基于分形级配理论的低密度水泥浆体系设计方法

现场对漂珠、微硅和水泥的三元复配低密度水泥浆各组分优化配比缺乏定量的计算方法,难以满足紧密堆积的技术要求。借助分形级配模型,结合漂珠、水泥和微硅粒径分布情况,通过筛选合理的分形维数,确定了实现三者紧密堆积的最佳质量配比,有效提高了水泥石的强度特征。在基本配方的基础上,开发出密度为1.33g/cm~3的低密度水泥浆体系,其综合性能满足鄂尔多斯地区固井作业需要。     

Na2SO4对水泥石结构与性能的影响

Na2SO4是水泥混凝土常用的外加剂对改善水泥性能起了重要作用。本文研究了Na2SO4对几种水泥石结构与性能的影响，它使高熟料用量的水泥石后期强度发展迟缓而使高掺量混合材的水泥早后期强度有较大提高。借助压汞法及三甲基硅烷法对水泥石的孔径分布及各聚合物的含量进行了分析并对水泥的水化过程进行了探讨。     

超低水胶比水泥硬化体的早龄期显微结构与强度

利用钢制模具制备干粉水泥压实体,再用毛细吸水的方法成型超低水胶比硅酸盐水泥、不同细度矿粉复合硅酸盐水泥压实体样品。利用压汞测孔、背散射电子成像和小角X射线散射技术测试了水泥压实体及其水化硬化体的早龄期结构,分析了超低水胶比水泥硬化体1 d强度性能。结果表明:水泥水化早龄期硬化体内、外层水化产物的堆积密度受水泥水化前颗粒堆积结构的影响,决定水泥早龄期强度的关键因素是硬化体内层水化产物的堆积密度。在含有较多细化堆积毛细孔的细矿粉复合硅酸盐水泥压实体中,水化早龄期硬化体生成最低堆积密度的外层水化产物和最高堆积密度的内层水化产物,抗压强度最高。     

透水混凝土冻融剥蚀成因分析

为探究透水混凝土冻融剥蚀是否来自水泥浆体劣化,选取2.5~10.0 mm粒径骨料,制备了水灰比为0.31的透水混凝土及同水灰比的水泥石,测量二者冻融循环下质量、强度及透水混凝土相对动弹性模量变化。采用压汞法(MIP)测量水泥石冻融循环下孔结构特征参数及孔径分布变化,并通过扫描电镜(SEM)观察透水混凝土骨料水泥界面形貌演变。结果表明,在水冻与盐冻环境下透水混凝土宏观性能指标均有不同程度下降,骨料水泥界面产生裂缝并随冻融次数增加不断扩展,而水泥石强度、质量及微观孔隙结构均无明显变化。这表明透水混凝土冻融劣化与骨料水泥界面劣化相关。     

高强度低密度水泥石的微观结构和力学性能

制备了未经紧密堆积设计的常规低密度水泥石和经过紧密堆积设计的高强度低密度水泥石,并对比了二者的力学性能.通过微观力学参数和微观结构,探索紧密堆积提高低密度水泥石力学性能的微观机理.结果表明,在相同的养护条件下,和常规低密度水泥石相比,紧密堆积设计后得到的高强度低密度水泥石不同龄期的抗压强度显著增强.纳米压痕结果表明,相比于常规低密度水泥石,高强度低密度水泥石含有更多的高密度C-S-H和超高密度C-S-H.SEM和MIP(压汞测试)结果显示,高强度低密度水泥石结构更为致密,外掺料和胶凝材料结合更好,平均孔径减小了33.8％,总孔隙率减小了7.28％.     

辊压机双闭路联合粉磨系统水泥标准稠度需水量偏高的调整措施

AS公司采用辊压机双闭路联合粉磨工艺生产P·O42.5级水泥,标准稠度需水量超过28%。分析认为,主要原因是水泥均匀性系数较大,颗粒粒径分布范围窄,水泥颗粒间空隙大。通过调整工艺流程和技术参数,水泥特征粒径X′由24.61μm降至19.07μm,均匀性系数n由1.16降至0.98。水泥颗粒粒径分布范围明显变宽,堆积密度增大,水泥标准稠度需水量降低。     

二氧化碳腐蚀对油井水泥石抗压强度的影响(英文)

利用扫描电子显微镜、强度测试仪检测了不同条件下二氧化碳腐蚀油井水泥的产物、微观结构及抗压强度,研究了二氧化碳腐蚀油井水泥的机理及腐蚀对水泥强度的影响,分析和评价出了适合于大庆油田不同温度深井条件的水泥浆体系.结果表明:二氧化碳对油井水泥的腐蚀作用本质在于二氧化碳能够与水泥的水化产物发生化学作用,生成了各种不同晶体结构的CaCO3产物,使原有的水泥石微观结构遭到破坏,导致腐蚀后水泥石的强度下降;温度和二氧化碳分压增高;改善水泥石抗腐蚀能力应以有效改善水泥水化产物及微观结构为基础,添加抗腐蚀填充材料能有效改善水泥浆体系的抗腐蚀能力.     

水灰比对水泥石结构形成与强度的影响

本文研究了不同水灰比水泥石的水化生成物、水化程度和水泥石的微观结构,从而探讨了水灰比对水泥石产生强度的影响因素。在固定条件下,水灰比的改变(0.26～0.60)未引起水泥水化生成物类型的变化。水泥的水化程度取决于初期水灰比值。在同一水灰比下,水泥石强度的发展是和水泥水化程度成比例即和所产生的水化物质的数量成比例的。但在不同水灰比下,水化程度不是决定强度的主要因素。不同水灰比、不同期令的水泥石,其强度除与胶一空比的数值有关外,还因原始水灰比不同,而受到微观结构的制约。因此,水泥石的力学性质并不完全依赖于水泥的化学组成,而在很大程度上取决于水泥石的物理结构。     

常用外掺料对G级油井水泥体积稳定性及力学性能的影响*

针对G级油井水泥浆体体积收缩问题,对比研究了两种常用外掺料(矿渣和石英粉)对水泥浆体体积稳定性及力学性能的影响,并利用等温量热仪(ICC)、X射线衍射仪(XRD)、压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)分别测试了两种外掺料对水泥水化放热速率,水泥水化产物、孔结构及水泥石微观形貌的影响。结果表明:80℃下水泥净浆体积收缩主要发生在水化早期,对应水泥石早期抗压强度、抗折强度增长迅速;掺入30%比表面积为340m2/kg的矿渣部分改善浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆减小32%,早期抗压强度、抗折强度减小,后期强度增大并超过净浆;掺入30%比表面积为710m2/kg的石英粉加剧了浆体体积收缩,150d线收缩率较净浆增大40%,早期抗压强度、抗折强度远低于净浆及掺30%矿渣水泥。长期水养后部分超细SiO2参与反应,加之细颗粒的填充作用使其150d力学强度超过净浆及掺30%矿渣水泥,即水泥石力学强度不仅与外掺料活性有关,还与其粒径分布和养护龄期密切相关。     

水泥-粉煤灰的颗粒群匹配与其胶砂性能的关系研究

本文将某低钙灰试样经粉磨处理,以不同比例与一定细度的纯硅酸盐水泥进行匹配,制成一系列粉煤灰水泥试样。根据Dinger-Funk的数学模型可得出粉体最佳颗粒群分布(即堆积密度达最大时的分布),并通过水泥与粉煤灰激光粒度检测结果计算各粉煤灰水泥的实际颗粒群分布。运用灰色关联分析原理,考察各粉煤灰水泥试样的颗粒群分布与Dinger-Funk最紧密堆积颗粒群分布的相关性。同时,对各粉煤灰水泥进行标准稠度用水量以及胶砂强度测定。结果证明:当粉煤灰与水泥的匹配后的颗粒群分布与最紧密堆积的关联度较高时,相应的粉煤灰水泥标准稠度用水量较少,胶砂强度则较高。     

磨细矿物掺合料对水泥硬化浆体孔结构及砂浆强度的影响

采用压汞法研究了钢渣、矿渣、粉煤灰单掺或复掺对水泥硬化浆体孔结构的影响.同时还研究了掺合料单掺或复掺对水泥砂浆抗压强度的影响.结果表明:掺合料单掺或复掺对早期水泥硬化浆体的孔结构有一定的劣化作用;水化后期,矿渣与钢渣均明显降低了水泥硬化浆体的孔隙率,矿渣与粉煤灰均明显降低了水泥硬化浆体的中值孔径并改善了水泥石的孔径分布,掺合料复掺对改善水泥硬化浆体的孔结构有积极作用,尤其是掺合料三元复合可取得最佳的效果.3种掺合料降低水泥硬化浆体孔隙率能力的大小顺序为:矿渣>钢渣>粉煤灰.3种掺合料降低水泥硬化浆体孔径并改善孔径分布能力的大小顺序为:矿渣>粉煤灰>钢渣.掺合料降低了水泥砂浆早期的抗压强度,却增加了水泥砂浆90 d的抗压强度.掺合料的活性大小顺序为:矿渣>钢渣>粉煤灰.     

颗粒形貌对水泥性能的影响

以多组水泥样品为对象,在控制其颗粒级配、比表面积基本一致的条件下,利用扫描电镜等测试手段,研究水泥颗粒形貌改善对水泥性能及孔结构等的影响。结果表明：水泥颗粒形貌改善后,水泥胶砂流动度随水泥颗粒形貌的改善而不断增大。水泥凝结时间略有延长,水泥颗粒粉状物料堆积状况更趋密实。水泥胶砂试体中总孔隙率降低,中位孔径及平均孔径减小。在相同砂浆流动度下,颗粒形式改善后水泥的圆形系数由0．67提高至0．72,水灰比可减少8％,各龄期水泥抗压强度均提高20％以上。在相同水灰比下,圆形系数的平均值由0．65提高至0．73,水泥中后期抗压强度平均增长10％～12％。     

水泥熟料与辅助性胶凝材料优化匹配的基础研究进展(Ⅰ)——物理效应

本文分析了复合水泥性能较差的本质原因,并指出优化水泥浆的初始堆积状态和水化进程是改善复合水泥性能的根本途径。在分析经典颗粒堆积模型和水泥颗粒级配模型优缺点的基础上,提出了复合水泥的颗粒级配模型,显著提高了新拌水泥浆体的初始堆积密度(最大固含量提高10%),以改善复合水泥的性能。     

5%乙烯-醋酸乙烯共聚物复合低热水泥浆体的碳化促进养护

采用碳化养护方法促进5%乙烯-醋酸乙烯共聚物复合低热水泥浆体的水化.通过X射线衍射定性及定量分析测定了养护后样品的组成及水泥中硅酸三钙(3CaO·SiO2,C3S)、硅酸二钙(2CaO·SiO2,C2S)的水化率;利用带固体样品测试装置的全有机碳素分析仪测定了样品所吸收的CO2量;采用水银压入法检测了样品的孔径分布.结果显示:碳化养护大大促进了低热水泥的水化,并有球霰石生成.样品中的总孔隙体积也明显减少,但有大量较大孔径的毛细孔隙存在.碳化养护前,对样品进行水中预养护可以减少这些毛细孔隙,但不利于水泥的水化并导致CO2吸收量及抗折强度显著降低.     

碱-矿渣水泥性能研究及应用

研究了碱-矿渣水泥水化产物组成、水泥石孔结构和孔液成分、力学性能、水化热、抗化学腐蚀性能和对钢筋的钝化作用等;并对混凝土的力学性能、干缩变形、耐久性和对外加剂的适应性等进行了研究。结果表明,碱-矿渣水泥具有早强、高強、低水化热和高耐久性等优良性能,但是干缩较大;选择适当的外加剂可以改善部分性能。介绍了利用该水泥的特性在多种工程中的应用情况。     

磷渣对水泥浆体水化性能和孔结构的影响

通过对水泥浆体凝结性能、水化放热、力学性能和孔结构的测定,以及扫描电镜分析和差热-热重分析,研究了不同掺量磷渣对水泥浆体水化性能和微观结构的影响.结果表明:随着磷渣掺量的增加,浆体的凝结时间延长,水化热减少,早期抗压强度下降.但掺磷渣水泥浆体的后期抗压强度已接近或超过了纯水泥浆体的,磷渣掺量的增加对水泥浆体的后期抗压强度影响不显著.浆体中的Ca(OH)2量随龄期的延长而增加并随磷渣掺量的增加而降低.磷渣的活性效应和填充效应的发挥有效地改善了浆体水化后期的微观结构和孔结构,从而使浆体的力学性能有所提高.     

水泥石孔结构的X射线小角度散射研究

本文着重讨论了X射线小角度散射(SAXS)用于水泥石孔结构研究的方法以及相关的理论与实验问题。在大量实验的基础上,对国外同类工作中的某些有影响的结论提出了质疑。根据所得到的实验数据从一个侧面揭示了水泥石内比表面积与水灰比、相对湿度及干燥条件之间的关系。讨论了引起基件电子密度起伏不均的可能原因。实验结果对目前流行的孔结构模型中的某些观点提出了重新认识。本工作与其它实验研究手段相互补充有助于较全面和深入地了解水泥石的孔结构。     

养护条件对EVA乳液改性水泥浆体水化行为和孔结构的影响

本文制备了不同乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)乳液含量的聚合物改性硅酸盐水泥浆体,对比了其在相同水灰比,不同养护制度(标准养护、蒸汽养护)条件的水化性能与孔结构。通过X射线衍射分析、水化热分析、压汞分析、氮吸附测试,以及立方体抗压强度测试评价了EVA乳液在不同养护状态下对水泥水化产物、水化特性、孔结构以及抗压强度的影响。结果表明,与标准养护相比,蒸汽养护下EVA乳液没有改变水泥水化产物,在EVA乳液较高掺量下,降低了其延缓水泥水化的程度,降低了试样的孔隙率,并且增加了试样中小孔的含量,而蒸汽养护削弱了EVA乳液对水泥净浆强度的负面影响。     

氧化镁微膨胀水泥-粉煤灰胶凝材料的膨胀性能及孔结构特征

研究低钙粉煤灰对氧化镁微膨胀水泥的膨胀性能与水泥石孔结构的影响。粉煤灰强烈抑制氧化镁膨胀,粉煤灰的质量分数大于20％左右时,氧化镁膨胀几乎被完全抵消。粉煤灰降低早期强度,但随着龄期的增长,粉煤灰使强度增加的作用逐渐体现,对较长龄期的强度而言,适当掺人粉煤灰反而是有利的,如粉煤灰掺量高达35％时,其3a强度比纯水泥的还高。粉煤灰能促使水泥石孔隙细化,适当掺人粉煤灰可以改善氧化镁微膨胀水泥的水泥石孔结构。     

粉煤灰-水泥浆体的孔体积分形维数及其与孔结构和强度的关系

采用压汞法对不同龄期粉煤灰-水泥浆体的孔分形结构进行了实验研究，测定了复合浆体孔体积分形维数，探讨了孔体积分形维数与孔隙率，孔表面积、平均孔径、孔分布及宏观力学性能的关系。实验结果表明：粉煤灰-水泥浆体的孔结构具有明显的分形特征，孔体积分形维数在3．3～3．5之间；孔体积分形维数越大，浆体的孔径越小、孔隙率越低，孔表面积越大，小于20nm的微孔越多，大于100nm的大孔越少，而且复合体系的抗压及抗折强度也越高。