能的变化,以此获得硅溶胶的作用特点,为硅溶胶的推广应用提供理论依据和实验基础.结果表明,水灰比为0.44时,添加1.0%的硅溶胶就能明显改善浆体的稳定性;水灰比为0.75时,添加4.0%的硅溶胶可得到1.60 g/cm3的低密度水泥浆.随后利用ATR-IR、XRD、DSC-TG、SEM等手段分析水泥水化产物,结果表明:硅溶胶具有火山灰的作用,添加量为1.0%时已具有较明显的促凝、增加抗压强度及降低渗透率的作用;同时,它还具有一定的防高温衰退作用,在127℃单独添加1.0%的硅溶胶或在165℃将1.0%的硅溶胶与15.0%的硅粉混合使用,养护3 d后均没有明显的水泥石强度衰退发生.     

丁苯乳液-橡胶粉改性水泥基材料性能及其机理研究

以丁苯乳液(SBR)和废弃橡胶粉作为改性组分,研究它们对水泥基材料流变性、力学性能和微观结构的影响。结果表明:SBR能明显增大水泥净浆的流动度并使其表观黏度减小,改善硬化浆体的微观结构,提高硬化浆体的抗折强度和韧性;橡胶粉对硬化水泥浆体的抗压强度有不利影响,但能填充水泥石中的孔隙,提高其韧性;SBR-橡胶粉复合改性时,SBR在水泥颗粒表面成膜,限制熟料矿物的水化,使水化加速期的持续时间延长,水化产物生成量减少,但聚合物膜与水化产物及橡胶粉颗粒形成相互交织的空间网络结构,使浆体更加密实,显著提高水泥浆体的力学性能。     

混合型粗集料轻混凝土的微观结构（Ⅱ）

在混合型粗集料轻混凝土的微观结构（I）对早期水化产物和结构特点进行全面分析和论证的基础上,进一步对后期的水化产物和结构特点进行了系统的研究和论述。同时,对陶粒－水泥石界面与碎石－水泥石界面的微观结构进行了分析和类比。并提出,在两种不同的界面处,分别 存在着不同的水化条件和水化产物,因而显示出不同的微观结构形态。     

高密度高炉矿渣水泥浆固井技术研究

以低密度矿渣水泥浆研究结果为基础 ,设计高密度水泥浆 ,使油气井全井段使用矿渣水泥浆固井 ,以提高固井质量 ,降低固井成本 .以高炉矿渣为水化胶凝材料 ,添加少量水泥和碱性激活剂 ,结合 MTC固井技术和多功能钻井液固井技术 ,设计密度 1 .75～ 1 .93 g/cm3 的矿渣水泥浆、矿渣MTC浆和矿渣 UF浆 .对 3种高密度矿渣水泥浆在 45～ 75℃条件下水泥石的抗压强度 ,水泥浆的凝结时间、流变性和稳定性进行试验对比 .试验结果表明 :3种水泥浆水泥石抗压强度从大到小依次为 :矿渣 UF浆 ,矿渣 MTC浆 ,矿渣水泥浆 .3种体系水泥石抗压强度满足油气井井下射孔作业对水泥石抗压强度的要求 .在 45～ 75℃条件下 ,随着温度的升高 ,高密度矿渣水泥浆和矿渣 UF浆水泥石抗压强度呈降低趋势 .矿渣 MTC浆和矿渣 UF浆的流变性、稳定性和稠化时间可通过钻井液的加量及性能来调整     

高密度高炉矿渣水泥浆固井技术研究

以低密度矿渣水泥浆研究结果为基础,设计高密度水泥浆,使油气井全井段使用矿渣水泥浆固井,以提高固井质量,降低固井成本,以同炉矿渣为水化胶凝材料。添加少量水泥和矿性激活剂结合MTC固井技术和多功能钻井液固井技术,设计密度1.75-1.93g/cm^3的矿渣水泥浆,矿渣MTC浆和矿渣UF浆,对3种高密度矿渣水泥浆在45-75℃条件下水泥石的抗压强度,水泥浆的凝结时间,流变性和稳定性进行试验对比。试验结果表明;3种水泥浆水泥石抗压强度从大到小依次为：矿渣UF浆,矿渣MTC浆,矿渣水泥浆,3种体系水泥石抗压强度满足油气井井下射孔作业对水泥石抗压强度的要求,在45-75℃条件下,随着温度的升高,高密度矿渣水泥浆和矿渣UF浆水泥石抗压强度呈降低趋势,矿渣MTC浆和矿渣UF浆的流变性,稳定性和稠化时间可通过钻井液的加量及性能来调整。     

单掺Ⅱ级粉煤灰高性能混凝土研究

为了探究粉煤灰混凝土的工作性和抗压强度,本文采用粉煤灰等质量替代水泥配制高性能混凝土,经过试验发现：粉煤灰混凝土的表观密度小,流动性大。水胶比、掺量和龄期都是影响抗压强度的显著因素。Ⅱ级粉煤灰中活性成分和的微观结构大多又为非晶体结构和水在一起时会发生水化反应,生成水化硅酸钙（C-S-H）和水化铝酸钙（CAH）水化产物,填充水泥石孔隙,促进凝结硬化和增强胶结作用。     

海湾相有机质浸染砂的固化试验研究

海南省沿海地区分布着一种特殊的有机质浸染砂,单纯采用水泥作为固化剂的深层搅拌法不能有效提高其力学强度,因此选用不同材料做外掺剂对其进行了大量的固化试验。通过不同水泥、不同水泥掺入比、不同固化材料及其掺入比、不同水灰比和龄期下水泥土的无侧限抗压强度试验以及微观结构试验,研究了有机质浸染砂的最优固化材料及水泥土的配合比;分析了水泥土的力学行为、变化规律和加固机理,发现单纯采用水泥不能有效加固海湾相有机质浸染砂的原因是水泥的水解水化作用会发生延缓,以及砂颗粒与水解水化产物的作用受到阻碍,掺入适量的熟石灰可获得较好的加固效果。     

HPMC对水泥稳定全深式冷再生材料的性能影响研究

针对水泥稳定全深式冷再生混合料的泌水、施工操作时间短、黏结力不足等诸多问题,通过在水泥胶砂试件中添加羟丙基甲基纤维素醚(HPMC),研究HPMC对水泥胶砂试件抗折及抗压强度的影响;进而探讨在再生混合料中掺入HPMC的可行性,重点研究了不同掺量的HPMC对水泥稳定全深式冷再生材料的性能影响。研究发现:HPMC由于引气作用会降低水泥水化后水泥胶砂试件的抗折及抗压强度;水泥在HPMC溶于水后的分散液中进行水化,与水泥先水化再掺入HPMC相比,水泥胶砂试件抗折及抗压强度有所增大。掺入HPMC,对水泥稳定全深式冷再生材料的无侧限抗压强度有削弱作用;再生混合料具有一定黏聚性能不易离析,且在常温及高温下保水性能较好,基本无泌水现象。     

基于界面改性的水泥混凝土力学性能和机理

为了提高混凝土的力学性能,首先选取活性外加剂硅灰,采用内掺法将其掺入水泥,然后对不同硅灰掺量的净浆与混凝土进行了宏观力学试验;分别对比了硅灰对净浆与混凝土力学性能的改善结果,并分析了其产生改性结果差异的原因;最后结合SEM与XRD微观试验技术探究了其改性机理。结果表明：硅灰的掺入对水泥净浆的力学性未有明显改善;基于界面改性的水泥混凝土其28d抗压强度提升幅度较大,当硅灰掺量为10%时,较未改性混凝土其抗压强度提升了26.4%,可以推断出硅灰改善了混凝土界面从而提高混凝土整体力学性能;对比界面改性前后混凝土扫描电镜图,硅灰不仅提高了水泥基体的密实度,还改善了混凝土界面的结构与密度,以及界面处水化产物CH的排列方式;硅灰具有填充效应、促进二次水化反应及与CH发生火山灰反应等特性,随着硅灰的掺量的增加,其CH含量减小,C₃S和SiO₂增加,利用硅灰与水化产物间的物理、化学作用,达到改善改性后混凝土综合性能的目的。     

纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗折性能研究

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、PVA纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米SiO₂掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米SiO₂掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米SiO₂水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。     

水乳环氧对水泥砂浆强度的影响

通过对水泥砂浆中掺加水乳环氧,研究了水乳环氧对水泥砂浆强度的影响;并在体系中掺加矿渣微细粉,成功地制备了环氧树脂聚合物水泥基材料。运用SEM、XRD等微观测试手段,初步研究了环氧树脂水泥基材料的微观结构,进而探讨了该聚合物对水泥基材料的改性作用与机理。研究结果表明,双掺水乳环氧和矿渣微粉改性的水泥砂浆具有较高的抗折强度和抗压强度。环氧聚合物和微细矿粉共同作用下的减水效应、密实效应、火山灰效应、填充效应以及固化交联作用能够赋予水泥基材料良好的力学性能。体系中水泥水化的主要产物为C—S—H凝胶和水化铝酸钙,而且水化产物多为凝胶体和徼细晶体．环氧树脂固化后。有机物呈网络胶状体。没有氢氧化钙特征峰出现。     

基于HYMOSTRUC3D的固井水泥石孔隙结构演变及力学强度发展规律

固井水泥石微结构发育规律是固井工艺设计和固井质量评价的重要参考依据.以HYMOSTRUC3D软件为基础,建立了水泥水化模型,获取了CH[CH表示Ca(OH)2晶体]含量和抗压强度,并对实验结果进行了对比,模拟结果与实验结果的偏差基本都在10％以内.然后,基于水泥水化模型获取了不同水灰比(W/C,W/C=0.4、0.44、0.5、0.6、0.8、1.0、2.0)和水化龄期对固井水泥浆水化过程中C3S(3CaO·SiO2),C2S(2CaO·SiO2),C3A(3CaO·Al2O2),C4AF(4CaO·Al2O3·Fe2O3),C-S-H(Ca5Si6O16(OH)·4H2O)CH、孔隙率、孔径分布、抗压强度和三维结构等的影响.同时,采用Ryshkewitch方程、Schiller方程和二次线性方程重点讨论了抗压强度与孔隙率的关系.结果表明:在水泥水化过程中,随水化反应的进行,水泥石孔隙率逐渐减小,抗压强度增大;随水灰比增大,粗孔含量增加,细孔占比减小,孔隙率增大,孔径分布变宽,抗压强度减小.采用Ryshkewitch方程、Schiller方程和二次线性方程拟合抗压强度与总孔隙率和毛细孔隙率的相关系数都达到0.92以上,分别为0.96、0.92、0.95和0.98、0.97、0.98;毛细孔隙率是固井水泥石强度发展的主要影响因素.     

玻璃粉表面改性及其对水泥浆水化硬化作用

利用增钙、机械粉磨等手段对玻璃粉进行局部活化,采用SEM、XRD等测试方法研究了改性玻璃粉水泥浆水化产物和微观结构,并讨论了改性玻璃粉在水泥浆水化硬化过程的作用。研究表明:氧化钙的掺入提高了复合体系液相的碱度,从而加快了水泥水化反应生成更多水化产物;掺入氧化钙的玻璃粉水泥浆微观结构更为密实,28 d龄期时水化产物间的孔隙远远小于3 d,水化产物发育更好,硬化浆体的强度大幅提高。当CaO掺量过大(6%)时,生成过多的氢氧化钙晶体引起膨胀开裂,对玻璃粉水泥浆的强度发展产生不利影响。     

水泥掺量对乳化沥青冷再生水泥稳定材料性能的影响

为实现废旧水泥稳定基层材料的高效再生利用，在确定乳化沥青冷再生水泥稳定材料最佳配合比的基础上，研究了不同水泥掺量对乳化沥青冷再生水泥稳定材料力学及路用性能的影响规律，从而比选确定最佳水泥掺量，最后利用扫描电子显微镜观察了乳化沥青冷再生水泥稳定材料的微观形貌，对其强度形成机理进行了分析。结果表明：本文中最佳水泥掺量为1.5%，对应的最佳乳化沥青掺量为4.5%，最佳含水率为5.69%，此时劈裂强度为0.6 MPa，抗压强度为3.58 MPa，抗压回弹模量约为1032 MPa，劈裂强度为0.51 MPa。在添加水泥以后，水泥的水化产物与乳化沥青结合形成网状结构加强了集料之间的粘结强度，进一步提升了冷再生混合料的抗压强度、劈裂强度和高、低温性能。     

有机污染土固化强度及电阻率特性

为揭示污染物含量及养护龄期对水泥固化有机物污染土的影响,以腐殖酸、风积沙及水泥模拟固化污染土,通过一系列室内试验,分析其无侧限抗压强度及电阻率的变化规律。研究发现：固化污染土电阻率及抗压强度随污染物含量增大而减小,随养护龄期增大而增大;电阻率与污染物含量及养护龄期分别呈良好的三次函数与对数函数关系;固化土抗压强度随电阻率增大而增大,呈现明显的相关关系,利用二次函数拟合,效果较好。可见固化污染土电阻率及无侧限抗压强度与腐殖酸含量的相关性,主要由于腐殖酸有较强吸水性,使得孔隙增加,以及有机物中主要官能团中H⁺与水泥水化反应产物碱性阳离子(Ca²⁺、Al³⁺)进行交换,产物包裹水泥颗粒,抑制水泥水化反应。