对比水泥（精选8篇）
对比水泥 篇1
1 前言
我们都知道水泥进行加水工作后就会形成一定的浆体物, 能够有效地胶结一些材料比如沙石之类的。而且能够在空气中以及水中进行充分的硬化, 是我们的各项基础建设活动所用的主要材料。他有很多的优点, 比如原料易于得到、能够防火而且有很强大的适应能力, 使用起来特别的方便。因此他被很好的应用到我们的农业以及交通还有各类型的城建工作中去。有很好的经济优势, 能够有效地促进我国的经济建设以及提高广大群众的生活质量。我们发现水泥的种类有很多。我们一般将他们分为硅酸盐系、铝酸盐系、硫铝酸盐系等系列品种, 如果按照用途以及性能来划分的话就是有通用的、专用的以及特性的材料三种。每种的用法各不一样。本文重点的介绍其中的两种。硅酸盐类的以及铝酸盐类的。通过我们的介绍旨在更好地服务与我们的经济建设活动。
2 相关的对比因素
目前我们大量使用各水泥主要就是上述的这两种。因为他们的物理性质以及化学性质都存在很大的差异。因此他们的性能截然相反, 而且使用的范围更是不一样。
2.1 硅酸盐水泥
在所有的水泥材料中, 用的最多的就是这种。我们一般加水搅拌, 此时在水泥的表面就会产生一定的反映, 这种物质会有效地融到水里面, 然后颗粒材料又会再次出现新的表层, 在与水进行反映, 通过这种不断的进行反映, 这时溶液就会变为饱和溶液形式。当饱和后, 此时的产物就不会在进行溶解了, 此时形成的物质我们称为凝胶体。当水化工作不断进行, 就会有更多的新生胶粒, 此时的凝胶体就会不断的变浓, 泥浆就会发生凝结现象, 相应的物质变为结晶体。结晶贯穿于凝胶体中, 形成具有一定强度的水泥石, 随着硬化时间的延续, 水泥颗粒内部未能水化部分将继续水化, 使晶体逐渐增多, 凝胶体逐渐密实, 水泥石就具有越来越高的胶结力和强度。另外, 当水泥在空气中凝结硬化时, 其表面水化形成的氢氧化钙会与空气中的二氧化碳作用, 生成碳酸钙薄层。
通过上面的介绍我们发现, 他发生的水化活动是由材料的表层充分的融到内层的, 一般开始的时候很快, 然后慢慢地就会减缓。
通常来讲在刚开始的前三天一直到前七天之内, 速度是比较的快的, 而且强度也很快。一般在二十八天左右就能有效的完成。此后的速度就会变慢, 强度的增长也会变得很慢。通过实践, 我们发现要想充分的完成水化以及水解工作, 一般要很多年才可。
在我们经常使用的种类里面, 他的标号算是比较高的, 经常被用到重要的结构体系中。而且它的抗冻性能极佳, 特别的适合在冬季进行工作。除此之外, 他的干缩性能也很好, 而且极易耐磨、不会产生较严重的裂缝问题, 对于干燥的路面等较为实用。
除此之外, 他还有很多的缺陷, 下面一一介绍。第一点是当他发生硬化之后, 不能有效地对抗软水侵蚀以及应对化学腐蚀等, 不能有效的应用到含有二氧化碳较高的地方, 而且对于流动性质的软水以及有水压的工程都不太实用。第二点, 他在水化时会产生很多的热量, 因此不适合用到体积较大的混凝土建设活动中。第三点, 它不耐腐蚀。最后一点。他还极其的不耐热。因此不能用到对热有很高要求的建设中去。
2.2 铝酸盐水泥
铝酸盐水泥是以矾土或含铝废渣为主要原料、烧制成以铝酸盐矿物或铝酸盐复合矿物为基本组成的水泥, 代号为CA, 主要矿物组成为铝酸一钙和二铝酸一钙。铝酸盐水泥按Al2O3含量百分数可以分为四类:CA-50、CA-60、CA-70和CA-80。
(1) 当用户需要时, 生产厂应提供结果和测定方法
它的水化过程主要的是指其中的铝酸一钙物质的反映过程。这种过程随着温度的变化会有相应的变化。当温度低于二十度时, 其主要水化产物为Ca O·Al2O3·10H2O;温度在二十到三十之间的时候, 物质为, a O·Al2O3·8H2O;如果温度大于三十度, 主要水化产物为
3 Ca O·Al2O3·6H2O。
水化物CAH10或C2AH8为针状或片状晶体, 互相结成坚固的结晶连生体, 形成晶体骨架。同时所生成的氢氧化铝凝胶填塞于骨架空间, 结构致密, 使水泥初期强度能得到迅速增长, 而以后强度增长不显著。CAH10和C2AH8随着时间延长逐渐转化为较稳定的C3AH6, 此过程随着环境温度的上升而加速, 其结果游离水从水泥石内析出, 孔隙增大, 同时C3AH6本身强度较低, 晶体间结合差, 因而使水泥石的强度大为下降, 引起长期强度下降, 特别在湿热环境中, 强度降低显著。
因为这种材料的水化反映很独特, 所以他的性能也和其他材料有很多区别。第一是, 它的水化热比较的高, 放热的速度很快, 而且多是集中进行, 一般一天内就能放出总量的一大半。第二点是, 他能很好地对抗高温, 一般可以用到温度为一千度以下的结构中去。第三点是, 能很好的对抗腐蚀。第四点是, 当他发生硬化反应之后, 不会产生氢氧化钙物质, 而且结构会变得很紧密, 能有效地对抗侵蚀。最后一点, 是一种早强型的材料, 他一天产生的强度就能达到普通材料三天产生强度的百分之八十还要多。它的后期强度不会很明显的增长, 一般用在工期较紧的以及一些抢修的建设活动中。
3 结论
通过上述分析, 我们发现以上的两种材料在我们的工程建设中起到很重要的作用。但是因为他们的自身存在很多物理以及化学性质的差别, 因此他们的应用范围也很不同。前一种材料的标号较高、有很好的抗冻性能、而且比较耐磨、不会产生严重的裂缝。一般大量使用到结构较为重要的体系中。而且这种材料能有效地在冬季进行使用, 对抗环境的性能很好。后一种材料的特点也很明显, 具有很快的放热速度。而且能有效地抵抗高温, 能很好的抗腐蚀、能广泛的使用到一些腐蚀性的以及耐热的结构体系何总, 而且当工期很近的时候最为突出。通过研究我们发现, 材料不同, 他们的适用范围也不近相同, 因此我们在工作中, 要认真地选取材料。只有选择了正确的材料, 才能保证我们的施工工作能够顺利的开展, 如果只是随意的选择, 那么就会导致不抗腐蚀或者不耐高温等各种不利情况的产生, 对于我们的建设工作有很多不利的影响。因此我们必须要认真的分析好各种材料的特点, 只有做好了这项工作, 才能确保我们的工程质量, 才能真正的造福于民, 造福于社会。
摘要：工作中我们常常会发现水泥的材料多种多样, 常见的有硅酸盐类的以及铝酸盐类的两种不同的材料, 他们对具体的施工等都有重要的贡献, 今天笔者就重点分析一下这两种不同的材料。对于它们的相似性以及区分点进行简单的介绍对比, 以便我们更好的掌握材料。
关键词：硅酸盐水泥,铝酸盐水泥,应用
参考文献
[1]吴中伟, 廉惠珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社, 1999.[1]吴中伟, 廉惠珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社, 1999.
[2]张亚苗.对硅酸盐水泥技术指标的几点分析[J].山西建筑, 2009, 12 (35) :169-170.[2]张亚苗.对硅酸盐水泥技术指标的几点分析[J].山西建筑, 2009, 12 (35) :169-170.
[3]袁润章.胶凝材料学 (第二版) [M].武汉:武汉理工大学出版社, 1996.[3]袁润章.胶凝材料学 (第二版) [M].武汉:武汉理工大学出版社, 1996.
[4]沈春林.聚合物水泥防水涂料[M].北京:化学工业出版社, 2003.[4]沈春林.聚合物水泥防水涂料[M].北京:化学工业出版社, 2003.
[5]李连生, 郭芳芳.硅酸盐水泥的主要性能和应用[J].应用能源技术, 2007 (4) :10-11.[5]李连生, 郭芳芳.硅酸盐水泥的主要性能和应用[J].应用能源技术, 2007 (4) :10-11.
[6]张宇震.中国铝酸盐水泥的生产与发展[J].水泥, 2003 (7) :42-45.[6]张宇震.中国铝酸盐水泥的生产与发展[J].水泥, 2003 (7) :42-45.
对比水泥 篇2
关键词：常规搅拌桩；双向搅拌桩；施工工艺；对比
水泥搅拌桩是利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械将水泥浆固化剂喷入软土地基中强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性和一定强度的桩体，并与桩间土共同作用组成复合地基。
目前搅拌桩在软基加固处理得到广泛的使用，但使用不同的工艺有不同效果，常规搅拌桩与双向搅拌桩在施工质量上、经济上有明显的差别。
一、工程概况
湛江港#300、#301泊位装卸储运系统技术改造工程土建工程把原泊位的3.5万吨级磷矿石装船泊位扩建为15万吨级煤炭卸船泊位，并建设相应的道路、堆场、皮带机栈桥、转换房、变电所等生产辅助建筑及其他配套设施，堆场面积约6.71万平米。其中地基处理中包括C区水泥搅拌桩。C区整平到+6.21m后进行水泥搅拌桩施工，处理面积为23818平方米。
水泥搅拌桩区域按置换率分为五个区域C1、C2、C3、C4和C5，桩径600毫米，等边三角形布置。C1区置换率12%，桩间距1.65米；C2、C3和C4区置换率18%，桩间距1.35米；C5区置换率28%，桩间距1.1米。桩长分别为7～14.3米，桩总长为135631米；根数为14317根，水泥掺入比按15%。
（一）地质情况
本堆场是原有磷矿堆场，已使用多年，上部约有2.5m人工填土，下卧约4.5m的吹填砂，地质情况良好。根据现有地质资料，地质描述如下：
1.人工填土：厚度变化较大。一般在上部为厚度约20～30厘米的混凝土地板，下部以红色粉质粘土及粉土为主，含少量中砂颗粒，湿，可塑，粘散。
2.吹填砂：浅褐色中砂，饱和，松散，砂质较纯，级配一般。
3.淤泥质粘土：厚度较小，平均厚度为0.67米，灰黑色，饱和，软塑，上部含少量中砂颗粒，下部粘性较好。
4.粉质粘土：厚度变化较大，浅黄色，湿，可塑，混杂少量细砂，粘性较好，局部为粘土。
5.粘土：灰色，湿～很湿，可塑，局部为软塑，粘性较好，间夹薄层粉细砂，具水平状层理。
6.中砂：灰白色、浅黄色，饱和，稍密～中密，局部松散，含少量局部多量粘粒，具粘性，局部相变为粉土。
7.粉质粘土：灰白色，湿～稍湿，可塑～硬塑，混杂较多粉砂，粘性较差。
8.粉质粘土：以灰白色为主，少许紫红色、灰黄色，湿～稍湿，硬塑～坚硬，粘性一般，夹杂少量～多量粉细砂，局部相变为粉土或粘土。
9.粉砂：灰白色、浅黄色，饱和，稍密～中密，含少量～多量粘粒，具粘性，局部相变为粉土或粉质粘土。
（二）主要设计参数
1.水泥掺入比暂按15%；
2.设计桩顶标高按照设计施工图纸，设计要复合地基承载力不小于200kpa；
3.桩体无侧限抗压强度1.2Mpa（90天）；
4.钻孔取芯率不低于80%。
二、常规水泥搅拌桩施工工艺
（一）选用PH－5B型搅拌桩机施工，主要技术参数
1.地基加固深度：18m；
2.成桩直径：500～600mm；
3.钻机转速（正）：15～108r/min；
4.钻机转速（反）：17～136r/min；
5.最大扭矩：14.05kN.m；
6.提升速度：0.228～1.273m/min；
7.进给提升力：小于78.4kN；
8.钻杆规格：125×125；
9.纵向单步行程1.2m，横向单位步行程0.5m；
10.接地比压：0.04Mpa；
11.灰罐容量：1.3m3；
12.电机功率：主电机37KW，空压机13KW，油泵电机4KW，发送器电机1.5KW；
13.整机重量：12000kg；
（二）常规水泥搅拌桩施工方法
采用四搅两喷的工艺
1.定位：经测量定位放线，搅拌桩机就位、调平，钻头对准桩位。
2.预搅下沉：启动搅拌机电机，放松起重机链条，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉的速度可由电机的电流监测控制。
3.制备水泥浆：待搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料中。
4.提升喷浆搅拌：搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。
5.重复上、下搅拌：搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌提升出地面。
6.清洗：向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。
7.移位：重复上述1～6步骤，再进行下一根桩的施工。
由于搅拌桩顶部与上部结构的接触部分受力较大，因此通常还要对桩顶1.0～1.5米范围内再增加一次输浆，以提高其强度。
（二）施工工艺
采用两搅二喷的工艺
1.定位：经测量定位放线，搅拌桩机就位、调平，钻头对准桩位；
2.制备水泥浆：开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料中；
3.下沉喷浆搅拌：启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉的速度由电机的电流监测控制。工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进；
4.提升喷浆搅拌：搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机。
四、工艺试验对比
采用以上介绍常规搅拌机施工及双向搅拌桩施工的工艺流程，分别在C1、C2、C3、C4、C5区作了试验搅拌桩，每区选1根（各工艺选1根），总共10根试验桩。通过配合比、钻孔取心率、桩体无侧限抗压强度等方面对两种搅拌桩进行对比，得出试验结论。
（一）选用配合比
根据室内配比试验强度的结果、输浆的难易程度及地基土的含水量综合确定配合比如下：
（三）桩体无侧限抗压强度
芯样室内养护至90天做无侧限抗压强度检测，为试验需求，桩体每3m抽1组芯样做无侧限抗压强度。
（四）试验结论
1.双向搅拌桩的取芯率高于常规搅拌桩；
2.双向搅拌村施工的无侧压强度明显比常规搅拌桩的变化幅度要小，抗压强度稳定。
五、结束语
从施工艺对比：双向搅拌桩施工时，由于内、外钻杆旋转方向相反，叶片搅拌产生的剪切力基本抵消，能减少搅拌桩施工对周土体的扰动，同时基本消除地面冒浆现象。从试验段测试结果表明：双向水泥土搅拌桩较常规搅拌桩的桩身质量比较均匀，桩身强度沿深度变化较小。在同样的设计参数上，双向搅拌更能保证设计要求，或更富余，在富余大的情况下可作固化剂（水泥）的掺量作调整，从而节省了成本又保证了施工质量。因此，得出结论：在工程地质条件和设计参数相同的基础下，双向搅拌桩质量稳定、节省施工时间，节约成本，有很好的适用性和经济性。
参考文献：
［1］建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)[S].中国建筑工业出版社,2002.
［2］建筑地基基础工程施工质量验收规范(GB50202-2002)[S].中国建筑工业出版社,2002.
［3］汪正荣.建筑地基与基础施工手册[M].北京:建筑工业出版社,2005.
［4］张伯平,党进谦.土力学与地基基础[M].西安:西安地图出版社，2001.
［5］孙家齐.土木工程地质[M].武汉:武汉工业大学出版社,2000.
对比水泥 篇3
熟料的烧成热耗主要来自熟料矿物的高温形成和碳酸盐矿物分解[1]。通用硅酸盐水泥熟料烧成的高能耗的根本原因在于其高钙矿物组成设计,氧化钙含量约为66%,其熟料中约50%~70%为阿利特矿物(即硅酸三钙C3S,3Ca O·Si O2)。高强低钙水泥熟料氧化钙含量约为66%,其熟料中约35%~70%为贝利特矿物(即硅酸二钙C2S,2Ca O·Si O2)。不难发现,阿利特矿物含氧化钙达73.7%,形成温度约1450 ℃;贝利特矿物含氧化钙达65.1%,温度高于1250 ℃即可快速形成,故可在较低的窑炉温度下形成[2,3,4,5]。综合目前国内外低碳水泥研究现状,高强低钙水泥为主要的节能水泥品种。高强低钙硅酸盐水泥是一种以硅酸二钙(C2S≥40%)为主导矿物的C2S-C3S-C3AC4AF水泥体系,低水化热、高流动性、高耐久性、高早期强度和高后期强度等优点[6],仍属于高贝利特水泥体系。
因此,从理论角度分析,通用硅酸盐水泥熟料和高强低钙水泥熟料在熟料形成过程中不同特性,就显得尤为重要。本文主要通过在不同煅烧温度下通用硅酸盐水泥熟料及不同C2S含量的高强低钙水泥熟料的对比实验,探讨了煅烧温度对熟料矿物形成的影响机制,分析了煅烧温度与熟料矿物组成之间的影响规律,为高强低钙硅酸盐水泥熟料煅烧提供理论指导,从而推动低碳特种水泥的可持续发展。
1 实 验
1.1 原材料
石灰石、页岩、铝矾土、铁矿渣,均由四川嘉华企业(集团)有限公司提供。以上原料先经破碎、烘干,再置于球磨机中粉磨,细度达到80 μm筛筛余5%。相应化学成分见表1。
%
1.2 制备过程
生料制备:将磨细原料按设定配比制备生料,人工混匀30min。将生料掺加适量水,置于专用磨具中,于50~60 k N压力下压制成直径30 mm、厚度6 mm的圆形试样,然后在105 ℃鼓风干燥箱中烘干24 h以上。
熟料煅烧:将烘干后的生料试饼置于白金片上,放入恒温至950 ℃的马弗炉内预烧30 min后,迅速转移到已升温至预定煅烧温度(1200、1250、1280、1300、1350、1400、1450 ℃)的高温炉中保温60 min,迅速取出熟料并用风扇急冷,制得不同C2S含量的水泥熟料。普硅水泥熟料P和高强低钙水泥熟料B的矿物组成和率值见表2。
1.3 测试方法
用乙醇-乙二醇法测试熟料中的f-Ca O含量;采用日本理学Dmax-ⅢA型X射线衍射仪(38 k V,40 m A,Cu Kα)对样品进行XRD分析。岩相分析:采用德国Leitz ORTHOLUX IIPOLBK型反光显微镜,样品抛光后用1%硝酸酒精浸蚀。
2 结果及分析
2.1 外观特征
不同煅烧温度烧成的熟料P和熟料B外观特征见表3。
由表3可以看出,在没有外掺微量元素的情况下,煅烧温度为1350~1450 ℃时,熟料P均未粉化,且色黑,而对比不同C2S含量下的熟料B1~B4均色黑,仅熟料B3和B4轻微粉化。在没有外掺微量元素的情况下,熟料B1~B4在1250~1450 ℃间随着温度的升高和C2S含量的降低,颜色加深,粉化程度变弱。但是熟料B1~B4在1200 ℃时色棕黄,且未粉化。
由此可以判断,提高熟料的煅烧温度可显著降低高强低钙熟料在冷却过程中的粉化程度。熟料B在1250 ℃时粉化程度最大,1300 ℃是粉化程度好转的临界点。可能是由于煅烧温度低于1300 ℃,熟料冷却时贝利特矿物易转化为 γ-C2S,发生粉化。
2.2 f-Ca O 与易烧性分析
不同煅烧温度下普硅水泥熟料P、高强低钙水泥熟料B的f-Ca O含量见表4。据此可分析不同温度条件下熟料矿物形成反应进行的程度、结合烧结状态判断熟料的烧成温度范围。
由表4可知,煅烧温度为1300~1350 ℃,各试样的f-Ca O含量都很高,煅烧温度为1400~1450 ℃时f-Ca O含量很低,熟料已经烧成。一般规律,随着煅烧温度的升高和C2S设计含量的降低,试样熟料更易烧成。根据f-Ca O测试结果,可简单推断出各类熟料的烧成范围。
2.3熟料的XRD分析
不同煅烧温度下普硅水泥熟料P的XRD图谱见图1。
由图1可以看出,在1300 ℃以下烧成的熟料P中含大量未反应完全的Ca O,没有出现C3S与 γ-C2S衍射峰。在1300~1450 ℃,熟料P主要含有 β-C2S(0.2772、0.2740、0.2603 nm)、C3A(0.2685、0.1915 nm)、C3S(0.2624、0.3027、0.1760 nm)、少量C4AF(0.7274、0.3374、0.2051 nm)及 γ-C2S(0.1900 nm);随着煅烧温度升高,衍射角在31°~35°内,C2S、C3S与C3A愈加重叠,辨认困难,C3S生成的量也随之增大。
煅烧温度为1300、1400 ℃时,普硅水泥熟料P、高强低钙水泥熟料B的XRD图谱分别见图2、图3。
由图2可知,煅烧温度为1300 ℃时,熟料B中主要含有C2S(0.2770、0.2735、0.2181 nm)、C3S(0.3032、0.1798 nm)、C3A(0.4285、0.2719、0.2675 nm)及少量C4AF(0.7194、0.3374 nm)、γ-C2S(0.2507 nm)。随着C2S含量的增加,C4AF越来越少、γ-C2S越来越多;当C2S含量为40%时已生成C3S,且随着C2S含量的增加而增加。衍射角在31°~35°内,随着C2S含量的增加分峰现象越来越显著,初步分析是由于 β-C2S生成量增加所致。
由图3可知,煅烧温度为1400 ℃时,熟料B中主要含有C2S(0.2770、0.2735、0.2181 nm)、C3S(0.3032、0.1798 nm)、C3A(0.4285、0.2719、0.2675 nm)及少量C4AF(0.7194、0.3374 nm),γ-C2S含量较1300 ℃时减少很多,几乎没有。此时普硅熟料P中C2S、C3S与C3A的峰愈加重叠,辨认困难,C3S生成的量也随之增大。
由上可见,熟料B中 β-C2S在较低C2S含量及较高煅烧温度下,其特征衍射峰强度较大且峰形完整。煅烧温度1300℃以上,β-C2S特征衍射强度逐渐增强,说明 β-C2S可以在煅烧温度1300 ℃以上结晶成核,形成数量大。适宜煅烧温度对贝利特熟料获得结晶度较好、数量较大的C2S矿物有影响,因此选定1300~1450 ℃为烧成温度范围。
C2S含量为45%的熟料B2在不同煅烧温度下的XRD图谱见图4。
由图4可以看出,1200 ℃时,f-Ca O衍射峰强度很高,C2S衍射峰较弱;随着温度升高到1250 ℃,C2S衍射峰强度明显增强,f-Ca O衍射峰明显减弱,说明C2S开始大量生成,并以 γ-C2S为主;随着温度继续升高到1350 ℃以上,γ-C2S衍射峰消失,多以 β-C2S为主。因此,选定1300~1450 ℃为烧成温度范围。衍射分析结果和表观分析及f-Ca O含量测试结果一致。
2.4 熟料的岩相分析
为了进一步研究煅烧温度和矿物组成对熟料矿物组成和形貌的影响,确定合适的煅烧温度、矿物组成、熟料烧成温度范围等参数,选取了煅烧温度为1350 ℃的熟料B2和煅烧温度为1450 ℃的熟料P在光学显微镜下观察其矿物组成和形貌,结果分别见图5、图6。
由图5、图6可以看出,煅烧温度为1350 ℃的熟料B2矿物结晶较完整,几乎没有A矿,B矿呈小堆集中分布,晶粒尺寸普遍很小,且大小均匀,发育可更完整;煅烧温度为1450 ℃ 的熟料PA矿多为细小的六方板状、四方柱状,矿晶粒,B矿结晶完整,晶粒大小均匀双晶纹明显。因此,结合以上分析,可判断熟料B2在1350 ℃可烧成,而为了提高其水化活性,可通过适当提高其煅烧温度和离子掺杂,以提高B矿结晶度和完整度。
3结论
(1)高强低钙硅酸盐水泥生料的易烧性优于普通硅酸盐水泥生料。
(2)高强低钙水泥熟料的煅烧温度范围为1300~1400 ℃, 比普通硅酸盐水泥熟料的烧成温度低约100 ℃。
(3)熟料B2在1350 ℃可烧成,而为了提高其水化活性,可通过适当提高其煅烧温度和离子掺杂,以提高B矿结晶度和完整度。
摘要：通过比较分析了不同煅烧温度(1200、1250、1280、1300、1350、1400、1450℃)下制成的普通硅酸盐水泥熟料和不同C2S含量(40%、45%、50%、55%)的高强低钙水泥熟料,初步确定了高强低钙水泥熟料的煅烧温度范围为1300~1400℃,以及煅烧温度与熟料矿物组成之间的影响规律。
对比水泥 篇4
水泥搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂, 通过特制的深层搅拌桩机械, 在地基土中将土和固化剂 (浆液状和粉体状) 强制搅拌, 利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理—化学反应, 使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土, 从而提高了加固土体的强度和压缩模量。
目前, 在基坑围护结构、止水帷幕及地基加固施工中使用较多的水泥土搅拌技术主要为双轴水泥搅拌桩、三轴水泥搅拌桩和最新的五轴水泥搅拌桩。
1 各类型搅拌桩工艺特性
1.1 二轴搅拌桩工法
二轴搅拌桩是20世纪80年代沿用至今的传统工法, 具有以下优缺点:1) 优点:a.搅拌桩布置形式灵活。b.单方造价较低。2) 缺点:a.机架为井字架, 走管式行走, 稳定性差, 工效低, 劳动强度大。b.采用2台37 k W常规电机, 启动动力不足, 最深只能施工到18 m。c.搅拌钻头部分只有2道叶片, 搅拌均匀性差。d.“两喷三搅”工艺施工用时长, 功效无法进一步提升。e.成一幅桩宽度仅为1.2 m, 施工过程中可能出现冷缝的机率大, 容易造成漏水现象。
1.2 三轴搅拌桩工艺
三轴搅拌桩是从日本引进主要配合施工劲性搅拌桩的施工工艺, 具有以下优缺点:1) 优点:a.桩体整体搅拌均匀;b.水泥土浆液流动性好, 便于插入H型钢等芯材;c.机架采用步履式或履带式, 行走效率高, 稳定性较好。2) 缺点:a.为了获得良好的水泥土浆液流动性及桩体均匀性, 三轴搅拌桩是以桩体的强度及单方造价为代价;b.三轴搅拌桩如遇砂性地层, 浆液容易离析, 造成漏水现象;c.三轴搅拌桩施工过程中产生大量置换土, , 体体量量约约占占整整个个施工方量的1/4~1/3。由于置换土中存在大量水泥浆液, 总体为碱性, 无法回归农田, 造成大量污染。
1.3 五轴水泥土搅拌墙工法
1) 工法具有以下特点:桩体搅拌质量好, 施工质量可视可控;施工速度快, 整机功效高;施工机械自动化、智能化高;施工机械掘进能力强, 有效桩长达55 m;环保绿色, 无置换土。2) 工法施工工艺流程:场地平整→测量放线, 开沟槽→桩机就位→桩机复测→启动自动送浆系统, 送浆→启动钻机, 掘进搅拌→开启集成计算系统监控成桩关键控制参数→掘进喷浆搅拌正转下沉喷浆70%至设计桩底标高→在设计桩底标高区间进行复搅→反转提升喷浆30%并搅拌→一组结束, 移至第二组继续施工。
2 五轴水泥土搅拌墙与传统工法的对比分析
1) 试验场地地质情况概况。试验场地位于上海市长宁区, 东临福泉路, 南临金浜路, 西临A20公路、北临新潮路的上海花园广场2号地块中 (见图1) 。
工程设计±0.00为绝对标高+4.70。场地自地表至钻探范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物, 按其成因可分为8层, 其中加固土层分布为第 (1) 1, (2) 1, (2) 3, (4) , (5) 1层和第 (5) 2层。
整个场地在各拟建物下的土层在30.0 m以上比较均匀, 受古河道切割影响, 在401地块局部区域30.0 m~46.0 m之间各土层变化较大。
2) 五轴搅拌墙与三轴、二轴搅拌桩强度对比分析。五轴水泥土搅拌墙与三轴搅拌桩7 d, 14 d, 28 d芯样平均强度对比见图2。
注:三轴搅拌桩水泥掺量20%, 水灰比1.8;五轴搅拌墙水泥掺量13%, 水灰比0.8
注:二轴搅拌桩水泥掺量13%, 水灰比0.65;五轴搅拌墙水泥掺量13%, 水灰比0.8
五轴水泥土搅拌墙与二轴搅拌桩7 d, 14 d, 28 d芯样平均强度对比见图3。
3 功效的提升
由于五轴水泥土搅拌墙五根钻杆“一字形”布置及针对性施工工艺设计, 使其较传统工法具有极大的功效优势。具体数据见表1, 表2。
4 结语
在同等工作环境下, 五轴水泥土搅拌墙每天完成方量是二轴搅拌桩可完成工作量的7倍~10倍, 是三轴搅拌桩可完成工作量的2倍~3倍;五轴水泥搅拌桩的桩芯强度也大大高于双轴和三轴水泥搅拌桩。由此可见, 五轴水泥搅拌桩技术无论在施工的准确性、操作的便捷性、施工质量保证性、时间的高效性等方面都优越于双轴水泥搅拌桩和三轴水泥搅拌桩, 未来五轴水泥搅拌桩将具有广阔的市场发展空间。
参考文献
[1]宁宝宽, 陈四利, 刘斌, 等.水泥土搅拌桩的加固机理及其应用[J].西部探矿工程, 2005 (6) :35.
[2]张劲松.水泥土搅拌桩复合地基应用研究[D].南京:河海大学, 2004.
[3]龚晓南.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.
[4]刘建航, 候学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.
对比水泥 篇5
除了我国水泥标准外, 国际上先进水泥标准主要有美国标准和欧洲标准两大体系。美国水泥产品标准由ASTM C150《波特兰水泥标准规范》、ASTM C 595《混合水硬性水泥标准规范》和ASTM C 1157《水硬性水泥的标准性能规范》[3]三大标准组成;欧洲水泥产品标准主要是EN 197-1《通用水泥的组成、规格要求和合格评定准则》;我国水泥产品标准由通用水泥标准和特种水泥标准两大体系组成。虽然各国对硅酸盐水泥的品种划分有所不同, 但是按材料组成基本上都将其分为不掺或少掺混合材 (≤5%) 的硅酸盐水泥和掺有一定量混合材的硅酸盐水泥两类[4]。本文主要从材料组成、命名符号表征方法和物理化学指标等方面, 对比我国和欧美的水泥产品标准体系, 希望对提升我国水泥实物质量有所帮助。
1 混合材掺量≤5%的硅酸盐水泥标准情况
1.1 分类
我国与欧美标准中对不掺或少掺混合材的硅酸盐水泥分类见表1。GB 175《通用硅酸盐水泥》规定, 硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、0~5%的混合材、适量石膏磨细制成, 分为P·Ⅰ (不掺混合材) 和P·Ⅱ (掺加≤5%石灰石或粒化高炉矿渣) 两种类型[5]。在ASTM C150规定, 其是由粉末状硅酸盐水泥熟料、水、硫酸钙类物质、石灰石 (≤5%) 和外加剂混合而成。美国标准将硅酸盐水泥细分为I型 (普通和引气) 、Ⅱ型 (中抗硫、中抗硫引气、中抗硫中热和中抗硫中热引气) 、Ⅲ型 (高早强和高早强引气) 、Ⅳ型 (低热) 和Ⅴ型 (高抗硫) 五种类型[6]。EN 197-1则规定其是由硅酸盐水泥熟料和0~5%的辅助混合材组成[7], 即CEM I型。
1.2 材料组成
1) 我国Ⅱ型硅酸盐水泥中可以掺加≤5%的粒化高炉矿渣或石灰石, 二者选一;美国标准规定在硅酸盐水泥中可以掺加≤5%的石灰石, 禁止掺加除此以外的任何混合材;欧洲标准则允许加入≤5%的辅助混合材 (矿渣、火山灰、粉煤灰、烧页岩、硅灰、窑灰和石灰石) , 主要用于调整水泥的物理性能。
2) 为了控制石灰石中山皮等杂质和含泥量, 我国标准要求石灰石中Al2O3含量≤2.5%;美国标准规定石灰石中CaCO3 (一种或几种自然形成的矿物) 含量≥70%;欧洲标准对石灰石要求更为苛刻:CaCO3含量≥75%, 按EN 933-9测定黏土含量≤1.20g/100g, 根据EN13639测定总有机碳 (TOC) 质量, L级为≤0.50%, LL级为≤0.20%。
3) 石膏 (硫酸钙) 是水泥的主要调凝材料。我国标准规定, 石膏应符合GB/T 5483《天然石膏》规定的G类或M类二级 (含) 以上石膏和混合石膏, 或者是性能符合要求的以硫酸钙为主要成分的工业副产物[5]。美国标准规定, 在满足三氧化硫和烧失量要求时, 硫酸钙质调凝材料可以以二水石膏、半水石膏和硬石膏的任意形式和任意比例加入。欧洲标准与美国标准相同, 而且还可以加入工业副产石膏。
1.3 化学指标
硅酸盐水泥化学指标主要包括:不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子和碱含量等。我国与欧美标准对于化学指标项目规定大致一样, 但具体要求却不尽相同 (见图1) 。对于不溶物和烧失量指标, 我国与美国标准相似, 但是由于我国Ⅱ型硅酸盐水泥中允许掺入粒化高炉矿渣, 因此其不溶物指标高于Ⅰ型硅酸盐水泥。而欧洲标准对不溶物和烧失量要求较宽松, 为≤5.0%。对于三氧化硫指标, 我国标准规定≤3.5%;美国标准根据不同类型的水泥规定了不同的指标:Ⅰ型和Ⅱ型要求≤3.0%, Ⅲ型要求≤3.5%, Ⅳ和Ⅴ型要求≤2.3%;欧洲标准则根据不同的强度类型 (标准强度和早期强度) 规定了不同的指标。对于氯离子指标, 我国标准规定≤0.06%;美国标准并没有相应的规定;欧洲标准规定≤0.10%。对于氧化镁指标, 我国标准规定≤5.0% (压蒸合格时可以放宽至6.0%) ;欧美标准中都要求≤6.0%。
1.4 物理指标
硅酸盐水泥物理性能主要包括凝结时间、力学性能、细度、密度和安定性。对于凝结时间, 我国标准规定初凝时间≥45min, 终凝时间≤390min;美国标准初凝时间要求与我国相似, 但终凝时间要求比我国标准规定早15min。考虑到美国标准稠度用水量试验方法与我国的不同, 用水量少于我国标准, 所以实物水泥凝结时间的差异并不大。欧洲标准仅根据水泥强度等级规定了初凝时间:32.5等级水泥≥75min, 42.5等级水泥≥60min, 52.5等级水泥≥45min, 对终凝时间没有要求。对于强度, 我国标准仅设置了3d和28d两个龄期;美国标准则根据水泥品种规定其龄期和强度指标, 其中龄期主要分为1d、3d、7d和28d, 根据水泥品种和类型取其中的两到四个龄期;欧洲标准分为早期强度 (2d或7d) 和标准强度 (28d) , 不仅对不同强度等级水泥的28d强度下限提出要求, 而且对其上限也进行了规定。对于比表面积, 我国标准规定≥300m2/kg;美国标准规定≥260m2/kg, 同时要求Ⅱ (MH) 、Ⅱ (MH) A和Ⅳ三种类型水泥的比表面积≤430m2/kg;欧洲标准对此无要求。
2 掺有>5%混合材的硅酸盐水泥
2.1 分类
我国GB 175中将掺有>5%混合材的通用硅酸盐水泥根据混合材种类和掺量分为:普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥五种。美国ASTM C595[8]规定由矿渣和火山灰质材料与硅酸盐水泥或熟料混合而成的胶凝性材料为掺有混合材的硅酸盐水泥, 其可以分为二元水泥和三元水泥, 其中二元水泥分为硅酸盐矿渣水泥和硅酸盐火山灰水泥。欧洲EN197-1与我国标准相似, 根据混合材的种类和掺量, 将水泥分为Ⅱ~Ⅴ型, 其中Ⅱ型有:硅酸盐矿渣水泥、硅酸盐硅灰水泥、硅酸盐火山灰水泥、硅酸盐粉煤灰水泥、硅酸盐烧页岩水泥、硅酸盐石灰石水泥和硅酸盐复合水泥;Ⅲ型为高炉水泥;Ⅳ型为火山灰水泥;Ⅴ型为复合水泥。
2.2 材料组成
由于世界各国天然矿产资源、冶炼工业废渣的具体情况各不相同, 允许掺入水泥中混合材的种类和最高掺量也不尽相同。我国标准规定允许掺入的混合材只有标准中规定的六种:矿渣、火山灰质、粉煤灰、石灰石、砂岩和窑灰。美国标准规定允许掺入混合材种类主要有矿渣和火山灰质材料, 美国标准中混合材没有粉煤灰, 粉煤灰是在制备混凝土时加入的。而欧洲标准对掺入的混合材分为主掺混合材和辅助混合材 (0~5%) , 主掺混合材和辅助混合材的范围与CEMⅠ型中的辅助混合材相同, 但是辅助混合材种类不能与水泥中主掺混合材相同。例如, 硅酸盐矿渣水泥中的辅助材料, 不能含有矿渣。而且欧洲标准对混合材特性标识清晰:火山灰质材料分为自然和人工两类, 粉煤灰分为钙质和硅质两类, 石灰石按有机碳含量分为两类。不同混合材, 水泥出厂时, 需要在符号中明示。
我国与欧美标准对混合材掺量>5%的硅酸盐水泥的命名及掺量要求见表1。我国与美国标准都规定火山灰掺量≤40%, 但对矿渣掺量要求有所不同, 我国规定为≤70%, 美国标准规定为≤95%。而欧洲标准中允许混合材掺量与我国和美国标准规定差异较大:高炉矿渣≤95%, 火山灰质材料≤55%, 粉煤灰、石灰石和烧页岩都≤35%, 硅灰≤10%。对于掺两种及以上混合材的水泥, 我国标准规定混合材掺量>20%且≤50%;美国标准规定三元水泥允许矿渣掺量≤95%, 火山灰掺量≤40%。欧洲标准中复合水泥有两种:一种在CEMⅡ型水泥中, 混合材掺量在12%~35%;另一种为CEMⅤ型水泥, 混合材掺量在36%~80%, 只有在掺加矿渣的情况下才可以掺加硅质粉煤灰和火山灰质材料。
注:1欧洲标准中此项为熟料。硫酸钙类材料为外掺, 这种外掺的方式明确了熟料掺量, 有利于第三方监控水泥组分。
2.3 水泥命名和符号表征方法
我国标准中普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥的符号表征分别为P·O、P·S、P·P、P·F和P·C。其中, 矿渣硅酸盐水泥根据矿渣掺量又有P·S·A和P·S·B两种。
欧洲标准符号表征方法见图2和图3。
美国标准符号表征方法见图4和图5。二元水泥的符号表征方法是:I+混合材种类 (P或S) +混合材掺量X。例如:80%硅酸盐水泥和20%的矿渣所组成的二元水泥表示为:IS (20) 型。三元水泥的符号表征方法是:IT+掺量大的混合材种类 (P或S) 和该混合材掺量X+另一种混合材种类 (P或S) 和该混合材掺量Y (如果X和Y数值一样, 那么把火山灰质材料放在前面) 。例如:65%硅酸盐水泥、25%火山灰质材料和10%另一种火山灰质材料所组成的三元水泥表示为:IT (P25) (P10) 型。标准中也规定了简化的表征原则:对于二元水泥也可表示为IP或IS (
我国水泥命名符号体现的混合材种类和掺量最宽泛;欧洲水泥命名符号能够在一定程度上体现了混合材掺量;美国水泥的命名符号可以准确体现所掺入混合材的种类和掺量情况。
2.4 化学指标
我国与欧美标准对掺有混合材的硅酸盐水泥化学指标见表3。
%
注:a.强度等级为32.5N、32.5R和42.5N的水泥≤3.5%;强度等级为42.5R、52.5N和52.5R的水泥≤4.0%。
从表3可以看出, 我国与欧美标准的区别与1.3节类似。对于不溶物指标, 我国标准没有要求;美国ASTM C595中规定二元硅酸盐高炉矿渣水泥、三元混合水泥 (火山灰掺量低于矿渣掺量并低于70%或矿渣掺量大于70%) 和矿渣水泥的不溶物含量低于1.0%;欧洲标准仅对高炉水泥限制≤5.0%。对于烧失量指标, 同样我国标准的要求甚少, 仅规定普通硅酸盐水泥≤5.0%;美国标准对所有混合水泥都进行了规定;而欧洲标准仅对高炉水泥限制≤5.0%。对于三氧化硫指标, 我国和欧美标准都有要求, 我国标准规定矿渣硅酸盐水泥≤4.0%, 其他品种全部≤3.5%;欧洲标准根据不同的强度等级规定了不同的指标;美国标准分别要求了三氧化硫和硫化物两种硫含量, 根据不同的混合材种类和掺量, 规定各不相同。对于氧化镁指标, 我国规定普通水泥≤5.0%, 其他品种水泥≤6.0%。美国标准仅对二元硅酸盐火山灰水泥和三元水泥 (火山灰掺量大于矿渣掺量) 规定≤6.0%;而欧洲标准对此没有要求。对于氯离子指标, 我国标准规定≤0.06%, 欧洲标准规定≤0.10%, 美国标准没有要求。
2.5 物理指标
表4为我国标准与欧美标准对掺有混合材的硅酸盐水泥物理性能指标。从表4中得出, 欧美标准与我国标准具体区别主要分为以下几点:
1) 我国标准除普通硅酸盐水泥用比表面积指标外, 其余的只要满足80μm筛余≤10%或45μm筛余≤30%的任一条即可;美国标准要求测定45μm筛余, 但无指标要求, 需要在检验报告中说明;欧洲标准对细度没有指标要求。
2) 我国与美国标准对于凝结时间的规定基本一致。欧洲标准是根据水泥的强度等级规定的凝结时间与CEMⅠ型一致。
3) 对于强度, 与1.4节中不同点类似。美国标准根据类型、品种以及混合材掺量的不同规定不同龄期及强度指标, 龄期主要有3d、7d和28d或其中的两个。欧洲标准则与CEMⅠ型一致, 且欧美标准均对水泥的抗折强度没有要求。我国标准根据品种和强度等级的差异规定了不同的3d和28d龄期的抗折和抗压强度, 由于不同混合材具有不同的性质, 考虑到不同品种水泥适用环境的差异, 即使相同强度等级的不同品种水泥, 28d抗压强度指标相同, 但3d抗压强度指标差距较大。例如, 42.5级普通硅酸盐水泥3d抗压强度指标为17.0MPa, 而42.5级矿渣硅酸盐水泥3d抗压强度指标只有15.0MPa, 但两个品种水泥的28d抗压强度指标都是42.5MPa。这种规定, 是考虑了矿渣水泥早期强度低和后期强度较高的特点。
4) 美国标准规定水泥样品取样后, 5d内完成各龄期强度成型试验;我国和欧洲标准体系中对检验时间没有要求。
3 结束语
为了减少水泥在世界流通环节的壁垒, 符合全球化发展的趋势, 世界各国水泥产品标准从多极化走向统一是必然趋势。从目前各国标准现状来看, 欧美标准和我国标准从材料组成、物理性能和化学指标等项目都比较接近, 这为下一步实现统一奠定了良好基础。ISO/TC74水泥和石灰标委会也准备启动制订水泥产品的ISO标准项目。了解先进国家水泥标准情况, 对于我国制订科学合理的水泥标准意义重大。
注:1我国标准规定普通硅酸盐水泥采用比表面积≥300m2/kg的控制指标;美国要求测定45μm筛余, 但无指标要求;2我国标准强度指标仅以42.5级水泥为例。
参考文献
[1]GB/T 20000.1—2002.标准化工作指南第1部分:标准化和相关活动的通用词汇[S].
[2]索丽生.第33届世界标准日祝词[J].水利技术监督, 2002, 10 (6) :1.
[3]刘晨, 江丽珍, 颜碧兰, 等.美国水泥产品标准&生产出口水泥几要素[J].水泥, 2005 (11) :26-27.
[4]颜碧兰, 王幼云, 刘晨.中国VS欧美-各国水泥标准对比分析 (上) [J].中国水泥, 2005 (5) :22-24.
[5]GB175—2007.通用硅酸盐水泥[S].
[6]ASTM C 150-11.Standard Specification for Portland Cement[S].
[7]EN 197-1:2011.Cement.Composition, specifications and conformity criteria for common cements[S].
低密度水泥浆机械性能对比研究 篇6
目前国内外在油气开发和生产过程中, 常常面对极端恶劣的环境:如高温、高压、深水和浅气层等, 即使在这种条件下, 通常在伴随着储层储量下降的同时采收速度却还要进一步提高。这就迫切要求水泥环在各种恶劣条件下都能够具有一定的性能来抵抗开采过程中受到的应力破坏。油气开采过程中水泥环所承载的主要作用包括:水泥水化作用、顶替液到完井液的转换作用、水力压裂、油气的生产、流体注入、气举等。
这些作用可能导致水泥环所处环境的温度和压力发生改变, 并可能超过水泥环所能承受的应力临界值, 数值变化的大小与井身参数、生产作业条件及水泥环自身的机械性能有关。
水泥环破坏的主要结果, 例如使环空持续受压或者导致套管损坏, 可导致关井或者高额的修补费用。水泥环破坏的其他后果:油气产物的流失、非生产流体的产出、井口装置的复杂化等, 对井的寿命及经济效益都带来了负面影响。因此, 为保持水泥环的完整性, 水泥浆的前期设计至关重要。
对于不同的井, 为评估其对水泥环完整性的影响进行了详细的工程分析。在其他行业中 (如桥梁建设) , 工程分析是优化材料性能最通用的方法。而石油行业中相应的分析技术发展较慢。而这些分析与测试技术的应用对昂贵的石油开采成本、水泥环的完整性及油井的安全性起着至关重要的作用。
本文提出“三步骤”的方法, 帮助油田开发者提高油井安全性和生产经济效益。第一步是进行工程分析, 给出影响水泥环完整性的各因素及降低水泥环失效的性能指标 (对水泥环性能提出要求) 。分析的结果将提供最适宜的水泥环性能指标, 确保其能够满足油井生产的需要。第二步是水泥浆设计和室内及地面试验检测, 确保满足第一步中的设计要求。对水泥环的测试包括:抗拉强度、弹性模量、泊松比、塑性参数。第三步是施工和监测, 首先进行固井施工工程设计;其次是对施工人员及设备严格要求, 确保施工质量;最后是测试评估水泥环及储层动态。
为了更好地实现油层的封隔, 三个步骤是密不可分的, 第三步更有利于提高水泥的顶替效率和在油井生产周期中对水泥环的监测。而在油井生产周期中监测水泥环的质量对于技术研究和改进非常重要。
2 实验方案及测试
周期载荷:材料所能承受的周期性载荷取决于载荷的大小和材料的性能。其他行业中, 采用“承受极限”这个概念, 但要求所加载荷要在材料所能承受的最大值以下。
工程分析主要用来评估水泥环在油井生产周期中保持完整性的能力或者有效期。此外, 对应力的测试能够使相应水泥体系承受更长期的周期性载荷和对地层进行有效封隔。实验室测试提供水泥环失效前相应的周期载荷数据。
2.1 水泥浆体系、养护和测试
所有低密度水泥浆 (尤其密度在1.45 g/cm3以下的) , 在施工前一般要做稳定性、流变、混合均一性及抗压强度等性能测试, 液体消泡剂也必须应用在除泡沫水泥浆体系以外的低密度水泥浆中。
此外, 如抗拉强度、三轴应力及周期载荷的测试也是非常必要的, 其测试标准要符合API的要求。抗拉强度的骨形试件、抗压强度试件及应力-应变试验的2 in×5 in的圆柱试件要求在190 ℉ (1 ℉=1.8 ℃+32) 、3 000 lb/in2压力下养护72 h, 水泥体系1的养护条件是常压、72 h、190 ℉, 养护釜的温度和压力要在养护期限到之后, 在4 h的时间里逐渐降低。所有试件必须在水浴条件下养护。
体系1的基浆密度是1.90 g/cm3, 通过水和泡沫的混入, 其密度达到1.45 g/cm3, 加入表面活性剂使其形成稳定的泡沫体系结构。
体系2由基本水泥和水组成, 并添加硅酸钠进行锁水, 防止自由水的析出, 提高水泥稳定性。
体系3由水泥、硅灰、膨润土组成, 配置稳定性较好的水泥浆。
体系4由水泥、粉煤灰、玻璃漂珠 (密度为0.6 g/cm3) 以及添加的聚合物组成, 提高体系的稳定性。
体系5由超细水泥、漂珠组成 (抗破碎40 MPa) , 加入聚合物, 提高稳定性。
体系6由水泥、粉煤灰、硅灰、膨润土组成。
表1给出了水泥浆体系的抗压强度、抗拉强度及通过应力-应变法测出的抗压强度、弹性模量和泊松比。
2.2 应力-应变和循环载荷测试
抗压强度试块及圆柱形试块要进行单轴和三轴弹性模量、泊松比和塑性参数的测试。测试方法要依据ASTM D 3148-02 (美国材料学会测试标准) 和D 2664-95a (无水无孔隙压力岩心三轴抗压强度测试方法) , 应变要进行双轴向和周向的测试。反复周期应力测试是检测水泥环在油井生产周期中承受应力和应变的能力。
周期测试是使水泥环在初始承受抗压强度50%的应力载荷, 并在每个测试周期中应力载荷逐步增加10%, 直到加载到最终应力值。最终应力值一般低于两个标准点或者为90%的抗压强度值。低应力标准值一般是100 psi或者是10%的抗压强度值。数据详见表2。每个试件的周期加载次数是1 000次, 除非试件提前失效 (无法继续加载试验) 。
周期载荷测试实验要求连续完成1 000次的加载, 需要至少14 h。载荷的加载速度要与地层流体的驱替速度相匹配。一般为5×10-5 in/s。加载的频率要严格控制, 前10次为4 min/周期, 接下来的50次是2 min/周期, 再后190次为1 min/周期, 最后750次为30 s/周期。加载的速率一直保持为5×10-5 in/s。实验数据见表3。
3 讨论
表1、表2、表3中没针对单一的参数进行测量, 例如抗压和抗拉强度、弹性模量和泊松比, 而是通过载荷的加载变化测试来反映不同配方的性能。“三步骤”中的第一步——工程分析, 是评估油井生产对水泥环完整性影响情况的基础。
通过应力-应变实验得知, 不是所有具有较高的抗压强度的水泥环都有足够的线弹性。例如在水泥浆体系4中, 由于体系内的玻璃漂珠的存在, 水泥石抗压强度较高, 但其应力-应变的弹性表现较差, 在周期载荷实验中, 其脆性表现十分明显, 其在围压条件下承受塑性变形能力较差。因此确定水泥能够承受一定周期载荷条件下的原始性能非常重要。地层下水泥的形变可能是弹性或者塑性的, 这对水泥封隔地层的效果将有很大影响。如果形变是弹性的, 水泥环在形变应力消失后将恢复原有状态, 对地层继续保持封隔;如果水泥环的变形是塑性的, 当应力变化时, 水泥环的状态不会恢复。弹性变化是临时的, 而塑性变化则是永久性的, 因此, 对前期的应力应变实验测试要进行详细的分析。
测试了水泥浆体系4中5个样品的塑性形变, 周期载荷加载从50%开始。不同样品显示出了性能差距。然而, 在这几个样品中, 我们能够看到当应变载荷加载到抗压强度的50%时, 均产生了塑性形变, 并且这些形变在逐步加载中愈加变差。而这种非线性关系在其他5个非泡沫水泥浆体系中也发生了类似的情况。
水泥浆体系1在实验中展现了具有一定线性的弹性形变性质。
6种水泥体系中的5种在周期载荷加载到50%时均产生了持久性的塑性形变, 并且在每个加载周期中, 塑性形变量都增大。当载荷加到最大时, 塑性形变量增加到最大, 直到其塑性形变结束 (试件失效) 。仅仅第一种体系呈现出了一定线性的弹性形变。在初始周期载荷加载过程中, 体系1没有任何的塑性形变。其塑性形变大约在70次加载后才产生, 在近1 000次加载时其塑性形变才有略明显的增加。但其形变的量也明显小于其他非泡沫水泥浆体系承受第一次周期载荷后的形变。
体系1的弹性形变可以在载荷接近抗压强度值90%时重复体现。而非泡沫体系在周期载荷值加到抗压强度的50%时, 没有线性的弹性形变, 并且在高载荷下过早地失效。在加载初期, 径向和轴向就已经产生了塑性形变。对于非泡沫体系将要在更低载荷标准下进行周期载荷测试, 以免试件过早地失效。实质上这种周期载荷的测试在工程应用中如同测试抗压强度等指标同样地重要。
以上结论进一步阐述了抗压、抗拉及弹性模量的测试和设计不足以使水泥环在油井生产中发挥有效作用。通过以下实例分析将进一步阐述此结论的重要性。
4 实例分析
在井深为10 000 ft的undefinedin井眼中下入7 in的套管, 注入密度为15 lbm/gal的水泥浆, 地层压力为10 000 psi, 对两种不同体系水泥环的周向应力进行对比和分析。
分析表明:其中一种水泥浆体系, 水泥石弹性模量是1.12×106 psi, 抗压强度大于5 000 psi, 抗拉强度约为350 psi, 但当地层压力增加时, 水泥环完整性被破坏, 出现裂缝。这是因为周向或者切向力转变成拉力作用, 导致拉力值超过了水泥石的抗拉强度值。然而, 另一种水泥浆体系, 水泥石弹性模量为0.328×106 psi, 抗压强度为1 000 psi, 抗拉强度低于100 psi, 却能够保持水泥环的完整, 这是因为它的弹性。从这个例子可以看出, 水泥环的周向作用力不能超过水泥环的抗拉强度值。周向应力一直作用在整个水泥环上, 并且其远小于水泥环的抗拉力, 因此能够提高设计的安全系数。
对于油井生产寿命而言, 设计水泥浆体系不能单一评价一项水泥技术参数。任何工程设计必须考虑水泥环在井底条件下的长期完整性。工程分析中必须确定井底应力参数是否会超过水泥环所能承受的临界值。水泥浆的应力不仅要高于地层应力参数, 而且还要求水泥参数要远远高于井底应力参数, 才能对井的长期安全性提供可靠的保障。因为水泥在井底条件下要承受整个油井生产周期的各种应力载荷。
5 结论
◇ 仅因水泥石较高的抗压强度并不能保证水泥环对地层的长期有效封隔;
◇ 通过工程分析可确定水泥环是否能够承受油井生产周期中的各种应力载荷。水泥环的弹性模量、抗拉强度、泊松比、塑性参数和水化特征应该在工程分析中详细考虑;
◇ 室内实验能够评价周期载荷对水泥环的影响, 这些安全因素将在工程分析中确定;
◇ 水泥浆体系1能够承受的载荷为抗压强度的85%, 而其他体系的相对较少;
◇ 对于在周向载荷条件下预测水泥环的变化, 水泥塑性形变的敏感性研究至关重要;
◇ 所测出的抗压强度可能比水泥石的屈服应力大。
资料来源于《SPE Drilling and Completion》2007年Vol.22 No.
摘要：主要论述了水泥环受周期性载荷时的机械性能和完整性测试, 并就油井生产作业中对水泥环机械性能的影响进行了分析, 对结果进行了讨论。明确阐述了水泥环机械特性的室内测试和影响水泥环完整性的油井作业工程分析的重要性。由于油井作业条件日益苛刻, 目前所应用的水泥浆成分越来越复杂, 对性能的要求也更加严格。在油井生产过程中, 作用在水泥环的外力很可能足以破坏水泥环的结构并对油井的安全及经济效益构成负面影响。本文将帮助油田开发人员更全面地设计水泥环, 提高水泥环抵抗油井生产时产生的破坏力, 从而提高油井的安全性和经济效益。
陶土瓦与通体彩色水泥瓦的对比 篇7
本文从陶土筒瓦与通体彩色水泥瓦的工艺技术、价格和安装方式以及市场发展趋势做详细对比如下:
1 工艺与技术参数对比
陶土筒瓦为半圆形, 通过一正一反搭接盖在坡屋面上, 陶土筒瓦坯体都要经过1 100℃～1 200℃的烧结, 因此很容易出现变形、裂纹等缺陷。众所周知, 瓦有裂纹就容易渗入水, 如遇冬季低温, 渗入裂缝中的水就会结冰膨胀, 反复发生就会扩大裂缝, 最终使陶土瓦漏水或断裂而丧失防水功能。陶土筒瓦的颜色一般为陶土红, 比较单一, 为了丰富色彩一般采用人工喷涂料的方法, 因此陶土红以外的色彩往往不能长久。另外, 陶土瓦吸水率较大, 通常为15%, 表面易污染发黑、长青苔。陶土筒瓦厚度较薄, 强度偏低 (抗折强度一般仅要求大于600 N) , 因此, 运输和施工过程中的破损非常大, 有不少客户反映, 破损率往往高达20%, 陶土筒瓦每片约重1.9 kg, 每平方米用量33～39片, 因此单位面积的质量为62.7kg/㎡～74.1 kg/㎡, 在所有瓦型中, 陶土筒瓦单位面积的质量是最重的。
彩色水泥瓦也叫彩色混凝土瓦, 有多种生产工艺, 我们这里主要讲的是采用辊压成型工艺生产的通体色彩色水泥瓦, 其中屋面风格与陶土筒瓦近似的是西班牙S瓦 (波大拱高) 。这种通体色水泥瓦主要原材料是水泥、河砂和无机颜料。通过辊压成型, 然后在40℃左右的温度下养护6 h～8 h, 即可脱模、打包, 堆放场地。由于无需高温焙烧, 故变形极小, 也无裂缝, 盖在屋面上平整美观, 寿命极长。由于采用各种色彩的无机氧化铁颜料, 故颜色丰富多彩, 且耐候性极好, 即使五、六十年后, 彩瓦表面风化了, 色彩依然存在, 这是通体色水泥瓦的最大优点。此外, 采用铝瓦模和辊压成型的原理类似于轧钢, 用此方法生产的彩色水泥瓦密实度很高, 吸水率小于10%, 在彩瓦表面又喷密封剂, 既防止泛碱, 又封闭了毛细孔, 瓦面不会发黑, 也不会长青苔。
彩色水泥瓦的抗折强度一般在1 800 N以上, 西班牙S瓦的抗折强度甚至超过3 000 N, 因此长途运输和施工过程中的破损非常小。彩色水泥瓦每片约重4.6 kg (波形瓦) ～5.2 kg (平板瓦、S瓦) , 每平方米用量为9.5片, 因此单位面积的质量为43.7 kg/㎡～49.4 kg/㎡单位面积质量远低于陶土筒瓦.
2 价格及安装方式的对比
目前陶土筒瓦的出厂价已超过2.00元/片, 价格约为66.00元～78.00元, 而通体色水泥瓦的出厂价约4.60元/片, 价格约为43.70元/㎡, 显然彩色水泥瓦的竞争优势更明显。从运输成本来看, 由于单位面积的陶土筒瓦质量比彩色水泥瓦重, 装车也比较困难, 运输损耗也大, 所以运输费用也要比彩色水泥瓦的运费高很多, 大约会增加25%～40%。
陶土筒瓦的施工安装也比彩色水泥瓦困难、麻烦, 主要有以下几点:
a.彩色水泥瓦每平方米不到10片, 而陶土筒瓦有30多片。彩色水泥瓦两边有搭接槽相嵌, 而陶土筒瓦没有, 需要弹线对直, 所以彩色水泥瓦的盖瓦效率高。
b.彩色水泥瓦应用挂瓦条和抗风搭扣, 可以在任何坡度的屋面上安装, 甚至可安装在垂直的墙面上, 能够抵抗10级以上的大风。而陶土筒瓦无法应用金属搭扣, 通常采用砂浆卧瓦, 安装坡度不宜过大, 抗风性较差。
c.采用水泥砂浆卧瓦时, 陶土筒瓦与水泥砂浆的材质不同, 热胀冷缩率不同, 几年后, 陶土筒瓦容易剥离或开裂。而彩色水泥瓦与水泥砂浆是同材质, 热胀冷缩率相同, 即使也采用卧浆方法安装彩色水泥瓦, 几十年后, 彩瓦也是安全的。
d.由于陶土筒瓦强度低, 安装过程中容易被人踩破, 经常需要更换, 十分麻烦。瓦面上也不能直接安装太阳能热水器等较重的物体。
e.正因为陶土筒瓦单位面积片数多, 盖瓦效率低, 施工过程中的损耗也大。所以安装费用, 特别是人
3 市场发展方向及趋势
由生产工艺可知, 陶土瓦要经过高温烧结, 属于高能耗、高污染产业, 同时还大量消耗陶土资源。国家已明确要限制和禁止生产陶土瓦, 江苏陶都———宜兴已决定2012年全部关闭陶土瓦生产企业, 其他省市也在逐步跟进。在不远的将来, 陶土瓦将趋于消亡。而彩色水泥瓦生产能耗低, 无烟尘污染产生, 属国家大力推广的节能减排产品, 而且彩色水泥瓦的瓦型多种多样, 有各种波形瓦, 也有各种平板瓦, 有通体色, 也有表面色, 能够满足古今中外各种建筑风格的需要。
辊压式彩色水泥瓦的生产效率非常高, 国内最高生产速度已达到60片/min, 美国的生产速度最高已到达140片/min, 从原材料供应、筛选、搅拌、压制、喷色、上架、养护到出窑、下架、脱模、包装均实现了全自动, 整个生产线仅需5～6人。这为破解中国一线劳动力日益紧缺的难题指明了方向。
对比水泥 篇8
根据《水泥企业质量管理规程》和《江西省水泥企业化验室分级评审考核管理办法》的规定, 江西省建材产品质量监督检验站 (以下简称省站) 于2013年7月份组织了第六次全省水泥化学分析大对比工作。此次大对比包括熟料、黑生料、白生料、水泥、石膏、石灰石六个样品, 其涉及37个化学成分的分析 (每个参加单位最多只涉及31个化学成份;白水泥和旋窑水泥生产企业做水泥、熟料、石膏、石灰石、白生料样品;立窑水泥生产企业做水泥、熟料、石膏、石灰石、黑生料样品;熟料厂做熟料、石灰石、白生料样品;粉磨站做熟料、水泥、石膏样品) 。截止2014年01月20日, 全省共有127家水泥企业, 1家市级建材检验站、省建材质检站和国家水泥质检中心, 共计130个单位报出了分析结果。
2 工作依据
2.1 工作程序依据
《水泥企业质量管理规程》和《江西省水泥企业化验室级评审考核管理办法》。
2.2 检验依据
(1) GB/T 176-2008《水泥化学分析方法》; (2) GB/T5484-2000《石膏化学分析方法》; (3) GB/T5762-2000《建材用石灰石化学分析方法》; (4) 生料分析方法参考《化验室工作手册》。
3 工作程序
样品制备→均匀性检验→包装、分发至各参加单位→结果回收→数据汇总统计, 汇编成册。
3.1 样品制备与均匀性检验
本次大对比样品中, 熟料和水泥、白生料取自旋窑水泥企业, 黑生料取自立窑水泥企业。样品通过0.08mm方孔筛, 充分混匀后取样进行均匀性检验。均匀性检验合格后分袋。
3.2 标准值的确定
标准值采用国家水泥质检中心的检验结果。
3.3 允许误差的确定
参照国家水泥质量监督检验中心“第十三次全国水泥化学分析大对比”的允许差的要求来确定。标准值及允许差见表1。
3.4 统计结果分析
从表3可以看出第六次与第五次比较, 总体分析结果比第五次有很大幅度的下滑, 仅部分指标合格率略有所上升。两次石膏分析对比结果合格率相当;黑生料的合格率大幅度的下降;烧失量合格率达到60%以上;熟料和水泥的合格率没有提高;熟料的f-Ca O、黑生料的Ca O和Mg O合格率分别下降了15%、10%、20%;黑生料的Fe2O3和Al2O3下降了近20%, 分别为38.10%和33.33%。绝大部分在生产的立窑水泥生产企业和小型规模的粉磨站的化验室检测水平和管理能力有待继续加强。分析结果的不准确会影响企业对进厂原材料和出厂产品质量的控制, 同时也会严重影响过程控制质量, 从而造成经济和社会效益的损失。希望各单位领导层要认真对待化学分析大对比工作, 加强对化验室的管理, 进一步规范化验室的工作要求。
石灰石、石膏的分析对比为第二次发样。从表3可以看出, 石灰石的合格率都达到60%以上, 较第五次有所提高, 其中Fe2O3合格率为98.36%;石膏的合格率略有点提高, 但是结晶水和SO3的合格率仍然低于60%。
4 各组分产生误差的主要原因分析
4.1 烧失量
(1) 分析前生料、粘土等试样应在105℃~110℃干燥箱中干燥2h, 盖好试样瓶盖子, 放入干燥器中冷却至室温, 供测定用。 (2) 水泥试样分析前不烘样, 但要密封保存。 (3) 测定烧失量用的瓷坩埚, 应洗净后预先在 (950+_25) ℃下灼烧至恒量。 (4) 灼烧后的坩埚和试料在干燥器中冷却时间太长, 或者干燥器中干燥剂失效, 灼烧后的坩埚和试料吸收周围环境的水分而增加质量, 造成分析结果偏低。
4.2 二氧化硅
(1) 中和残余酸时将滤纸展开, 如果中和残余酸不完全。 (2) 量取氟化钾溶液要用塑料量杯。 (3) K2Si F6沉淀时的温度以不超过30℃为宜, 否则因温度过高造成K2Si F6沉淀不完全, 造成结果偏低; (4) K2Si F6沉淀时间15min~20min较为适宜。放置时间短, K2Si F6沉淀不完全结果偏低;
4.3 三氧化二铝
(1) 在用硫酸铜标准滴定溶液返滴定时, 如果没有滴定到终点 (亮紫色) , 结果偏高; (2) EDTA的加入量一般控制在与Al3+、Ti O2+配位后还剩余10~15m L (0.015mol/L) 。如果返滴定Cu SO4标准溶液 (0.015mol/L) 的消耗量小于10m L, 说明EDTA过量不够, 易使结果偏低。
4.4 三氧化二铁
(1) p H值应控制在1.8~2.0之间。如溶液的p H值偏高时, Al3+的干扰增强, 测定结果会偏高; (2) 滴定时严格控制溶液的温度在60~70℃之间。溶液温度低于60℃时, 反应速度慢, 测定结果会偏低; (3) 由于Fe2+与EDTA配位能力比Fe3+差, 不能与EDTA定量配位, 因此在制备溶液时, 加入少量浓硝酸, 且将溶液加热煮沸, 以保证溶液中的Fe2+全部氧化成Fe3+, 否则测定结果易偏低。
4.5 氧化钙
(1) 如终点判断不准确, 终点滴定过了, 造成结果的随机性, 氧化钙的结果偏高; (2) 氢氧化钠熔样-EDTA滴定法, 测定氧化钙时, 加入氟化钾溶液 (20g/L) 的量要适当。加入量过多时, 容易形成氟化钙沉淀;加入量不足时, 不能完全消除硅酸干扰而生成硅酸钙沉淀, 这两种情况均会使Ca O测定结果偏低;
4.6 氧化镁
(1) 滴定近终点时, 一定要充分搅拌并缓慢滴定至由蓝紫色变为纯蓝色。若滴定速度过快将使结果偏高。 (2) 如果没有滴定到终点, 溶液还存在浅耦合色, 测定结果偏低;
4.7 三氧化硫
(1) 过滤硫酸钡沉淀时, 没有洗涤至检验无氯离子为止。 (2) 沉淀硫酸钡时应该缓慢逐滴加入10m L热的氯化钡溶液, 继续微沸3min以上使沉淀良好地形成, 然后在常温下静置12h~24h或温热处静置至少4h使沉淀完全。 (3) 滤纸灰化不完全, 可能硫酸钡还原成碳化钡, 造成结果偏低。
4.8 氯离子
(1) 50m L锥形瓶中的吸收液为:约3m L水及5滴0.5mol/L硝酸。如果吸收液中加水多了, 乙醇所占比例少了, 指示剂的溶解度降低, 终点不敏锐, 容易滴定过了终点, 造成结果偏高。 (2) 蒸馏结束, 石英蒸馏管出口应该是干燥的, 防止盐酸蒸气凝结损失, 使测定结果偏低。如果石英蒸馏管出口有蒸气凝结, 其主要原因:可能石英管的位置偏向冷凝管一端;炉膛罩子没盖好;蒸馏温度偏低;测温探头位置靠近炉膛壁上;仪器存在技术问题;
4.9 游离氧化钙
(1) 矿物遇水后能发生水化等反应, 给游离氧化钙的测定带来一定的误差, 因此游离氧化钙的。 (2) 打开过盖的试样瓶, 称样后马上盖好试样瓶盖子, 并及时将试样瓶放在干燥器中密封保存, 否则样品会吸收空气中的水分和二氧化碳, 使检测结果偏低。
4.1 0 石膏的附着水和结晶水
(1) 石膏附着水称样所用的称量瓶为预先烘干至恒量的。附着水所调温度必须控制在 (45±3) ℃, 且烘干过程中称量瓶应敞开盖。 (2) 石膏结晶水称样所用的称量瓶为预先烘干至恒量的。结晶水所调温度必须控制在 (230±5) ℃, 且烘干过程中称量瓶应敞开盖, 取出盖上磨口塞但不应盖得太紧, 称量时将磨口塞紧密盖好。
5 建议
(1) 对提供极端数据据 (最大值和最小值) 和一半以上结果超差数据的单位, 建议这些单位从人员、仪器设备、试验条件等方面来查找结果离群和超差的原因, 并采取纠正措施;建议加大与国家水泥质检中心和省级质检站的比对频次和力度, 排查测定过程中引起误差的因素。 (2) 加强对实验室的日常管理和监督检查, 进一步规范实验室质量体系建设和管理, 提高检测工作质量。 (3) 加强对检测人员专业基础理论和基本操作技能的培训, 提高检测人员的专业技术水平。定期参加标准检测方法、统计知识、操作技能等方面的培训, 加强基本功训练, 以保证检测结果的准确性和可靠性。 (4) 加强实验室间的比对工作, 积极参加大对比, 力争使实验室检测能力稳定在一定的水平上。
摘要：概述了江西省水泥企业2013年水泥化学分析大对比的基本情况, 对化学分析大对比中造成误差的主要原因进行了分析, 并建议全省水泥企业领导加强对实验室的日常管理和监督检查, 进一步规范实验室质量体系建设和管理, 提高检测工作质量。加强对检测人员专业基础理论和基本操作技能的培训, 提高检测人员的专业技术水平。使全省水泥企业的化学分析能力提高到新的台阶。