多元复合缓凝剂制备及其对磷酸镁水泥性能的影响

以硼砂、十二水合磷酸氢二钠、氯化钙为原料制备了复合缓凝剂,利用水化热、XRD、SEM等手段,对比研究了复合缓凝剂与硼砂对磷酸镁水泥主要性能的影响。结果表明:对于掺复合缓凝剂的磷酸镁水泥,其流动性降低,水化放热更迟,放热速率更低,凝结时间更长;其水化产物中除了鸟粪石(KMgPO4·6H2O),还存在少量氯化钾,且水化产物的结晶度和微裂纹也得到了一定改善;复合缓凝剂掺量在一定范围内(≤8%)时,其凝结时间显著延长,且后期强度优于掺10%(常规掺量)硼砂的磷酸镁水泥。因此,在满足凝结时间的条件下,多元复合缓凝剂更有利于改善磷酸镁水泥的整体性能。     

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S_2油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LC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S_2加砂水泥浆流动性能好,滤失量和析水低,120℃稠化时间达260分钟,其水泥石1天和7天的抗压强度分别为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。     

缓凝剂对水泥稳定粒料土性能的影响

为了使通用水泥拌制的混合料有较长的延迟碾压时间,研究了缓凝剂ZL和木钙对水泥稳定粒料土性能的影响。研究结果表明,可以通过掺加缓凝剂的方法延长水泥稳定粒料的延迟碾压时间。ZL和木钙均可将水泥稳定碎石的延迟碾压时间延长到9h。在效果相近时,ZL比木钙更加经济适用。ZL和木钙两种缓凝剂对水泥稳定粒料土的强度发展无不良影响。     

基岩冻结凿井冻结孔的泥浆置换充填研究

通过实验室及现场试验,开展了缓凝水泥浆配方及性能、水泥浆结石体冻融力学特性、冻结管下沉可行性及泥浆置换充填工艺的研究.研究表明:通过掺加常用的稳定剂、降失水剂、缓凝剂获得的3种缓凝水泥浆,在35~45℃条件下稳定性良好,缓凝时间达22~34h,能与常用的钻孔泥浆较好地相容;研究掌握了缓凝水泥浆的表观黏度随温度、时间的变化规律,以及掺加膨胀剂、冻融工况对水泥浆结石体的强度、渗透系数的影响.冻结管下沉的安全性分析表明:除浮力外,管外环形空间的大小及浆液黏滞阻力对冻结管安全下沉也具有重要影响.     

掺HRA对蔗糖超缓凝水泥基材料性能的影响

研究了掺水化恢复外加剂(HRA)对蔗糖超缓凝水泥基材料性能的影响,结果表明:在蔗糖超缓凝水泥基材料中掺入HRA可有效缓解蔗糖的严重缓凝作用,使水泥开始加速水化时间大幅提前.蔗糖掺量为0.20%时,未掺HRA的水泥浆体放热温升峰值出现时间长达64.6h,同掺2.0%HRA时,开始水化时间提前至20h;后掺时间为24h时,2h内水泥净浆即开始加速水化.掺加一定量HRA导致水泥胶砂抗折和抗压强度略有下降,原因可能是掺加胶态HRA导致水泥胶砂水灰比略有增大所致.     

CA缓凝剂对再生石膏性能的影响及其机理

系统研究了柠檬酸缓凝剂对再生石膏性能的影响,以及其性能变化规律,并结合化学反应相关理论、红外光谱和扫描电镜对其作用机理进行了分析。结果表明：加入柠檬酸缓凝剂后,原生石膏的凝结时间延长,强度大幅度的降低;而相比未掺加缓凝剂的再生石膏(R-P)而言,掺加缓凝剂的再生石膏(R-CP)标稠需水量降低,凝结时间延长,1 d强度有所降低,但干强度却有小幅度的升高。对于未掺加缓凝剂的原生石膏(POP)而言,其对应的再生石膏需水量增加,凝结时间延长,强度降幅达40-50%;而对于掺加缓凝剂的原生石膏(POCP)而言,R-CP有较小幅度地需水量增加,凝结时间和干强度降低,1 d强度却有所升高。分析表明,原生石膏中加入柠檬酸缓凝剂后,柠檬酸与Ca2+结合形成CaCit-,阻止石膏晶体在C轴上的生长,延迟水化,形成粗棒状的晶体,从而降低石膏的强度;而其对应的再生半水石膏依旧保持原有的短棒状,降低其用水量,且R-CP中的CaCit-可以再次与石膏中Ca2+结合,起到效果较差的缓凝作用,延迟再生石膏的水化。     

单环芳烃型高效减水剂对水泥水化浆体微观影响

从水化热、水化产物、水泥浆体孔隙结构、微观结构变化4个方面,研究了单环芳烃型高效减水剂对水泥水化反应的影响.使用TAM Ai进行水化热测定表明,掺加单环芳烃型高效减水剂可延缓水泥初期水化和明显降低水化热,MRI分析表明同龄期的掺单环芳烃型高效减水剂水泥浆体与空白样相比孔隙总体积与总孔隙率都有增加的趋势,水泥浆体孔径分布变化不大.XRD、TG-DTA、SEM分析表明掺加单环芳烃型高效减水剂抑制水泥水化过程中水化产物Ca(OH)<,2>和水化硅酸钙产生,不影响水化产物与水化过程最终结果,掺加单环芳烃型高效减水剂使氢氧化钙、钙矾石与C-S-H等水泥水化产物细化.     

黄姜废渣对硅酸盐水泥水化和力学性能的影响

研究不同掺量的黄姜废渣对普通硅酸盐水泥标稠需水量、凝结时间、水化热、化学收缩、力学强度等影响。结果表明,对比空白水泥试样,掺加RT的水泥标准稠度需水量有所减少,试样的初凝和终凝时间随RT掺量的增加而延长。当RT掺量为15%时,水化热的峰值明显低于空白样,水化热的峰值出现的时间明显延迟。掺加RT后的试样,7d内水泥浆体的化学收缩有所减小。掺量为7%RT的水泥净浆强度最大。     

缓凝剂对改性磷铝酸盐水泥水化的作用机理

与传统硅酸盐基油井水泥相比,改性磷铝酸盐水泥具有优秀的耐腐蚀特性,但其稠化时间不易控制,难以用于实际工程。以自制木质素磺酸钠接枝聚合物为试验用改性磷铝酸盐水泥缓凝剂,测试水泥浆掺入一定量缓凝剂的稠化时间,考察缓凝剂对水化放热的影响,借助XRD分析不同龄期的水化产物,并以此分析缓凝剂对水泥水化的作用机理。结果表明:自制木质素磺酸钠接枝聚合物缓凝剂能显著延长改性磷铝酸盐水泥浆的稠化时间,且使浆体具有"直角稠化"特性;缓凝剂大幅降低早期水化放热量,进而抑制水泥的快速水化;基于各龄期的水化热分析,将缓凝剂的作用过程分为从起始作用到作用失效的六个阶段;缓凝剂的作用机制是其对浆体中Ca2+的"键合作用"及对熟料矿物和水化产物吸附作用的协同。     

镁基泡沫混凝土配合比试验

分别以配制的氯氧镁水泥、硫氧镁水泥、磷酸镁水泥为胶凝材料,采用化学发泡制备干密度等级为A05的三种镁基泡沫混凝土。通过设计正交试验,确定了水胶比、镁水泥组分配比、缓凝剂掺量、粉煤灰掺量和聚丙烯纤维掺量对三种镁基泡沫混凝土抗压强度的影响程度,对比分析了重要影响因素的作用机理,建立了镁基泡沫混凝土比强度与镁水泥组分配比的函数关系式。研究结果表明,氯氧镁泡沫混凝土抗压强度影响因素的主次关系为：镁水泥组分配比>水胶比>粉煤灰掺量>聚丙烯纤维掺量>缓凝剂掺量,各因素对硫氧镁泡沫混凝土抗压强度影响显著性与氯氧镁泡沫混凝土相同,磷酸镁泡沫混凝土抗压强度影响因素的主次关系为：镁水泥组分配比>缓凝剂掺量>水胶比>粉煤灰掺量>聚丙烯纤维掺量,与氯氧镁泡沫混凝土和硫氧镁泡沫混凝土略有不同,缓凝剂掺量影响程度较高;镁水泥的组分配比是影响镁基泡沫混凝土强度的重要指标,氯氧镁泡沫混凝土与硫氧镁泡沫混凝土的抗压强度随镁水泥组分配比增加的变化趋势相同,均先减小后增大,而磷酸镁泡沫混凝土随镁水泥组分配比增加呈现先增大后减小的趋势;三种镁基泡沫混凝土的比强度与镁水泥组分配比之间存在幂函数关系。     

油井水泥降失水剂SPS的制备和性能研究

通过磺化改性,制备了磺化聚苯乙烯(SPS)作为油井水泥降失水剂.研究了反应条件对SPS磺化度的影响、SPS的磺化度与失水控制的关系、SPS水泥浆体系的性能.实验结果表明:在相同的条件下,磺化度越高,失水控制越好;在最佳条件下制备的SPS具有良好的降失水性能,SPS的水泥浆体系具有良好的流变性能和较好的耐温性能;在120℃下,其水泥浆体系的稠化时间,用常用的缓凝剂可调整到337 min,SPS对水泥浆其他性能无不良影响.     

膨润土对硅酸盐水泥水化硬化的影响

研究了膨润土的种类和掺量对水泥硬化浆体抗压强度、Ca(OH)2含量、微观孔结构分布和对硬化浆体的水化形貌的影响。结果表明:掺钠基膨润土的水泥浆体抗压强度高于掺钙基膨润土的水泥浆体抗压强度。提高膨润土掺量,抗压强度和Ca(OH)2含量均降低;膨润土的种类和掺量对硬化水泥浆体的孔结构分布和形貌也有明显的影响。     

电导法测定G级油井水泥水化速度

本文采用电导法和酸度法研究了嘉华G级油井水泥浆及加有缓凝剂酒石酸时水泥的水化历程,并对酒石酸的缓凝机理进行了分析。实验结果表明:电导法较酸度法能更全面、真实地反映水泥的水化过程。     

水泥基复合材料的离析模型——统一离析模型与泥浆抗离析能力的考察

本文在提出新拌水泥基复合材料离折行为的三个层次统一模型的基础上,对从流变学角度难以评价的与材料离析直接相关的水泥浆保水特性进行了研究,提出了水泥浆保水能力的临界值,并对不同配合比、各种外加剂以及掺加方法对保水能力的影响进行了试验考察,其结果对丰富新拌混凝土理论及实际工程应用非常有益。     

超缓凝剂对硅酸盐水泥砂浆性能的影响

目的为配制一种新型有机复合超缓凝剂，研究不同掺量及养护条件下其缓凝效果和硬化机理．使之可有效地应用于大体积混凝土及缓黏接预应力混凝土工程中．方法利用XRD和SEM等微观手段，对掺入超缓凝剂水泥砂浆的缓凝性能进行了测试和表征．结果超缓凝剂在不同养护条件下，可使水泥水化“休眠”20～40d，“休眠”结束后能迅速水化而结构不发生变化．XRD图谱表明并未发现异常水化物产生；SEM图像表明，掺超缓凝剂的水泥硬化结构更加致密．结论在标准养护条件下，掺量0．035％的超缓凝剂可使水泥水化“休眠”34d，“休眠”结束后59d可达空白试件28d强度．随养护温度增加和超缓凝剂掺量的降低，水化“休眠”期降低．超缓凝剂并未使水化产物发生本质变化，其耐久性应是可靠的．     

蔗糖对硅酸盐水泥凝结时间的影响

用先掺和后掺两种不同的掺加方法研究了蔗糖对水泥凝结时间的影响，结果表明：蔗糖的掺量和掺加方法会产生明显不同的调凝效果，掺量低且用后掺法时缓凝效果最好；掺量超过一定数值时，无论先掺还是后掺都会使水泥速凝。因此，用蔗糖作缓凝剂时，应作临场试验，以确定其掺量和掺法。蔗糖的调凝机理可解释：蔗糖延缓了ＣＳＨ的形成和加速了ＡＦｔ晶休的形成，浆体的凝结取决于生成的ＡＦｔ晶体的量；当蔗糖的量较低时，ＡＦｔ的生成量     

纳米级SiOx与硅灰对水泥浆体需水量的影响

研究了硅灰和纳米级SiO2x对水泥浆体量需水量的影响。研究表明，纳米级SiOx的掺量对水泥浆体的需水量影响非常显著，当纳米缘SiOx掺量达到水泥用量的8％时，水泥浆体的需水量增大一倍，而硅灰的掺量在水泥用量10％以内时，对水泥浆体的需水量影响不明显，并通过试验建立了水泥标准稠度用水量与纳米级SiOx硅灰的掺量关系的数学模型。     

硅灰与氧化石墨烯对硬化水泥浆体的复合增强效应

研究了硅灰与氧化石墨烯复掺时对硬化水泥浆体力学性能的影响. 分别进行了普通水泥浆体、内掺质量分数10%的硅灰水泥、外掺质量分数0.8%的氧化石墨烯复合聚羧酸减水剂（GOPCs）水泥浆体以及同时内掺硅灰与外掺GOPCs的水泥浆体的配制. 对4种硬化水泥浆体的抗折强度、抗压强度以及90 d龄期孔隙率进行了测定,同时采用X射线衍射仪及扫描电子显微镜对水泥水化产物进行分析,并将4种样品的力学性能进行比较. 结果表明,当掺10%硅灰时,硬化水泥浆体90 d抗压强度比空白样提高了3.6%,抗折强度提高了9.6%;当只使用氧化石墨烯复合聚羧酸减水剂而不掺硅灰时,抗压强度提高了11.9%,抗折强度提高了15.3%;当硅灰与氧化石墨烯复掺时,抗压强度提高了22.7%,抗折强度提高了38.6%. 孔隙率的变化以及XRD、SEM分析证实了这一结果. 因此,硅灰与氧化石墨烯复合聚羧酸减水剂对硬化水泥浆体具有复合增强作用.     

基于后掺法的混凝土坍落度恢复技术研究

通过水泥对减水剂的吸附、水泥浆溶液Zeta电位、净浆流动度和混凝土坍落度等试验,分析了后掺聚羧酸减水剂量和添加时间对水泥净浆流动性、混凝土工作性能的影响及其相互关系,在此基础上提出了恢复混凝土坍落度的技术方法。结果表明:后掺法通过降低水泥颗粒对减水剂的吸附和减小颗粒的Zeta电位,能够有效避免早期水化产物对减水剂的吸附包裹,提高减水剂的有效分散能力;减水剂后掺的量与时间的合理匹配,可在一定时间内恢复混凝土坍落度,当先掺80%、后掺20%的减水剂时,在2h内可以显著地改善坍落度损失。     

水胶比和硅灰掺量对灌浆水泥浆体流变性的影响

为了研究水胶比和硅灰掺量对改性超细灌浆水泥浆体流变特性的影响,采用旋转粘度计和马氏漏斗粘度计法对不同水胶比(0.6,0.7,0.8,1.0,1.5和2.0)的新拌水泥浆体进行流变性能试验研究,其中硅灰掺量分别为0%,3%,5%,7%和10%.结果表明,新拌水泥浆体的塑性黏度和屈服应力随着水胶比的增大而减小;掺有硅灰的改性超细灌浆水泥在水胶比大于1.5时,流变性能变化不大,反之则变化较大;硅灰的掺量对改性超细灌浆水泥浆体的流变性影响较大,随着掺量增加浆体流动性变差,但在水胶比为1.0左右时,存在最优掺量,约5%.通过将马氏试验中时间指标转化为流速指标,可以有效拓展高黏度浆体的流变性能测试.