新型油井水泥用纳米基促凝早强剂

针对传统油井水泥促凝剂存在的腐蚀套管、增稠及早强作用较弱等问题,根据结构设计,通过溶液法合成了一种新型纳米基促凝早强剂A-1,并对其综合性能及作用机理进行了研究探讨。实验表明,该纳米基促凝早强剂在改善水泥浆流变的同时可显著缩短中低温下水泥浆的稠化时间,明显加快水泥石强度发展,稠化时间之比可达0.33,起强度时间可缩短50%,6 h抗压强度可达净浆的5倍以上,后期强度提高率仍可达29%。此外,该纳米基促凝早强剂还可明显缩短水泥浆静胶凝过渡时间,表现出良好的防窜作用。微观分析表明,该纳米基促凝早强剂可通过成核模板效应改变水泥石微观形貌,加速水泥石水化,使水泥石更加致密,从而改善水泥石力学性能。

纳米C-S-H早强剂对水泥水化的影响研究

通过凝结时间、水化温度、XRD、SEM、抗压强度试验等研究了纳米C-S-H早强剂对水泥水化及混凝土强度的影响,并分析了作用机理。结果表明:纳米C-S-H早强剂明显缩短了水泥的凝结时间;随着纳米C-S-H早强剂掺量的增加,水化温度峰出现时间缩短,且峰值提高;掺入适量的纳米C-S-H早强剂不改变水泥的水化产物种类,但加速了水泥水化进程,提高了混凝土的早期抗压强度,且后期(28 d、56 d)抗压强度无倒缩。

无机盐-络合剂-聚合物复合早强剂对水泥早期水化性能的影响

为改善水泥混凝土的早期力学性能,通过无机盐、络合剂以及聚合物的复合得到早强剂,考察早强剂对硅酸盐水泥1 d强度的影响,测试了水泥水化24 h的钙离子浓度及水化热,利用XRD和SEM研究了其微观结构。研究表明:复合早强剂可显著提高水泥的1 d强度。在3.0%掺量下1 d强度最大,随掺量增大强度增长幅度降低趋势;体系中钙离子浓度以及水化热显著升高,在复合早强剂掺量在3.0%时为达到最高;微观结构表征发现水化产物晶体尺寸增大,产物之间结合紧密。

用于深水/超深水低温固井的纳米水化硅酸钙/明胶接枝磺化醛酮晶种早强剂

针对深水/超深水低温固井作业面临着水泥浆强度发展缓慢、候凝时间长的难题,纳米水化硅酸钙(CSH)晶种可通过晶核作用有效促进水泥水化速率。然而,CSH易团聚,造成粒径不均匀,且制备过程中用到的分散剂又会延迟水泥水化,无法满足深水/超深水低温固井作业要求。为此,以明胶、甲醛、丙酮等为原料制备明胶接枝磺化醛酮缩聚物(SG);以SG为高分子有机分散底液,采用溶液法制备纳米水化硅酸钙/明胶接枝磺化醛酮晶种(SG-CSH)。通过激光粒度分析仪、透射电镜、等温量热仪、X射线衍射仪等,分析了SG-CSH的微观结构、水化放热规律、水化产物和低温早强性能。结果表明,SG具有优异的插层分散能力,与CSH形成的晶种具有低钙硅比(1.0)、粒径分布(3~100 nm)窄和分散性好的特性,体系在长久保存下稳定无沉淀;加入SG-CSH后在水化反应早期生成更多的氢氧化钙和钙钒石,加快水泥水化速率。水泥浆稠化实验和抗压强度检测结果表明,与空白实验相比,加入SG-CSH后水泥浆的稠化时间明显缩短,30℃下的稠化时间从210 min缩短至125 min;加入4%SG-CSH的水泥浆在10、15、30℃下候凝1 d后的抗压强度分别提升1.9、1.3、5.0 MPa,表现出优良的低温早强性能。

纳米C⁃S⁃H晶种与掺和料及早强剂复配对混凝土强度的影响

为了提高混凝土早期强度,根据不同混凝土配方的组成差异,将纳米C‐S‐H晶种与掺和料以及早强剂复配,成型不同龄期的混凝土试件,分析复配后混凝土初终凝时间、抗压强度和抗折强度受到的影响。结果表明:粉煤灰和硅灰会降低混凝土的早期抗压和抗折强度,纳米C‐S‐H晶种与粉煤灰、硅灰复配后可减弱粉煤灰、硅灰对强度下降的影响;纳米C‐S‐H晶种可缓解石膏的缓凝作用,并且可以与石膏、硫酸钠、硫铝酸盐水泥发挥协同作用,进一步提高混凝土的早期强度。

早强剂对C30喷射混凝土抗压强度的影响

研究了不同早强剂(元明粉、硫酸铝、七水硫酸镁、硝酸钙、亚硝酸钠、硫氰酸钠和CSH晶种)单掺及复掺对C30喷射混凝土抗压强度的影响。结果表明:不同厂家CSH晶种对C30喷射混凝土各龄期抗压强度的作用效果有所差异,其中,CSH晶种2#对抗压强度的提高效果最好;通过优化配合比,元明粉可以提高试件的早期抗压强度,且28 d抗压强度发展较好;硝酸钙、亚硝酸钠、硫氰酸钠单掺及与其他早强剂复掺对C30喷射混凝土8 h抗压强度的提高效果并不明显,甚至会降低喷射混凝土的抗压强度。

低温油井水泥早强剂BCL-NS的制备与研究

针对深水、深海、极地等低温固井作业中,普通硅酸盐水泥浆固井时水泥浆存在早期强度发展缓慢、强度低、固井候凝时间长等难题,研制出一种低温油井水泥早强剂BCL-NS。BCL-NS由3%乳化剂SR-10加1.6%减水剂J112为打底液,Na(_2)SiO(3)·5H_(2)O溶于水加0.2%减水剂J112为硅质材料溶液,Ca(NO_(3))(2)·4H_(2)O加减0.2%水剂J112为钙质材料溶液,20℃下滴加4 h后,加入3%PVA1788为保护胶体,经过喷雾干燥后加入0.5%白炭黑为抗结块剂制备而成。室内试验评价表明:在油井水泥浆中加入2%早强剂BCL-NS后,1 d抗压强度提高82%,1 d抗折强度提高15.2%,3 d抗折和抗压强度增加也超过15%。

C-S-H晶核早强剂制备及性能研究

针对常规早强剂可能引起混凝土后期强度倒缩、泛霜等问题,采用聚羧酸减水剂作为分散剂,并以四水硝酸钙和五水合硅酸钠作为原料制备了C⁃S⁃H晶核早强剂,研究了不同反应条件对晶核早强剂稳定性能及强度性能的影响。结果表明:钙硅比为1.5、分散剂相对分子质量为17000时所制备的晶核早强剂具有良好的水泥适应性,其18、24 h的抗压强度比空白组分别提高160%、130%,对后期强度也有一定的促进作用。

早强剂对快速修补材料工作性能的影响

院随着我国基建行业的不断发展,人们对于基础设施的要求越来越高,研究一种快速修补材料对于解决公路路面局部损坏有着非凡的意义。文章通过试验研究,将早强剂分别以0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%的掺量等量代替水泥,在不同掺量下检测其对于快速修补材料初始流动度、凝结时间、抗压强度、抗折强度等工作性能的影响。结果发现,不同掺量的早强剂对快速修补材料的初始流动度基本没有影响,但对凝结时间、抗压强度、抗折强度等工作性能影响显著。

《混凝土及砂浆用晶核早强剂》行业标准征集参编单位通知

各相关单位:根据《工业和信息化部办公厅关于印发2022年第三批行业标准制修订和外文版项目计划的通知》文件要求,由中国建筑材料联合会预拌砂浆分会组织、北京建筑材料科学研究总院有限公司等单位联合申请的建材行业标准《混凝土及砂浆用晶核早强剂》已纳入编制计划(计划号:2022-1311T-JC)。

《混凝土及砂浆用晶核早强剂》行业标准征集参编单位通知

各相关单位:根据《工业和信息化部办公厅关于印发2022年第三批行业标准制修订和外文版项目计划的通知》文件要求,由中国建筑材料联合会预拌砂浆分会组织、北京建筑材料科学研究总院有限公司等单位联合申请的建材行业标准《混凝土及砂浆用晶核早强剂》已纳入编制计划(计划号:2022-1311T-JC)。

《混凝土及砂浆用晶核早强剂》行业标准征集参编单位通知

各相关单位:根据《工业和信息化部办公厅关于印发2022年第三批行业标准制修订和外文版项目计划的通知》文件要求,由中国建筑材料联合会预拌砂浆分会组织、北京建筑材料科学研究总院有限公司等单位联合申请的建材行业标准《混凝土及砂浆用晶核早强剂》已纳入编制计划(计划号:2022-1311T-JC)。

水泥基材料中的早强剂及其作用机理综述

早强型外加剂的研究主要集中在水泥基材料强度发展早期阶段的水化速率变化、产物变化、液相离子变化等方面,但对其作用机理和效果等缺乏系统性的总结。本文归纳了三类早强剂(无机、有机和复合)的早强机理及在各水化阶段的作用,得出以下结论:无机系早强剂通过提高体系碱度、压缩双电层、提供晶核以降低成核势垒等作用,破坏了水化阻滞膜或液相离解平衡,从而加速离解期的离解速率、增大液相中的离子浓度;此外,还通过加速诱导期水化产物的消耗,破坏水化反应平衡以加快水化产物钙矾石或钙铝水滑石形成,提高早强固相体积含量和体系致密度,从而提高早期强度。有机早强剂主要通过分散作用来促进离解速率,通过络合作用或水化作用破坏反应平衡,但掺量影响其早强效果和凝结速度。复合早强剂则协调多种机理来加快水化的整体进程,需注意避免新产物的生成阻碍原有活性组分正常的水化进程。总而言之,早强剂的选择应与胶凝材料体系相匹配,结合其作用机理促进各水化阶段强度发展。为满足尽可能早强的需求,阴离子宜选择硫酸系和硅酸系,阳离子宜选用Ca^(2+)、Al^(3+),或较高活性成分且无耐久性隐患的Li^(+),有机系早强剂宜考虑该物质的分散作用和络合作用,但应注意避免长期性能的降低,以及它们对应的促凝和缓凝阈值。

新型低温固井早强剂性能研究

针对浅层低温导致水泥浆强度发展缓慢的问题,通过分散-共沉淀法制备了一种新型低温固井早强剂ES-22,并对制备早强剂的粒径及微观结构进行分析。比较了在低温条件下,新型早强剂ES-22与其他无机早强剂对水泥浆强度发展的影响,并研究了新型早强剂不同加量对水泥浆性能的影响规律。研究表明,制备的早强剂ES-22粒径主要集中在15~25μm之间。与其他早强剂相比,新型早强剂ES-22对水泥石早期抗压强度提升最大,且制备的早强剂在低温环境下对水泥石力学性能提升更大。早强剂掺入水泥浆中对水泥浆流变性影响不大,稠化时间无大幅度缩短,失水量降低。在20℃下养护24 h后,含4%早强剂水泥石的抗压强度和抗折强度比空白水泥石分别提高了204%和136%。新型早强剂在固井水泥浆中有很好的应用效果。

混凝土早强剂的作用机理及应用现状

混凝土早强剂是一种可以加速混凝土早期强度发展的外加剂,对于加快工程进度,提高工程作业的周转率有重要作用,其掺量一般不会超过水泥质量的5%。首先对目前早强剂的种类和用量进行分类归纳,将早强剂分为无机早强剂、有机早强剂和复合早强剂三大类,并归纳每类早强剂的主要组分和掺加量;其次,对不同种类早强剂的作用机理进行归纳总结,从理论上解释早强剂是如何提高水泥的水化反应速度,加速水泥浆体的凝结和硬化,为今后早强剂的研制及复配提供理论依据;最后,着重分析了不同研究者对早强剂应用性能的研究,指出目前早强剂存在的问题,指明今后早强剂的研究和发展方向,特别是要加强目前研究较为薄弱的低浓度低灰砂比胶凝体系早强剂的研究。

复掺早强剂对水泥稳定碎石基层性能的影响

以水泥稳定碎石的1 d无侧限抗压强度高为优选原则,在单掺三乙醇胺(TEA)和硫酸钠(NS)试验的基础上再进行复掺试验,并结合交互作用检验筛选出3组最佳复配掺量;通过干缩应变试验、温缩应变试验、冻融循环试验研究复掺早强剂对水泥稳定碎石耐久性的影响;通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析进一步研究早强剂改善水泥稳定碎石性能的作用机理。结果表明,TEA和NS对水泥稳定碎石抗压强度的影响存在交互作用,2.0%NS与1.0%TEA复掺的改善效果最优,复掺TEA和NS可有效提高水泥稳定碎石的强度,改善材料的干缩应变和抗冻性能;早强剂可加速水泥水化,促进稳定碎石中凝胶成分的形成。

胶凝材料复合早强剂开发及混合料浆配比优化

利用矿山周边矿渣、磷石膏、废石等固废开发早强胶凝材料用于矿山充填,可降低采矿成本,且实现固废资源化利用。首先基于试验材料物化分析,对胶凝材料复合早强剂进行开发;然后通过正交试验对多固废混合充填料浆进行试配,利用遗传规划获得最优配比。结果表明,复合早强剂可有效提高充填体早期强度,最优配比为芒硝1%~2%、NaOH 1%~1.5%、NaCl 1.5%;充填料浆最优配比为废砂比1:9、胶砂比1:5,料浆浓度80%;此时3d强度为2.04MPa,7d强度为4.19MPa,坍落度为28.6cm,分层度为0.75cm,强度和管输特性满足要求且成本最低。

低温晶核早强剂的制备与实验研究

陕北部分区块浅油层井的井底温度低(小于40℃)导致水泥浆凝结时间长、早期强度低,严重影响固井质量。针对这些问题,文章研究合成了一种早强晶种,并通过多元复配获得一种复合型早强剂DW-45,其组成为早强晶种:Na_(2)SO_(4):Al_(2)(SO_(4))_(3):NaAlO_(2):Li_(2)CO_(3)=1:1:0.4:0.1:3。测试了DW-45对油井水泥抗压强度和稠化性能的影响,并利用XRD和SEM对早强剂作用下水泥水化产物的物相组成和形貌进行了分析。实验结果表明:在25、30、35、40、45℃养护条件下,3%的DW-45使水泥石6 h抗压强度分别增加为纯G级水泥的3.1、4.7、6.3、4.5、4.6倍;在35℃/15 MPa条件下,3%的DW-45的使水泥浆稠化时间缩短致63 min,稠化过渡时间为8 min,有利于油井的防窜。XRD和SEM结果表明,DW-45可加速水化保护膜破裂,促进C-S-H凝胶、Ca(OH)_(2)和钙矾石的生成,提高油井水泥中C_(3)S、C_(3)A的水化进程,同时提高了水泥石的密实度。DW-45有助于解决浅油层井固井所面临的早期强度低、凝结时间长等问题。

掺早强剂充填体在不同加载速率下裂隙破裂特性

与传统采矿法相比充填采矿法具有环保、安全等特点而在矿山生产中广泛使用,但充填过程中充填体会受到灰砂比、级配、料浆浓度等内在因素的影响,还受早强剂、加载速率等外在因素的影响。通过不同加载速率对掺早强剂与未掺早强剂充填体进行单轴压缩试验及声发射试验,对其力学性能和声发射特性进行研究。结果表明,充填体强度在不同加载速率下会呈现先增后减的趋势,且早强剂掺量不同充填体的强度增幅也不同。而基于声发射特征参数RA和AF发现,随着加载速率的增加,剪切裂隙占比减少,在达到临界加载速率后随着速率的增加剪切裂隙增加。未掺早强剂充填体与掺早强剂充填体相比,在同等速率下加载所产生的剪切裂隙占比较多。

早强剂复掺对装配式构件混凝土性能的影响

为了提高装配式构件的早期强度,加快模具的周转率,采用3因素3水平正交试验,研究了无水硫酸钠、甲酸钙和偏铝酸钠三种早强剂的复掺类型、复掺比例对装配式构件混凝土坍落度和力学性能的影响,并得到了优化后的最佳配合比。结果表明:早强剂的复掺会降低混凝土的坍落度和凝结时间,提高早期强度;综合考虑,确定无水硫酸钠、甲酸钙、偏铝酸钠的最佳掺量分别为0.3%、0.4%、0.1%。