影响矿渣-粉煤灰胶凝体系强度的因素.PDFVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 31卷 第6期 2007年 12月 JOuRNAIOFDAQINGPETROlEUM INSTITUTE Vo1．31 No．6 Dec． 2007 影响矿渣一粉煤灰胶凝体系强度的因素 张景富，闫占辉，王 宇，丁 虹 (大庆石油学院 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318) 摘 要：利用强度测试仪等设备，分析无熟料矿渣一粉煤灰混合胶凝材料体系的强度性能，以及基材配 比及激发剂 等的质量分数对混合胶凝体系强度的影响．结果表明，采用矿渣、粉煤灰 2种工业废料作为胶凝体系基材，通过合理添加 外加剂能够解决胶凝体系的快凝 问题 ．且能够获得较高的早期强度和后期强度． 关 键 词：矿渣 ；粉煤灰 ；激发剂 ；强度 中图分类号：TQ172．4 4；TE256 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—1891(2007)06—0084—03 0 引言 目前，大量使用的油井水泥是以波特兰水泥熟料矿物成分为主要组分的基本油井水泥，其生产加工存 在工序繁多，能源和资源消耗大 ，co。的排放量大，环境污染严重等问题 ．随着对矿渣及粉煤灰水硬活 性的深入研究，逐渐将其引入到油气井固井水泥的研制开发 中，提出一种以基本油井水泥为基础 ，掺加矿 渣及粉煤灰的矿渣油井水泥和粉煤灰油井水泥，获得 比纯油井水泥更理想的特殊作用效果 ．对于不采 用水泥熟料的矿渣一粉煤灰胶凝胶凝体系，其相关的水化硬化机理及工程性能问题 ，仍没有得到解决．由 此，笔者在文献[4]的基础上，利用强度测试仪等设备，分析无水泥熟料矿渣一粉煤灰胶凝胶凝体系的强度 性能． 1 实验材料 实验用矿渣为唐山唐龙新型建材有限公司生产的 “伟胜”牌粒化高炉矿渣粉 ，其主要化学成分及质量 分数分别为：SiO2，31．82 ；A12O。，16．07 ；Fe2O。，1．87 ；CaO，37．78 ；MgO，8．46 ．该矿渣的活性 用碱度 b评疋 ，b=w(CaO)+w(MgO)+让，(A1O。)／w(SiO)，由此可得 h一1．951．40，说明实验所用的 矿渣粉的活性较高． 实验用粉煤灰为大庆东光科技开发公司生产 ，其主要化学成分及质量分数分别为 ：SO。，0．3 ；SiO2， 62．3 ；Alo。，21．3 ；Fe。O。，5．0 ．其 中活性组分为 叫(SiO )+叫(Al())+叫(Fe2O3)一88．6％． 实验 中浆体配制 、样品养护及强度测试按 API标准进行． 2 影响因素及合理配 比 2．1 基材配 比 以水玻璃为主的复合激发剂的质量分数为 4 时，矿渣和粉煤灰2种基材的配 比，对不同养护时间条 件下胶凝体系强度的影响曲线见图 1．由图 1可知，随着矿渣质量分数的增加，胶凝体系的早期强度明显 提高．当矿渣的质量分数高于8O 时，胶凝体系的后期强度有衰减趋势．其原因：在胶凝体系水化早期， 主要进行的是矿渣受碱性激活剂激发发生的水化反应 ，对混合胶凝材料强度有主导作用 ；粉煤灰的火 山灰 效应缓慢 ，在初期基本还未开始水化 ，因此对早期强度无明显作用．当水灰 比(质量分数)与碱性激活剂的 收稿 日期：2006—11—09；审稿人 ：范洪寓；编辑 ：郑丽芹 作者简介 ：张景富(1963一)，男 ．博士后，教授 ，主要从事布井技术 、钻井流体力学方面的研究 · 84 · 维普资讯 第 6期 张景富等：影响矿渣一粉煤灰胶凝体系强度的因素 质量分数一定时，若矿渣的质量分数大于早期水化反应的水量与激 活剂量所相应的质量分数 ，则混合胶凝体系中过量 的矿渣沉淀在水 化产物中，影响了硬化体的结构，从而使早期强度呈下降趋势．胶 凝体系中的粉煤灰的活性低于矿渣 ，其主要作用是能够与矿渣水化 作用生成的Ca(OH)发生二次火山灰效应，因此对胶凝体 系的早 期强度影响较小． 体发生解体，参与基材水化反应．随着水玻璃质量分数由4 ～9