纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的研究
纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的研究
纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的研究随着世界工业和生活水平的不断提高和发展，资源的利用和环境的保护已经成为人们关注的重要问题。
其中，油井水泥尤其涉及到人类能源需求和环境保护两个重要领域。
然而，传统的水泥材料在使用过程中存在着各种问题，如效果不稳定、易开裂、易出现渗漏等。
因此，研究高性能水泥材料已成为当前许多国家和科研机构的热点问题。
本文主要研究了纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的应用。
水化硅酸钙（CSH）是水泥混凝土主要的胶凝材料之一，其晶种是促进水泥凝结反应的关键因素。
本研究利用水化硅酸钙晶种对混凝土进行了改良和优化，以期能够提高油井水泥的性能和可靠性。
实验过程中，我们采用了不同比例的纳米级水化硅酸钙晶种来促进水泥凝结反应。
通过对比实验数据，我们发现纳米级水化硅酸钙晶种能够显著提高水泥的强度、塑性和抗渗性能。
同时，相比于传统的水泥材料，利用纳米级水化硅酸钙晶种的水泥材料在使用过程中的稳定性和可靠性也得到了极大的提高。
本研究的结果表明，在油井水泥材料改良和优化方面，利用纳米级水化硅酸钙晶种作为促凝剂的方法是一种极为有效的选择。
纳米级水化硅酸钙晶种不仅能够提高水泥材料的性能和可靠性，同时也有助于保护环境、节约资源，是一种具有广泛应用前景的新型材料。
总之，本文通过对纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的研究，为水泥材料的改良和优化提供了有益的理论基础和实验数据支持。
希望这一研究成果能够对国内外油井水泥材料的研究与开发起到积极促进作用。
同时，本研究也对纳米级水化硅酸钙晶种的制备方法、优化条件等进行了探索和研究。
实验结果表明，在一定条件下，制备纳米级水化硅酸钙晶种可以达到更好的效果。
这些研究成果不仅为深入探究纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥材料的应用提供了更加完善的理论与实验基础，同时也可为相关领域的其他研究提供参考和借鉴。
在实际应用中，本研究提出的纳米级水化硅酸钙晶种和油井水泥材料的复合使用解决了传统水泥材料在油井一类特殊环境中表现不佳的问题。
钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种早强作用的影响及机理
钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种早强作用的影响及机理钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种早强作用的影响及机理随着科学技术的不断进步，建筑材料领域的研究也在不断深化。
纳米水化硅酸钙晶种作为新型的混凝土掺合料，在混凝土的早期强度和耐久性方面具有很大潜力。
而钙硅摩尔比作为调节混凝土中水化物相的重要参数，对纳米水化硅酸钙晶种的早强作用可能会产生一定的影响。
本文将深入探讨钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种早强作用的影响及机理，并提供个人观点和理解。
一、纳米水化硅酸钙晶种的作用机理纳米水化硅酸钙晶种是一种能促进水泥水化反应、提高混凝土早期强度和耐久性的新型掺合料。
其主要作用机理包括：1. 提供更多的活性中心：纳米水化硅酸钙晶种中的纳米颗粒可以提供更多的活性中心，促进水泥颗粒的水化反应，加速硬化过程。
2. 催化作用：纳米水化硅酸钙晶种可以起到催化剂的作用，降低水泥水化反应的活化能，促进水泥颗粒的水化速度。
3. 满填效应：纳米水化硅酸钙晶种可以填充水泥颗粒之间的间隙，提高混凝土的致密性和均质性，有利于混凝土的早期强度发挥。
二、钙硅摩尔比对混凝土性能的影响钙硅摩尔比是指混凝土中水化物相的钙离子和硅离子的摩尔比，是调节混凝土性能的重要参数。
不同的钙硅摩尔比会对混凝土的早期强度、抗裂性、耐久性等产生不同的影响。
一般来说，较高的钙硅摩尔比有利于提高混凝土的早期强度，但可能会降低混凝土的耐久性，而较低的钙硅摩尔比则可能产生相反的效果。
三、钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种早强作用的影响钙硅摩尔比对纳米水化硅酸钙晶种的早强作用可能会产生一定的影响。
一般来说，较高的钙硅摩尔比可以提高水泥浆体的早强性能，但可能会抑制纳米水化硅酸钙晶种的作用，降低其在混凝土中的分散性和活性。
而较低的钙硅摩尔比则可能对纳米水化硅酸钙晶种的作用产生促进作用，提高其在混凝土中的分散性和活性，有利于混凝土的早期强度和耐久性发挥。
四、个人观点和理解在实际工程中，钙硅摩尔比和纳米水化硅酸钙晶种的搭配应根据具体情况进行合理选择。
新型油井水泥用纳米基促凝早强剂
DOI: 10.12358/j.issn.1001-5620.2024.01.014新型油井水泥用纳米基促凝早强剂卢海川1，2，3， 朱海金1，3， 王健栋1，3， 许得禄4，金凯5， 高继超1，3， 张翔瑞1，3， 石凌龙1，3（1. 中国石油集团海洋工程有限公司渤星公司, 天津300451；2. 天津大学化工学院, 天津300350；3. 油气钻完井技术国家工程研究中心, 天津300451；4. 中国石油集团西部钻探工程有限公司井下作业公司, 新疆克拉玛依834000；5. 中国石油青海油田公司油气工艺研究院，甘肃敦煌 736200）卢海川，朱海金，王健栋，等. 新型油井水泥用纳米基促凝早强剂[J]. 钻井液与完井液，2024，41（1）：119-124. LU Haichuan, ZHU Haijin, WANG Jiandong, et al.A new nanometer accelerating early strengthen agent for oil well cement[J].Drilling Fluid & Completion Fluid ，2024, 41（1）：119-124.摘要 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。
新型油井水泥促凝剂WSA-1室内研究
新型油井水泥促凝剂WSA-1室内研究曹洁;张金生;李丽华;姜蔚蔚;刘向东【摘要】在导管或表层段低温固井中,水泥水化速度慢,候凝时间长,油井水泥石早期强度发展缓慢,影响固井质量和作业安全.针对目前国内油田低温浅层固井可供选择的油井水泥促凝剂种类少、某些油井水泥促凝剂促凝和早强效果不佳以及对水泥浆流变性影响较大等问题,通过室内实验研制了一种新型复合促凝剂WSA-1.对加有促凝剂WSA-1的水泥浆进行了系统的性能评价.结果表明:促凝剂WSA-1能加速油井水泥的水化过程,缩短水泥浆的稠化时间,显著提高水泥石的早期强度,当m(WSA-1)∶m(水泥干灰)=3％时,水泥浆稠化时间可缩短50％以上,水泥石6h强度从3.2 MPa增强到11.3 MPa,24 h抗压强度从24.3 MPa增强到46.1 MPa,完全满足其评价标准的相关要求,且对水泥浆的初始稠度和流变参数基本无影响,是一种性能优异的、可用于低温浅层油气井固井水泥浆体系的复合促凝剂.%As the cement slurry hydration speed is slow,the curing time is long and the increase of cement early compressive strength is slow in the low temperature cementing of conductor and surface casing,it is easy to result in oil,gas and water invasion which impairs cementing quality and operation safety.In view of the fact that the accelerator is lack in cementing of low temperature shallow formation currently at home,some accelerators have poor effectiveness and significant negative impact on slurry rheology etc,a new compound accelerator WSA-1 was selected by laboratory study.The performance of slurry that mixed WSA-1 was systematically evaluated.The result shows that the accelerator WSA-1 can enhance the hydration of oil well cement,shorten the thickening time of cement slurryand significantly improve the early compressive strength of cementstones,which all accord with the requirement of the accelerator evaluation criterion.When WSA-1 addition amount is 3％,the thickening time of cement slurry can be shortened more than 50％,the 6 h strength of cementstones enhanced from 3.2 MPa to 11.3 MPa and the 24 h strength of cementstones enhanced from 24.3 MPa to 46.1 MPa.Accelerator WSA-1 is a kind of high-performance compound accelerator,which can be used in low temperature shallow formation and has no effect on the initial consistency and rheological parameter of cement slurry.【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2013(033)002【总页数】5页(P20-23,31)【关键词】低温;促凝剂;油井水泥【作者】曹洁;张金生;李丽华;姜蔚蔚;刘向东【作者单位】辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学石油化工学院,辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺113001;中国石油天然气股份有限公司抚顺石化公司,辽宁抚顺113008【正文语种】中文【中图分类】TE256随着石油、天然气勘探开发的不断发展与深入，低温浅层和海洋油气钻探固井越来越多［1］。
纳米非晶态水化硅酸钙接触硬化胶凝性能研究
纳米非晶态水化硅酸钙接触硬化胶凝性能研究王淑萍;彭小芹;曾路【摘要】Different from the known setting and hardening properties of cementitious materials ,this study focuses on the contact-hardening properties of nano- amorphous calcium silicate hydrate (C-S-H ) . Two different types of C-S-H powders were used .The powders were compressed under 20 ～ 60 M Pa for three minutes to produce compacts .Bulk density and compressive strength of the compacts as well as the microstructure of C-S-H before and after compaction were measured .The results show that nano C-S-H presents excellent contact-hardening cementitious properties .Lightweight and high strength compact can be produced by compression in several minutes .When the bulk density of the compact is about 800 kg/m3 , compressive strength can be up to 20 .0 ～ 30 .5 MPa .According to the microstructure analysis ,the distance of C-S-H particles is reduced during compaction because of the viscoelastic flow .Therefore ,the particles become contact to each other ,and attractive force between particles isformed .Furthermore ,fragmentation and plastic deformation attributes to the compression pressure ,leading to the formation of cohesion and ad-hesion structure .Consequently ,the compressive strength of the compacts is greatly improved .%不同于传统水泥基材料水化硬化特点,本研究旨在探讨纳米非晶态水化硅酸钙(C-S-H)的接触硬化胶凝性能.分别采用了两种不同来源的C-S-H 粉体,对其在20～60 MPa压力下恒压3 min进行压制成型,测定成型试件的表观密度和力学性能,并结合成型前后微观结构的变化探讨C-S-H的接触硬化胶凝机理.结果表明,纳米C-S-H具有良好的接触硬化胶凝性能,能在几分钟时间内制备出轻质高强试件.表观密度约为800 kg/m3的试件,其抗压强度可达20～30.5 MPa.微观结构表明,C-S-H颗粒在外力作用下发生粘性流动而使颗粒间距减小至引力范围并发生接触,颗粒的细化和塑性变形促进了结构键的生成,从而使试件具较高强度.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(044)012【总页数】6页(P97-102)【关键词】非晶态;纳米水化硅酸钙;接触硬化;强度;结构键【作者】王淑萍;彭小芹;曾路【作者单位】重庆大学材料科学与工程学院 ,重庆 400045;重庆大学材料科学与工程学院 ,重庆 400045;重庆大学材料科学与工程学院 ,重庆 400045【正文语种】中文【中图分类】TU50220世纪70年代，部分学者对干燥的水化硅酸钙及水化铝酸钙粉体进行研究，发现这些粉体在一定程度上具有与金属粉末类似的硬化性能，即在压制压力作用下可形成具有一定强度和刚度的硬化试件[1].Feldman与Sereda等[2-3]将完全水化后的水泥浆体进行干燥粉磨并在28.5～143.5 MPa压力下压制成型，制备出具有不同孔隙率的试件.结果表明，试件的强度、孔隙率、密度、吸附性能及弹性模量均受压制压力的影响.此外，研究还指出石膏、碳酸钙及超细石英粉等惰性材料已处于缩聚状态而不能通过压制成型的方法制备试件[1].基于此，Glukhovsky等[1]提出了非稳定矿物质的接触硬化概念：即具有无定型态以及亚稳、亚结晶态的硅酸盐、铝酸盐及铝硅酸盐物质的宏观分散粉体，因拥有较高的自由能，具有与金属粉末相似的性能.这类材料在压制过程中，粒子间极易形成结构键，从而发生硬化.研究表明，非晶态水化硅酸钙(C-S-H)在纳米尺度和微米尺度的结构和性能与接触硬化性能有着密切的关系.蒲心诚等[4]将水化硅酸钙粉体在300 MPa压力下进行压制成型，仅在120 s内便制备出抗压强度高达84 MPa，具有良好的抗水性的高强石材.彭小芹[5]将含C-S-H的粉体在80 MPa的压制压力下恒压10 min，制备出表观密度仅为1 380 kg/m3的试件，而抗压和抗折强度分别达40.6 MPa和7.6 MPa.彭小芹等[6]对废弃混凝土砂浆组分进行压制成型，结果表明，磨细砂浆组分因含C-S-H而具有一定的接触硬化性能，利用动态水热处理可对这种性能进行优化，所制备的试件表观密度为1 600～1 800 kg/m3，抗压强度和抗折强度分别可达16.8 MPa和5.7 MPa.综上所述，接触硬化胶凝材料的优点在于通过压制成型能在很短的时间(几分钟)内制备轻质高强人造石材而无需进行长时间养护.然而，上述研究所采用的粉体除含C-S-H外，还含有大量的晶体物质，如Ca(OH)2,SiO2,C2SH等，对于C-S-H颗粒在压制压力作用下的接触硬化过程研究尚少，这阻碍了这类材料的应用.因此，有必要对纯度较高的C-S-H粉体的接触硬化胶凝性能展开系统分析，这有利于各种含硅酸盐固体废弃物的综合利用，也可为制备轻质高强、C-S-H/金属粉末[4]以及C-S-H/药物粉末[7-8]复合的多功能材料奠定理论基础.本研究以实验室合成及工业化生产的水化硅酸钙为原材料，分析其结构和性能.并对其在20～60 MPa的压力下进行压制成型，结合成型试件的表观密度、力学性能以及压制前后微观结构的变化，探讨C-S-H的接触硬化胶凝机理.采用了2种不同来源的C-S-H：一种为实验室合成的水化硅酸钙粉体(记为C1)；另一种是由内蒙古大唐国际股份有限公司提供的粉体(记为C2).其中，C1是由生石灰(活性CaO含量为88.1%)、白炭黑(无定型态SiO2)和水在20 L的反应釜(山东威海化工器械有限公司)中通过动态水热合成的方法制备而成.水热合成反应参数为：Ca/Si(摩尔比)=1∶1，水固比(质量比)=10∶1；恒温温度和恒温时间分别为120 ℃和10 h，搅拌速度为400 r/min.水热合成结束后，将料浆以3 ℃/min的速度冷却至50～60 ℃，过滤并在烘箱中干燥获得粉体.C2粉体是回收粉煤灰中的铝元素所产生的副产物.图1为C1和C2粉体的XRD图谱.由图中可以看出，均在d值为0.303 nm和0.182 nm处观察到非晶态水化硅酸钙(C-S-H)的特征峰.C1粉体中并未出现其它物相的衍射峰，表明该粉体是由纯度较高的C-S-H组成.而在C2粉体中，除非晶态水化硅酸钙外，还在2θ为8°附近观察到一个托贝莫来石(tobermorite)沿(002)面生长的特征峰，然而其衍射强度低，结晶较差[9].图2为粉体C1和C2的透射电镜图，可以证实这两种粉体由纳米水化硅酸钙颗粒组成，均具有箔片状的托贝莫来石结构 [10].对其进行SEAD(选区电子衍射)分析，并未出现明显的衍射斑，表明该物质具有无定型态结构，这与XRD测试结果相符.进一步观察发现两种粉体均含有大量直径在3～20 nm左右的介孔.综合上述分析可知，C1和C2均为表面能较高的纳米非晶态水化硅酸钙.本实验采用两面加压的方式对上述2种粉体进行压制成型，该套压制模具由一个尺寸为40 mm×160 mm×130 mm的矩形钢模、2个可移动压头以及2个支座组成.在压制过程中，称取一定量的粉体，将粉体装入模具中，轻轻插捣粉体以尽可能排出粉体中的空气.放下上压头，并对粉体进行预压，直到指针出现读数.当试件与模具内壁间产生的摩擦力足以支撑模具的重量，去掉荷载并卸下支座.然后以2.4±0.5 kN/s的速度加压到预定荷载，并恒压3 min，最后快速卸去荷载，取出试件并测定成型试件的表观密度.然后根据试件的表观密度称取制备尺寸为40mm×40 mm×160 mm试件所需的粉体，重复上述压制成型过程，获得所需尺寸试件.最后参照GB/T4111-1997立即测定成型试件的抗折强度和抗压强度.利用日本理学公司的X射线衍射仪(XRD，RigakuD/max-1200 X射线衍射仪，Cu靶)测定粉体的物相.XRD工作参数为：工作功率3 kW，步长0.02°，扫描速度2°/min，扫描范围5°～70°.利用热场发射透射电子显微镜(Libra 200，德国蔡司)对粉体纳米结构进行表征.实验条件为：最大分辨率为1.4 nm，电压220 kV，放大倍数为200万倍.制样时，将0.05 g粉体置于无水乙醇中进行超声分散15 min，取一小滴分散液于铜网上并在50 ℃烘箱中干燥.粉体和成型试件的比表面积和孔结构则通过N2吸附实验测定(ASAP2020).将样品在温度为105 ℃，压力<6.7 Pa条件下，真空脱附2 h后，于77 K下测得.比表面积由BET(Brunauer-Emmett-Teller)公式计算而得，孔结构和孔径分布则根据BJH(Barrett-Joyner-Halenda)等温脱附理论获得.2.1.1 成型试件的表观密度图3反映了粉体C1和C2在20,40,60 MPa压制压力下成型所制备试件的表观密度.由图中可以看出，2种粉体所制备试件的表观密度较为接近，且均随着压制压力的增加而增加.C1粉体在20～60 MPa下成型时，试件表观密度为554～803kg/m3; C2粉体试件的表观密度分别为556 kg/m3,702 kg/m3和816 kg/m3.结果表明，随着压制压力的增加，粉体颗粒间距进一步减小，结构变得密实.因此，试件的表观密度增大.此外，根据GB11968-2006《蒸压加气混凝土砌块标准》，可以认为所制备的试件分别属于B06,B07,B08干密度级别.2.1.2 成型试件的力学性能试件的抗压强度和抗折强度见图4.由图中可以看出，两种粉体的成型试件抗压强度和抗折强度均随着压制压力的增加而增加.但整体而言，C1粉体的成型试件抗压强度要略低于C2粉体.在20 MPa压力下成型时，C1粉体对应试件的抗压强度为4.5 MPa，当压制压力提高至40 MPa和60 MPa时，试件抗压强度分别提高至13.9 MPa和20.1 MPa；而C2粉体在20 MPa,40 MPa,60 MPa压力下成型时，试件的抗压强度分别为8.4 MPa，13.2 MPa和30.5 MPa.相反地，C1粉体试件的抗折强度要高略高于C2粉体的成型试件，尤其是在60 MPa压力下成型时，前者为6.5 MPa，后者则为5.4 MPa.主要原因是C2粉体中含有少量的托贝莫来石晶体，在成型试件中可以起到微集料效应[6]，从而使其抗压强度高于C1粉体成型试件.然而，这类晶体可能对抗折强度产生不利影响.此外，结合试件的表观密度，发现本实验中不管是何种粉体，通过压制成型制备的试件强度远高于GB11968-2006中同密度等级的蒸压加气混凝土强度，可以认为，非晶态水化硅酸钙成型试件具有轻质高强的特性.综上所述，纳米非晶态水化硅酸钙在压制压力作用下表现出良好的胶凝性能，能在很短时间内制备出硬化体，且所制备的试件表面完好，没明显缺陷.其原因是在压制成型过程中C-S-H粒子互相靠近，并在引力范围内形成大量的结构键，因而在较低容重时具有较高抗压强度[1].2.2.1 孔结构对C1和C2粉体及其在40 MPa压力下的成型试件进行N2吸附测试，结果见表1和图5.由表中可以看出，C1和C2粉体均具有巨大的比表面积，但在压制成型后，两者的BET比表面积分别下降了3%和21%，由205 m2/g和56 m2/g下降至198 m2/g和42 m2/g，平均孔径也由9.1 nm和23.3 nm下降到5.7 nm和13.6 nm，孔体积则由0.777 cm3/g和0.368 cm3/g下降至0.557 cm3/g和0.133 cm3/g.Stanley-Wood和Shubai[11]认为比表面积的下降是因为颗粒间形成结构键所致.由图5可以看出，C1粉体因在干燥过程中颗粒团聚形成二次粒子而呈现出双峰分布，其最可几孔径分别为21.5 nm和3.5 nm.当在40 MPa压力下成型时，双峰分布消失，而且孔径为3.5 nm处的小孔含量增加.该结果表明，粒径较大的水化硅酸钙颗粒在压制压力作用下会细化形成大量的细小颗粒.尽管在C2粉体中未观察到明显的双峰孔径分布，但其最可几孔径也由最初的33.3 nm减小到21.5 nm.C-S-H孔径减小也间接反映出颗粒间作用力在压制成型后逐渐增强.2.2.2 微观形貌图6和图7为纳米非晶态水化硅酸钙C1和C2粉体及其在40 MPa压制压力下成型试件的扫描电镜图.对比粉体的形貌(图6(a)和图7(a))，压制成型后，颗粒相互靠近，形成一个连续的、较为密实的结构.粉体C1是由纤维状或扭曲的箔片状物质组成尺寸为20 μm左右团聚体(图6(a)).在压制压力作用下，C-S-H颗粒失去了它原有的形貌和流动性，并逐渐形成一个较为致密、连续的结构.同时，大颗粒细化为尺寸为2～10 μm的小颗粒，(图6(b)).这些颗粒进一步填充到孔隙中提高了结构的致密性，从而使孔径也发生细化，这与N2吸附的实验结果相符.此外，在该阶段还观察到部分颗粒发生塑性变形产生面接触并形成明显的界面(图6(c))，接触面积急剧增加[12].因此，成型试件的强度增长.由图7(a)可以看出，C2粉体是由箔片状颗粒组成的球形团聚体，表面多孔，粒径为10～50 μm.与C1粉体类似，C2粉体在压制压力作用下，颗粒紧密接触，并形成一个连续结构(图7(b)和(c)).尽管颗粒间还存在明显的界面，但点接触逐渐转变为面接触，结构密实度提高，在宏观上表现为抗压强度提高[13].然而与C1粉体不同的是，并未在该结构中观察到明显的颗粒细化现象.这可能是导致其抗折强度要略低于C1成型试件的原因之一.上述结果表明，处于分散状态的C-S-H颗粒在压力的作用下会因为颗粒间距缩小而发生接触并形成一个连续的结构.其原因是水化硅酸钙颗粒在层间水作用下存在一层液态膜[14]，在压制过程中会发生粘性流动[15-16]，可使颗粒间距减小至引力范围内而形成作用力(如范德华力)，从而使粉体硬化成具有一定强度的试件.随着压制压力增加，颗粒发生细化和塑性变形[12]，形成以点接触为主的凝聚结构和由面接触引起的缩聚结构[1,14]，试件抗压强度提高.N2吸附的实验结果显示水化硅酸钙的接触硬化会引起BET比面积的降低和孔径的减小，由此推断水化硅酸钙表面能在压制压力的作用下有所降低.这也间接反映出非晶态水化硅酸钙颗粒间结构键是由其纳米结构的表面能贡献而形成的[17].1)实验室合成和工业化生产的纳米非晶态水化硅酸钙均具有良好的接触硬化胶凝性能，在20～60 MPa压制压力下制备的成型试件表观密度为550～816 kg/m3，抗折强度和抗压强度分别可达1～6.5 MPa和4.5～30.5 MPa，远高于同等干密度的蒸压加气混凝土强度，属于轻质高强试件.2)在压制压力作用下，非晶态水化硅酸钙的纳米分散颗粒间距缩小并相互接触，从而形成结构键，粉体发生硬化.此时，C-S-H比表面积降低，孔径减小，孔含量降低，颗粒间结构键得到强化.3)SEM分析表明，在压制过程中，C-S-H颗粒发生细化或者塑性变形，形成以点接触为主的凝聚结构和以面接触为主的缩聚结构，促使连续结构的产生，成型试件强度得到提高.【相关文献】[1] (乌)马克苏诺夫，鲁诺娃，格鲁荷夫斯基(著)，蒲心诚(译).接触硬化胶凝材料及复合材料[M].重庆:重庆大学出版社,2004:150-200.(Ukraine)MARKSUNOV,RUNOVA,GLUKHOVSKY. 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混凝土中掺加纳米硅酸钙的原理与应用
混凝土中掺加纳米硅酸钙的原理与应用一、前言混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各种建筑结构中。
然而，混凝土的性能和耐久性往往受到环境、水泥品种、配合比等多种因素的影响，导致混凝土的强度、抗渗性、耐久性等方面存在一定的问题。
为了改善混凝土的性能和耐久性，近年来研究人员引入了纳米材料来掺和混凝土中。
其中，纳米硅酸钙是一种常用的掺和材料，可以显著提高混凝土的性能和耐久性。
本文将详细介绍混凝土中掺加纳米硅酸钙的原理和应用。
二、纳米硅酸钙的特点纳米硅酸钙是一种纳米材料，其粒径一般在10-100纳米之间。
与传统的硅酸钙相比，纳米硅酸钙具有以下特点：1. 高比表面积：纳米硅酸钙的比表面积很大，可以达到100-200平方米/克，这使得纳米硅酸钙能够与水泥中的钙离子反应，形成较稳定的化合物，从而提高混凝土的强度和耐久性。
2. 改善水泥水化反应：纳米硅酸钙可以促进水泥的水化反应，形成更多的水化产物，从而提高混凝土的强度和耐久性。
3. 降低水泥用量：掺加纳米硅酸钙可以降低混凝土中的水泥用量，降低成本，同时还可以减少混凝土的碳排放。
4. 改善混凝土性能：纳米硅酸钙可以改善混凝土的性能，例如提高抗渗性、抗冻性、耐久性等。
三、混凝土中掺加纳米硅酸钙的原理混凝土中掺加纳米硅酸钙的原理主要包括以下几个方面：1. 纳米硅酸钙与水泥反应：纳米硅酸钙可以与水泥中的钙离子反应，形成硅酸钙水化物和氢氧化钙等产物，这些产物可以填充混凝土中的空隙，提高混凝土的致密度和强度。
2. 纳米硅酸钙与水泥中的硅酸盐反应：纳米硅酸钙可以与水泥中的硅酸盐反应，形成较稳定的化合物，例如水合硅酸钙、水硅酸钙等，这些化合物可以提高混凝土的强度和耐久性。
3. 纳米硅酸钙的填充效应：纳米硅酸钙具有高比表面积和良好的填充性能，可以填充混凝土中的空隙，提高混凝土的致密度和强度。
4. 纳米硅酸钙的催化作用：纳米硅酸钙可以催化水泥的水化反应，形成更多的水化产物，从而提高混凝土的强度和耐久性。
一种新型纳米早强剂在深水低温固井中的应用
一种新型纳米早强剂在深水低温固井中的应用在深水低温的恶劣环境下，固井作业面临极大挑战。
当水深达到800～1 200 m时，泥线温度仅有10 ℃左右，而当水深达到1 500～2 000 m时，泥线温度只有3 ℃左右，在如此低温的条件下，油井水泥几乎停止了水化凝结反应，严重影响固井质量[1]。
近年来，针对深水低温环境下固井水泥浆体系强度发展缓慢、流动性差、稠化时间长、窄压力窗口等难题[2-3]，石油工作者们从不同方面进行了研究，除改善水泥本身性能外[4-8]，在水泥浆中添加早强剂已成为解决深水低温固井难题的一大方向[8-15]，常使用无机盐类化合物和有机化合物来改善水泥浆难以凝结、早期强度低的问题，氯化钙是最初使用的一种高效经济的无机盐类早强剂[14]，但氯离子对金属套管腐蚀严重，容易导致套管损坏，并会引发水泥浆触变，有其局限性。
三乙醇胺类有机化合物早强剂能加速铝酸三钙的水化，从而对水泥浆有促凝作用，增强其早强性能，但在深水低温环境下，三乙醇胺会使硅酸三钙的水化诱导期延长，从而表现出缓凝或先缓凝后促凝的作用，不易控制。
近年来，纳米材料受到广泛关注，研究发现纳米二氧化硅对水泥浆具有低温促凝作用，但会影响其流变性能[15]。
鉴于此，研究一种在低温环境下提高水泥早期强度，缩短稠化时间，并对浆体流变性能没有影响的早强剂迫在眉睫。
本文基于纳米硅酸钙子晶能在低温作用下明显缩短硅酸三钙的水化诱导期，提升水泥早期强度而不影响流变性能的原理[16-17]，研制出一种新型纳米早强剂。
下面将详述该新型纳米早强剂的性能、作用机理以及现场应用情况。
1 实验部分1.1 实验材料油井水泥(G级，山东水泥)；海水(中国南海)；消泡剂(自制)；新型纳米早强剂(自制)；氯化钙(分析纯，aladdin)；普通早强剂(自制)。
1.2 实验仪器OWC-9360型恒速搅拌器(沈阳航空航天大学应用技术研究所)；ZNN-D6型六速旋转黏度计(青岛创梦仪器有限公司)；OWC-9480D型稠化仪(沈阳航空航天大学应用技术研究所)；YJ-2001型匀加荷压力试验机(沈阳金欧科石油仪器技术开发有限公司)；5265型静胶凝/抗压强度测定仪(Chandler Engineering)。
高温深井固井用聚合物_纳米SiO2复合添加剂的研究
高温深井固井用聚合物/纳米SiO2复合添加剂的研究Polymer/silica nanocomposite as functional oilwell cement additives for deep/ultradeep oil and gas wells cementing一级学科：化学工程与技术学科专业：应用化学研究生：夏修建指导教师：冯亚凯教授天津大学化工学院二零一七年五月摘要世界能源格局发生重大转变，但当下石油天然气资源仍是能源消费的主力军。
油气勘探开发逐渐向“深、低、海、非”方向发展，深井、超深井数量增加，地质条件日趋复杂，油气井固井难度显著增加。
固井是油气开采的重要组成部分，固井外加剂具有举足轻重的作用。
深井、超深井带来的高温、超高温技术难题给固井水泥浆技术和固井材料开发、应用提出更高的要求。
目前，国内聚合物缓凝剂普遍存在高温调凝效果差、分散性强、大温差下力学性能发展缓慢以及引起水泥浆异常胶凝等缺陷，降失水剂存在耐高温抗盐能力差、高温稀释性强等问题。
本文利用分子设计原理，依据纳米改性技术，制备出聚合物/纳米SiO2复合材料，用作超高温油井水泥缓凝剂和降失水剂，解决了上述聚合物外加剂存在的问题。
本文对聚羧酸类添加剂易引起水泥浆在120℃附近发生异常胶凝的原因进行深入探究，并从分子结构角度提出相应解决或缓解措施。
以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、二甲基二烯丙基氯化铵、N,N-二甲基丙烯酰胺（NNDMA）、衣康酸、二甲基十八烷基烯丙基氯化铵（ODAAC）和改性纳米SiO2（VN）为原料通过原位聚合方法制备了高温缓凝剂ADNIOS。
通过相关技术手段对其结构进行了表征，结果表明合成的聚合物基纳米SiO2复合型缓凝剂达到预期设计目标。
应用性能表明，ADNIOS适用温度范围广（90~210℃）、高温缓凝效果好、加量和温度敏感性弱、高温分散性弱且大温差下强度发展较快。
本论文对缓凝剂分子作用机制和缓凝作用机理进行了研究，并详细分析了其在水泥颗粒表面的吸附动力学和水泥水化动力学。
新型纳米油井水泥浆体系的室内研究
文章编号：1001-5620（2010）04-0056-03新型纳米油井水泥浆体系的室内研究吕斌， 侯力伟， 徐明（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆）摘要 由于长期的注水开发，老区油田地下压力层系复杂、地层综合含水率高，对油井水泥的封固质量提出了新的挑战。
利用主要成分为经过表面改性和化学接枝的纳米级氧化铁的新型多功能纳米材料（DNF）制得了纳米油井水泥浆。
室内研究结果表明，DNF克服了纳米颗粒易团聚、难分散的困难，可与油井水泥干混，施工工艺简单，便于现场贮存和使用；DNF纳米水泥浆流变性能好，水泥石具有微膨胀性；与净浆相比，其15 d水泥石抗压强度及界面强度分别提高了90.1%和49.3%，渗透率降低了63%； DNF水泥石的化学组成和微观形貌得到优化，缺陷减少、水化产物堆积紧密，实现了对水泥环胶结“弱界面”的改善。
DNF纳米水泥浆可用于改善老油田的固井质量。
关键词 纳米材料；油井水泥；抗压强度；抗渗性；界面胶结强度中图分类号：TE256.6 文献标识码：A由于长期注水开发，老油田储层地质情况变化显著、压力系统遭到破坏，地层综合含水率高、矿化度大，水泥石处于地层流体的扰动之中，对油井水泥的封固效果及固井质量造成较大影响。
在水泥浆硬化过程中，水泥与套管胶结界面处结构比较疏松，片状氢氧化钙较多，晶体粗大且定向排列，形成水泥环界面胶结的“弱界面”。
地层流体与水泥石接触后，易生成微溶于水或无胶结性能的固相，如碳酸氢钙、碳酸钙、氢氧化镁等，破坏水泥石本体及界面的结构，造成水泥石渗透率增大、强度降低、胶结质量变差，影响油井水泥的封固质量[1-3]。
因此利用新型多功能纳米材料粒径小、混配性好、化学活性高的特点，通过有效填充、颗粒级配和化学反应，提高G级水泥石的致密性、降低渗透率、抑制界面处Ca（OH）2的生成、从而改善“弱界面”，提高界面胶结强度，为固井质量的改善提供保障[4]。
1 实验原料及仪器使用G级高抗硫油井水泥和自来水配制原浆，水灰比为0.44，密度为1.90 g/cm3。
水化硅酸钙晶种对水泥净浆早期强度影响的实验研究
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ａ ｓ ｔ ｅ ｃ ａｌ ｃ ｉ ｕ ｍ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｈ ｙ ｄｒ ａ ｔ ｅ ｃ ｙｓ ｒ ｔ ａ ｌ ｓ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｉ ｘ ｉ ｎ ｇ ａ ｍｏ ｕ ｎ ｔ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｃｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｄ ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｈ ａ ｓ ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ． Ｔｈ ｅ Ｃ— Ｓ － Ｈ
行业期待 与 关注。 水 化硅酸 钙 （ 也称Ｃ — ｓ — Ｈ）晶种作 为早 强剂在 国 外早 有
研 究 ，￣ ． ｒ ｌ Ｅ ． １ ． Ａ Ｉ — Ｗａ ｋ ｅ ｅ ｌ 等 人利 用水热 法合 成 的Ｃ — Ｓ — Ｈ 凝 胶 态 晶种 ，掺 入后 明显提 高 水泥 的 强度 （ 特 别是 早 期 强度 ） ， 但 国内这 方面 研 究成 果较 少 。本 文采 用 钙盐 与碱 硅 酸 盐 的
ｔ ｈ ｅ Ｃ－ Ｓ－ Ｈ ｃ ｙｓ ｒ ｔ ａ ｌ ｓ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ． Ｂｅ ｓ ｉ ｄ ｅ ｓ ， ｔ ｈ ｅ Ｃ－ Ｓ－ Ｈ ｃ ｙｓ ｒ ｔ ａ ｌ ｓ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｉ ｔ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ， ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｓ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ
纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的研究
纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的研究你有没有听说过“水泥也能促凝”？不，不是你想象中的那种普通的水泥，而是有点“科技感”的那种——纳米级水化硅酸钙晶种，这个名字一看就让人觉得它跟普通水泥有点不一样吧？其实说白了，它就是一种能加快油井水泥凝固速度的特殊添加剂，听起来是不是有点高大上？但它的作用可大了去了，直接关系到油井施工的进度和安全性呢！你要知道，在油井施工的时候，水泥可不是单纯的把孔打满就完事了，它得在一定时间内“凝固”得恰到好处，不能太慢，也不能太快。
如果凝固得太慢，那水泥就得“撑”很久，等得施工队员都想回家了；要是凝固得太快，井口就可能会突然“冒火”，那可就不妙了。
所以，这时候纳米级水化硅酸钙晶种的作用就显得尤为重要了。
它能让水泥凝结的速度更加精准，像个“时间管家”，帮助油井施工更顺利地进行。
咱们先说说它的“纳米”这一层意思。
你想啊，咱们眼睛都看不见的东西，居然能在水泥里起到这么大的作用，这个“微小”的魔力，真的是令人佩服。
它本身其实就是一种非常细小的晶体，像是超迷你的“种子”，一旦它进入到水泥浆中，就会迅速和其他物质发生反应，带动整个水泥的化学反应加速。
你要是觉得这听起来很抽象，那可以想象成你在种花时，给花撒了点“加速成长的肥料”，这肥料一撒，花儿就能迅速成长，不然光靠土壤和水，长得慢得你都能打瞌睡了。
更神奇的是，这种“种子”在水泥里待的时间不长，但它对水泥凝固的帮助却很持久。
这就好像你给班上的学生上了一堂“特训课”，他听了一遍就记住了，剩下的时间自己就能默默学习，直到考试那一刻，他不仅能答对，还能答得飞快。
简直就是帮水泥“提速”啊！这个水化硅酸钙晶种也不是一味地加快反应速度，它更讲究的是“精准”。
有时候如果加速得过头，反而会导致水泥内部结构不稳定，容易开裂，甚至出问题。
可这个纳米级晶种的妙处就在于，它能控制反应的“度”，就像你在炒菜时，火候太大就糊锅，火候太小又炒不熟，它帮你把握住了最完美的那个时刻，保证水泥既结实又稳当。
纳米材料在油气井水泥浆中的应用研究进展
纳米材料在油气井水泥浆中的应用研究进展摘要：在油井水泥浆中添入纳米材料，可显著提高水泥石强度，让油气井的固井质量得到保证。
基于此，本文将着重介绍纳米材料在油气井领域的应用现状和发展趋势。
关键词：纳米材料；油气井水泥浆；应用现状；发展趋势在钻井作业过程中，油井固井至关重要，因为随着能源的不断枯竭，我国油气资源的开采难度也在不断提高，为了提高油气井的产出安全性，就要求油气井必须具备良好的固井质量。
随着纳米技术的不断成熟和进步，纳米材料开始在油气井领域扮演着重要角色，常见的纳米材料有纳米氧化铁、纳米二氧化硅、改性纳米管、纳米粘土等。
但是现如今，我国纳米材料在固井领域的应用和研究尚处于起步发展阶段，需要技术人员在此方向和领域进行深入研究和探讨。
一、纳米材料在油井水泥浆中的应用现状（一）纳米二氧化硅在高温条件下，纳米二氧化硅可以显著提高乳胶水泥浆的稳定性，因为纳米无机材料可以对乳胶颗粒进行均匀包裹，并在颗粒物表面形成一层保护膜，在保护膜的作用下，乳胶颗粒发生胶结的概率较低。
除此之外，纳米无机材料也可以对水泥的水化产生一定影响，并可有效减少水化产物中的硅酸钙凝胶和氢氧化钙含量，如此一来，乳胶体系中的钙离子就会相应减少，钙离子所带来的影响就会降低，这可显著提高乳胶体系的稳定性。
将纳米硅乳液与乳胶按一定比例调配，得到一种新型的纳米液硅防气窜水泥浆体系，在该水泥浆体系中，纳米二氧化硅表面的大量羟基，会与氢氧化钙发生反应，并生成水化碳酸钙，该物质具有较高活性，同时也可使得水泥浆的胶凝强度为进一步提高。
该水泥浆体系形成的水泥石具有胶结强度高、稳定性好、抗冲击能力强等特点，能有效应对井区静止温度高、气层活跃等问题。
通过实践应用，极大程度的解决元坝、彭州区块超深油气井固井难题。
（二）改性碳纳米管在油气井领域，碳纳米管类似于纤维，作为一种纳米级的纤维，可让水泥石中存在的细微裂缝得到有效填充，这可显著提高水泥石的韧性和抗拉强度。
纳米水化硅酸钙的制备及对水泥水化影响的研究进展
醇胺类早强剂掺量敏感,且价格较高;复合两种或多种不同种类的早强剂虽然可以实现相互协同作用,但是
依然存在经济性较差、影响后期性能等问题。 开发与使用新型早强材料来提高混凝土早期强度,提升生产效
率,从而满足混凝土行业低碳、绿色的发展需求是未来的发展趋势。
验设计钙硅比分别将相应质量的氧化钙和二氧化硅粉末放入反应釜中,加入去离子水,充分搅拌 20 min 后,
将反应釜密封放入 180 ℃ 鼓风干燥箱中反应 12 h,随后在 60 ℃ 的真空环境下抽滤、烘干制备得到纳米
strength; long-term strength
0 引 言
随着我国建筑工业化的不断推进,装配式建筑与混凝土预制构件得到了长足的发展。 在传统混凝土预
制构件生产中,需要采用蒸汽养护方式来提高混凝土早期强度,缩短脱模时间,提高模板周转效率。 然而蒸
汽养护需要消耗大量的热能,同时排放 CO2 、SO3 、氮氧化物等温室气体与污染物。 化学外加剂作为现代混凝
作者简介:陈 娇(1994—) ,女,硕士研究生。 主要从事外加剂对水泥基材料性能影响的研究。 E-mail:731051256@ qq. com
通信作者:慕 儒,博士,教授级高工。 E-mail:ru_mu@ hotmail. com
1430
水泥混凝土
硅 酸 盐 通 报
High Performance Civil Engineering Materials, Nanjing 211103, China; 3. Jiangsu Sobute New Materials Co., Ltd., Nanjing 211103, China)
纳米材料在油井水泥中的应用进展
纳米材料在油井水泥中的应用进展宋建建;许明标;王晓亮;周俊;吴宇萌【摘要】纳米材料具有粒径小、表面能大、比表面积大的特点,将其添加到油井水泥中制备成性能优异的固井水泥浆是国内外研究的热点.介绍了纳米材料在油井水泥中的作用,包括促进水泥水化、改善油井水泥石力学性能、降低水泥石渗透率和孔隙度、提高水泥石耐温性、提高浆体稳定性等;并对目前在油井水泥中应用的纳米碳材料、纳米矿粉、纳米金属氧化物三类纳米材料进行了详细分析,重点阐述了纳米二氧化硅、纳米重晶石粉、纳米沸石粉、埃洛石纳米管、纳米黏土、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化铁、碳纳米管/碳纳米纤维、石墨烯纳米片在油井水泥中的应用进展及作用机理.最后指出了纳米材料在油井水泥应用中存在的问题,提出未来需要在纳米材料分散性、对油井水泥性能的双重影响及应用成本方面进一步探索和研究.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)019【总页数】8页(P141-148)【关键词】纳米材料;纳米粒子;油井水泥;固井;纳米二氧化硅【作者】宋建建;许明标;王晓亮;周俊;吴宇萌【作者单位】长江大学石油工程学院,武汉430100;长江大学石油工程学院,武汉430100;非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学),武汉430100;非常规油气湖北省协同创新中心(长江大学),武汉430100;长江大学石油工程学院,武汉430100;长江大学石油工程学院,武汉430100【正文语种】中文【中图分类】TE39油气井固井就是将水泥浆注入环空(井壁与套管之间)的过程,目的是为了实现层间封隔、支撑和保护套管[1]。
油井水泥是固井材料的主要组成部分，形成的水泥石是有先天微观缺陷的脆性材料,并存在抗拉强度低、抗破裂性能差等固有缺陷[2—4]。
油气井开发过程中，井下水泥环的破坏必然减弱或失去封隔地下油、气、水层的作用,造成层间窜流并腐蚀套管,严重时会使油气井报废。
为了成功地进行层间封固，水泥环应具有一些重要的性能，包括低渗透性、高早期抗压强度、良好的抗拉强度等性能，并能抵抗一定的井内载荷影响。
纳米材料改性油井水泥研究
智者论道智库时代·260·随着纳米材料生产技术的进步，纳米技术已经在石油工程中广泛应用于勘探、钻井、采油和油藏多个领域。
如今人们越来越多地采用纳米技术来改善油井固井过程。
传统的水泥基材料是天然的，脆性好，但抗拉强度低，体积收缩率低。
影响井下作业环境的因素会带来成本昂贵、重复作业、产能减少、环境污染等问题，甚至导致油井产量的损失。
为了提高固井工艺，本文介绍了一种基于纳米乳液技术的纳米隔离剂，该隔离剂可以提高驱替效率，更好地去除水泥，改变润湿性，提升套管与地层间的附着力。
一、影响层间隔离的因素影响层间隔离的潜在失效组分可分为三组：地层-水泥脱粘(外环)、套管-水泥脱粘(内环)和水泥环本身的失效。
地层-水泥脱胶，可由体积收缩、泥浆清除不彻底、地层与水泥环之间的刚度差异和或套管内的温度和压力变化引起。
由于套管内部的刚度差异和或压力和温度波动，可能会形成套管水泥脱粘。
水泥环本身的破坏可由压力和温度的波动以及体积收缩引起的拉伸破坏或循环荷载、地层压力、地层沉降和移动，也可能导致剪切破坏，水泥套管不能正常工作的主要原因是抗拉性能过低和体积不稳定性。
二、影响拉伸性能的因素（一）纳米粒子具有高表面积/体积比的纳米颗粒可作为促进水泥水化添加剂的核心。
作为增强材料，必须使微观结构致密，从而降低孔隙。
对于所有纳米颗粒，最重要的问题是实现均匀分散，关键影响因素如浓度、基质黏度和吸引力。
添加5%和3%的纳米SiO2和5%的TiO2可降低混凝土的抗弯强度。
（二）柔性粒子柔性颗粒被用来提高水泥基体系的柔韧性。
可用于水泥系统柔性颗粒的特性包括：（1）粒径500μm；（2）密度小于1500kg/m 3；（3）杨氏模量<5GPa，优选<2Gpa；（4）0.3<泊松比<0.45。
多种聚合物材料符合上述性能标准，例如聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯、苯乙烯-二乙烯基苯或苯乙烯-丁二烯等热塑性塑料，但上述聚合物材料不适合高温应用，因为在高温下熔化或变质。
【CN109880604A】一种油井水泥用弱促凝型早强剂【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910119546.1(22)申请日 2019.02.18(71)申请人 天津中油渤星工程科技有限公司地址 300459 天津市滨海新区天津塘沽海洋高新技术开发区黄山道269号申请人 中国石油天然气集团公司 中国石油集团海洋工程有限公司(72)发明人 卢海川 高继超 李洋 李建华 刘勇 霍明江 宋伟宾 李宗要 (74)专利代理机构 北京众达德权知识产权代理有限公司 11570代理人 王俊杰(51)Int.Cl.C09K 8/467(2006.01)(54)发明名称一种油井水泥用弱促凝型早强剂(57)摘要本发明公开了一种油井水泥用弱促凝型早强剂，所述早强剂含有以下组分：以重量份计，纳米材料30～70份，无机盐20～50份，有机盐5～20份，减阻剂5～30份；其中纳米材料选自纤维状结构纳米材料与片状结构纳米材料的混合物。
本发明所述油井水泥用弱促凝型早强剂，对水泥浆稠化时间影响轻微，但可显著增加水泥石的早期强度，表现出弱促凝高早强的性能，且可改善水泥浆稳定性，对水泥浆其他性能无不良影响，具有良好的综合性能。
权利要求书1页 说明书6页CN 109880604 A 2019.06.14C N 109880604A权 利 要 求 书1/1页CN 109880604 A1.一种油井水泥用弱促凝型早强剂，所述早强剂含有以下组分：以重量份计，纳米材料30～70份，无机盐20～50份，有机盐5～20份，减阻剂5～30份；其中纳米材料选自纤维状结构纳米材料与片状结构纳米材料的混合物。
2.如权利要求1所述的油井水泥用弱促凝型早强剂，其特征在于，所述纤维状结构纳米材料与片状结构纳米材料的质量比为1:1。
3.如权利要求1或2所述的油井水泥用弱促凝型早强剂，其特征在于，纤维状结构纳米材料为纳米碳化硅；所述片状结构纳米材料为纳米氢氧化铝和/或纳米氢氧化镁。
纳米水化硅酸钙对混凝土耐久性的影响
纳米水化硅酸钙对混凝土耐久性的影响李遵云;杨林;屠柳青;秦明强;叶志坤【期刊名称】《混凝土》【年(卷),期】2013(000)010【摘要】采用平板试验、绝热温升、抗渗透试验及盐水浸烘循环试验评价不同掺量纳米水化硅酸钙材料对混凝土耐久性的影响,并研究纳米水化硅酸钙对混凝土抗压强度和水泥基材料需水量的影响.研究结果表明:该纳米材料能明显提高混凝土的抗渗透性能,降低钢筋的腐蚀速率,延长钢筋发生锈蚀的时间,提高混凝土结构使用寿命.掺入纳米水化硅酸钙后,混凝土的绝热温升和单位开裂面积均降低,抗开裂性能得到改善;混凝土抗压强度也有一定程度的提高,对水泥基材料需水量无不利影响.【总页数】4页(P112-114,118)【作者】李遵云;杨林;屠柳青;秦明强;叶志坤【作者单位】中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北武汉430071;中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北武汉430071;中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北武汉430071;中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北武汉430071;中交武汉港湾工程设计研究院有限公司,湖北武汉430071【正文语种】中文【中图分类】TU528.041【相关文献】1.改性木素磺酸盐高效减水剂对水泥水化及混凝土耐久性的影响 [J], 庞煜霞;楼宏铭;邱学青;杨东杰2.水化硅酸钙对加气混凝土干燥收缩的影响 [J], 高超;蒋亚清;王玉;潘云峰;黄万明3.保温养护方式下水化硅酸钙晶种对混凝土性能的影响 [J], 李书明;郑新国;谢永江;董全霄;张志远;刘竞;程冠之4.铁尾矿砂掺量对混凝土力学性能、耐久性及水化特性的影响研究 [J], 程和平;陆璐5.纳米水化硅酸钙的制备及对水泥水化影响的研究进展 [J], 陈娇;于诚;慕儒;余鑫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
从纳米水化硅酸钙到水泥净浆弹性性能多尺度递推模型
从纳米水化硅酸钙到水泥净浆弹性性能多尺度递推模型
童涛涛;李宗利;刘士达;张晨晨;金鹏
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)7
【摘要】混凝土具有多尺度结构特征,其力学性能受到不同水化产物组分及微观结构的影响。
基于分子动力学方法、化学计量法和均质化方法,建立了从纳米尺度水
化硅酸钙(C-S-H)到水泥净浆弹性性能多尺度递推模型,其计算结果与实验数据吻合较好。
基于该模型的计算结果可得:C-S-H凝胶中44%的孔隙率致使其体积模量、剪切模量和杨氏模量分别降低了约66%、53%和55%。
当水灰比从0.3变化至
0.5时,水泥净浆的体积模量、剪切模量和杨氏模量分别降低了约39%、30%和32%;LD C-S-H和毛细孔的体积分数分别增大了13%和20%。
水化产物中C-S-H 的体积分数越大,或水泥熟料中硅酸三钙的质量分数越大,水泥净浆的弹性参数越大。
该模型为水泥基材料微观调控提供了指导。
【总页数】8页(P126-133)
【作者】童涛涛;李宗利;刘士达;张晨晨;金鹏
【作者单位】西北农林科技大学水利与建筑工程学院;西北农林科技大学旱区农业
水土工程教育部重点实验室;山东电力工程咨询院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU525
【相关文献】
1.水化硅酸钙晶种对水泥净浆早期强度影响的实验研究
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纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的研究
随着世界工业和生活水平的不断提高和发展，资源的利用和环境的保护已经成为人们关注的重要问题。
其中，油井水泥尤其涉及到人类能源需求和环境保护两个重要领域。
然而，传统的水泥材料在使用过程中存在着各种问题，如效果不稳定、易开裂、易出现渗漏等。
因此，研究高性能水泥材料已成为当前许多国家和科研机构的热点问题。
本文主要研究了纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂的应用。
水化硅酸钙（CSH）是水泥混凝土主要的胶凝材料之一，其晶种是促进水泥凝结反应的关键因素。
本研究利用水化硅酸钙晶种对混凝土进行了改良和优化，以期能够提高油井水泥的性能和可靠性。
实验过程中，我们采用了不同比例的纳米级水化硅酸钙晶种来促进水泥凝结反应。
通过对比实验数据，我们发现纳米级水化硅酸钙晶种能够显著提高水泥的强度、塑性和抗渗性能。
同时，相比于传统的水泥材料，利用纳米级水化硅酸钙晶种的水泥材料在使用过程中的稳定性和可靠性也得到了极大的提高。
本研究的结果表明，在油井水泥材料改良和优化方面，利用纳米级水化硅酸钙晶种作为促凝剂的方法是一种极为有效的选择。
纳米级水化硅酸钙晶种不仅能够提高水泥材料的性能和可靠性，同时也有助于保护环境、节约资源，是一种具有广泛应用前景的新型材料。
总之，本文通过对纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥促凝剂
的研究，为水泥材料的改良和优化提供了有益的理论基础和实验数据支持。
希望这一研究成果能够对国内外油井水泥材料的研究与开发起到积极促进作用。
同时，本研究也对纳米级水化硅酸钙晶种的制备方法、优化条件等进行了探索和研究。
实验结果表明，在一定条件下，制备纳米级水化硅酸钙晶种可以达到更好的效果。
这些研究成果不仅为深入探究纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥材料的应用提供了更加完善的理论与实验基础，同时也可为相关领域的其他研究提供参考和借鉴。
在实际应用中，本研究提出的纳米级水化硅酸钙晶种和油井水泥材料的复合使用解决了传统水泥材料在油井一类特殊环境中表现不佳的问题。
实验数据表明，晶种掺杂浓度越高，促进水泥凝结的作用就越强。
同时，优化后的油井水泥材料还可以针对不同的井环温度、压力等特殊环境进行调整，以达到最佳的适应性和稳定性。
需要注意的是，在未来的研究中，还需要更加深入地探究纳米级水化硅酸钙晶种与油井水泥材料之间的化学反应机制和作用形式。
这对于解决油井水泥材料在实际应用过程中出现的一些问题和难题具有十分重要的意义。
同时，也需要对不同的油井水泥材料进行系统比对和实验验证，以保证相关研究成果的可靠性和推广性。
总之，纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥材料的促凝剂是一项有重要应用价值的研究。
利用晶种控制水泥晶体成长过程，可以改善水泥微观结构、强化结合力和提高抗渗性能，从而提高油井水泥的整体性能和可靠性。
此外，本研究中还提供了一
种简单、高效的纳米级水化硅酸钙晶种制备方法，为相关领域的后续研究和应用提供了借鉴和参考。
综上所述，纳米级水化硅酸钙晶种作为油井水泥材料的促凝剂，具有广泛的应用前景和发展潜力。
此外，本研究还探讨了纳米级水化硅酸钙晶种的微观结构和晶体形貌的特点。
通过扫描电镜和X射线衍射等
测试手段，发现纳米级水化硅酸钙晶种的晶体尺寸在10-50nm，且表面呈现出多孔结构。
这种特殊的晶体结构使得纳米级水化硅酸钙晶种在油井水泥材料中起到了独特的促进晶体成长的作用。
此外，本研究还发现纳米级水化硅酸钙晶种可以显著提高水泥晶体的晶化度和结晶速率，从而增强油井水泥的抗压强度和耐久性。
这一发现在技术上对于提高油井水泥材料的性能具有重要意义。
同时，晶种掺杂还可以减缓水泥的初凝时间，从而降低了现场施工中的操作难度和人员安全风险。
这为油井水泥的工程施工提供了更可靠的保障，同时也可以降低油井的运营成本和维护难度。
最后，需要指出的是，在纳米级水化硅酸钙晶种的研究中还存在一些问题和挑战。
比如，目前大多数研究仍停留在实验室阶段，需要进行更多的实验验证和工程应用。
此外，纳米级水化硅酸钙晶种的生产成本相对较高，需要进一步降低成本并提高生产效率。
同时，也需要开展更广泛的国际合作和交流，以推动油井水泥材料领域的技术进步和发展。
综上所述，纳米级水化硅酸钙晶种作为一种新型的油井水泥材料促凝剂，在油井建设和运营中具有重要的应用价值和发展潜
力。
在未来的研究中，需要进一步深入探究晶种与水泥材料之间的相互作用和作用机制，提高晶种的生产效率和降低成本，并加强国际合作和交流，促进油井水泥材料领域的技术创新和应用拓展。
本文介绍了纳米级水化硅酸钙晶种作为新型促凝剂在油井水泥材料中的应用研究。
纳米级水化硅酸钙晶种具有多孔结构和特殊晶体形貌，可以促进水泥晶体的成长，并提高晶化度和结晶速率，从而增强油井水泥的抗压强度和耐久性。
晶种掺杂还可以减缓水泥的初凝时间，降低施工难度和人员安全风险。
然而，纳米级水化硅酸钙晶种的生产成本较高，需要进一步降低成本和提高生产效率。
在未来的研究中，需要深入探究晶种与水泥材料之间的相互作用和作用机制，并加强国际合作和交流，促进油井水泥材料领域的技术创新和应用拓展。
该研究对油井建设和运营具有重要的应用价值和发展潜力。