Page 211 - 201907

第 7 期 冯 茜，等: 低水化热水泥浆用微胶囊型热控材料制备及应用 ·1457·

从表 2 可以看出，PCM-1 失重率明显小于纯石 其他水泥浆试样；加入 PCM-1 的水泥浆体系最大水
蜡，表明石蜡被完全封闭。 化温升随 PCM-1 加量的增加而减小。其中，CM 15%
2.6 微胶囊型热控材料 PCM-1 的热控效应 水泥浆体与纯水泥相比水化热在 24 h 和 48 h 分别下
4
4
图 7a、b 分别为纯水泥浆体系 PC 及加入微胶 降 7.68×10 J 和 7.28×10 J，其水化温升下降了
囊热控材料 PCM-1 的水泥浆体系（CM 2.0% 、CM 5.0% 、 23.6 ℃，可以看出 PCM-1 相变材料对水泥浆体系水
CM 10.0% 和 CM 15.0% ）水化过程中的温度变化曲线和 化温升控制效应显著。
水化放热曲线。表 3 为水泥浆水化温度与水化热数 2.7 PCM-1 对水泥石力学性能的影响
据，其中，水泥浆体系最大水化温升（T r ）是利用 波特兰水泥具有水硬化特性，即波特兰水泥与
水化过程中的最高温度减去初始温度所得。 水可发生化学反应进而凝固和变硬 [22] 。但是，相变
PCM-1 不具有水化活性；因此，添加 PCM-1 将导致

水泥浆体系凝固、硬化和强度发育延缓。因此，本
文考察了 PCM-1 加量对水泥石强度的影响。图 8 为
不同水泥浆体系在不同养护温度及养护龄期下的抗
压强度。

图 7 不同水泥浆体系的温度分布（a）以及水化放热曲
线（b）
Fig. 7 Temperature profiles and hydration heat curves of
different cement slurry systems

表 3 水泥浆水化温度与水化热数据
Table 3 Hydration temperature and hydration heat data of

different cement slurry systems 图 8 不同水泥浆体系在不同养护温度及 24 h (a) 和 48
实验 h (b)养护龄期下的抗压强度
试样 T i/℃ T m/℃ T r/℃ Q 24 h/J Q 48 h/J ΔQ 24 h/J ΔQ 48 h/J Fig. 8 Compressive strength of cement stone at 24 h (a)
5
PC 22.7 67.4 44.7 1.60×10 1.55×10 5   and 48 h (b)
4
5
5
CM 2% 23.0 64.6 41.6 1.41×10 1.39×10 1.90×10 1.60×10 4
5
4
5
CM 5% 23.7 58.5 34.8 1.16×10 1.15×10 4.40×10 4.00×10 4 研究表明，PCM-1 的含量在 2.0%~15.0%时，随
4
CM 10% 23.5 50.7 27.2 9.96×10 9.87×10 6.04×10 5.63×10 4 PCM-1 含量的增加，水泥石的抗压强度呈逐渐下降
4
4
4
4
4
CM 15% 24.0 45.1 21.1 8.32×10 8.22×10 7.68×10 7.28×10 4 趋势。这主要是由于 PCM-1 自身没有水化活性，对
注：T i 为水泥浆体系的初始温度，℃；T m 为水泥浆体系的 水泥浆体系强度发育有一定影响。但是在一定加量
最高温度，℃；T r 为水泥浆体系的最大温升，℃；Q 24 h 和 Q 48 h 范围内能够满足天然气水合物层固井对水泥石强度
为水泥浆体系在 24 h 和 48 h 水化放热，J；ΔQ 24 h 和 ΔQ 48 h 为与 的要求。当 PCM-1 的含量控制在 15%时，不仅能够
纯水泥浆相比分别在 24 h 和 48 h 水化放热减少量，J。
有效地控制水泥浆水化热和水化温升，也能满足固
结果表明，纯水泥浆体系 PC 水化温升远大于 井施工对水泥石强度的要求。