固井水泥石孔隙结构演变及力学强度发展规律

本研究以水泥水化数值模拟模型HYMOSTRUC3D为基础,建立了固井水泥浆水化模型,获取了固井水泥石的CH含量和抗压强度,并分别与实验所得固井水泥石的CH含量和抗压强度进行对比,模拟结果与实验结果的偏差分别为0.7％～8.7％和0.5％～10.7％,结果吻合较好,验证了所建模型的准确性.然后,基于所建模型探究了水泥矿物成分(C3S、C2S、C3A和C4AF)、水化产物(C-S-H和CH)、孔隙率、孔径分布等随水灰比和水化龄期的变化关系,并在Para View中重建了水泥石三维微结构.此外,分别采用Ryshkewitch方程、Schiller方程和二次线性方程探讨了水泥石的抗压强度与总孔隙率、毛细孔隙率的变化关系.研究结果表明:(1)水泥水化过程中,固井水泥石的孔隙率逐渐减小,孔径分布逐渐变窄,抗压强度逐渐增大;随水灰比的增大,孔隙率相应增大,孔径分布范围变宽,抗压强度减小.(2)水泥石的抗压强度与总孔隙率、毛细孔隙率呈负相关,采用Ryshkewitch方程、Schiller方程和二次线性方程分别拟合水泥石的抗压强度与总孔隙率、毛细孔隙率的关系,拟合决定性系数R2分别为0.92、0.85、0.91和0.97、0.95、0.97.(3)相比于Schiller方程和二次线性方程,Ryshkewitch方程在研究水泥石抗压强度与总孔隙率、毛细孔隙率的关系时更具普适性,毛细孔隙率是决定抗压强度的主要因素.(4)可采用y=191.5e-0.074x开展固井水泥浆抗压强度发展和毛细孔隙率变化规律的预测和研究.

Pore Structure Evolution and Strength Development of Set Cement