水泥漿-泥漿隔離液配伍性

一、水泥漿中氣泡動(dòng)力學(xué)分析

水泥漿中孔的形成來源于兩個(gè)方面：水的蒸發(fā)作用和水泥漿的引氣作用。由于實(shí)驗(yàn)中每組配合比的水灰比相同，養(yǎng)護(hù)條件完全一樣，因此，各組水泥漿中孔結(jié)構(gòu)的差異主要來自水泥漿的引氣作用，本節(jié)分析纖維素醚對(duì)水泥漿引氣作用而形成孔結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理。

水泥漿在機(jī)械攪拌的時(shí)候，由于漿體與空氣持續(xù)接觸，水泥漿會(huì)包裹空氣，在水泥漿內(nèi)部形成大量氣泡。這些氣泡并不一定會(huì)永遠(yuǎn)留在水泥漿中，一方面，這些氣泡具有很大的氣．液界面面積和界面能，是熱力學(xué)上的不穩(wěn)定體系，具有自動(dòng)破壞生成小液滴的趨勢(shì)，以減少界面面積和界面能；另一方面，氣泡密度非常小，具有逸出到水泥漿表面的趨勢(shì)。因此，水泥漿引入的氣泡對(duì)其孔結(jié)構(gòu)的影響取決于兩個(gè)因素：(1)水泥漿對(duì)氣泡形成的影響；(2)水泥漿穩(wěn)定氣泡的能力，這又包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即水泥漿抑制氣泡破滅的能力和水泥漿抑制氣泡上浮的能力。

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水泥漿中氣泡形成的理論分析

氣泡在水泥漿中形成時(shí)，氣-液界面的面積急劇增加，體系的能量將因此大大增加，這個(gè)能量來自于機(jī)械攪拌。在攪拌外力一定的情況下，表面張力越小，形成單個(gè)氣泡的表面積越大(如肥皂泡的形成)，氣泡的體積因此變大，即越容易形成氣泡。

02

水泥漿中氣泡穩(wěn)定的理論分析

水泥漿中氣泡的穩(wěn)定主要取決于液膜的性質(zhì)。液膜的強(qiáng)度越高，氣泡將更加穩(wěn)定。水泥漿中小氣泡總具有通過下列兩種方式自動(dòng)破壞變成大氣泡的趨勢(shì)：合并或擴(kuò)散消失。表面張力越大或氣泡直徑越小，小氣泡變成大氣泡的趨勢(shì)越明顯。但氣泡的“大"和“小"是相對(duì)的，小氣泡不會(huì)一直破壞下去，隨著氣泡直徑逐漸變大，附加壓力越小，破壞的趨勢(shì)減弱，當(dāng)破壞壓力低于液膜的強(qiáng)度時(shí)，氣泡的直徑將趨于穩(wěn)定，氣泡不再明顯破壞。因此，若液膜的強(qiáng)度越高，氣泡將更加穩(wěn)定(在更小的直徑)。水泥漿中液相的粘度對(duì)穩(wěn)定氣泡的作用非常大。液相的粘度越高，液膜排液的速率會(huì)減慢，汽泡內(nèi)氣體擴(kuò)散的速率會(huì)減慢，即小氣泡破壞的速率會(huì)減慢，同時(shí)氣泡不易上浮到水泥漿的表面而破壞。

二、纖維素醚影響水泥漿氣泡動(dòng)力學(xué)機(jī)理

纖維素醚主要通過改變液膜的性質(zhì)而影響水泥漿的孔結(jié)構(gòu)。首先，纖維素醚同時(shí)具有親水基團(tuán)(羥基和醚基)和憎水基團(tuán)(甲基和葡萄糖碳環(huán))，具有表面活性，摻入水泥漿中后，液膜的表面張力明顯下降，水泥漿容易產(chǎn)生氣泡，且液膜的表面張力越低，水泥漿越容易產(chǎn)生氣泡；其次，由于降低了水泥漿中液膜的表面張力，纖維素醚會(huì)影響水泥漿中泡沫間液膜的排液過程以及汽泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散過程，減緩小氣泡合并或擴(kuò)散消失變成大氣泡的過程，從而影響水泥漿的孔徑分布：第三，纖維素醚作為一種高分子表面活性劑，會(huì)定向吸附并富集到氣-液界面，也就是氣泡壁上，顯著改善液膜的強(qiáng)度和韌性，從而起到穩(wěn)定氣泡的作用。液膜的表面張力越低，纖維素醚富集得越多，液膜的強(qiáng)度和韌性會(huì)更高；第四，纖維素醚都能顯著增加液膜的粘度，對(duì)液膜排液、汽泡內(nèi)氣體的擴(kuò)散和氣泡上浮具有抑制作用，從而起到穩(wěn)定氣泡的作用。

總之，水泥漿中摻入纖維素醚后，由于降低了液相的表面張力，增加了液相的粘度，使得水泥漿更容易生成和穩(wěn)定氣泡，并影響氣泡形成動(dòng)力學(xué)。纖維素醚的表面張力越低，粘度越高，越容易形成和穩(wěn)定氣泡，纖維素醚的表面張力越低，越容易減緩小氣泡合并或擴(kuò)散消失變成大氣泡的過程。

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