C3S的制備及其水化產(chǎn)物抗碳化腐蝕性能研究.pdf

1、酸性氣體CO2對油井水泥環(huán)的碳化腐蝕作用，大大縮短了油氣井的服役年限，會造成巨大的經(jīng)濟損失，更甚還會帶來人員傷亡。因油井水泥的水化過程相當(dāng)復(fù)雜且影響因素較多，C3S礦物在水泥熟料中又占據(jù)著非常重要的位置，故本文以實驗室制備的礦物C3S為研究對象，探究其水化產(chǎn)物碳化腐蝕機理，為油井水泥抗碳化腐蝕研究提供理論依據(jù)。
　　本論文主要采用溶膠-凝膠法，以 TEOS為硅源，Ca(NO3)2·4H2O為鈣源，EtOH為共溶劑，硝酸溶液為催化劑

2、，制備了C3S礦物。并探究了水固比和水化溫度對C3S水化產(chǎn)物C-S-H凝膠的形成過程的影響，同時也探究了不同形貌C-S-H凝膠的抗碳化能力。結(jié)合XRD、SEM-EDS、DSC-TG、熒光分析、激光粒度分析、水化熱分析等測試方法，主要研究結(jié)果如下：
　　1．采用溶膠-凝膠法制備C3S礦物。干凝膠顆粒疏松多孔，其最佳預(yù)燒制度為：預(yù)燒溫度540℃、保溫時間60min。影響制備C3S礦物的因素，以煅燒溫度為主，其次是保溫時間和冷卻方式。制

3、備C3S礦物的最佳工藝制度為：4℃/min的升溫速度，1450℃的煅燒溫度，12h的保溫時間以及液氮冷卻的取樣方式。
　　2．C3S礦物基本物化性能。制備出平均粒徑為9.67μm，比表面積為15.16 cm2/kg，顆粒微觀形貌為多邊形的 C3S粉末，其 f-CaO的含量低于0.2％，72h水化總放熱量為310 J/g。水固比越大，C3S的水化誘導(dǎo)期縮短，水化速率加快。
　　3．C3S水化產(chǎn)物微觀形貌。在低水固比（W/S=0

4、.3），20℃水化，C3S顆粒的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠的微觀形貌為針棒狀，并呈輻射狀包裹在顆粒表面。在高水固比（W/S=20）不同水化溫度下，C-S-H凝膠的微觀形貌又有所差異：低溫20℃水化，水化產(chǎn)物C-S-H凝膠為片層結(jié)構(gòu)；中溫60℃水化，水化產(chǎn)物C-S-H凝膠為束狀纖維結(jié)構(gòu)；高溫100℃水化，水化產(chǎn)物C-S-H凝膠為纖維鳥巢結(jié)構(gòu)。C3S的另一水化產(chǎn)物氫氧化鈣晶體，在液相中沿（001）晶面定向生長。C-S-H凝膠的Ca/Si在1.4

5、-1.6之間。
　　4．碳化作用對水化產(chǎn)物物相組成的影響。在加速碳化環(huán)境下，不同形貌的 C-S-H凝膠抗碳化能力有明顯差異。20℃和60℃水化樣品在加速碳化環(huán)境下，C-S-H凝膠和碳酸反應(yīng)生成一種無定型硅膠和CaCO3晶體，CaCO3為方解石結(jié)構(gòu)。100℃水化樣品在加速碳化環(huán)境下，一部分C-S-H凝膠和碳酸反應(yīng)生成結(jié)晶度較低的C-S-H和CaCO3晶體，碳化后樣品中CaCO3有兩種結(jié)構(gòu)，分別是方解石結(jié)構(gòu)和文石結(jié)構(gòu)。
　　5．