深层环境下固井水泥水化放热特性及井周温度场演化规律研究

塔里木盆地已建成我国最大的超深层油气生产基地,深层环境会对水泥水化放热特性产生一定的影响,研究深层环境下水泥水化放热及传热特性对明确井周温度场演化规律至关重要。文章首先根据现场实测资料建立了塔里木油田近井和远井地层温度方程,根据不同地层深度的温度分布情况,开展了不同温度下G级水泥水化放热实验,基于Krstulovic-Dabic(K-D)经典水化动力学模型,结合水泥成核结晶与晶体生长、相边界反应以及扩散三过程反应特征推导了不同温度下水泥水化放热预测曲线,进一步推导了套管-水泥环-地层热传导模型,并将放热曲线作为热源代入到有限元模型中,得到了不同井深的套管与水泥在水化放热与高温地层的共同作用下温度场的变化情况。研究结果可为下一步分析有限局部空间的温度场变化对地层压力和套管变形影响提供技术支持。

粉煤灰/矿粉-水泥胶凝体系的水化放热性能

利用等温量热仪,研究粉煤灰/矿粉-水泥胶凝体系3 d内水化放热性能,借助X射线衍射仪与热分析仪分析不同胶凝体系的水化产物。结果表明:掺量质量分数为45%时,粉煤灰-水泥胶凝体系3 d的水化放热量为175.4J/g,矿粉-水泥胶凝体系为205.4 J/g;矿粉-水泥胶凝体系水化速率峰值出现时间为15.3 h,大于粉煤灰-水泥胶凝体系的10.22 h;双掺粉煤灰和矿粉等量取代质量分数为50%水泥时,随粉煤灰掺入比例的增大,水化放热量减小的程度增大,但粉煤灰或矿粉的掺入比例与水化热峰值及其出现时间关系不大;掺入粉煤灰和矿粉后,可以明显降低早期水化产物中钙钒石(AFt)和氢氧化钙(CH)的生成量。

考虑收缩徐变混凝土水化放热仿真分析在跳仓法施工中的应用

从混凝土强度、弹性模量时变模型及收缩徐变模型入手,对比分析了《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)模型、《大体积混凝土施工标准》(GB 50496—2018)模型、CEB-FIP(1990)模型、ACI模型,对某在建项目大体积混凝土进行了温度应力监测,并基于Midas软件进行了仿真分析。结果表明,《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)模型及CEB-FIP(1990)模型的温度及应力结果与实测结果吻合最好,验证了本文计算方法的可行性。最终,将考虑收缩徐变的水化放热计算模型应用于某174.9 m×214.6 m超长筏板结构的施工过程分析中,结果表明,所采用的跳仓方式及施工措施能够保证温度及应力水平满足要求。

考虑持续低温影响的水泥水化放热计算模型

为完成青藏铁路多年冻土区桥梁钻孔灌注桩混凝土水化放热量的定量分析以及进一步确定持续低温环境下的混凝土水化放热计算模型,需要探究在持续低温环境下的混凝土水化放热情况.依照试验测定的数据计算出持续低温环境((3±1)℃,(8±1)℃,(13±1)℃)下水泥净浆的水化放热量随龄期增长的变化规律,结果发现:持续低温环境下水泥水化在各个龄期放出的热量以及水化程度都较水泥水化温度不受限制时有所减少,且持续低温环境的温度越低时,这一趋势越是明显;通过对试验数据的分析和拟合,得出了考虑不同持续低温环境对水泥水化放热计算模型影响的水化热计算模型,模型的计算结果不仅与实测数据吻合得较好,而且能较准确地预测在不同持续低温环境下水泥水化放热量随龄期的变化规律.该模型中各项参数物理意义明确,计算结果可靠实用,具有一定的推广应用价值.

深水固井水泥浆的水化放热研究

如何在不破坏水合物稳定性的前提下,对深水油气资源进行高效安全地开采,是摆在油气开发者面前最大的难题。通过对4种水泥及部分添加剂的水化放热进行室内研究,准确绘制水化放热曲线,找出了适合深水固井的低水化放热水泥及添加剂,并对混配水泥、混配促凝剂和深水固井所用的海水屏蔽剂和增强剂进行了水化放热试验研究,确定了深水固井的低水化放热基本配方,解决了深水水合物层固井中面临的困难。

混凝土水化热瞬态温度场数值计算过程中的水化放热规律及水化速率问题

在混凝土的施工中，为考虑水化热对施工和设计所造成的影响，根据有关规范、参考文献的实测数据及大体积混凝土空间有限元分析程序ＭＡＳＳＩＶＥ，研究了建筑工程中的混凝土水化热瞬态温度场计算过程中的水泥水化放热规律及水化速率，为数值计算分析提供了可靠的数学模型，可避免结构产生有害裂缝．

温度对补偿收缩复合胶凝材料水化放热特性的影响

采用等温量热法,测定了在低水胶比条件下,不同组成的补偿收缩复合胶凝材料在不同水化温度时的水化放热曲线,探讨了在接近实际结构内部环境时补偿收缩复合胶凝材料的水化特性。在25℃,水胶质量比为0.3的条件下,硫铝酸盐型膨胀剂会抑制复合胶凝材料的正常水化,使其水化放热速率迅速降低,总放热量大幅度减小。提高水化温度消除了膨胀剂对于复合胶凝材料水化反应的抑制作用。在45℃时,掺加膨胀剂的复合胶凝材料的最大水化放热速率和96h总放热量与纯硅酸盐水泥相当或更高。适当提高水化温度促进了矿物掺和料的水化反应,使得补偿收缩复合胶凝材料的水化硬化过程与膨胀剂效能发挥时间更好地匹配。

入模温度对大体积混凝土胶凝材料体系水化放热特性的影响研究

入模温度是影响大体积混凝土内部温度场变化的重要因素之一。采用水化微量热仪,研究了入模温度(15、25、35℃)对纯水泥体系、水泥-粉煤灰体系、水泥-矿粉体系及矿物掺合料双掺体系下的水化放热特性影响规律。研究结果表明,提高入模温度对于胶凝材料体系的水化放热反应促进效果明显,掺加粉煤灰和矿粉可以降低混凝土的放热量和放热速度,大体积混凝土在满足混凝土设计强度的条件下,配合比设计应当尽量降低水泥及矿粉的用量,同时降低浇筑施工时的入模温度。

稻壳灰/丙烯酸钙复合改性水泥强度及水化放热性能研究

通过灰关联熵法研究了稻壳灰及丙烯酸钙对水泥强度和水化放热性能的影响。结果表明,稻壳灰和丙烯酸钙的加入降低了水泥的早期强度,但提高了后期强度;引发剂是影响1 d抗压强度的最主要因素,而丙烯酸钙是影响3 d和28 d抗压强度的主要因素。抗压强度最高时材料的最佳掺量为:稻壳灰15%、丙烯酸钙1.0%、引发剂3%、交联剂10%。稻壳灰和丙烯酸钙的加入降低了水泥的水化热和Ca(OH)_2吸热峰,60 h之前对水泥水化起阻碍作用,60 h后起促进作用;随着龄期的延长,稻壳灰/丙烯酸钙复合改性水泥的质量损失率逐渐增大。

水泥水化放热过程的优化及其在混凝土温控中的作用

在以往的混凝土外加剂研究中,业界往往注重外加剂在改进混凝土强度、工作性以及初、终凝时间等方面的研究,而对于利用外加剂来优化水泥水化热曲线、延长水化热半熟龄期的研究却被忽视。该文从优化水泥水化放热曲线角度出发,配置了一种能有效削减水化热峰值、实现双峰型水化放热的新缓凝高效减水剂,并进行了水泥水化放热和混凝土绝热温升方面的对比试验,进行了混凝土温度场有限元仿真计算,发现优化后的水泥水化放热过程在同等通水条件下混凝土温升值可降低温升4.32℃,这一结果对水工大体积混凝土的温控防裂具有重要意义,是一个值得系统研究的学术点和技术点。

碱-矿渣水泥水化放热行为研究

采用微量热计从水化放热速率和累积放热量两方面系统研究了碱矿渣水泥水化放热行为,分析了水泥水化放热行为与凝结性能之间的关系。研究结果表明:NaOH-矿渣水泥初始放热峰出现早,水玻璃-矿渣水泥初始放热峰出现晚,水玻璃-矿渣水泥初始放热峰值大,分别约为NaOH-矿渣水泥、硅酸盐水泥的2.3倍和3.5倍;水玻璃-矿渣水泥诱导期长,NaOH-矿渣水泥诱导期短,与硅酸盐水泥相比,碱矿渣水泥初期放热速率大,累积放热量小,NaOH、水玻璃配制的碱矿渣水泥3d累积放热量分别仅为硅酸盐水泥的67%和26%;此外,凝结时间的长短与水泥体系水化累积放热量没有直接联系,而与早期水化放热速率密切相关。

水泥水化放热过程优化试验研究

水泥水化放热过程的改变可从多个方面着手,如改变水泥矿物成分、改变水泥细度、外掺混合材料,以及添加混凝土外加剂等。尝试通过改进外加剂的性能以优化水泥水化放热过程曲线,尤其是调整水泥水化热峰值以及峰值出现时的时间等特征值,以及水化放热过程改变后混凝土热学性能,将对混凝土温控防裂的基础研究有着重要意义。

粉煤灰膏体充填材料水化放热特性的微量热测试与分析

采用TAM Air等温微量热仪对8种配比的粉煤灰膏体充填材料的水化放热速率和水化热进行了微量热测试与分析。结果表明:粉煤灰膏体充填材料水化放热速率明显表现出起始、诱导、加速、快速降速、缓慢降速和稳定等6个阶段;随粉煤灰和煤矸石掺量的增加,水化诱导和加速阶段时间延长、但放热速率和水化热降低;在所测材料配比范围内,水胶比对水化放热速率无明显影响,而添加剂仅加速了水化诱导阶段的水化放热速率。基于测试结果,在不考虑与外界热交换的理想条件下,计算出纯水泥、水泥∶粉煤灰=1∶3+添加剂和水泥∶粉煤灰∶煤矸石=1∶3∶5+添加剂等3种材料充填体7 d温度升高的理论预测值分别为69,22.9和10℃。

分级细尾砂胶结充填体早期水化放热及强度演化特性

对分级细尾砂胶结充填体的早期水化反应及力学演化特性进行研究,对不同灰砂比充填体料浆进行水化放热及电阻特性测试,并根据扫描电子显微镜对早期水化产物进行微观形貌特征分析,最后在单轴压缩力学试验结果的基础上,分析早期水化反应进程及产物对充填体强度演化的影响.研究表明,灰砂比越大,水化放热速率及放热量越大,生成水化产物越多,体积电阻率越大.同时水化反应速率直接决定了充填体自身强度形成的快慢,生成的Ca(OH)2减小了料浆体积电阻率,加快充填体自身强度的增长;随后生成的钙矾石(Aft)导致颗粒间孔隙更加致密,抑制了离子的溶解,减缓放出热量速率,从而阻碍了充填体强度的增长;当水化反应进行14 d基本结束后,充填材料凝结固化成为一个整体,强度基本稳定.充填体强度的变化呈现先迅速增加随后增加趋势逐渐减小直至稳定的趋势,为矿山采用分级细尾砂进行井下采空区充填、控制深部采场温度提供理论支撑及科学指导.

粉煤灰-矿粉-水泥三元体系水化放热模型研究

通过直接法研究了在水泥中掺入不同掺量的粉煤灰和矿粉时样品的水化放热速率曲线,通过各样品的水化放热曲线研究粉煤灰-矿粉-水泥三元体系水化放热模型。通过试验实测结果与模型计算结果相比,两者最大误差为8.1%,最小误差仅为3.4%,发现胶凝材料的水化过程符合根据水泥水化建立的水化动力学模型。

掺合料对胶凝体系早期水化放热和力学特性的影响

胶凝材料水化热是水工大体积混凝土的关键热学参数,直接影响水工混凝土的温控设计。本文采用热导式等温量热仪试验研究水泥基胶凝材料体系中各种掺合料对水泥水化放热过程的影响,结合其早期强度发展,探讨不同掺合料对水泥基胶凝材料体系早期放热过程和强度的影响规律,为大体积混凝土中掺合料的应用提供技术支撑。研究结果表明,选用的掺合料方案其早龄期水化放热量与对应的早期抗压强度有较好的线性相关,根据早期强度设计要求和水化热控制需要,优先考虑粉煤灰、矿渣粉单掺或者复掺方案。

池体筏板基础混凝土水化放热与温度应力分析

大型池体现浇筏板基础易因水化放热引发温度裂缝问题。为了研究筏板基础水化放热温度变化规律及温度裂缝控制效果,本文以深圳市固戍水质净化厂二期地下综合体项目为依托,提出采用控制混凝土入模温度的方法来降低最高温度并控制温度裂缝产生,结合数值模拟与现场实测结果分析筏板基础水化放热规律和裂缝控制效果。结果表明:厚度为0.6 m的筏板基础混凝土在浇筑完1.5 d达到最高温度(56.29℃),混凝土内外温差为10.24℃,未产生温度裂缝;厚度为1.0 m的筏板基础混凝土在浇筑完2 d达到最高温度(66.8℃),内外温差为20.4℃,同时产生大面积温度裂缝。通过采取控制混凝土入模温度、积极养护等措施,降低最高温度峰值19%,且控制了混凝土温度裂缝的产生。

低温早强低水化放热水泥浆体系开发

深水水合物地层的特殊环境要求固井水泥具有低水化放热和低温早强特性,而现有的固井水泥浆体系大多不具备低水化放热特性,而且低温水化速度较慢。为此,提出了低温早强低水化放热水泥浆体系的研究思路。在铝酸盐水泥和G级水泥按照1∶1质量比形成的混合水泥浆的基础上,通过对储能微球研发以及对密度减轻剂、稳定剂和其他外加剂的种类和加量的优选,形成了低温早强低水化放热水泥浆体系,其早强剂为0.06%三乙醇胺,降失水剂为1%聚乙烯醇类降失水剂CML,缓凝剂为0.35%硼酸,分散剂为1.5%SYJZ-1。同时对该体系进行的性能测试表明,在4℃养护24h水泥石抗压强度可以达到5.9MPa,水泥浆呈现低水化放热和低温早强特性。可以看出,该低温早强低水化放热水泥浆体系在早期强度、水化放热、密度等方面性能优异。

大体积增钙粉煤灰混凝土水化放热特征

增钙粉煤灰对大体积粉煤灰混凝土水化放热特征的影响讨论。

不同季节混凝土水化放热对开裂的影响及防治方法

混凝土结构中的绝大多数裂缝对混凝土的渗透率和强度都会产生较大的负面影响。而裂缝的产生主要与水泥水化升温导致的热应力和混凝土的干燥收缩有关,其中热应力主要影响混凝土养护初期的裂缝,且温差越大对混凝土中的温度裂缝影响越明显。文章阐述了混凝土裂缝的类型,介绍了混凝土水化放热与不同季节施工时混凝土水化放热对裂缝的影响,分析了冬季混凝土水化放热相关裂缝的防治措施,探究了夏季环境下混凝土水化初期的裂缝防治措施。