稻壳灰对低密度水泥浆体抗压强度与微观结构的温度依赖性影响研究

本文推荐：研究创新性将高掺量（50%）稻壳灰（RHA）作为可持续材料替代传统油井水泥和空心玻璃微珠（HGM），开发环保型低密度固井浆体（LDCS）。通过XRD、TGA、Micro-CT等多技术表征，揭示RHA在20-80°C温度梯度下通过抑制α-C2S-H生成、优化孔隙分布提升长期强度，其零净CO2排放特性为深水油气井固井提供经济环保解决方案。

　　

亮点

本研究突破性将50%高掺量稻壳灰（RHA）作为油井水泥与空心玻璃微珠（HGM）的绿色替代材料，成功开发出适用于深水油气井的低密度固井浆体（LDCS）。

实验材料

实验采用山东特种水泥公司生产的G级抗硫酸盐油井水泥（密度3.15 g/cm³）、马鞍山产空心玻璃微珠（HGM，密度0.6 g/cm³），以及650°C煅烧稻壳灰（RHA）经球磨筛分制备。

抗压强度

图4显示，G100H20R50样品在20°C和50°C养护时强度低于对照组，但在80°C养护56天后实现反超。值得注意的是，其1天早期强度即达3.60 MPa（20°C）至17.61 MPa（80°C），展现显著温度敏感性。

RHA对HGM LDCS的增强机制

高温（80°C）下RHA通过双重作用提升性能：1）抑制水化C-S-H凝胶向多孔α型硅酸二钙晶体（α-C₂S-H）转化；2）其内部养护效应延长水化时间，优化孔径分布。微CT显示RHA使浆体孔隙率降低23%，形成更致密网络结构。

结论

RHA基水泥体系在80°C长期养护下展现卓越性能，其零净CO₂排放特性使每吨浆体减少碳排放1.2吨。该研究为农业废弃物（RHA）资源化利用和低碳固井技术提供重要理论支撑。