一种再生材料对水泥石高温力学性能的影响文献综述

 2021-12-15 09:12

文献综述

1 研究背景硅酸盐水泥作为油井固井材料已有几十年的历史,用以确保油气井的完整性[1],净浆在高温条件下的抗压强度和结构有显著的退化[2],因此会在水泥中掺入高温稳定材料(富硅材料)如纳米二氧化硅和特殊废弃物等功能材料,但这些材料在高温高压环境中大多失效[3-12]。

废弃玻璃在全世界固体废弃物中占比很高且大部分被填埋处理,但它是一种的无定型SiO2含量高的材料,具有很强的潜在火山灰活性,本研究将通过实验对废旧玻璃作为水泥中的矿物掺合料可行性进行验证[13-15]。

2 玻璃粉概述 玻璃粉是一种以无定型SiO2为主的材料,颗粒表面光滑,多呈不规则的薄片状、棱角状和碎屑状[22]。

废弃玻璃粉作为全球范围内固体废弃物中占比较大的材料,获取方式简单、价格低廉且储量丰富,由于处理不当且再生利用方式较少,92%的废弃玻璃仍被填埋。

玻璃粉成分中含有大量的SiO2,具有火山灰活性,能参与水泥的水化,当玻璃粉的粒径减小到一定程度时可以在混凝土中替代部分水泥使用[16,17]。

利用废弃玻璃粉中的高SiO2含量可以有效抑制水泥石在高温高压条件下出现的力学性能衰退,将废弃玻璃粉运用于高温高压固井中,不仅可以实现固体废弃物的再生循环利用,同时可以有效改善油井水泥在高温高压条件下的力学性能。

(a) 100 μm(b) 10 μm 图1 玻璃粉SEM微观图片.3. 玻璃粉对混凝土的影响玻璃粉的掺入有缓凝效果。

玻璃粉替代水泥后,水泥用量减少,有效水灰比提高,形成的胶凝相更少,其初凝时间延长约10 min,对终凝时间影响不大[18]。

粒径小于41 μm的磨细玻璃粉在水泥水化过程中提供更多的C-S-H成核位点,加速水泥的水化,由此可抵消掺入玻璃粉后导致的水泥早期水化的延迟[19]。

玻璃粉的火山灰效应、填充效应能改善混凝土的微观孔隙结构,抗冻、抗渗性能也会得到相应提升。

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